基于人因工程的隧道照明设计关键问题及理论研究

Lighting design of highway tunnels has a significant impact on traffic flow safety and driver’s visual psychological characteristics. New kinds of light sources like LED is energy-saving but also cause new problems with traffic safety and driving vision. Research of tunnel lighting design based on human factors engineering is of great significance to meet the visual needs of drivers and ensure traffic safety and reliability. The application mainly focuses on the technical and theoretical problems encountered in a tunnel lighting renovation project in Zhejiang. The research analyses the causes of adverse visual psychological phenomena of drivers like vision fatigue and dizzy in tunnel lighting environment. The visual filtering effect theory is proposed to relieve visual fatigue of driving in tunnels. The calculation and evaluation of lighting of tunnel entrances is studied based on visual perception theory in sensitive area. The tunnel lighting design principles and safety improvement measures are proposed based on traffic safety, including the light source layout, the design of the tunnel environment, etc. The research studies tunnel lighting design problems affecting traffic safety from the point of drivers’ physiological and psychological characteristics, which is of great significance to improve tunnel lighting environment, improve driver visual environment and reduce traffic accidents in tunnel.

高速公路隧道段照明设计对交通流运行安全、驾驶员视觉心理特性等有重大影响，而LED 等新型灯源在使用节约能源的同时，也带来了影响行车驾驶视觉安全的新问题。基于人因工程的隧道照明行车安全问题研究对满足驾驶员的视觉需求，确保交通运行安全有重大意义。本申请项目以浙江某隧道灯光改造工程项目中遇到的技术与理论问题为主要研究对象，基于人因工程、视觉心理等理论，分析隧道光源环境下驾驶员视觉疲劳、眼晕等不良视觉心理现象的成因；提出视觉过滤效应理论，用于缓解隧道驾驶视觉疲劳问题；采用视觉感知敏感区理论解决隧道出入口段照明计算及评价问题；提出基于行车安全的包括光源布设、隧道环境设计等在内的隧道照明设计原则及安全改善措施。本申请项目从驾驶员生理心理角度对影响行车安全的隧道照明设计问题进行研究，对于改善隧道照明环境，改善驾驶员视觉环境，减少隧道交通事故，具有重大意义。

基于LED灯与高压钠灯在舒适性、安全性、节能性等方面的分析，结合小目标视认性试验以及烟雾环境下视认性试验，研究了两种灯源在不同场景下的行车安全性，通过建立色温与视认时间的关系，确定了隧道内宜选择色温4000～4500K左右的LED光源。通过分析隧道照明环境对行车视觉心理与安全的影响机理，针对光源环境下隧道行车不良视觉心理问题，提出了长隧道中间段特殊视觉心理问题“隧道催眠”现象，并结合光源颜色预选实验，构建了设置红光滤波带的隧道中间段光环境模型，以红光调节照明隧道模型和普通照明模型作为对照，进行典型障碍物视认实验，确定了红光滤波带设置对保持甚至提高驾驶员视认性的积极作用。. 通过对不同洞口方向下隧道出入口段路面照度变化规律的分析，得到了不同方向的隧道洞外段、洞口段、洞内段照度变化规律，并结合典型障碍物视认性实验，构建了基于BP神经网络的洞口方向与入口段、出口段的障碍物照度、对比度以及视认距离的典型障碍物视认模型，确定了视认性最不利的隧道朝向情况。同时，针对当前隧道照明标准中关于洞口段照明长度所存在的局限性，基于瞳孔面积变化的驾驶视觉负荷理论，提出了满足照明适应曲线的过渡段照度变化长度临界值计算模型，并根据隧道洞口段明暗适应时间与隧道长度、洞内洞外亮度差的关系，综合考虑隧道入口段、出口段车速特征，提出了满足驾驶员明暗适应需求的隧道入口段、出口段照明设置长度的计算方法。最后，基于人因工程对浙江上三隧道依托工程的照明设计进行了评价，并利用驾驶模拟试验和实车实验相结合的方式，确定了隧道中间段视觉敏感区范围，并对其进行了照明及行车视觉环境改善设计。 . 研究成果深化了隧道光环境变化规律和隧道行车视觉理论，明确了隧道内驾驶员不良视觉现象的成因及规律，从光源选择、布设形式、长度等方面对隧道光源环境设计进行了优化，并对其适用性和效果进行评价，对减少与照明相关的高速公路隧道交通事故的发生具有重要的科学意义和实际应用价值。