隧道入口段亮度计算方法研究

论文摘要

公路隧道具有缩短里程、节省时间、提高交通运输效率、节省用地和有效保护生态环境等优点。公路隧道照明的首要目的是为各种车辆的驾驶员提供良好的可见度,达到安全、舒适、迅速地运行,以及美化环境的目的。本文以隧道入口段照明为研究对象,介绍了隧道照明的特点,国、内外隧道入口段照明研究发展的过程以及国内隧道照明节能的紧迫形势。国外公路隧道的照明技术研究开始较早,经过多年的研究和实践,技术相对成熟,而我国隧道照明技术起步较晚,经验和基础性的工作不足,制定的国家标准也有待于进一步完善。本文介绍了近年来国际照明委员会CIE推荐的三种计算隧道入口段亮度的方法——k值法、SRN主观评价法和察觉对比度法,以及三种方法的计算公式、涉及的计算参数。比较不同国家采用的k值,发现我国现行的规范中选取的k值科学根据不足;SRN主观评价法由人的视觉经验值决定,其准确性还有待商榷;而察觉对比度法考虑了各种环境因素的影响,最适合用于隧道入口段亮度计算。本文分析了驾驶员在天然光环境下接近隧道的过程中,影响人眼视觉工作的各种因素,以及使用察觉对比度法计算入口段亮度时,这些因素在计算过程中转化成的计算参数。介绍了用数码相机来测量大气亮度和大气透射率的方法,以及大气透射率的计算公式。对汽车挡风玻璃透射率、两种常用路面的反射系数以及三种配光形式灯具的L/EV系数进行了实测调研,并将调研结果与文献资料进行比较,得知后两种参数的调研结果符合文献资料给出的取值范围,而汽车挡风玻璃由于防晒膜的影响有一定差异。本文采用计算机模拟技术进行了人眼的最小察觉对比度实验,确定了入口段亮度计算模型中的重要参数Cm的正、负最小察觉对比度值。采用计算机程序模拟美国学者Schreuder的模拟隧道实验,通过对实测数据进行回归分析,得到了在正、负对比条件下,隧道洞口背景亮度L1为4000cd/m2,计算机屏幕(用来模拟隧道洞口)视角为1°×45′,小目标视角为7′×7′,不同识别几率,不同背景亮度的最小察觉对比度数据。利用在相同背景亮度条件下,不同察觉几率间察觉对比度CP的比值是常数这一规律,选择一个基准察觉几率,通过其它察觉几率的察觉对比度与基准察觉几率的察觉对比度的比值,确定出基准察觉几率与其它察觉几率的关系,最终通过实验数据回归分析得到了察觉几率为P=75%时的察觉对比度数据。并确定出在正对比条件下,察觉几率为75%的最小察觉对比度Cm为25.36%,在负对比条件下为22.70%。为检验采用察觉对比度法计算入口段亮度的实用性及科学性,对入口段亮度计算方法进行了应用研究,以真武山隧道为例,对真实隧道光环境进行了测量和计算。分别用三种方法计算了入口段亮度,将计算值进行比较,发现用CIE推荐的k值计算出的入口段亮度最高,用SRN主观评价法计算出的入口段亮度在不同评价等级之间差异较大,用察觉对比度法计算出的入口段亮度考虑了各种因素,最为合适。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 隧道照明的特点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外入口段亮度的研究概况
• 1.3.2 国内入口段亮度的研究概况
• 1.4 本文的研究内容
• 2 入口段亮度计算方法比较
• 2.1 K 值计算法
• 2.1.1 查表法
• 2.1.2 黑度法
• 2.1.3 数码相机照相法
• 2.1.4 亮度计算法
• 2.2 SRN 主观评价法
• 2.2.1 等效光幕亮度确定
• 2.2.2 入口段亮度计算模型
• 2.3 察觉对比度法
• 2.3.1 察觉对比度
• 2.3.2 入口段亮度计算模型
• 2.4 入口段亮度计算方法对比
• 2.5 本章小结
• 3 入口段亮度计算参数
• 3.1 大气透射率及大气亮度
• 3.2 汽车挡风玻璃亮度及透射率
• 3.3 路面反射系数
• 3.4 系数qc
• 3.5 本章小结
• 4 最小察觉对比度测量
• 4.1 数码相机的标定
• 4.1.1 色度学基本原理
• 4.1.2 实验仪器和设备
• 4.2 人眼的视觉特性
• 4.2.1 视觉过程
• 4.2.2 视觉偏移规律——浦尔金耶效应
• 4.3 最小察觉对比度实验
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 实验步骤
• 4.3.3 实验数据的测量
• 4.3.4 实验误差分析
• 4.3.5 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 入口段亮度计算应用研究
• 5.1 入口段亮度实测计算
• 5.1.1 测量位置的确定
• 5.1.2 相机选择
• 5.1.3 实测隧道段照明计算示例
• 5.1.4 入口段长度确定
• 5.2 隧道其他分段的照明计算
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 汽车挡风玻璃透射率测量
• 察觉对比度实验数据
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录