隧道照明_重庆交通大学教案

重庆交通大学教案第9章隧道照明9．1概述公路隧道的照明，是为了把必要的视觉信息传递给司机，防止因视觉信息不足而出现交通事故，从而提高驾驶上的安全性和增加舒适感。隧道照明与道路照明的显著不同是白天也需要照明，而且白天照明问题比夜间更加复杂。从理论上讲隧道照明与道路照明一样，也需要考虑路面应具有一定的亮度水平，同时还应进一步考虑 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 速度、交通量、线性等影响因素，并从驾驶上的安全性和舒适性等方面综合确定照明水平，特别是在隧道入口及其相应区段需要考虑人的视觉适应过程。汽车司机在白天从明亮的环境接近、进入和通过隧道过程中，将产生种种视觉问题：1．进入隧道前的视觉问题（白天）：由于隧道内、外的亮度差别极大，所以，从隧道外部去看照明很不充分的隧道入口会看到黑洞（长隧道）及黑框（短隧道）现象。2.进入隧道立即出现的视觉问题（白天）：汽车由明亮的外部进入即使是不太暗的隧道以后，要经过一定时间才能看清楚隧道内部的情况，这称为“适应的滞后现象”，这是因为急剧的亮度变化，使人的视觉不能迅速适应所致。3.隧道内部的视觉问题（白天、夜间）：隧道内部与一般道路不同，主要在于隧道内部汽车排除的废气无法迅速消散，形成烟雾，它可以将汽车头灯和道路照明器发出的光吸收和散射，降低能见度。4.隧道出口处的视觉问题：白天，汽车穿过较长的隧道接近出口时，由于通过出口看到的外部亮度极高，出口看上去是个亮洞，出现极强的眩光；司机在这种极强的眩光效应下会感到十分不舒服；夜间与白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，这样就看不出外部道路的线型及路上的障碍物。由于以上特殊情况，公路隧道应设电光照明，以利行车安全。但是，电光照明成本昂贵的，一条长100m的隧道，按照理论的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 设计照明设施，其照明成本与隧道总成本比经常是很高的，这就要求能找到一种成本低，安全又有保证的方法。9．2隧道照明基础9.2.1光的度量(1)光通量光通量是指单位时间内光辐射能量的大小，它是根据人眼对光的感觉来评价的。例如一个200W的白炽灯比100W的白炽灯要亮得多，也就是说发出光的量多。我们称光源发出光的量为光通量。光通量一般就视觉而言，即辐射体发出的辐射通量按V（λ）曲线的效率被人眼所接受，若辐射体的光谱辐射通量为，其光通量Φ的表达式为：（9.2.1）式中：Km——最大光谱光效能，683lm／w；V（λ）——明视觉光谱光效率；——光谱辐射通量，即在给定波长为λ的附近无限小范围内，单位时间内发出辐射能量的平均值，单位为W／nm。辐射通量也称辐射功率；φ——光通量，lm。光通量的单位是lm（流明），在国际单位制中，它是一个导出单位，1lm是发光强度为1cd（坎德拉）的均匀点光源在lsr（球面度）内发出的光通量。在照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量，例如，一只220V、4OW白炽灯发射的光通量为350lm，而一只220V、40W荧光灯发射的光通量为2100lm，为白炽灯的6倍。(2)发光强度（光强）由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀，大小也不相等，为了表示辐射体在不同方向上光通量的分布特性，需引人光通量的（空间）角密度概念。如图9—2—1所示，S为点状发光体，它向各个方向辐射光通，若在某方向上取微小立体角dω，在此立体角内所发出的光通量为dΦ，则两者的比值即为该方向上的光强I，即：（9.2.2）若光源辐射的光通量Φ是均匀的，则在立体角ω内的平均光强I为：（9.2.3）立体角的定义是任意一个封闭的圆锥面内所包含的空间。立体角的单位为球面度（sr），即以锥顶为球心，以r为半径作一圆球，若锥面在圆球上截出面积A为r2，则该立体角即为一个单位立体角，称为球面度，其表达式为：（9.2.4）显然一个球体包含4π球面度。图9.2.1点光源的发光强度发光强度的单位是坎德拉（cd），在数量上lcd＝llm／sr。坎德拉是国际单位制的基本单位之一，其他光度量单位都是由坎德拉导出的。1979年10月第10届国际计量大会通过的坎德拉定义为：一个光源发出频率为540×1012Hz单色辐射（对应于空气中波长为550nm的单色辐射），若在一定方向上的辐射强度为l／683W／sr，则光源在该方向上的发光强度为lcd。发光强度常用于说明光源和灯具发出的光通量在空间各方向或在选定方向上的分布密度。例如，一只220V、40W白炽灯发出350lm光通量，它的平均光强为350／4π＝28cd，若在该灯泡上面装一盏白色搪瓷平盘灯罩，则灯的正下方发光强度能提高到70cd~80cd。如果配上一个聚焦会适的镜面反射罩，则灯正下方的发光强度可以高达数百坎德拉。而在后两种情况下，灯泡发出的光通量并没有变化，只是光通量在空间的分布更为集中，使发光强度提高。(3)照度照度是用来表示被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积dA，入射的光通为dΦ，则照度E为：（9.2.5）对于任意大小的表面积A，若入射光通量为Φ。则在表面积A上的平均照度E为：（9.2.6）照度的单位为勒克斯（lx），1lx即在1m2的面积上均匀分布1lm光通量的照度值，或者是一个光强为1cd的均匀发光的点光源，以它为中心，在半径为lm的球表面上，各点所形成的照度值。1lx的照度是比较小的，在此照度下仅能大致地辩认周围物体，要进行区别细小零件的工作则是不可能的。为了对照度有些实际概念，现举几个例子：晴朗的满月夜地面照度约为0.2lx，白天采光良好的室内照度为100lx~500lx，晴天室外太阳散射光（非直射）下的地面照度约为1000lx，中午太阳光照射下的地面照度可达l00000lx。(4)光出射度（面发光度）具有一定面积的发光体，其表面上不同点的发光强弱可能是不一致的。为表示这个辐射光通量的密度，可在表面上任取一微小的单元面积dA，如果它发出的光通量为dΦ，则该单元面积的平均光出射度M为：（9.2.7）对于任意大小的发光表面A，若发射的光通量为Φ，则表面A的平均光出射度M为：（9.2.8）可见，光出射度就是单位面积发出的光通量，单位为辐射勒克斯（rlx），lrlx等于llm／m2。光出射度和照度具有相同的量纲，其区别在于光出射度是表示发光体发出的光通量表面密度，而照度则表示被照物体所接受的光通量表面密度。对于因反射或透射而发光的二次发光表面，其光出射度是：反射发光：M＝ρE（9.2.9）透射发光：M＝τE（9.2.10）式中：ρ——被照面的反射系数（反射比）；τ——被照面的透射系数（透射比）；E——二次发光面上被照射的照度。(5)亮度光出射度只表示单位面积上发出光通量的多少，没有考虑光辐射的方向，不能表征发光面在不同方向上的光学特性。如图所示，在一个广光源上取一个微小面积△A，从与表面法线成θ角的方向去观察，在这个方向上的光强Iθ与人眼所“见到”的光源面积△A′及亮度Lθ间的关系为：（9.2.11）△A=△Acosθ如果△A是一个理想的漫射发光体或理想漫反射表面的二次发光体，它的光强将按余弦分布（图9.2.2），将＝I0cosθ代人式（9.2.11）得：（9.2.12）图9.2.2广光源单元面积上的亮度图9.2.3理想漫反射面的光强分布表明亮度Lθ与方向无关，等于常量L0，即从任意方向看，亮度都是一样的。对于完全扩散的表面，光出射度M与亮度L的关系为：M=πL（9.2.13）亮度的单位为尼特（nt），1nt＝1cd／m2。表9.2.1列出了各种光源的亮度。各种光源的亮度表9.2.1 光源 亮度（cd/m2） 光源 亮度（cd/m2） 太阳 1.6×109以上 蜡烛 （0.5~1.0）×104 碳极弧光灯 （1.8~12）×108 蓝天 0.8×104 钨丝灯 （2.0~20）×106 电视屏幕 （1.7~3.5）×104 荧光灯 （0.5~1.5）×104 9.2.2司机的视觉(1)视野人的眼睛视野是比较广的，但也有一定的范围，双眼视线左右各约100°，上约50°，下约75°。在注视一个方向物体的形状、色彩、亮度时，能看清楚的仅为视线中心1°～2°范围，要感知该范围以外的物体，视线需要在那个方向上固定0．1～0．2秒。(2)可见光肉眼所能感觉到的光，即可见光，仅是电磁波中的一小部分，其波长约为380～760nrn（1nm=10-9m）之间。不同波长的光给人们以不同颜色的感觉，各种颜色是逐渐过渡的，没有截然分开的界线。波长大于760nm和小于380nm的电磁波不能引起视觉。在可见光中，人眼对不同波长的光的感觉，具有不同的灵敏度。在亮环境中，亮视觉对波长为555nm的黄绿光线最敏感。即各种辐射能量相同而波长不同的光，给人的感觉是黄绿光最亮，波长偏离555nm越远，则感觉越暗。在光线很弱的环境中，暗视觉对绿光最敏感，它与亮环境相比，最灵敏处向短波方向偏移。(3)人的视觉视网膜是人眼感觉光的始端，上面分布着两种感光细胞：锥状体细胞和杆状体细胞。锥状体细胞多位于视网膜的中心，在黄斑上特别密，它对光亮的敏感性较小，需要较强的光刺激才兴奋，但对不同长度的光波具有不同的感觉能力，专管明亮时的视力，称为明视觉。柱状体细胞多在视网膜的周边，具有感觉弱光的能力，专管暗时的视力，强光反而会破坏它。但是它不能辩别颜色，在黑暗环境中观察到的景物是灰色的，它只能分辩亮度的大小。眼睛对于外界的亮度变化，能适当地调节锥状体细胞和柱状体细胞使之具有合适的感度。这种现象叫做“亮度适应”。对暗环境的适应（视野内的亮度在0.01cd/m2以上，如白天、室外）主要是锥状体细胞呈工作状态。因此，暗适应过程很缓慢，而亮适应过程则快得多。(4)司机的注视范围由于视觉取决于亮度，所以隧道照明质量以视场内的亮度为依据。国际照明委员会（CIE）建议：司机观察路面的平均视点高度为1.5m，大体相当与汽车司机的人眼高度，若向前注视的视角约为1°则注视的范围约为正前方60~160m左右，在此范围内的路面亮度分布状况，对司机视觉直接起作用，如图9.2.4所示。在此范围内视看条件的好坏，对司机辨认障碍物的可靠性和保持视觉的舒适性起决定作用。有良好的视看条件，才能保证司机准确了解道路交通状态及其变化情况，作出及时的判断和采取正确的机动动作。图9.2.4司机视觉的注视范围(5)司机的看视条件司机的看视条件与一般人不同，几乎完全是在动态条件下进行的，比静态条件的观察困难得多。由静态观测所得实验数据不能直接引用到动态条件中，一般应提高数倍至数十倍。通常影响司机视看条件的基本点是：1）路面平均亮度，对隧道来说还有作为背景的墙面亮度；2）路面亮度的均匀度；3）物体的亮度；4）物体与背景的亮度对比；5）观察物体时的有效时间；6）眩光程度等。此外还与物体的形状，轮廓的清晰度、在视野中的位置，以及是否出现在预料的位置上，或是突然出现在非预料位置上等有关，视觉是以生理量度量的，受观察者的精神、视力、身体状况的影响。还受气象（如雾等）和空气混浊程度的影响。9.2.3影响视觉的主要因素(1)适宜的亮度适宜的亮度是物体在视网膜成象引起视觉的基本条件。物体表面亮度大，视网膜上象的照度就高，就看得清楚，视觉与亮度的对数成正比关系。通过试验知道，人眼可以感觉到亮度为1/π×10-5cd/m2（坎德拉/米2）的物体，称为“最低亮度阈”。当亮度为1/π×104cd/m2时，人眼识别物体的灵敏度最高，超过此值后，灵敏度开始下降。亮度超过105cd/m2时，则视力极度下降，甚至引起视觉损伤，该值称为视觉上限。这种刺眼的视觉状态称为眩光。亮度（L）是一个具有方向性的物理量，当人眼从不同的方向观察同一对象（或背景）时，能感觉到在不同的观察方向，对象（或背景）的亮暗程度是不相同的。决定亮暗程度的并不是对象在发光面上的发光强度，而是垂直于视线方向上的单位投影面积（dA·cosθ）的发光强度（Iθ）。见图9.2.5及式（9.2.14）L=Iθ/dA·cosθ（9.2.14）图9.2.5亮度的方向性一般情况下，它是入射光方向与观察方向的函数。在不同入射光线照射下，对象（或背景）亮度随观察方向而变化，称为亮度特性。它反映了对象（或背景）的反射光通在空间的分布情况。如果被观察的表面，其反射光亮度与入射光的方向和观察方向均无关时，则称这种表面为均匀漫反射面。严格地讲，均匀漫反射面是很少的，但是粗糙的无光泽的表面，可以近似地看作为均匀漫反射面。在隧道照明中，光线投射到粗颗粒路面材料上时，可看作漫反射面。投射到具有光泽的墙面材料上时，可观察到定向漫反射。实用上没有100％的反光材料，任何表面上的反射亮度，在数值上永远小于投射到同一表面上的照度。路面和墙面是隧道中的背景，改善路面和墙面的反射率在照明效果上是非常有益的。(2)对象的大小“对象”的定义就是能够看到的事物或者事物的一部分。能否看清对象，除了依赖于照明条件外，还决定于对象的大小。由日常经验知道，当观察距离很近时，对象的外形轮廓及细部都是清晰的，但是随着观察距离的增大，就会逐渐变得模糊不清，并且失去楞角，产生显著的变形。眼睛分辨对象细部的能力是由它所能区别出相近两点的能力决定的。对象上两点对人眼的视角大，在视网膜上成象也大，看得就清楚，如图9.2.6所示。视角α一般用分表示，符号为“′”。若圆环视标伪缺口尺寸为d，视距为l，眼睛的视角为α，则（9.2.15）在对比度相同的条件下，视角越小就越难识别。眼睛分辨最小尺寸的能力，用可分辩的最小视角αmin的倒数衡量，即图9.2.6视角示意图人眼刚刚能分辨出的两点的视角αmin称为视角阈。正常人的视力，可以分辨出相当干1′视角，即相当于在5m远处的1．5mm的对象所形成的视角，把这个视力定为1．0。视角阈决定了可以分辨出的对象细部尺寸的大小，称为对象的最小可见尺寸，用dmin表示（9.2.16）若为停车视距（m），则在该距离上的最小可见尺寸即可用式（9.2.16）求得。由计算知道，视力为1.0的观察者可以看到的60m，100m，160m处对象的最小尺寸分别为0.02m，0.03m，和0.05m。(3)对象和背景的亮度对比在观察方向上，若对象的表面亮度为L0，背景亮度为Lb，则对象与背景的亮度对比C可用式（9.2.17）表示。（9.2.17）C值表示对象与背景亮度差别的大小，C值越大，可以识别得越清楚。C值小到某一值以下时就不能识别对象了，当人眼开始不能分辨对象与背景时的亮度对比值，称为亮度对比阈，以ε表示。当Lb＞L0肘，C为正值，称为正对比度；Lb＜L0时C为负值，称为负对比度。无论对比度为正或为负，效果是相同的。但是识别对象时，必须满足C＞ε。亮度对比是决定对象可见性的主要因素。实验（静态条件下）表明，亮度对比阈与背景亮度之间存在着一定的关系：如图9.2.7所示，当背景亮度Lb在102～104nt这样大的范围内变化时，亮度对比阈ε接近一个常数（约0．02），并且与对象的视角和形状有关。对象的视角越大，对应的亮度对比阈就越小，但是当视角αa＞30’时ε近似为一常数。无论视角再怎样增大，ε值也不再减小。对于正常人的眼睛，该值约为0．02。换句话说，亮度对比越小，对应的视角阈就越大。但是当亮度对比C≤0．02时，对象的视角阈将趋于无穷大，即无论怎样增大对象的视角，也无法满足可见性的要求了。另外，在同样的视角条件下，线状对象的亮度对比阈要比非线状对象小得多。换句话说，在亮度对比相同时，线状对象的视角要比非线状对象小得多。了解上述特点在隧道照明中的实际意义在于：背景亮度需要保持在102～104cd／m2之间，至少也要达到102cd／m2时ε才能达到常数值（最小），事实上是不可能的。另外亮度对比不宜太小，否则对象（例如道路的诱导标志）需要很大才能看清，而且明显的线状标志较非线状容易识别。由图9.2.7可以知道，当背景亮度为1nt时，ε为0．04，明显的变大，或者说对比度变大了。这里容易说明，为什么在背景很暗，如果障碍物（对象）的亮度也很暗时，或者说C很小时，则障碍物与背景可以溶合的道理了。因此隧道内作为背景的路面和墙应用明亮的颜色。图9.2.7亮度对比阈与背景亮度的关系(4)颜色对比的影响人的眼睛所观察到的世界，暗视觉时色调是灰色的，只要有适当的亮度，明视觉发挥作用之后，世界就不再仅仅是灰色的，而且五彩缤纷的了。所以在大多数情况下，对象与背景之间不会单纯地存在亮度对比，而是伴随着颜色对比，即存在着颜色上的差别。颜色可以分为非彩色和彩色两大类。非彩色是指由白色、浅灰、中灰、深灰、直到黑色，称为白黑系列。彩色是指黑白以外的各种颜色。颜色是各种波长不同的可见光在人眼中产生的感觉。例如波长为580～595nm的是黄色，480～580nm的是绿色，620～760nm的是红色等单色光。但通常各种对象和背景反射到人眼中的光线都是各种波长的组合，此时颜色是各种单色光所引起的综合感觉。但是人眼不能一一区分光谱的组成。例如波长700nm的红光和540nm的绿光接一定比例混合在一起，人眼的感觉是与580nm一样的黄光。亮度对比是识别对象的主要因素，颜色对比则为辅助因素。实际观察表明。一个亮度与背景相同，仅仅存在颜色对比的斑点，只能在距离很近时才能把它和背景区分开，而在不远的距离上它就和背景发生混色现象而溶合到一起了。当它和背景既存在颜色对比又存在亮度对比时，混色现象就不会很快发生，并且与亮度对比相同的黑白斑点的视角阈几乎相等。另外，在彩色斑驳的背景上，人眼的视角阈将要加大，这主要是背景亮度不均匀造成的，颜色的作用是非常次要的。在道路照用中。“光斑效应”不仅影响到司机视觉的舒适性，更重要的是影响到识别对象的能力。从这个观点上看，隧道内不能有斑驳状图案及“光斑”，即使在露天道路上的交叉口、弯道上也不应当有斑驳状图案，以免导致交通事故。另外，设置的道路标志图案。只有颜色差别是不够的，更重要的是亮度对比。(5)环境亮度的影响用照明器照明的目的是既照明对象，又照明对象所在环境或对象的背景。这里主要是两个问题，一是光过分地集中在车行道上，司机的眼睛就会变得只能适应这个亮度水平，从而减弱了对较暗区域的观察能力；二是观察对象时需要有背景衬托，如果背景没有足够的照明，对象将缺乏立体感，因而变得难以发现。前者可选择合适的照明器，使道路外延约5m处的照明水平，不少于其毗邻的车道内5m处的亮度值的50％。在隧道内谈不上外延，但应加强墙面的照明，提高墙面材料的反射系数。后者可通过体视阈的概念理解。体视视觉：人眼对空间物体的立体形状及其在空间相对位置的分辨能力，是由双目观察产生的，称为双目视觉或体视视觉。故（9.2.18）若使△β=δ=10″，ST＝100m处的B点具有体观视觉，取b＝0.065m，则N=8.06m即，观察100m处的对象，背景应大于8.06m，小于8.06m的背景在视觉上与对象在同一平面内。因此在8.06m以后的背景，应该具有足够的亮度和与对象的对比度，见图9.2.9。图9.2.9体视对背景极限长度的要求若ST为停车现距，则与设计车速对应的体视极限距离如表9.2.2所示：表9.2.2 设计车速（km/h） 80 60 50 40 30 行驶车速（km/h） 68 54 45 36 30 停车视距ST（m） 105.8 72.2 54 38.3 29.9 极限体视距离N*（m） 9.1 4.11 2.27 1.13 0.68*是把ST视作静态观察距离换算得到的，未考虑动态条件影响。表9.2.2是把ST视作静态观察距离换算得到的，来考虑动态条件影响。如果S→∞，则βA＝0，若△β=βB-βA==10″，可求得ST=1340m。该值表示：背景为无穷远时，距离大于该值的任何物体，不再具有体视感了，这个距离称为体视半径。它对于后面将要讨论的诱导性有一定的影响。由上述体视视觉概念可知，对背景亮度的要求是足以识别背景。隧道内的背景主要是路面和墙面，顶棚也可以是背景。从这个角度上讲，顶棚应该是浅颜色的，但是顶棚很容易脏，所以清洗工作负担较大，有一定的困难。足够亮的背景，才能衬托出对象的轮廓和相对位置，使司机作出准确的判断，保证行车安全。(6)空气对能见度的影响1）空气对光通的衰减作用和光幕发光（或反光）物体的光通，必须经过空气才能到达人的眼睛。在传播的过程中必然受到两种作用：一种是吸收作用，即空气把其中一部分光通转换成其它形式的能量；另一种是散射作用，即空气使其中另一部分光通偏离了原来传播方向，散向任意方向。空气的散射是造成定向传播的光通衰减的最主要原因。空气不仅会把来自对象的光通散射出去，使对象的亮度降低，而且会把日光散射到观察方向上来，使对象与观察者之间形成一层明亮的光幕，使对象的亮度得到增强。光幕亮度LV可按下式计算：（9.2..19）式中：i——与空气透明度及照明情况有关的系数；α——消光指数；s——空气光幕的厚度。光幕还影响到对象和背景的亮度对比，设因光幕作用亮度对比由C变化为C′，则（9.2.20）显而易见C′≤C。由式（9.2.20）可以看出LV越大，亮度对比的下降程度越大。不过，当空气透明度很大，以明亮天幕为背景的远处的山，会因光幕亮度而变得明亮起来。在隧道洞口，往往由于汽车排出的烟无法消散，涌出洞口形成烟雾。在阳光照射下产生光幕亮度，见图9.2.10。若洞内路面亮度为L2，由式（9.2.20）可以得出：图9.2.10洞口光幕造成亮度对比降低如果烟雾很多，亮度对比下降很大，势必影响到障碍物的可见性。为消除这种影响。日本建议在入口上方设置排烟通道，使大部分烟雾不再涌向洞口，而由通道排出。2）空气的散射作用散射是指空气组成成份把原来向一个方向传播的光变成向各个方向传播，使原来光线减弱的现象。不同的组成成份对不同波长光线的散射作用不同。可以分为两种情况：A分子散射它的散射源是气体分子，其尺寸比可见光的波长小得多。这种散射的特点是散射光的强度与波长的4次方成反比。所以波长越短的光线，受到的散射效应也越强，而长波则不易被散射。B悬浮粒子的散射它的散射源是悬浮于空气中的各种固态和液态微粒，如烟、雾、尘埃等。这些散射粒子的大小很不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf ，其半径分布在10nm～100μm这样广阔的范围内。它们对各种波长的光线的散射作用因微粒大小而不同，当散射粒子比可见光波长小得多时，其散射作用与分子散射相同；当散射粒子的半径与波长相近时，其散射作用为最大；当散射粒子比可见光波长大得多时，其散射作用与波长无关，此时散射光谱与入射光谱相同，称为漫射。雾粒子半径通常大于3～5μm，所以它对可见光的散射无选择性。雾越大，散射性也越强，雾的颜色也就越白，也越不透明。由于雾粒子的影响，一部分光向司机方向散射，结果可以看到雾中出现的光幕。要通过光幕看到观察对象，司机要经过相当的努力才能作到。如果司机在雾中打开前大灯，会出现“白壁现象”。空气中的悬浮粒子越少越小，与波长的关系越大，成为有选择性的散射。对于下层空气分子来讲，主要是波长较短的蓝色光被散射出来。由于这种有选择性的散射作用。来自对象（或背景）的不同波长的光线将受到不同程度的散射。另外，在对象（或背景）与观察者之间的气幕主要是短波散射光幕。这样对象（或背景）既会改变亮度，也会改变颜色，最终与蓝色气幕相融合。由此可见，亮度对比是决定对象可见性的主要因素，颜色是次要的。3）透过率在道路隧道中的空气里，或多或少的存在着污染物质。如汽车卷起的尘埃，柴油车引擎产生的煤烟，氮氧化物所构成的烟雾，水蒸气及其凝结而成的雾等，其中最主要的是尘埃和烟。光通过污染空气时，入射光通中的一部分被吸收，一部分被散射，其余部分得以通过。这三部分之和等于入射光通，分别把这三部分光通量和入射光通量之比称为吸收系数（α）、反光系数（ρ）和透光系数（τ）。显然，α+ρ+τ=1，所以τ是小于1的系数。在道路隧道中，为了描述光透过空气的能力，用E、E0分别表示同一光源所发出的光线、通过100m的污浊空气和清洁空气后的照度，用τ100表示光通过100m的透过率，则：τ100=E/E0行驶速度不同时，对τ100有不同的要求，PIARC提出：V＝80km/h时τ100＝0.6V＝60km/h时τ100＝0.48V＝40km/h时τ100＝0.4并指出τ100＜0.3是不允许的。有的国家，如日本，把τ100＝0．5作为国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。由于烟雾的浓度不同，同一光源的透过率不同。烟雾浓度相同时，不同类型光源的效果不同，其视距也不同，如τ100＝0．5时，钠灯视距为80m，萤光灯视距为45m。(7)观察时间的长短观察尺寸大的物体只需很短的时间，在司机眼睛不停地注视视野内的物体时，发现视野内的障碍物的时间不少于0.1～0.2S。同一物体，照度越高（背景亮度越大），识别时间越短。对处于运动状态的司机来说，辨别障碍物的时间受到限制，司机从发现障碍物后，直到进行判断和制动的反作用时间，总共只有2.5S，是相当短的，所以应该保证有足够的照度。识别时间还受视觉适应的影响，不论是暗适应还是明适应，识别时间都受到影响。急剧和频繁的适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降，忽明忽暗的路面墙面亮度改变是应该受到限制的，即后面将要讨论到的均匀度问题。9.3道路照明的质量(1)路面平均亮度（Lav）司机观察障碍物的背景，在道路照明中主要是路面，在隧道照明中墙面也作为背景，但路面仍然是主要的。只有当路面亮度达到一定值以后，司机才能获得立体感，在此基础上，亮度对比越大越容易察觉障碍物。但是正如前面已经叙述过的，路面（背景）亮度越高，眼睛的对比灵敏度越好（亮度对比阈ε越小）。Dunbar实验（实际道路上的运行实验）表明：平均亮度升高时，察觉障碍物所必要的亮度对比C变小。即，障碍物变得更容易看清楚，见图9.3.1。国外一些国家的路面平均亮度一般取l～2cd／m2。平均亮度图9.3.1察觉障碍物的平均亮度Lav和亮度对比C的关系(2)路面亮度均匀度保证亮度均匀度是为了给司机提供良好的能见度和视觉上的舒适性。如果亮度高，则均匀度要求可以不很严格。干燥路面和湿路面的路面亮度有很大变化，均匀度也相应有很大变化。严格的均匀度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度较低的情况。1）总均匀度（U0）照明装置保证提供良好的路面平均亮度后，路面上一些局部区域还可能出现最小亮度Lmin。通常较差的亮度对比都发生在路面较暗的区域，往往影响到对障碍物的辨认。为了使路面上所有区域都有足够的亮度和对比度，提供令人满意的能见度，需要规定路面最小亮度和平均亮度比值的范围。（9.3.1）式中：Lav——距车道边缘1／4宽度处（左或右）测得的路面平均亮度；Lmin——距车道边缘1／4宽度处（左或右）测得的路面最低亮度。对于隧道总均匀度包括路面和两侧2m高范围内的墙面，昼间U0≥0．7；夜间U0≥0．5。对于露天道路一般不低于0．4。2）纵向均匀度（）为了提供视觉舒适性，要求沿各车道线中心线有一定的纵向均匀度。纵向均匀度是沿中心线的局部亮度的最小值和最大值之比。（9.3.2）式中：Lmax—从车道线中心线上测得的最大亮度；Lmin——从车道线中心线上测得的最小亮度。隧道纵向均匀度包括路面两侧2m高范围的墙面，昼间Ul≥0．8；夜间Ul≥0．6。露天道路依道路等级不同，不低于0．7或0．5。连续的路面（墙面）上忽明忽暗对司机干扰很大，称为“光斑效应”，当隧道较长时，司机眼睛会很疲劳，影响发现障碍物。(3)眩光限制道路照明的眩光可以分为两类：失能眩光和不舒适眩光。前者表示对照明设施造成的能见度损失方面的评价，用被试对象物体的亮度对比的阈值增量（TI）表示，是典型的司机视觉作业。失能眩光是生理上的过程，是表示由生理眩光导致辨认能力降低的一种度量。后者表示在眩光感觉中的动态驾驶条件下，对道路照明设施的评价。该眩光减少司机驾驶运行的舒适程度，用眩光控制等级（G）表示。不舒适眩光是心理上的过程。1）失能眩光这种眩光导致的识别能力的下降，是由光在眼睛里发生散射过程造成的。来自眩光光源的光在视网膜方向上的散射会引起光幕（等效光幕）作用，在视网膜方向上的散射程度越大，光幕作用也越大。在眩光条件下的总视感，必须把光幕亮度叠加在无眩光时景物成象亮度之上。等效光幕亮度（Lv）可按以下经验公式计算：式中：——第i个眩光源在眼睛（与视线相垂直的平面上）产生的照度；θi——视线与第i个眩光光源入射到眼睛的光线之间形成的夹角；k——年龄因素（平均值为10）。该光幕会使司机视觉感受到的障碍物与背景的亮度对比比实际低得多，因此用光幕亮度的方法处理。把对象（障碍物）亮度和背景亮度两者都加上光幕亮度，此时，有效的背景亮度（Lbeff）由Lb增加为Lb＋Lv，（即，对比灵敏度增加）。故有效对比为：（9.3.3）式中：——有效背景亮度，＝＋——等效光幕亮度；其余符号意义同前。由式（9.3.3）可以看出，只要≠0，即，存在眩光时，C有效＜C。但通过增加亮度对比又能重新看到物体，这种刚刚能重新看到物体所需要的对比增加量与原来的对比有关，是表达因失能眩光导致识别能力降低的一种度量。这种量，CIE规定由视对象的视角为8°时所必须的相对阈对比增量来获得，并将这个量命名为阈增量TI，以％表示。为了限制眩光对辨认能力的干扰效果，对阈增量作出必要的限制，就不会引起障碍物能见度的降低。其中：通常的道路照明中，对0．05～5cd／m2之间的平均亮度，阈增量TI可由光幕亮度的数值和平均路面亮度值结合对比灵敏度确定：（9.3.4）2）不舒适眩光眩光造成的不舒适感，目前还没有专门的测量仪器，是用眩光控制等级（G）表示所感到的不舒适程度的主观评价。这种主观评价取决于各种照明器和其它照明装置的特性，可以用下列经验关系式描述：式中：——照明器在同路轴平行的平面内，与垂直轴形成80°，88°方向上的光强值（cd）；F——照明器在同路轴平行的平面内，投影在76°角方向上的发光面积（m2）△C——光的颜色修正系数；△C＝＋0．4用于低压钠灯Lav——平均路面亮度（cd／m2）；h′——水平视线路灯的高度（m）h′=灯的安装高度-1.5m；P——每1km安装的照明器个数。计算的经验公式为：（9.3.5）公式中各参数的调研范围是：50≤≤7000（cd），1≤≤50（cd），0.007≤F≤0.4（m2），0.3≤≤7（cd/m2），5≤≤20（m），20≤P≤100，灯的排数为1或2。眩光等级G与主观上对不舒适感觉评价的相应关系为：G=1：无法忍受G＝3：干扰G=5：允许的极限G＝7：满意G=9：无影响(4)诱导性为了保证交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉点以及特殊地点都应该清晰可见，这就要求有良好的诱导性。诱导性一般来自两个方面：即视见诱导性和光学诱导性。诱导性通过各种诱导标志和照明设施获得，与照明设施等一起，共属交通安全设施范围。1）视见诱导性道路视线诱导标志，是沿行车带标明道路边缘和线形的一种设施，以便昼夜诱导司机的视线，并根据需要设在某一路段上，如路面中心线、路线或两侧路面标志、道路护栏与护桩、积雪地区设置雪标杆等。在隧道内墙面也可以起诱导作用，但隧道内的诱导作用首先要求有足够的照明，使诱导标志成为可以视见的。夜间，洞外的诱导性和洞内类似，也受照明系统的影响。道路轴线方向投光角度受到一定的限制。例如采用低角度和的较低亮度值的灯具，以及主要光束与行车方向成垂直交叉的照明系统，对看清楚道路诱导设施有利，尤其在恶劣气候条件下有利。道路标志的能见度，还同本身的反射特性和路面反射特性之间的差异有关。道路标志所用的材料，既要“亮”，又要有良好的漫反射特性，所以其表面应为粗粒结构。在不设路灯的路段上可以考虑使用有显明颜色的逆反射材料，例如晚上在车灯照射下，能激发出一块块红颜色的红色逆反射材料，其诱导性很好，引人注目，车就不会开到路以外的地方去了。有的还在隧道入口处装设这种材料，以便使隧道洞口轮廓十分明确。另外，有的用不同颜色的路面显示其不同的用途，如把自行车道做成暗红色以示区别。2）光学诱导性在道路照明设施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、弯道、交叉和各种特殊场合，再配合其它视线诱导标志，能在远距离上使司机明显地注意到有危险性的地段。在隧道内的特殊场合，诸如紧急停车带、方向转换场等。照明器在排列、光色、光强以及设置的方位和间隔的变化，会有效地起到光学诱导作用。如在分隔带的断头，分流处的前端，为了标明其位置，应设置视线诱导标志。又如广场、停车道、回车道等应有明显的诱导标志，同时，还应辅以光学诱导。在同一区段内注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在不同区段，尤其不同等级的道路，采用不同类型的光源、不同的格调等，都会有效地起到光学诱导作用。不过，在规模大、线形复杂、多层次的立体交叉场合大量装设路灯，反而会由于光点太多，给司机以“灯海”的感觉，造成混乱，失去了光学诱导作用。这种场合采用高杆照明，在照亮道路的同时也照亮环境，可以获得与白天相似的良好诱导性。在隧道出入口附近有广场时，可以考虑这种方式。9.4隧道亮度曲线白天，汽车司机在接近、进入和通过隧道时，会遇到各种视觉问题。汽车以50km/h的设计速度行驶时，通过洞门附近（例如内外各10m）时，时间是非常短的，约需1.5s。但是由洞外亮度（约4000cd／m2）降到洞内中间段亮度（山岭隧道为2－3cd／m2城市隧道5－10cd／m2的比率却很大。眼睛的视觉状态由明视觉到接近薄明视觉（介于明暗视觉与暗视觉之间的中间视觉状态），这时锥状体细胞和柱状体细胞同时对应着新的环境亮度而适当的工作。由于亮度的变化速率太快，眼睛的适应迟缓，对物体的视见能力极度下降，尽管洞内有一定的亮度，但司机的视觉感觉很黑，隧道里象个黑洞，即“黑洞效应”。这时司机就会失去获得视觉信息的能力，道路的走向，是否有障碍物存在，是否有其它车辆等，总之，几乎所有的视觉信息都暂时中断了。这种状态要持续一个暗适应过程所需的时间，其长短与洞外亮度和洞内亮度的大小等有关。视觉信息不足是发生交通事故的条件，但是这不等于必然。照明的任务是不间断地为司机获得足够视觉信息提供照明条件。人的视觉生理机能是不容易改变的，只能顺应它，这就需要弄清楚人的视觉适应规律。这里大体上应满足两点，即视觉信息的不间断性和照明的经济性，前者要求有较高的亮度，后者要求用较低的亮度，照明设计者则应该把它们统一起来。提高洞内亮度水平的方法，是最简便的、却是过时的，而且也是争议最大的方法。由前所叙已经知道，在道路照明的各种质量指标中，亮度是基础。有了亮度以后，才能进一步谈均匀度、亮度对比、眩光以及诱导性等，才能谈最低亮度阈、视角阈、亮度对比阈、相对阈值增量以及体视阈等。有了充足的、甚至是较高的亮度水平，那么其它问题比较好解决。但是最大的问题是投资费用高、运营费用高、耗能大。另外，没充分利用人的视觉适应规律，把本来有可能节省的亮度也浪费掉了。所以从这个意义上讲，也是最浪费的方法。充分考虑视觉适应规律，可以把亮度维持在一个较低的水平上，根据情况，甚至可以维持在最低的水平上。可以认为这个方法的目的是在各照明区段上把亮度维持在一个实际情况所容许的最低极限水平上。其要点是：根据现场调查确定洞外亮度；根据设计车速、交通方式、交通流量、空气透过率等确定中间段的所需亮度水平；根据视觉适应规律、洞外与中间段亮度差、亮度减低的速率等，确定入口段和过渡段的亮度水平和长度。由于入口段和过渡段需要一定的长度，太短的隧道摆不下它，加上出口眩光的影响，所以隧道长度在200m以下时，不存在中间段照明，称为照明上的短隧道。短隧道的照明问题比较复杂，本教材不作专题讨论。长度在200m以上的隧道，称为照明上的长隧道，本教材将要着重讨论。长度很短的隧道，受进、出口人射自然光影响较大，所以长度小于70m时，一般白天可以不考虑照明。9.4.1照明区段的划分长隧道照明基本上可以按接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段五个区段划分。(1)接近段在道路隧道各照明区段中，在洞口（设有光过渡建筑时，则为其入口）前，从注视点到适应点之间的一段道路，在照明上称为接近段。在通常情况下，当汽车驶近隧道，但距洞口尚有一定距离时，司机的注意力会自然地集中在观察洞口附近情况上，开始注视之点称为注视点。继续接近洞口时，在司机的视野里，亮度较高的外界景物（其亮度为洞外亮度）逐渐减少，相应地洞内低亮度景物逐渐增加。当汽车到达洞外某一点（约距洞口10m）时，司机视野中的外界景物全部消失、开始适应洞内亮度的变化，不再为“感应现象”所困扰，该点称为适应点。在照明设计中，车速与洞外亮度是两个主要基准值，车速已由道路等级限定，洞外亮度值要由道路照明设计者进行周密调查后确定。其取值等级升高一级对造价和运营费用都将产生很大影响，因而需要采取适当措施降低洞外亮度，以便减少造价和节能。洞外亮度是司机驾车驶入隧道洞口前所看到的周围环境平均亮度，用L1表示。其取值的大小对确定入口段、过渡段以及出口段亮度有很大影响，因此要求尽量符合实际情况，而不宜偏高。在实际取值中存在一定困难，即用哪一点的亮度代表洞外亮度合适。洞外亮度不等于野外亮度，因为在洞外不同距离上的野外亮度不同。另外，在隧道施工前后，洞口环境往往变化很大，施工前所测得的某点亮度，常常与施工后的该点亮度不同。在隧道照明设计中，洞外亮度的估算，目前主要有如下三种方法：1）PIARC法L1=Lsp（9.4.1）式中：L1——洞外亮度；Lsp——距离洞口为停车视距处的面向洞口的前视亮度。2）CIE法（CIE：国际照明委员会）（9.4.2） 现场条件 L1（Cd/m2） 洞外地形开阔，天空或海面之类高亮度景物在视野中占50%以上时 5000~8000 洞口在野外，略有树木背景，天空或海面等背景在视野中占25~50%时 4000~5000 洞口在市区建筑物林立的环境中时 3000~4000 洞外地形不开阔，且有山岭、树木等背景时 2000~3000式中：L11——距洞口为D1处面向洞口的前视亮度，在数值上D1=V（m）（其中V为车速数值），参见图9.4.1；L12——距洞口为D2处面向洞口的前视亮度，在数值上D2=2V（m）；L13——距洞口为D3处面向洞口的前视亮度，在数值上见D3=3V（m）。图9.4.1洞外亮度取值法3）经验数据法（国际照明协会）参见表9.4.1表9.4.1(2)入口段在隧道照明区段中，进入洞口（设置光过渡建筑时，则为其入口）的第一段。对洞口照明的研究是从本世纪五十年代中期开始的，研究的主要课题是适应段在洞口处的最高亮度L2应该怎样取值。隧道交通中最重要的问题莫过于安全，没有可靠的安全性就谈不上通过能力，所以L2值应能满足安全上的需要。司机在引入段行驶时，已经适应那里的亮度水平，当他处于适应点位置观察隧道内部时，至少应当满足在停车视距以远处能识别20×20cm的正方形障碍物（实换算长度、与背景间的亮度对比C＝20％）。由第二节中眼睛适应能力方面的知识联想到，L2将受L1值大小的影响，换句话说，由洞外亮度L1到入口段洞口处亮度L2的减少速率受眼睛适应能力的限制。减少速率过快眼睛将产生不适现象，出现黑洞效应是不能容许的。相反地，减少速率过慢，即L2过高，是不经济的，也不符合要求。因而L2/L1应该有一个恰当的比值。过去人们做过不少探索，希望能找到一个最恰当的值，但是由于实验条件上的差异，取值的差异非常大。有的学者推荐为1／10，另一些学者认为该值偏高，1979年PIARC推荐为1／15～l／30，日本推荐在车速为40km/h时，可为1／118～l／138。日本“隧道照明设计指南”（1979年）认为L2与注视时间及车速有关。注视时间长，车速低，则L2低；反之则高。总之L2不一定需要很高。有的研究表明，L2还与洞口朝向、交通方式（单向或对向）、交通量及车速等有关。朝东比朝西时低，朝北比朝南时低，单向交通比对向交通时低，交通量较小比较大时低，车速小比车速大时低。一些国家规定的L2值虽然有所不同，但是大体上都是经过2S即可完成对L2的适应过程，尔后开始对下一段的适应。因此，与之对应的入口段的长度为2S内通过的距离，在车速低时，该距离还可以适当缩短。通过隧道群时，如果前一个是长隧道（通过时间为30s以上），在立即进入后续隧道的情况下，后续隧道适应段照明亮度，可以适当折减，参考表9.4.2。表9.4.2 由前一隧道出口到后一隧道入口所需行驶时间（S） 后一隧道入口照明所需亮度折减系数（校正常值） ≤2510153060 0.50.70.750.80.850.9白天由入口进入自然光的影响范围约为入口高度的2倍，通常入口高度约为5m，影响范围约为10m。在此范围内白天可以省略人工照明，但在夜间为了保持照明的连续性，仍应进行照明。洞外亮度发生变化时，如每日早、中、晚，天气与季节变化时，入口照明亮度可以按相应比例折减。为此，在道路隧道照明系统中，应设有调光设备，使隧道内亮度能随洞外亮度变化而自动调节。调光设备有两种：（1）不连续调光；（2）连续调光。前者按“强烈日光”，“有云”，“阴天”，“黎明或傍晚”，“夜间”等5级调节，并由光电元件自动控制。后者是用可控硅的导通角和输出电压，从而改变灯管电源和亮度，实现无级连速自动调光。(3)过渡段在隧道照明中，介于入口段与中间段之间的照明区段。其任务是解决从入口段高亮度到中间段低亮度的剧烈变化（常为数十倍）给司机造成的不适应现象，使之能有充分的适应时间。该适应时间取决于基本段亮度与适应段亮度之比，可参照图9.4.2所示的适应曲线确定。根据适应时间与设计车速，可以求出过渡段所需长度，并以渐变的加强照明实现这种过渡。图9.4.2眼睛适应亮度变化的时间关系（据PIARC道路隧道委员会报告书）(4)中间段在道路隧道照明区段中，中间段照明的基本任务是保证停车视距，基本段的照明水平与空气透过率（即通风条件）、行车速度以及交通量等因素有关。在正常通风条件下（参见本章第二节中PIARC关于τ100的建议值）中间段的亮度L3可参考表9.4.3所列数值。表9.4.3 L3的区分隧道类别 L3（cd/m2） 一般值 最低值 最高值 山岭隧道（V≤60km/h） 2~3 1~1.5 高速公路隧道 20~30 40 城市隧道 5~10 交通量多的重要隧道可乘以倍数（根据重要性，可以取到2），交通量少的可乘以折减系数。单向交通与对向交通也有所不同。参见表9.4.4。表中的数据主要是依据排出的废气对能见度产生的影响而给定的。表9.4.4 交通方式项目 单向2车道 对向2车道 交通量（小汽车辆/d） ＞15，000 7000~15，000 ＜7，000 ＞6，000 ＜6，000 折减系数 1.0 0.75 0.5 1.0 0.5隧道长度与L3有一定关系：隧道长，适应时间也长，L3可以适当的降低；反之L3就高。从安装闭路电视的角度上看，要求L3稍高，但一般情况下，照度达到30lx也足够了。关于舒适性标准，难以用一个数值限界表示，影响舒适性的因素除亮度之外还有许多其它因素，如光色、灯具布置、点光源还是线光源等都能影响到司机的主观感觉。夜间没有白天那样强烈的暗适应问题，交通量也大大减少，所以照明标准可以适当降低。其减少的程度以不会因此而导致交通事故为限度，一般折减系数可以取0.5。夜间沿隧道全长按同一标准照明，但为了使出口处不产生黑洞效应，洞外接续道路应设计相应照明。通过自行车和行人的隧道，在保证路面亮度的同时，还要保证侧墙有足够的亮度，避免形成自行车和行人在暗带中通行的现象和可能因此导致的危险。(5)出口段在单向交通的隧道中，有时需要对出口段作适当的处理，以便缓和白洞现象带来的不利影响。例如，出口洞外为空阔环境、面向大海、面对雪山等高亮度并能形成眩光时，出口则应加强照明，否则无须作加强照明。在对向交通的隧道中，两端均为入口，同时也均为出口，两端的照明情况完全相同，也就不存在出口段的处理问题。从出口段的眩光问题上看，朝东或朝西的出口，在日出或日落时阳光可能直接贯入隧道，形成强烈直接眩光。为了避免发生这种现象；出口则应作适当的处理。其方法主要有两个：即在洞内出口段设置曲线，或在洞外设置曲线段并作遮挡。前者在出口段设曲线后阳光不会直接贯入隧道。既使有射入的阳光也会照射在墙上，经反射后可以增加出口段亮度，使司机有明适应的亮度条件和时间。如果设置曲线后，出口方向刚好正对一座山时，最为理想。后者在出口引道上设置曲线，并在曲线外侧设置挡墙、种植高大常青乔木等，挡住直射的阳光。9.4.2亮度曲线的组成沿道路轴线，由入口洞外的接近段经入口段、过渡段、中间段直至出口段，司机在白天所需要的路面亮度变化曲线，称为亮度曲线，见图9.4.3。其中的亮度包括自然光在路面反射引起的亮度和人工照明在路面反射引起的亮度，是综合的亮度。前者有可以利用的亮度和需要限制的亮度两部分；后者是因自然光不足或根本影响不到而需用人工照明加以弥补的亮度，人工亮度沿路轴的变化曲线称为人工亮度曲线。由于自然光的影响范围很小，一般仅为2倍隧道入口高度（约10m）的范围，除洞外散射光较强时，可以考虑不作人工照明外，在10m以外因自然光影响很小，不再考虑它的影响，所以只按人工亮度计算，这样做能使计算得以简化。图9.4.3亮度曲线由于目前人们对视觉适应能力的估算不一致，所以在入口（包括入口段和过渡段）亮度曲线的划法上相差甚远。我国的《公路隧道通风照明设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》对各区段的长度与亮度作了具体规定。9.5照明设计9.5.1概述道路隧道的内部照明，不仅要有足够的亮度，而且要有符合要求的质量。同时还要注意到隧道的特点，即它是一个封闭空间。另一方面，司机在动态条件下观察障碍物时，需要更长的背景，即在增加的背景长度上要保证亮度和亮度对比。见图9.5.1。隧道照明必须不分昼夜的连续进行，虽然在点灯率上有变化。为了使照明可靠，确保连续性，必须保证有两个以上独立电网供电。并要求它能有效的自动转换。为了避免瞬间停电或转换电源时发生短暂的黑暗，应当设置瞬时启动（1／5～l／10s以内）的辅助电源电池组作为瞬间照明设备。事故照明与正常照明应分别接在不同的供电线路上。车速（km／h）图9.5.1不同的车速对背景长度的要求隧道照明的效果，不仅取决于电灯的亮度，而且与背景空间的反射率密切相关。为此，墙面和路面宜用反射率高的材料，一般隧道墙面反射率应大于0．7，明亮的混凝土路面反射率为0．24～0．31，明亮的沥青路面反射率为0．18～0．21，很深的黑色路面反射率为0．11～0．14。为了使路面明亮。以前多半使用水泥混凝土铺路，最近开始改用加入浅色石子和氧化铁填料的沥青路面改善路面亮度，提高了效果。提高墙面的反射率，对改善照明效果十分有益，一般均采用明亮的颜色作为内装的基本色调。白色墙面极易弄脏，比较理想的是淡黄色和浅绿色，眼睛对它们的感觉灵敏度也很高。另一方面，墙面应当平滑，容易清洗，并且难以附着尘埃和油污。墙面内装材料可用瓷砖和建筑饰面材料，最近有的开始使用加入氯化橡胶的油漆作涂料。顶棚在装修方法上曾有过反复，过去美国改造旧隧道时，为了利用顶棚的二次反射增加路面亮度，采用过贴瓷砖的办法。虽然反射率得到提高，但经验证明瓷砖污染很快．为了保持明亮必须每周清洗两次，增加了保养所需时间和工作量。另外明亮的顶棚还产生闪烁，在司机的视野里，顶棚反光角处于视角的中等眩光区以下，甚至极强烈的眩光区。顶棚也是背景的一部分，尤其在坡道上作用更明显。所以如何解决耐脏和削弱眩光作用就是需要研究的问题了。为了增加诱导性，早期发现障碍物和看清车道界线，除了保证亮度、均匀度以外，车道的分隔线、路缘石应该是反射率最高的白色线条标志。9.5.2光源用来作为采光和照明的电发光体称为电光源，可分为热辐射光源和气体放电光源两大类：（1）热辐射光源：利用电能使物体加热到白炽程度而发光的光源称为热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯。（2）气体放电光源：利用气体或蒸气的放电而发光的光源，如荧光灯、荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。在常用的电光源中，光效较高的有高压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯等；显色性较好的有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、金属卤化物灯等；寿命较长的，目前国内生产的光源有高压汞灯和高压钠灯；能瞬时启动、再启动的光源是白炽灯、卤钨灯等；输出光通量随电压波动变化最大的是高压钠灯、最小的是荧光灯。隧道照明的光源，除了应满足在隧道特定环境下的光效、光通量、寿命及工作特性、光色、显色性和控制配光的难易程度等主要要求外，还应选择在汽车排烟形成的烟雾中仍能保证有良好能见度的光源。因此，在通常情况下，应使用在烟雾中有较好透视性的低压钠灯，如果是短隧道或柴油车比率较小的隧道，烟雾会少些，亦可使用显色性好的荧光灯。在隧道出入口照明，可用小型大光通量的高压钠灯或高压汞灯。随着新一代光源的不断问世，应积极选择，应用新光源。隧道照明常用电光源种类和主要特性见表9.5.l：隧道常用电光源的主要特性表9.5.1。 光源名称 白炽灯 荧光灯 荧光高压汞灯 高压钠灯 低压钠灯 额定功率范围（w） 10~1000 6~125 50~1000 100~400 18~180 光效（lm/w） 6.9~19 25~67 30~50 90~100 100~175 平均寿命（h） 1000 2000~3000 2500~5000 3000 2000~3000 一般显示指数R 95~99 70~80 30~40 20~25 — 启动标定时间 瞬时 1~3s 1~2min 4~8min 7~15 再启动时间 瞬时 瞬时 5~10min 10~20min ＞15 功率因数cosφ 1 0.33~0.7 0.44~9.67 0.44 0.06 频闪效应 不明显 明显 明显 明显 明显 表面亮度 大 小 较大 较大 较大 电压变化对光通影响 大 较大 较大 大 大 环境温度对光通影响 小 大 较小 较小 小 耐震性能 较差 较好 好 较好 较好 所需附件 无 镇流器、启辉器 震流器 震流器 漏磁变压器9.5.3照明器的特性照明器是根据人们对照明质量的要求，重新分布光源发出的光通，防止人眼受强光作用的一种设备。它包括光源，控制光线方向的光学器件（反射器、折射器等），固定和防护灯泡以及连接电源所必需的组件，供装饰、调整和安装用的部件等。照明器通称照明灯具或简称灯具。照明器的特性通常以光强分布、亮度分布、保护角、光输出比等指标来表示。（1）光强空间分布特性光强空间分布特性是用曲线来表示的，故该曲线又称配光曲线。配光曲线一般有两种表示方法，一是极坐标法，二是等光强曲线。1)极坐标配光曲线在通过光源中心的测光平面上，测出照明器在不同角度的光强值。从某一给定的方向起，将各个角度的光强用矢量标注出来，连接矢量顶端的连线就是照明器配光的极坐标曲线。对于有旋转对称轴的照明器，在与轴线垂直的平面上各方向的光强值相等，因此只用通过轴线的一个测光面上的光强分布曲线就能说明其光强在空间的分布，见图9.5.2。如果照明器在空间的光分布是不对称的（如管形卤钨灯具），则需要若干测光平面的光强分布曲线来说明其空间分布。图9.5.3表示非对称配光的室内照明器的配光曲线。令测光平面为C平面，取与灯具长轴垂直的平面为C0平面，与C0平面成45°、90°、270°…平面角的面相应的称为C45、C90、C270…平面。图9.5.2极坐标配光曲线图9.5.3不对称照明器配光曲线为了便于比较不同照明器的配光特性，通常将光源化为1000lm光通量的假想光源来绘制光强分布曲线，当被测光源不是l000lm时，可用下式换算：（9.5.1）式中：——换算成光源光通量为1000lm时θ方向的光强，cd；——照明器在θ方向的实际光强，cd；——照明器实际配用的光源光通量，lm。室内照明灯具多数采用极坐标配光曲线来表示其光强的空间分布。2)等光强曲线图（等烛光图）不对称配光的照明器需要有许多平面配光曲线才能表示它的空间分布，使用不便，也不醒目，不能反映各平面间的联系，此时可采用等光强图表示法。为了正确表示发光体空间的光分布，可以设想将它放在一个外面标有经度和纬度线的球体中心，球体半径与发光体的尺寸要满足“点光源”的条件。发光体射向空间的每根光线都可以用球体上各点坐标表示，将光源射向球体上光强相同的各方向上的点用线联结起来，构成封闭的等光强曲线（类似于地球表面的等高线），就能表示光强在空间各方向的分布。（2）亮度分布和保护角（遮光角）照明器表面亮度分布及保护角直接影响到眩光。照明器在不同方向上的平均亮度值，特别是γ＝45°~85°范围内的亮度值，应由制造厂测试后提供给用户。若没有亮度分布测试数据，可通过其光强分布，利用下述的方法求得灯具在γ角方向的平均亮度（9.5.2）式中：——照明器在γ角方向上的发光强度，cd；——照明器发光面在γ方向的投影面积，m2；图9.5.4照明器发光部分投影面积计算对于图9.5.4所示的有侧面发光的荧光灯具，其的计算可按下式（9.5.3）照明器的保护角是指照明器在出光沿口遮蔽光源发光体使之完全看不见的方位与水平线的夹角。一般照明器是灯丝（发光体）最低、最边缘点与灯具沿口边线，同出光沿口水平线的夹角，见图9.5.5所示。（a）透明灯泡（b）乳白灯泡．图9.5.5一般照明器的保护角（3）照明器光输出比（亦称照明器效率）照明器光输出比是照明器的主要质量指标之一。光源在照明器内由于灯腔温度较高，光源发出的光通比裸露点燃时或少或多，同时光源辐射的光通量经过照明器光学部件的反射和透射必然要引起一些损失，所以照明器光输出比总是小于1，其值可用下式计算（9.5.4）式中：——照明器内光源裸露点燃时出射的光通量，lm；——照明器出射的光通量，lm。图9.5.6的照明器中，光源S发出的光线可分成三个区域。区域Ⅰ是能从光源经玻璃B直接射出照明器的部分，这些光线称为直接出射光；区域Ⅱ是射向灯壳内部壳体产生杂散光，无法起到有效照明作用；区域Ⅲ是光源光线射向反射器R，经反射器反射后，通过前面玻璃B再射出。要提高照明器效率，需要注意下列几点：A、尽量减少区域Ⅱ，不使光线白白浪费在壳体上；B、处理好玻璃板B与光线相互位置，一般使光线对玻璃的入射角小于45°，以增加光线的透过率；C、增加区域Ⅰ减少区域Ⅲ，即增加直接出射光部分；D、当区域Ⅱ缩小到零时，区域Ⅲ内的光线全部反射向区域Ⅰ中、当反射出来光线的角度与区域Ⅰ的直接出射光线角度全吻合时，可获得高的光输出比。S、光源；B、保护玻璃；R一反射器；G一壳体图9.5.6照明器各部分对效率的影响9.5.4照明器的分类由于照明工程有各种不同的要求，目前照明器材行业生产了各种各样的照明器，其分类方法很多，这里仅仅介绍一下与道路照明有关的几种分类。（1）CIE分类这是一种按照明器向上、下两个半空间发出的光通量的比例来分类的方法，按此方法将室内照明器分为五类。1）直接照明器：此类照明器绝大部分光通量（90％~100％）直接投照下方，所以照明器光通的利用率最高。但因反射面的形状、材料与处理差异很大，或出口面上的装置不同，出射的光线分布有的很宽、有的集中，变化很多。2）半直接照明器：这类照明器大部分光通量（60％~90％）是射向下半空间，小部分射向天棚或上部墙壁等上半空间，向上射的分量将减少影子的硬度并改善室内各表面的亮度比。3）漫射型或直接—间接型照明器：照明器向上向下的光通量几乎相同（各占40％~60％）。4）半间接照明器：照明器向上光通占60%~90％，它的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等一些缺陷。5）间接照明器：照明器的绝大部分光通（90％~100％）向上，设计得好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和无阴影的照明效果，由于照明器向下光通很少，只要布置合理直接眩光与反射眩光都很小。此类照明器的光通利用率比前面四种都低。（2）直接型照明器按光强分布分类带有反射罩的直接型照明器使用很普遍，它们的光分布变化范围很大，从集中于一束到散开在整个下半空间，光束扩散程度的不同带来截然不同的照明效果。按光分布的窄宽进行分类，依次命名为特狭照、狭照、中照、广照、特广照五类，并用它们的最大允许距高比s／h来表示，见表9.5.2。直接照明器按最大允许距高比分类表9.5.2 分类名称 距高比s／h 1/2照度角θ≤14° 分类名称 距高比s／h 距高比s／h 特狭照型狭照型（深照型、集照型）中照型（扩散型、余弦型） s／h≤0.50.5＜s／h≤0.70.7＜s／h≤1.0 14°＜θ≤19°19°＜θ≤27° 广照型特广照型 1.0＜s／h≤1.51.5＜s／h 27°＜θ≤37°37°＜θ“1／2照度角”的求法：将灯轴垂直于水平面，若灯下水平面上某点，其水平照度为灯轴下方照度的l／2时，则此点和光中心连线与灯轴线形成的夹角即为1／2照度角。“灯具最大允许距高比s／h”是指灯间距S与灯安装高度h之比值的最大允许值。对一般照明要求获得均匀的水平照度，如使灯下方的照度与两灯中间一点照度相等（见图9.5.7），即可满足照度均匀的要求。由此可见，当配光形式确定后，l／2照度角就确定了，s／h值也就确定了。灯具厂提供的灯具资料中应给出各种灯具的最大允许距高比s／h值。s／h值较小的灯具适应于顶棚较高的房间。目前各国按配光分类的方法大致相同，所不同的只是在由狭到宽的配光阶段划分上稍有差别。图9.5.7确定s/h的条件（3）按外壳防护登记分类外壳的防护形式包括：①防止人体触击或接近外壳内部的带电部分，防止固体异物进入外壳内部；②防止水进入外壳内部达到有害程度；③防止潮气进入外壳内部达到有害程度。根据我国国标BG700l－86《灯具外壳防护等级分类》的规定：防护等级代号用“IP”字母和两个特征数字组成，第一位特征数字指防护型式①项中的防护等级，第二位特征数字指防护型式②项中的防护等级，其特征数字含义见表9.5.3和表9.5.4，③项中所述防护型式称为防湿型，是指灯具能在相对湿度为90％以上的湿气中正常工作的灯具。第一位特征数字所表示的防护等级表9.5.3 第一位特征数字 防护等级 简短说明 含义 0 无防护 没有特殊防护 1 防大于50mm的固体异物 人体某一大面积部分，如手（但对有意识的接进并无防护）。固体异物直径超过50mm 2 防大于12mm的固体异物 手指或类似物，长度不超过80mm固体异物直径超过12mm 3 防大于2.5mm的固体异物 直径或厚度大于2.5mm的工具、电线等。固体异物直径超过2.5mm 4 防大于1mm的固体异物 厚度大于的线材或片条。固体异物直径超过1mm 5 防尘 不能完全防止尘埃进入，但进入量不能达到碍设备正常运转的程度* 6 尘密 无尘埃进入第二位特征数字所表示的防护等级表9.5.4 第一位特征数字 防护等级 简短说明 含义 0 无防护 没有特殊防护 1 防滴 滴水（垂直滴水）无有害影响 2 15*防滴 当外壳从正常位置倾斜在15°以内时，垂直滴水有害影响 3 防淋水 与垂直成60°范围以内的淋水无有害影响 4 防溅水 任何方向溅水无有害影响 5 防喷水 任何方向溅水无有害影响 6 防猛烈海浪 猛烈海浪或强烈喷水时，进入外壳水量不止达到有害程度 7 防浸水影响 浸入规定压力的水中经规定时间进入外壳水量不止达到有害程度 8 防潜水影响 能按制造厂规定的条件长期潜水*如带电部件绝缘失效。注：表中第二位特征数字为7，通常指水密型，第二位特征数字为8，通常指加压水密型。水密型灯具未必适合于水下工作，而加压水密型灯具应能用于这样的场合。如仅需用一个特征数字表示防护等级，被省略的数字必须用字母X代替，例如IPX5（防喷水）或IP6X（无尘埃进入）。灯具等级至少为IP2X，防护等级IP20的灯具不需要标上标记。9.5.5照明器的选择与布置隧道用照明器的主要作用是控制配光及保护光源。在选择照明器时，应充分注意以下几点：（1）照明器的配光特性是否符合照明目的，能否符合于设置该照明器场所的几何条件。（2）形状和尺寸是否小而坚固，安装、维修应方便。（3）材料应有良好的耐腐蚀性能，必要时要施以表面处理。（4）对隧道墙面的配光及烟尘的污染应充分注意。（5）在满足照明质量、环境条件及防触电保护要求的情况下，尽量选用光输出比高，利用系数高、寿命长、光通衰减少的照明器。照明器的布置方法很多，可安装在拱顶、墙壁或吊装顶棚上，沿隧道纵向有单排布置的，也有双排布置的。在双排布置的情况下，既有成对布置的，也有交错布置的。国外还有在余宽上布置投光照明的成功先例。总之，灯具的合理布置就是在最经济的条件下达到最好的照明效果，灯具的布置方式如图9.5.8所示。平面横断面图9.5.8灯具的布置方式思考与练习1．汽车进入并通过隧道过程中，司机的视觉会出现哪些效应？2．说明以下常用照明术语的定义、单位：（1）光通量（2）光强（3）照度（4）光出射度（5）亮度2．说明材料反射系数、透射系数和吸收系数的含义，并说明它们之间的关系。3．简单说明光的几种反射状态。4．什么是明视觉、暗视觉和中介视觉？5．明适应和暗适应有何区别？6．常用照明电光源分几类？各类的常见光源有哪些？7．低压钠灯和高压钠灯各有哪些优点？隧道照明中常用在哪些场合？8．照明器配光曲线的用途是什么？不对称的照明器光强在空间的分布如何表示？9．什么是等光强曲线？10．什么是照明器的保护角？11．选择照明器应考虑哪些因素？16．照明计算的基本方法有哪些？各有什么特点？适合什么场合？17．为什么照度计算中要考虑维护系数？18．影响司机视觉的主要因素有哪些？19．评价道路照明质量的指标有哪些？20．隧道照明区段如何划分，什么是隧道亮度曲线？21．规范中对各照明区段的亮度是如何规定的？22．已知某隧道引入段的平均亮度为80cd/m2，水泥路面，试确定引入段的平均照度。23．某工作间长12m，宽8m，高6m，在屋顶中心沿宽度方向装有一只CDHP－209型混光照明器（KNG250＋NG250）。不计反射光的影响，维护系数K＝0．8，试确定灯下地面、边墙中点地面和四角地面的照度。PAGE-195-_1047414038.unknown_1049185055.unknown_1049188916.unknown_1049203106.unknown_1049203652.unknown_1051040953.unknown_1051041676.unknown_1051041682.unknown_1051040972.unknown_1051040319.unknown_1049206746.unknown_1049203380.unknown_1049203494.unknown_1049203349.unknown_1049191571.unknown_1049203057.unknown_1049191321.unknown_1049185953.unknown_1049188862.unknown_1049185091.unknown_1047448462.unknown_1047453086.unknown_1047798122.unknown_1048965085.unknown_1049185039.unknown_1047798424.unknown_1047799176.unknown_1047799222.unknown_1047798458.unknown_1047798357.unknown_1047761737.unknown_1047798106.unknown_1047761575.unknown_1047761686.unknown_1047761544.unknown_1047448590.unknown_1047448970.unknown_1047448543.unknown_1047415773.unknown_1047448416.unknown_1047414481.unknown_1047414568.unknown_1047414447.unknown_1047315175.unknown_1047403963.unknown_1047413351.unknown_1047413373.unknown_1047409897.unknown_1047322665.unknown_1047323121.unknown_1047315444.unknown_1047303245.unknown_1047304180.unknown_1047304477.unknown_1047303678.unknown_1047302156.unknown_1047303197.unknown_1047301680.unknown