隧道照明过渡段人眼适应问题研究

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本论文是国家自然科学基金项目《公路隧道照明察觉对比设计方法研究》(批准号51278507)的研究子课题。  隧道照明中最亟待解决的问题即视觉适应问题,相对于道路照明来说,隧道结构比较特殊,是一种两侧和顶部封闭的空间,因此在白昼,机动车驾驶员在接近或者进入隧道,会产生相应的视觉状态的变化,即视觉暗适应过程,这是影响隧道照明行车安全的最重要因素。  从接近隧道到进入洞口,人眼经历了从洞外亮度到入口段亮度的暗适应过程,以洞外亮度为基准,采用科学的计算方法获得入口段照明亮度Lth是保障和维持机动车驾驶员视觉功效的关键因素,这也是通过人工照明的方法提升视觉适应水平的过程。  隧道照明过渡段是衔接隧道入口段直至中间段(隧道一般照明段)的组成部分,与从洞外到入口段环境亮度的剧烈变化不同,过渡段是车辆在完全进入隧道后,承担驾驶员暗适应视觉过渡功能的分段,隧道照明设计中,在入口段照明水平确定的条件下,过渡段的亮度水平变化及相关指标的确定,可以影响隧道中间段(光源用量一般最大)照明设计及计算,是与隧道内部视觉功效水平、舒适度及照明节能密切相关的重要因素,本课题主要是针对隧道照明过渡段的人眼视觉状态进行研究,以求获得适应条件下各参数变量之间的关系,为隧道照明工程建设实践提供参考和指导。  现行隧道照明设计规范中,隧道过渡段亮度Ltr是基于CIE推荐的经典的暗适应曲线进行计算的,而视觉暗适应曲线一般是利用暗适应计等医学测试仪器,在变化的照明环境中,通过考察被试者在正确感知、识别特定观察对象时的环境照明强度来获得的。交通照明主要关注的是各种条件下的视觉功效,在已有的道路、隧道照明研究当中,反应时间法已被证明是一种成熟、可靠的视觉功效实验方法,论文采用改进的反应时间实验方法,加入视觉适应变化的条件,测定符合隧道照明适应模式的反应时间水平,通过分析获得以最佳视觉功效为前提的人眼适应状态变化规律,是对以暗适应曲线为基础的计算方法的修正和补充。  隧道照明亮度是影响视觉适应水平的主导因素,考虑隧道照明工程实践中灯具光源的使用情况,论文同时也采用了已经被广泛应用的视觉显示终端模拟测试方法,利用计算机编程的方式,实现光度、色度参数在视觉终端输出的可控性,其中视觉功效仍采用符合道路交通照明功能需求的反应时间来评价,主要考察不同色温对视觉适应状态的影响;首次在程序中加入了模拟动态变化,使得测定结果更符合隧道驾驶的视觉特点,同时,利用计算机模拟实验所获得的视觉功效数据,对实验室测试结果进行检验,证明了测试结果的科学性和可信度。  论文同时也考虑了Cirtopic视觉条件对视觉适应影响,亮度水平决定了瞳孔大小,而Cirtopic视觉的光谱响应通过生物节律效应影响着瞳孔变化水平,对视觉功效的影响是显著的,基于非视觉效应研究理论,通过对隧道照明人眼的瞳孔尺寸测定,获得在视觉适应状态下,不同光源瞳孔与亮度水平的变化关系模型,可以方便的计算隧道内部照明各分段中人眼瞳孔尺寸的变化,也可以作为隧道照明光源、色温选择及视觉适应状态的评价依据。  论文最后通过分析在隧道内部复杂照明环境行车时驾驶员的视觉特点,结合对影响隧道内部视觉适应(过渡段)主要影响因素的研究建立关系模型组,提出合理的隧道照明过渡段的设计计算方法,也可以方便的确定隧道内部中间段、出口段的照明设计指标及区段划分方法,在进一步优化的视觉功能需求的前提下,降低隧道照明能耗的浪费,对隧道照明工程建设具有良好的实用价值。  通过大量的实验和理论研究,总结本论文的创新之处主要在于以下几个方面:  1、以视觉功效法为基础,引入亮度适应为条件的实验研究方法,针对目前国标中以CIE标准暗适应曲线为基础的设计方法提出补充和修正,并提出基于不同照明光源的理论计算模型及相关参数修正。  2、考虑非视觉效应对隧道照明视觉适应的影响,引入对人眼瞳孔数据的测定,利用视觉功效法获得适应条件下,Cirtopic视觉效应与视觉适应水平(亮度)的关系模型。  3、采用了实验室实测与动态计算机终端视觉评价相结合的方法,获得了色温与视觉适应水平、亮度与反应时间的计算模型,提出科学的隧道内部人工照明计算方法。
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