边艳妮，刘晓娜，汪文妹

（陕西高速电子工程有限公司，陕西 西安 710065）

目前，隧道数量及总里程数都有了明显的增加。为了降低隧道内交通事故发生率以及稳定交通流，隧道内安装了具有警示效果的多功能车道控制器，与传统的车道指示器相比，多功能车道控制器增加了红蓝爆闪灯，在正常通行状况下仅开启红/绿指示灯，确保驾驶员能够及时获取有效的隧道道路情况信息，按照指示行驶，避免交通事故发生。在隧道内发生异常事件时，开启红蓝爆闪灯，警示驾驶员减速慢行或停车等待。而如果交通警示灯的不合理布设，则容易引发交通事故。当车道控制器亮度不足时，不能引起驾驶员注意，无法起到警示效果。相反，当车道控制器亮度很高时，则容易引发严重的眩光，导致驾驶员视觉能力下降，影响行车安全。因此，如何设置合理的多功能车道控制器的亮度和布设间距，对交通安全，特别是隧道行车有着至关重要的作用。

眩光是一种视觉条件，它是由于亮度分布不适当或亮度变化的幅度太大等原因形成的，会引起观察者不舒适或降低观察重要物体的能力，许多学者对眩光影响及防眩技术进行了研究与探索。采用Light Tools 光学分析软件对隧道模型及背景光线进行了仿真建模，依据相对阈值增量TI 和眩光恢复时间T 定量分析了多功能车道控制器对人眼的眩光影响，确定了多功能车道控制器的最优布设间距和红蓝爆闪灯的闪烁频率。

1.1 眩光相对阈值增量TI

等效光幕是指由于入射到人眼中的光线发生散射而形成的光幕，其会降低目标与背景的对比度，等效光幕亮度如式（1）所示：

我们将眩光条件下刚好看见物体时需要增加的对比与有效对比的比值称为眩光相对阈值增量TI。当TI>15°时，眩光源不会引起眩光或不会使人眼感到不舒适。当TI>15°时，眩光源会对人眼产生刺激。在公路隧道照明条件下，当背景亮度范围在0.05 cd/m＜L＜5 cd/m范围时，相对阈值增量TI 的计算方法如式（2）所示：

式中：为路面平均亮度（cd/m）。

1.2 眩光恢复时间T

1994年Krebs 等人提出了一个较为经典的眩光恢复时间计算方法，如式（3）所示：

式中：E为眩光源照度值（lx）；
E为背景光源照度值（lx）；
由于、、h为常数，使得实验误差较大，为了解决这个问题并考虑其中的影响因素，得到了参数修正公式，如式（4）和（5）所示：

式中：g为眩光波长影响的函数。

联立式（3）（4）（5）可得参数修正后的眩光恢复时间，如式（6）所示：

1.3 多功能车道控制器的评价标准

对于多功能车道控制器，可以将其作为眩光源，当隧道内正常通行时，其只起到指示行车的作用，不应使驾驶员受到过多刺激，影响正常行驶。此时，相对阈值增量TI 应控制在15%以内，或在人眼自然的驾驶视野范围内，可以有效规避。

当隧道内出现异常事件时，多功能车道控制器应能够对驾驶员在视觉上造成一定的刺激，引起注意，迫使其减速慢行或停车等待。此时，在驾驶员自然视野范围内，相对阈值增量应大于15%，同时，驾驶员能够在自然视野范围内有效规避眩光影响，或者眩光源间断引起眩光，且眩光恢复时间较短，驾驶员有足够的时间观察路面状况。只有这样，多功能车道控制器才能在引起驾驶员警示的同时，不会对驾驶员致眩。

由式（1）与式（2）可以看出，人眼视线和眩光源入射光线间的夹角与眩光相对阈值增量TI 以及等效光幕亮度L有关，联立后如式（7）所示：

本文提出视觉信息接收的三区段划分方法，如图1所示。

图1 视觉信息接收的三区段划分示意图

即：对于多功能车道控制器，当车辆正常行驶时，只开启车道指示器，当TI=15%，＜=35+时，驾驶员能够自然的规避眩光源，不会影响驾驶员的正常行驶。

当隧道内出现异常事件时，需要警示驾驶员时，则开启红蓝爆闪灯，当TI=15%，＞=12+时，指示灯将对驾驶员在其自然视野范围内形成不舒适眩光，引起驾驶员警示。当＞=35+时，驾驶员不能在自然视线范围内有效规避眩光源，眩光源将不可避免的对驾驶员造成影响。为了避免眩光源对驾驶员的视线产生持续性的刺激而影响行车安全，此时红蓝爆闪灯的闪烁周期应大于眩光恢复时间。

2.1 光学建模

为获得有效的多功能车道控制器布置参数，采用照明光学分析软件Light Tools 7.1 进行仿真实验。按照隧道设计图纸，建立一个两车道、宽10 m、拱顶高7 米的隧道模型，如图2所示，模型中隧道长度为500 m。对隧道内表面、行车道等表面的反光率、光吸收率等参数进行设定（根据调研结果，设置隧道内壁的反射率为0.35，行车道路面的反射率为0.4）。根据红绿指示灯以及红蓝爆闪灯的实际配光情况，在软件中对发光强度分布进行模拟。

图2 隧道模型示意图

按照等间距布置原则，以50 m 为间距在隧道模型中布置了车道控制器（50 ～500 m）以及与人眼视线垂直的接收平面。接收平面如图3所示尺寸设为10 m×2 m（长×高），用于获取不同距离处的车道控制器产生的亮度及照度信息。为了计算等效光幕亮度，对接收面进行网格划分，通过采集多外点的照度值求平均得到照度的平均值，从而代入等效光幕计算公式进行等效光幕计算。

图3 接收平面网格划分

2.2 仿真结果分析

通过以上的仿真结果分析，得到了多功能车道控制器在不同距离位置，对人眼的相对阈值增量达到15% 时与人眼视线的夹角和眩光恢复时间，计算结果如表1 和表2所示。

表1 车道指标灯计算结果

表2 开启爆闪灯时计算结果

依此得到致眩角随驾驶员与车道控制器距离变化图如图4所示。

图4 致眩角随驾驶员与车道控制器距离变化图

由图可以看出，当道路正常通行时，只开启车道指示灯，在50 m ～500 m 距离范围内，＜，因此，驾驶员可以有效规避车道控制器产生的眩光影响，该车道控制器可以起到指示交通而不影响驾驶员行车的作用。

当隧道内出现异常事件时，开启红蓝爆闪灯时，由图可以看出，与在250 m ～300 m 之间相交，在280 m左右达到一个临界值，即车道控制器距离大于280 m 时，＜，即使开启爆闪灯，指示器也无法在人眼自然视野范围内引起刺激性眩光，无法使驾驶员自然的感受到警示。当车道控制器距离在50 m ～280 m 时，＞，此时，开启爆闪灯，指示器可以在人眼的自然视野范围内引起刺激性眩光，引起驾驶员警示。所以，当车道控制器的安装距离在280 m 以内时可以达到连续警示作用。当驾驶员行车至距离指示器50 m 以内时，＞，指示器引起的眩光已不能在自然视野范围内规避，造成驾驶员连续致眩。为了避免连续眩光引发新的交通事故，驾驶员在感受到警示的同时不应持续致眩，即红蓝爆闪灯的闪烁周期应大于眩光恢复时间。由式（6）可计算出在50 m 时，眩光恢复时间为0.072 0 s，则红蓝爆闪灯的闪烁频率应小于等于13 次/秒。

香炉石隧道位于我国陕西省境内某高速，全长3 000 m左右，单向双车道布局，如图5所示，多功能车道控制器安装在车道的正中间，距地高度5.2 m，距人眼高度4 m 左右，相邻两个指示器布设间距为280 m，红蓝爆闪灯的闪烁频率为13 次/秒。

图5 实物应用及参数

采用现场实验与调查问卷相结合的方式对驾驶员的主观警示感受及行车速度等数据进行了收集（最终收集到508 份有效的调查问卷），以此评价多功能车道控制器对驾驶人安全行车的影响效果。其中，超过50%的驾驶员反映其警觉性有所提高、会主动控制车速，30%以上会主动保持车距，红蓝爆闪灯开启的情况下车速降低约7%，可使交通事故率降低20%左右。以上数据表明，在本文所确定参数（布设间距280 m、闪烁频率小于等于13 次/秒）的指导下，多功能车道控制器在隧道中的应用取得了较好的效果，对公路隧道行车安全具有重要意义。

本文采用Light Tools 光学分析软件，建立了隧道模型并在其表面设定反射率等参数，对多功能车道控制器的红绿指示灯及红蓝爆闪灯进行了配光建模，采用相对阈值增量TI和眩光恢复时间对不同距离处车道控制器对人眼的眩光影响进行了定量分析，从而确定了车道控制器的最优布设间距和红蓝爆闪灯的闪烁频率，主要结论为：

（1）相邻两个车道控制器的布设间距在50 m ～280 m范围内时，多功能车道控制器既能在车辆正常通行时发挥指挥交通的作用，又能在发生事故或紧急情况下有效警示驾驶员。结合经济性，确定了相邻两个车道控制器的最优布设间距为280 m。

（2）红蓝爆闪灯的闪烁频率小于等于13 次/秒时，可避免红蓝爆闪灯对人眼产生持续致眩，既能起到警示作用，又不会对行车安全产生影响。

（3）在本文所确定参数的指导下，多功能车道控制器取得了较好的应用效果，可使交通事故率降低20%左右。

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