公路隧道照明研究现状概述

公路隧道照明研究现状概述

伍秋杨

重庆交通大学土木工程学院  重庆  400074

摘要：隧道照明保证了隧道内的驾驶安全问题和驾驶员的驾驶体验。随着我国隧道里程增加，照明的节能问题也尤为重要，本文从多个方面概述学者在隧道照明技术、隧道照明节能技术上的研究发展，以作为后续系统研究的参考。

关键词：隧道照明，交通安全，侧壁材料，照明节能，归纳分析

引言

优质的隧道光照环境能有效地降低隧道交通安全事故的发生率，提供舒适的驾驶环境，从而提高人们的驾驶体验。在此基础上，如何有效地降低能耗也成为公路隧道照明研究的重点之一。基于此，国内外学者进行了大量的研究。

1  隧道照明安全问题

1.1  灯具布置方式

公路隧道的交通安全不仅受到光源、光色和色温等因素的影响，灯具的布置方式也同样重要。因此，合理的灯具布置方式不仅能改善路面亮度，还能达到节能的目的。

灯具的布置方式包括安装位置、间距、挂高、偏转角和俯仰角。隧道照明的灯具布置方式主要有四种：中央布灯、两侧对称布灯、两侧交错布灯和中线侧偏布灯。

肖尧[1] 通过照明计算软件DIALux，进行了仿真实验。找出了隧道内饰反光材料与灯具的最佳组合方案，以满足交通安全和照明节能的要求。实验结果表明，灯具布置方式对平均照度和照度均匀度的影响显著，其中中央布设的照度最高，照度均匀度也最优，而双侧交错布设的照度次之，单侧（右侧）布设的照度最低。灯具俯仰角一般在－60°～60°之间，正值代表顺光照明，负值代表你光照明，0°代表对称照明。

1.4  眩光

眩光是隧道照明中需要避免的因素，类似于"黑白洞效应"，它由于隧道内外亮度差异过大而引起。眩光是一种视觉条件，由于亮度变化差异较大，会引起观察者不舒适或降低其观察、辨识重要物体的能力。

国际照明委员会CIE发布的隧道照明标准指出，隧道出口是眩光源，会使得驾驶人常难以发现、视认前车后的小型车辆和障碍物。因此，需要在隧道出口段加强照明来改善这种视觉困难。然而，由于眩光取决于许多可变因素，所以这种增加的程度很难概括地加说明。同时，隧道出口眩光的存在极易使驾驶员产生眩晕感，导致驾驶员无法精确识别与判断前方道路信息，出现出口车辆追尾事故。因此，需要考虑如何提高隧道出口段驾驶员视觉可靠性，从而提升隧道出口安全与舒适程度。

综上，学者需要深入研究如何评估隧道出口眩光效应对驾驶人目标物识别与视觉舒适性的影响，从而科学合理地对隧道出口路段进行减光设计，以减少交通事故发生，促进隧道运行安全。

2  隧道照明节能技术

2.1  高效节能灯具

隧道照明的主要发展方向是高效节能，而实现隧道照明节能的方式之一就是从光源入手，采用高效节能的光源来进行照明。

尽管高压钠灯在隧道照明中的应用技术更加成熟，使用广泛，但是高压钠灯需要频繁更换，耗费人力物力，还浪费资源。相较于高压钠灯，LED绿色光源是一种新一代照明光源。LED灯具不仅能耗低、寿命长，而且具有响应速度快、亮度可调、高可靠性、占用空间小等优点。此外，LED灯具的显色指数高，视觉效果好，有助于提高驾驶人的行车安全。在相同条件下，使用LED灯具可以实现60%~70%的节电[2]。尽管LED灯的价格高、散热性能不佳、光衰等问题仍然存在，但随着科技的快速发展，相信LED灯具的生产成本会进一步降低，并且未来会出现更加优良的照明灯具，比如寿命更长、光效更高、效率更优等方面性能更加出色的LED灯。在公路隧道照明节能技术方面，杨超等[3]总结了隧道灯具的选择，并从光照效果、可使用时间、启动时的稳定性能和抗震性能等方面分析了隧道照明中常使用的一些光源。

2.2  反光侧壁材料

在隧道侧壁使用反光发光涂料，使隧道本身具有一定的亮度，从而降低隧道照明功率，达到节能的目的。

潘国兵、梁波等[4] 使用照明设计软件DIALux模拟隧道中驾驶员驾驶时体验的真实光环境，计算了侧壁直接反射光和间接反射光。通过分析计算结果，研究了照明质量受侧壁内装涂料反射系数和隧道灯具不同组合的影响程度和影响规律。结果表明，采用具有较高反射系数的隧道侧壁内装材料能够提高隧道内照度、亮度和均匀度，从而提高行车舒适度。使用较强反射性能的隧道侧壁内装涂装材料可以降低灯具的使用功率，从而减少耗能。冯守中等[5] 对蓄能发光反光涂料的辅助隧道照明质量的能力进行了定量分析。结果表明，使用蓄能反光发光的多功能涂料材料对隧道照明环境进行辅助，能够节约照明能耗至少25%。

综上，蓄能反光材料不仅能辅助照明降低能耗，还能提升隧道照明质量从而改善隧道交通安全，但目前,国内对反光材料的研究还不够深入，有待进一步探究。

2.3  智能照明控制系统

公路隧道的照明亮度受到多种因素的影响，如时间、天气和洞口朝向等。因此，隧道内外亮度差也会发生变化，这可能会对驾驶人产生黑白洞效应。为了缓解这种影响，减少驾驶人进出隧道时的适应时间，需要对隧道内的照明亮度进行调整控制。目前，照明控制方式主要包括手动控制、定时控制和自适应控制。手动控制已被逐步淘汰，因为它需要根据环境进行人工控制。定时控制将洞外亮度数据按照日、周、月、年的统计结果输入到隧道照明控制系统中，将照明控制方法分为分级调光控制法和无极调光控制法两种，该分类方法基于照明亮度分级。但是，使用无极调光控制来控制隧道内照明可能会导致隧道内过度照明或灯具的无效照明，从而浪费电能。分级调光照明控制方法则是根据具体的隧道照明需求建立驾驶环境对照明的需求曲线，从而计算获取最优解的照明方式，从而实现节能。自适应的隧道节能照明控制系统能够在满足隧道驾驶安全的前提下降低能源消耗，缓解传统隧道照明的问题，促进节能减排。

李卓等[6]基于LoRa物联网设计了照明控制系统，该系统能够通过传感器采集的隧道洞外实时亮度、隧道内灯具亮度、实时的交通量等数据随时照明亮度基准值进行调整控制，真正地实现“车来灯亮、车走灯熄”的功能，做到“按需照明”，进而实现节能降耗。

但是，传感器设备的可靠性和准确性是实现“按需照明”的一大障碍，要想实现“按需照明”，我国还有很长的路要走。

结语

经过几十年的发展，我国在公路隧道照明领域取得了令人艳羡的创新成果，大批长大隧道的通车，意味着我国公路的设计、施工、养护和运营水平已经提高到了较高的水平。但是仍存在一些问题，比如隧道照明的现代化和自动化水平还有待提高；缺乏全国统一的照明标准；传统灯具能耗高等。未来的隧道照明研究还需要广大学者共同努力。

参考文献：

[1]肖 尧. 公路隧道基本段内饰材料及灯具布置对照明节能影响研究[D]. 武汉：武汉理工大学,2017.

[2]孟金林.发光二极管光源在铁路隧道照明中的应用[J].光源与照明,2011(03):23-24.

[3]杨超,王志伟.公路隧道照明节能技术[J].现代隧道技术,2010,47(02):102-108.

[4]潘国兵,梁波,皮宇航，等.隧道侧壁内装材料的照明节能[J].公路交通科技,2012,29(09):103-109.

[5]冯守中,高巍,王军.蓄能发光多功能涂料辅助隧道照明试验研究[J].现代隧道技术,2016,53(04):189-194.

[6]李卓,曹校勇,李弘博,等.基于LoRa物联网的公路隧道按需照明控制系统[J].公路,2022,67(05):298-302.

[7]