公路隧道具有特殊的半封闭空间结构,白天驾驶员以一定速度通过公路隧道时,由于洞内外亮度差和驾驶员视觉适应滞后共同导致公路隧道行车视觉环境具有很大的特殊性。随着我国公路隧道尤其是长隧道、特长隧道的修建和运营,公路隧道照明对我国交通运输事业发展所起的作用日趋突出。本论文作为国家自然科学基金项目“基于节能理念的公路隧道等效照明系统构建与评价研究”(批准号51678096)的研究子课题,将围绕由公路隧道照明引起的行车安全舒适和照明节能问题进行基于视觉功效的系统实验研究。自上世纪50年代以来,公路隧道照明的研究主要围绕“视觉适应”、“亮度感知”以及“察觉对比”等进行研究,推荐了洞口适应亮度值、公路隧道各照明区段亮度过渡曲线、眩光限制等一系列公路隧道照明设计方法。然而,由于人眼视觉系统视亮度和颜色响应机理的复杂性以及光生物效应的存在,导致基于明视觉光谱光视效率函数建立的传统公路隧道照明设计方法具有一定的滞后性,即不能充分考虑动态亮度梯度降低过程中驾驶员的视觉反应。同时,伴随着“高亮度蓝色发光二极管”的研制成功,低能耗、长寿命、可智能操控的LED光源以具有革命性的优势取代了高压钠灯、荧光灯等。因此,如何有效利用LED光源技术优势,结合人眼视觉系统响应机理以及公路隧道实际行车环境特点,开展公路隧道照明安全节能研究是一个亟待解决的问题。论文的首要任务在于公路隧道照明环境的合理评价,即如何评价照明环境参量(如环境相对色温、光谱能量分布以及视觉环境空间分布)对驾驶员驾驶状态的影响。结合公路隧道照明环境基本特点、驾驶员动态视觉变化规律以及人眼视觉系统响应机理,在公路隧道照明物理评价指标的基础上提出基于反应时间和目标丢失率的视觉功效评价方法。同时,论文通过自主研发公路隧道照明环境模拟评价实验系统,开展中间视觉亮度和光生物效应下驾驶员反应时间随视野光谱能量分布、环境相对色温变化的静态室内模型实验研究,为公路隧道中间段的照明环境的有效评价提供理论基础。其次,动态公路隧道照明环境对驾驶员视觉功效的影响规律与公路隧道照明安全节能息息相关。论文结合国内外公路隧道照明设计理念,基于180° X40°(水平X竖直)视野视觉功效测试装置,开展公路隧道动态照明环境下视觉功效响应规律研究。通过模拟驾驶员以80 km/h驾车经过公路隧道时辨识障碍物几率和辨识速度的问题,分析暗适应条件下视觉背景亮度梯度变化、光谱能量分布、相对色温以及照明环境参量空间分布对驾驶员视觉功效的影响。最后,结合动静两类视觉环境下视觉功效实验结果,开展公路隧道照明环境优化方法研究。通过对比公路隧道中间段1:10缩尺模型下静态实验结果和驾驶员以80 km/h通过公路隧道时动态实验结果,提出公路隧道过渡段和中间段照明优化方法和公路隧道照明亮度变化曲线实施方法,以及基于视觉功效的公路隧道照明安全节能措施,并初步提出基于视觉功效的公路隧道等效照明节能系统的构建思路。通过大量样本基础实验和理论研究,本论文的创新之处在以下几个方面:1、结合照明环境参量对驾驶员驾驶状态的影响机理,自主研发了基于视觉功效的公路隧道照明环境模拟评价实验系统;2、通过实际行车条件下驾驶员视觉环境的室内模拟和评价,得到公路隧道中间段静态照明环境下驾驶员视野光谱能量分布和环境相对色温对其视觉功效的影响规律;3、室内模拟动态照明视觉环境,开展动态暗适应条件下驾驶员视觉功效实验研究,得到均匀视觉背景下光谱能量分布,非均匀背景下环境相对色温、照明参量空间分布对其视觉功效的影响规律;4、结合动静两类公路隧道照明环境下视觉功效响应规律,定量阐明了各公路隧道照明环境参量对驾驶员视觉功效的影响程度,从驾驶员视觉功效的角度提出了公路隧道照明环境的合理评价指标和优化方法。