1、第9章 隧道照明91 概述公路隧道的照明，是為了把必要的視覺信息傳遞給司機，防止因視覺信息不足而出現交通事故，從而提高駕駛上的安全性和增加舒適感。隧道照明與道路照明的顯著不同是白天也需要照明，而且白天照明問題比夜間更加復雜。從理論上講隧道照明與道路照明一樣，也需要考慮路面應具有一定的亮度水平，同時還應進一步考慮設計速度、交通量、線性等影響因素，并從駕駛上的安全性和舒適性等方面綜合確定照明水平，特別是在隧道入口及其相應區段需要考慮人的視覺適應過程。汽車司機在白天從明亮的環境接近、進入和通過隧道過程中，將產生種種視覺問題：1 進入隧道前的視覺問題（白天）：由于隧道內、外的亮度差別極大，所以，從隧道

2、外部去看照明很不充分的隧道入口會看到黑洞（長隧道）及黑框（短隧道）現象。2.進入隧道立即出現的視覺問題（白天）：汽車由明亮的外部進入即使是不太暗的隧道以后，要經過一定時間才能看清楚隧道內部的情況，這稱為“適應的滯后現象”，這是因為急劇的亮度變化，使人的視覺不能迅速適應所致。3.隧道內部的視覺問題（白天、夜間）：隧道內部與一般道路不同，主要在于隧道內部汽車排除的廢氣無法迅速消散，形成煙霧，它可以將汽車頭燈和道路照明器發出的光吸收和散射，降低能見度。4.隧道出口處的視覺問題：白天，汽車穿過較長的隧道接近出口時，由于通過出口看到的外部亮度極高，出口看上去是個亮洞，出現極強的眩光；司機在這種極強的眩光

3、效應下會感到十分不舒服；夜間與白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，這樣就看不出外部道路的線型及路上的障礙物。由于以上特殊情況，公路隧道應設電光照明，以利行車安全。但是，電光照明成本昂貴的，一條長100m的隧道，按照理論的方法設計照明設施，其照明成本與隧道總成本比經常是很高的，這就要求能找到一種成本低，安全又有保證的方法。92 隧道照明基礎9.2.1 光的度量(1)光通量光通量是指單位時間內光輻射能量的大小，它是根據人眼對光的感覺來評價的。例如一個200w的白熾燈比100w的白熾燈要亮得多，也就是說發出光的量多。我們稱光源發出光的量為光通量。光通量一般就視覺而言，即輻射體發出的輻射通量

4、按v（）曲線的效率被人眼所接受，若輻射體的光譜輻射通量為，其光通量的表達式為： （9.2.1）式中：km最大光譜光效能，683lmw；v（）明視覺光譜光效率；光譜輻射通量，即在給定波長為的附近無限小范圍內，單位時間內發出輻射能量的平均值，單位為wnm。輻射通量也稱輻射功率；光通量，lm。光通量的單位是lm（流明），在國際單位制中，它是一個導出單位，1lm是發光強度為1cd（坎德拉）的均勻點光源在lsr（球面度）內發出的光通量。在照明工程中，光通量是說明光源發光能力的基本量，例如，一只220v、4ow白熾燈發射的光通量為350lm，而一只220v、40w熒光燈發射的光通量為2100lm，為白熾燈

5、的6倍。(2) 發光強度（光強）由于輻射發光體在空間發出的光通量不均勻，大小也不相等，為了表示輻射體在不同方向上光通量的分布特性，需引人光通量的（空間）角密度概念。如圖921 所示，s為點狀發光體，它向各個方向輻射光通，若在某方向上取微小立體角d，在此立體角內所發出的光通量為d，則兩者的比值即為該方向上的光強i，即： （9.2.2）若光源輻射的光通量是均勻的，則在立體角內的平均光強i為： （9.2.3）立體角的定義是任意一個封閉的圓錐面內所包含的空間。立體角的單位為球面度（sr），即以錐頂為球心，以r為半徑作一圓球，若錐面在圓球上截出面積a為r2，則該立體角即為一個單位立體角，稱為球面度，其表

6、達式為： （9.2.4）顯然一個球體包含4球面度。圖 9.2.1 點光源的發光強度發光強度的單位是坎德拉（cd），在數量上 lcd llmsr?？驳吕菄H單位制的基本單位之一，其他光度量單位都是由坎德拉導出的。1979年10月第10屆國際計量大會通過的坎德拉定義為：一個光源發出頻率為 540 1012hz單色輻射（對應于空氣中波長為 550nm的單色輻射），若在一定方向上的輻射強度為l683wsr，則光源在該方向上的發光強度為lcd。發光強度常用于說明光源和燈具發出的光通量在空間各方向或在選定方向上的分布密度。例如，一只220v、40w白熾燈發出350lm光通量，它的平均光強為350428c

7、d，若在該燈泡上面裝一盞白色搪瓷平盤燈罩，則燈的正下方發光強度能提高到70cd80cd。如果配上一個聚焦會適的鏡面反射罩，則燈正下方的發光強度可以高達數百坎德拉。而在后兩種情況下，燈泡發出的光通量并沒有變化，只是光通量在空間的分布更為集中，使發光強度提高。(3) 照度照度是用來表示被照面上光的強弱，以被照場所光通的面積密度來表示。取微小面積da，入射的光通為d，則照度e為： （9.2.5） 對于任意大小的表面積a，若入射光通量為。則在表面積a上的平均照度e為： （9.2.6）照度的單位為勒克斯（lx），1lx即在1m2的面積上均勻分布1lm光通量的照度值，或者是一個光強為1cd的均勻發光的點光

8、源，以它為中心，在半徑為lm的球表面上，各點所形成的照度值。1lx的照度是比較小的，在此照度下僅能大致地辯認周圍物體，要進行區別細小零件的工作則是不可能的。為了對照度有些實際概念，現舉幾個例子：晴朗的滿月夜地面照度約為0.2lx，白天采光良好的室內照度為100lx500lx，晴天室外太陽散射光（非直射）下的地面照度約為1000lx，中午太陽光照射下的地面照度可達l00000 lx 。(4) 光出射度（面發光度）具有一定面積的發光體，其表面上不同點的發光強弱可能是不一致的。為表示這個輻射光通量的密度，可在表面上任取一微小的單元面積da，如果它發出的光通量為d，則該單元面積的平均光出射度m為： （

9、9.2.7）對于任意大小的發光表面a，若發射的光通量為，則表面a的平均光出射度m為： （9.2.8）可見，光出射度就是單位面積發出的光通量，單位為輻射勒克斯（rlx）， lrlx等于llmm2。光出射度和照度具有相同的量綱，其區別在于光出射度是表示發光體發出的光通量表面密度，而照度則表示被照物體所接受的光通量表面密度。對于因反射或透射而發光的二次發光表面，其光出射度是：反射發光：me （9.2.9）透射發光：me （9.2.10）式中：被照面的反射系數（反射比）；被照面的透射系數（透射比）；e二次發光面上被照射的照度。(5) 亮度光出射度只表示單位面積上發出光通量的多少，沒有考慮光輻射的方向，

10、不能表征發光面在不同方向上的光學特性。如圖所示，在一個廣光源上取一個微小面積a，從與表面法線成角的方向去觀察，在這個方向上的光強i與人眼所“見到”的光源面積a及亮度l間的關系為： （9.2.11）a=acos如果a是一個理想的漫射發光體或理想漫反射表面的二次發光體，它的光強將按余弦分布（圖 9.2.2），將 i0cos代人式（9.2.11）得： （9.2.12） 圖9.2.2廣光源單元面積上的亮度 圖9.2.3理想漫反射面的光強分布表明亮度l與方向無關，等于常量l0，即從任意方向看，亮度都是一樣的。對于完全擴散的表面，光出射度m與亮度l的關系為：m=l （9.2.13）亮度的單位為尼特（nt）

11、， 1nt 1cdm2。表 9.2. 1列出了各種光源的亮度。 各種光源的亮度 表9.2.1光源亮度（cd/m2）光源亮度（cd/m2）太陽1.6109以上蠟燭（0.51.0）104碳極弧光燈（1.812）108藍天0.8104鎢絲燈（2.020）106電視屏幕（1.73.5）104熒光燈（0.51.5）1049.2.2 司機的視覺(1) 視野人的眼睛視野是比較廣的，但也有一定的范圍，雙眼視線左右各約100，上約50，下約75。在注視一個方向物體的形狀、色彩、亮度時，能看清楚的僅為視線中心12范圍，要感知該范圍以外的物體，視線需要在那個方向上固定0102秒。(2) 可見光肉眼所能感覺到的光，即

12、可見光，僅是電磁波中的一小部分，其波長約為380760nrn（1nm=10-9m）之間。不同波長的光給人們以不同顏色的感覺，各種顏色是逐漸過渡的，沒有截然分開的界線。波長大于760nm和小于380nm的電磁波不能引起視覺。在可見光中，人眼對不同波長的光的感覺，具有不同的靈敏度。在亮環境中，亮視覺對波長為555nm的黃綠光線最敏感。即各種輻射能量相同而波長不同的光，給人的感覺是黃綠光最亮，波長偏離555nm越遠，則感覺越暗。在光線很弱的環境中，暗視覺對綠光最敏感，它與亮環境相比，最靈敏處向短波方向偏移。(3) 人的視覺視網膜是人眼感覺光的始端，上面分布著兩種感光細胞：錐狀體細胞和桿狀體細胞。錐狀

13、體細胞多位于視網膜的中心，在黃斑上特別密，它對光亮的敏感性較小，需要較強的光刺激才興奮，但對不同長度的光波具有不同的感覺能力，專管明亮時的視力，稱為明視覺。柱狀體細胞多在視網膜的周邊，具有感覺弱光的能力，專管暗時的視力，強光反而會破壞它。但是它不能辯別顏色，在黑暗環境中觀察到的景物是灰色的，它只能分辯亮度的大小。眼睛對于外界的亮度變化，能適當地調節錐狀體細胞和柱狀體細胞使之具有合適的感度。這種現象叫做“亮度適應”。對暗環境的適應（視野內的亮度在0.01cd/m2 以上，如白天、室外）主要是錐狀體細胞呈工作狀態。因此，暗適應過程很緩慢，而亮適應過程則快得多。(4) 司機的注視范圍由于視覺取決于亮

14、度，所以隧道照明質量以視場內的亮度為依據。國際照明委員會（cie）建議：司機觀察路面的平均視點高度為1.5m，大體相當與汽車司機的人眼高度，若向前注視的視角約為1則注視的范圍約為正前方60160m左右，在此范圍內的路面亮度分布狀況，對司機視覺直接起作用，如圖9.2.4所示。在此范圍內視看條件的好壞，對司機辨認障礙物的可靠性和保持視覺的舒適性起決定作用。有良好的視看條件，才能保證司機準確了解道路交通狀態及其變化情況，作出及時的判斷和采取正確的機動動作。圖9.2.4 司機視覺的注視范圍(5) 司機的看視條件司機的看視條件與一般人不同，幾乎完全是在動態條件下進行的，比靜態條件的觀察困難得多。由靜態觀

15、測所得實驗數據不能直接引用到動態條件中，一般應提高數倍至數十倍。通常影響司機視看條件的基本點是：1） 路面平均亮度，對隧道來說還有作為背景的墻面亮度；2） 路面亮度的均勻度；3）物體的亮度；4）物體與背景的亮度對比；5）觀察物體時的有效時間；6）眩光程度等。此外還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在視野中的位置，以及是否出現在預料的位置上，或是突然出現在非預料位置上等有關，視覺是以生理量度量的，受觀察者的精神、視力、身體狀況的影響。還受氣象（如霧等）和空氣混濁程度的影響。9.2.3 影響視覺的主要因素(1) 適宜的亮度適宜的亮度是物體在視網膜成象引起視覺的基本條件。物體表面亮度大，視網膜上象的照度就

16、高，就看得清楚，視覺與亮度的對數成正比關系。通過試驗知道，人眼可以感覺到亮度為1/10-5 cd/m2（坎德拉/米2）的物體，稱為“最低亮度閾”。當亮度為1/104 cd/m2時，人眼識別物體的靈敏度最高，超過此值后，靈敏度開始下降。亮度超過105cd/m2時，則視力極度下降，甚至引起視覺損傷，該值稱為視覺上限。這種刺眼的視覺狀態稱為眩光。亮度（l）是一個具有方向性的物理量，當人眼從不同的方向觀察同一對象（或背景）時，能感覺到在不同的觀察方向，對象（或背景）的亮暗程度是不相同的。決定亮暗程度的并不是對象在發光面上的發光強度，而是垂直于視線方向上的單位投影面積（dacos）的發光強度（i）。見圖

17、9.2.5及式（9.2.14） l=i /dacos （9.2.14）圖9.2.5 亮度的方向性一般情況下，它是入射光方向與觀察方向的函數。在不同入射光線照射下，對象（或背景）亮度隨觀察方向而變化，稱為亮度特性。它反映了對象（或背景）的反射光通在空間的分布情況。如果被觀察的表面，其反射光亮度與入射光的方向和觀察方向均無關時，則稱這種表面為均勻漫反射面。嚴格地講，均勻漫反射面是很少的，但是粗糙的無光澤的表面，可以近似地看作為均勻漫反射面。在隧道照明中，光線投射到粗顆粒路面材料上時，可看作漫反射面。投射到具有光澤的墻面材料上時，可觀察到定向漫反射。實用上沒有100的反光材料，任何表面上的反射亮度，

18、在數值上永遠小于投射到同一表面上的照度。路面和墻面是隧道中的背景，改善路面和墻面的反射率在照明效果上是非常有益的。(2) 對象的大小“對象”的定義就是能夠看到的事物或者事物的一部分。能否看清對象，除了依賴于照明條件外，還決定于對象的大小。由日常經驗知道，當觀察距離很近時，對象的外形輪廓及細部都是清晰的，但是隨著觀察距離的增大，就會逐漸變得模糊不清，并且失去楞角，產生顯著的變形。眼睛分辨對象細部的能力是由它所能區別出相近兩點的能力決定的。對象上兩點對人眼的視角大，在視網膜上成象也大，看得就清楚，如圖9.2.6所示。視角一般用分表示，符號為“”。若圓環視標偽缺口尺寸為d，視距為l，眼睛的視角為，則

19、 （9.2.15）在對比度相同的條件下，視角越小就越難識別。眼睛分辨最小尺寸的能力，用可分辯的最小視角min的倒數衡量，即 圖9.2.6 視角示意圖人眼剛剛能分辨出的兩點的視角min稱為視角閾。正常人的視力，可以分辨出相當干1視角，即相當于在5m遠處的15mm的對象所形成的視角，把這個視力定為10。視角閾決定了可以分辨出的對象細部尺寸的大小，稱為對象的最小可見尺寸，用dmin表示 （9.2.16）若為停車視距（m），則在該距離上的最小可見尺寸即可用式（9.2.16）求得。由計算知道，視力為1.0的觀察者可以看到的60m，100m，160m處對象的最小尺寸分別為0.02m，0.03m，和0.05

20、m。(3) 對象和背景的亮度對比在觀察方向上，若對象的表面亮度為l0，背景亮度為 lb，則對象與背景的亮度對比 c可用式（9.2.17）表示。 （9.2.17）c值表示對象與背景亮度差別的大小，c值越大，可以識別得越清楚。c值小到某一值以下時就不能識別對象了，當人眼開始不能分辨對象與背景時的亮度對比值，稱為亮度對比閾，以表示。當lbl0肘，c為正值，稱為正對比度；lbl0時c為負值，稱為負對比度。無論對比度為正或為負，效果是相同的。但是識別對象時，必須滿足c。亮度對比是決定對象可見性的主要因素。實驗（靜態條件下）表明，亮度對比閾與背景亮度之間存在著一定的關系：如圖9.2.7所示，當背景亮度lb

21、在 102104nt這樣大的范圍內變化時，亮度對比閾接近一個常數（約002），并且與對象的視角和形狀有關。對象的視角越大，對應的亮度對比閾就越小，但是當視角a30時近似為一常數。無論視角再怎樣增大，值也不再減小。對于正常人的眼睛，該值約為002。換句話說，亮度對比越小，對應的視角閾就越大。但是當亮度對比c002時，對象的視角閾將趨于無窮大，即無論怎樣增大對象的視角，也無法滿足可見性的要求了。另外，在同樣的視角條件下，線狀對象的亮度對比閾要比非線狀對象小得多。換句話說，在亮度對比相同時，線狀對象的視角要比非線狀對象小得多。了解上述特點在隧道照明中的實際意義在于：背景亮度需要保持在102104cd

22、m2之間，至少也要達到 102cdm2時才能達到常數值（最?。?，事實上是不可能的。另外亮度對比不宜太小，否則對象（例如道路的誘導標志）需要很大才能看清，而且明顯的線狀標志較非線狀容易識別。由圖9.2.7可以知道，當背景亮度為1nt時，為004，明顯的變大，或者說對比度變大了。這里容易說明，為什么在背景很暗，如果障礙物（對象）的亮度也很暗時，或者說c很小時，則障礙物與背景可以溶合的道理了。因此隧道內作為背景的路面和墻應用明亮的顏色。圖9.2.7 亮度對比閾與背景亮度的關系(4) 顏色對比的影響人的眼睛所觀察到的世界，暗視覺時色調是灰色的，只要有適當的亮度，明視覺發揮作用之后，世界就不再僅僅是灰色

23、的，而且五彩繽紛的了。所以在大多數情況下，對象與背景之間不會單純地存在亮度對比，而是伴隨著顏色對比，即存在著顏色上的差別。顏色可以分為非彩色和彩色兩大類。非彩色是指由白色、淺灰、中灰、深灰、直到黑色，稱為白黑系列。彩色是指黑白以外的各種顏色。顏色是各種波長不同的可見光在人眼中產生的感覺。例如波長為580595nm的是黃色，480580nm的是綠色，620760nm的是紅色等單色光。但通常各種對象和背景反射到人眼中的光線都是各種波長的組合，此時顏色是各種單色光所引起的綜合感覺。但是人眼不能一一區分光譜的組成。例如波長700nm的紅光和540nm的綠光接一定比例混合在一起，人眼的感覺是與580nm

24、一樣的黃光。亮度對比是識別對象的主要因素，顏色對比則為輔助因素。實際觀察表明。一個亮度與背景相同，僅僅存在顏色對比的斑點，只能在距離很近時才能把它和背景區分開，而在不遠的距離上它就和背景發生混色現象而溶合到一起了。當它和背景既存在顏色對比又存在亮度對比時，混色現象就不會很快發生，并且與亮度對比相同的黑白斑點的視角閾幾乎相等。另外，在彩色斑駁的背景上，人眼的視角閾將要加大，這主要是背景亮度不均勻造成的，顏色的作用是非常次要的。在道路照用中?！肮獍咝辈粌H影響到司機視覺的舒適性，更重要的是影響到識別對象的能力。從這個觀點上看，隧道內不能有斑駁狀圖案及“光斑”，即使在露天道路上的交叉口、彎道上也不

25、應當有斑駁狀圖案，以免導致交通事故。另外，設置的道路標志圖案。只有顏色差別是不夠的，更重要的是亮度對比。(5) 環境亮度的影響用照明器照明的目的是既照明對象，又照明對象所在環境或對象的背景。這里主要是兩個問題，一是光過分地集中在車行道上，司機的眼睛就會變得只能適應這個亮度水平，從而減弱了對較暗區域的觀察能力；二是觀察對象時需要有背景襯托，如果背景沒有足夠的照明，對象將缺乏立體感，因而變得難以發現。前者可選擇合適的照明器，使道路外延約5m處的照明水平，不少于其毗鄰的車道內5m處的亮度值的50。在隧道內談不上外延，但應加強墻面的照明，提高墻面材料的反射系數。后者可通過體視閾的概念理解。體視視覺：人

26、眼對空間物體的立體形狀及其在空間相對位置的分辨能力，是由雙目觀察產生的，稱為雙目視覺或體視視覺。 故 （9.2.18） 若使=10，st 100m處的 b點具有體觀視覺，取b0.065m，則 n=8.06m即，觀察100m處的對象，背景應大于8.06m，小于8.06m的背景在視覺上與對象在同一平面內。因此在8.06m以后的背景，應該具有足夠的亮度和與對象的對比度，見圖9.2.9。圖9.2.9 體視對背景極限長度的要求若st為停車現距，則與設計車速對應的體視極限距離如表9.2.2所示： 表9.2.2設計車速（km/h）8060504030行駛車速（km/h）6854453630停車視距st（m）

27、105.872.25438.329.9極限體視距離n*（m）9.14.112.271.130.68*是把st視作靜態觀察距離換算得到的，未考慮動態條件影響。表9.2.2是把st視作靜態觀察距離換算得到的，來考慮動態條件影響。如果s，則a0，若=b -a = =10，可求得st=1340m。該值表示：背景為無窮遠時，距離大于該值的任何物體，不再具有體視感了，這個距離稱為體視半徑。它對于后面將要討論的誘導性有一定的影響。由上述體視視覺概念可知，對背景亮度的要求是足以識別背景。隧道內的背景主要是路面和墻面，頂棚也可以是背景。從這個角度上講，頂棚應該是淺顏色的，但是頂棚很容易臟，所以清洗工作負擔較大，

28、有一定的困難。足夠亮的背景，才能襯托出對象的輪廓和相對位置，使司機作出準確的判斷，保證行車安全。(6) 空氣對能見度的影響1）空氣對光通的衰減作用和光幕發光（或反光）物體的光通，必須經過空氣才能到達人的眼睛。在傳播的過程中必然受到兩種作用：一種是吸收作用，即空氣把其中一部分光通轉換成其它形式的能量；另一種是散射作用，即空氣使其中另一部分光通偏離了原來傳播方向，散向任意方向?？諝獾纳⑸涫窃斐啥ㄏ騻鞑サ墓馔ㄋp的最主要原因?？諝獠粌H會把來自對象的光通散射出去，使對象的亮度降低，而且會把日光散射到觀察方向上來，使對象與觀察者之間形成一層明亮的光幕，使對象的亮度得到增強。光幕亮度lv可按下式計算： （

29、9.2.19）式中：i與空氣透明度及照明情況有關的系數；消光指數；s空氣光幕的厚度。光幕還影響到對象和背景的亮度對比，設因光幕作用亮度對比由c變化為c，則 （9.2.20） 顯而易見cc。由式（9.2.20）可以看出lv越大，亮度對比的下降程度越大。不過，當空氣透明度很大，以明亮天幕為背景的遠處的山，會因光幕亮度而變得明亮起來。在隧道洞口，往往由于汽車排出的煙無法消散，涌出洞口形成煙霧。在陽光照射下產生光幕亮度，見圖9.2.10。若洞內路面亮度為l2，由式（9.2.20）可以得出：圖9.2.10 洞口光幕造成亮度對比降低 如果煙霧很多，亮度對比下降很大，勢必影響到障礙物的可見性。為消除這種影響

30、。日本建議在入口上方設置排煙通道，使大部分煙霧不再涌向洞口，而由通道排出。2）空氣的散射作用散射是指空氣組成成份把原來向一個方向傳播的光變成向各個方向傳播，使原來光線減弱的現象。不同的組成成份對不同波長光線的散射作用不同?？梢苑譃閮煞N情況：a 分子散射它的散射源是氣體分子，其尺寸比可見光的波長小得多。這種散射的特點是散射光的強度與波長的4次方成反比。所以波長越短的光線，受到的散射效應也越強，而長波則不易被散射。b 懸浮粒子的散射它的散射源是懸浮于空氣中的各種固態和液態微粒，如煙、霧、塵埃等。這些散射粒子的大小很不規則，其半徑分布在10nm100m這樣廣闊的范圍內。它們對各種波長的光線的散射作用

31、因微粒大小而不同，當散射粒子比可見光波長小得多時，其散射作用與分子散射相同；當散射粒子的半徑與波長相近時，其散射作用為最大；當散射粒子比可見光波長大得多時，其散射作用與波長無關，此時散射光譜與入射光譜相同，稱為漫射。霧粒子半徑通常大于35m，所以它對可見光的散射無選擇性。霧越大，散射性也越強，霧的顏色也就越白，也越不透明。由于霧粒子的影響，一部分光向司機方向散射，結果可以看到霧中出現的光幕。要通過光幕看到觀察對象，司機要經過相當的努力才能作到。如果司機在霧中打開前大燈，會出現“白壁現象”?？諝庵械膽腋×Ｗ釉缴僭叫?，與波長的關系越大，成為有選擇性的散射。對于下層空氣分子來講，主要是波長較短的藍色

32、光被散射出來。由于這種有選擇性的散射作用。來自對象（或背景）的不同波長的光線將受到不同程度的散射。另外，在對象（或背景）與觀察者之間的氣幕主要是短波散射光幕。這樣對象（或背景）既會改變亮度，也會改變顏色，最終與藍色氣幕相融合。由此可見，亮度對比是決定對象可見性的主要因素，顏色是次要的。3）透過率在道路隧道中的空氣里，或多或少的存在著污染物質。如汽車卷起的塵埃，柴油車引擎產生的煤煙，氮氧化物所構成的煙霧，水蒸氣及其凝結而成的霧等，其中最主要的是塵埃和煙。光通過污染空氣時，入射光通中的一部分被吸收，一部分被散射，其余部分得以通過。這三部分之和等于入射光通，分別把這三部分光通量和入射光通量之比稱為吸

33、收系數（）、反光系數（）和透光系數（）。顯然，+=1，所以是小于1的系數。在道路隧道中，為了描述光透過空氣的能力，用e、e0分別表示同一光源所發出的光線、通過100m的污濁空氣和清潔空氣后的照度，用100表示光通過100m的透過率，則： 100 =e/e0行駛速度不同時，對100有不同的要求，piarc提出：v80km/h時1000.6v60km/h時1000.48v40km/h時1000.4并指出1000.3是不允許的。有的國家，如日本，把10005作為國家標準。由于煙霧的濃度不同，同一光源的透過率不同。煙霧濃度相同時，不同類型光源的效果不同，其視距也不同，如10005時，鈉燈視距為80m，

34、螢光燈視距為45m。(7) 觀察時間的長短觀察尺寸大的物體只需很短的時間，在司機眼睛不停地注視視野內的物體時，發現視野內的障礙物的時間不少于0.10.2s。同一物體，照度越高（背景亮度越大），識別時間越短。對處于運動狀態的司機來說，辨別障礙物的時間受到限制，司機從發現障礙物后，直到進行判斷和制動的反作用時間，總共只有2.5s，是相當短的，所以應該保證有足夠的照度。識別時間還受視覺適應的影響，不論是暗適應還是明適應，識別時間都受到影響。急劇和頻繁的適應會增加眼睛的疲勞，使視力迅速下降，忽明忽暗的路面墻面亮度改變是應該受到限制的，即后面將要討論到的均勻度問題。9.3 道路照明的質量(1) 路面平均

35、亮度（lav）司機觀察障礙物的背景，在道路照明中主要是路面，在隧道照明中墻面也作為背景，但路面仍然是主要的。只有當路面亮度達到一定值以后，司機才能獲得立體感，在此基礎上，亮度對比越大越容易察覺障礙物。但是正如前面已經敘述過的，路面（背景）亮度越高，眼睛的對比靈敏度越好（亮度對比閾越小）。dunbar實驗（實際道路上的運行實驗）表明：平均亮度升高時，察覺障礙物所必要的亮度對比c變小。即，障礙物變得更容易看清楚，見圖9.3.1。國外一些國家的路面平均亮度一般取l2cdm2 。平均亮度圖9.3.1察覺障礙物的平均亮度lav和亮度對比c的關系(2) 路面亮度均勻度保證亮度均勻度是為了給司機提供良好的能

36、見度和視覺上的舒適性。如果亮度高，則均勻度要求可以不很嚴格。干燥路面和濕路面的路面亮度有很大變化，均勻度也相應有很大變化。嚴格的均勻度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度較低的情況。1） 總均勻度（u0）照明裝置保證提供良好的路面平均亮度后，路面上一些局部區域還可能出現最小亮度lmin。通常較差的亮度對比都發生在路面較暗的區域，往往影響到對障礙物的辨認。為了使路面上所有區域都有足夠的亮度和對比度，提供令人滿意的能見度，需要規定路面最小亮度和平均亮度比值的范圍。 （9.3.1）式中：lav距車道邊緣14寬度處（左或右）測得的路面平均亮度；lmin距車道邊緣14寬度處（左或右）測得的路面最低亮度。

37、對于隧道總均勻度包括路面和兩側2m高范圍內的墻面，晝間u007；夜間u005。對于露天道路一般不低于04。2）縱向均勻度（ ）為了提供視覺舒適性，要求沿各車道線中心線有一定的縱向均勻度?？v向均勻度是沿中心線的局部亮度的最小值和最大值之比。 （9.3.2）式中：lmax從車道線中心線上測得的最大亮度；lmin從車道線中心線上測得的最小亮度。隧道縱向均勻度包括路面兩側2m高范圍的墻面，晝間ul08；夜間ul06。露天道路依道路等級不同，不低于07或05。連續的路面（墻面）上忽明忽暗對司機干擾很大，稱為“光斑效應”，當隧道較長時，司機眼睛會很疲勞，影響發現障礙物。(3) 眩光限制道路照明的眩光可以分

38、為兩類：失能眩光和不舒適眩光。前者表示對照明設施造成的能見度損失方面的評價，用被試對象物體的亮度對比的閾值增量（ti）表示，是典型的司機視覺作業。失能眩光是生理上的過程，是表示由生理眩光導致辨認能力降低的一種度量。后者表示在眩光感覺中的動態駕駛條件下，對道路照明設施的評價。該眩光減少司機駕駛運行的舒適程度，用眩光控制等級（g）表示。不舒適眩光是心理上的過程。1）失能眩光這種眩光導致的識別能力的下降，是由光在眼睛里發生散射過程造成的。來自眩光光源的光在視網膜方向上的散射會引起光幕（等效光幕）作用，在視網膜方向上的散射程度越大，光幕作用也越大。在眩光條件下的總視感，必須把光幕亮度疊加在無眩光時景物

39、成象亮度之上。等效光幕亮度（l v）可按以下經驗公式計算：式中：第i個眩光源在眼睛（與視線相垂直的平面上）產生的照度；i視線與第i個眩光光源入射到眼睛的光線之間形成的夾角；k年齡因素（平均值為10）。該光幕會使司機視覺感受到的障礙物與背景的亮度對比比實際低得多，因此用光幕亮度的方法處理。把對象（障礙物）亮度和背景亮度兩者都加上光幕亮度，此時，有效的背景亮度（lbeff ）由lb增加為lblv，（即，對比靈敏度增加）。故有效對比為： （9.3.3）式中：有效背景亮度， 等效光幕亮度；其余符號意義同前。由式（9.3.3）可以看出，只要0，即，存在眩光時，c有效c。但通過增加亮度對比又能重新看到物體

40、，這種剛剛能重新看到物體所需要的對比增加量與原來的對比有關，是表達因失能眩光導致識別能力降低的一種度量。這種量，cie規定由視對象的視角為8時所必須的相對閾對比增量來獲得，并將這個量命名為閾增量ti，以表示。為了限制眩光對辨認能力的干擾效果，對閾增量作出必要的限制，就不會引起障礙物能見度的降低。其中：通常的道路照明中，對 0055cdm2之間的平均亮度，閾增量 ti可由光幕亮度的數值和平均路面亮度值結合對比靈敏度確定： （9.3.4）2）不舒適眩光眩光造成的不舒適感，目前還沒有專門的測量儀器，是用眩光控制等級（g）表示所感到的不舒適程度的主觀評價。這種主觀評價取決于各種照明器和其它照明裝置的特

41、性，可以用下列經驗關系式描述：式中：照明器在同路軸平行的平面內，與垂直軸形成80，88方向上的光強值（cd）；f照明器在同路軸平行的平面內，投影在76角方向上的發光面積（ m2）c光的顏色修正系數；c 04 用于低壓鈉燈lav平均路面亮度（cdm2）； h水平視線路燈的高度（m）h=燈的安裝高度-1.5m；p每1km安裝的照明器個數。計算的經驗公式為： （9.3.5）公式中各參數的調研范圍是： 507000（cd），150（cd），0.007f0.4（m2），0.37（cd/m2），520（m），20p100，燈的排數為1或2。眩光等級g與主觀上對不舒適感覺評價的相應關系為：g=1：無法忍受g

42、3：干擾g=5：允許的極限g7：滿意g=9：無影響(4) 誘導性為了保證交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉點以及特殊地點都應該清晰可見，這就要求有良好的誘導性。誘導性一般來自兩個方面：即視見誘導性和光學誘導性。誘導性通過各種誘導標志和照明設施獲得，與照明設施等一起，共屬交通安全設施范圍。1）視見誘導性道路視線誘導標志，是沿行車帶標明道路邊緣和線形的一種設施，以便晝夜誘導司機的視線，并根據需要設在某一路段上，如路面中心線、路線或兩側路面標志、道路護欄與護樁、積雪地區設置雪標桿等。在隧道內墻面也可以起誘導作用，但隧道內的誘導作用首先要求有足夠的照明，使誘導標志成為可以視見的。夜間，洞外的誘

43、導性和洞內類似，也受照明系統的影響。道路軸線方向投光角度受到一定的限制。例如采用低角度和的較低亮度值的燈具，以及主要光束與行車方向成垂直交叉的照明系統，對看清楚道路誘導設施有利，尤其在惡劣氣候條件下有利。道路標志的能見度，還同本身的反射特性和路面反射特性之間的差異有關。道路標志所用的材料，既要“亮”，又要有良好的漫反射特性，所以其表面應為粗粒結構。在不設路燈的路段上可以考慮使用有顯明顏色的逆反射材料，例如晚上在車燈照射下，能激發出一塊塊紅顏色的紅色逆反射材料，其誘導性很好，引人注目，車就不會開到路以外的地方去了。有的還在隧道入口處裝設這種材料，以便使隧道洞口輪廓十分明確。另外，有的用不同顏色的

44、路面顯示其不同的用途，如把自行車道做成暗紅色以示區別。2）光學誘導性在道路照明設施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、彎道、交叉和各種特殊場合，再配合其它視線誘導標志，能在遠距離上使司機明顯地注意到有危險性的地段。在隧道內的特殊場合，諸如緊急停車帶、方向轉換場等。照明器在排列、光色、光強以及設置的方位和間隔的變化，會有效地起到光學誘導作用。如在分隔帶的斷頭，分流處的前端，為了標明其位置，應設置視線誘導標志。又如廣場、停車道、回車道等應有明顯的誘導標志，同時，還應輔以光學誘導。在同一區段內注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在不同區段，尤其不同等級的道路，采用不同類型的光源、不同的

45、格調等，都會有效地起到光學誘導作用。不過，在規模大、線形復雜、多層次的立體交叉場合大量裝設路燈，反而會由于光點太多，給司機以“燈?！钡母杏X，造成混亂，失去了光學誘導作用。這種場合采用高桿照明，在照亮道路的同時也照亮環境，可以獲得與白天相似的良好誘導性。在隧道出入口附近有廣場時，可以考慮這種方式。9.4 隧道亮度曲線白天，汽車司機在接近、進入和通過隧道時，會遇到各種視覺問題。汽車以50km/h的設計速度行駛時，通過洞門附近（例如內外各10 m）時，時間是非常短的，約需1.5s。但是由洞外亮度（約4000cdm2）降到洞內中間段亮度（山嶺隧道為23cdm2城市隧道 510cdm2的比率卻很大。眼睛

46、的視覺狀態由明視覺到接近薄明視覺（介于明暗視覺與暗視覺之間的中間視覺狀態），這時錐狀體細胞和柱狀體細胞同時對應著新的環境亮度而適當的工作。由于亮度的變化速率太快，眼睛的適應遲緩，對物體的視見能力極度下降，盡管洞內有一定的亮度，但司機的視覺感覺很黑，隧道里象個黑洞，即“黑洞效應”。這時司機就會失去獲得視覺信息的能力，道路的走向，是否有障礙物存在，是否有其它車輛等，總之，幾乎所有的視覺信息都暫時中斷了。這種狀態要持續一個暗適應過程所需的時間，其長短與洞外亮度和洞內亮度的大小等有關。視覺信息不足是發生交通事故的條件，但是這不等于必然。照明的任務是不間斷地為司機獲得足夠視覺信息提供照明條件。人的視覺生

47、理機能是不容易改變的，只能順應它，這就需要弄清楚人的視覺適應規律。這里大體上應滿足兩點，即視覺信息的不間斷性和照明的經濟性，前者要求有較高的亮度，后者要求用較低的亮度，照明設計者則應該把它們統一起來。提高洞內亮度水平的方法，是最簡便的、卻是過時的，而且也是爭議最大的方法。由前所敘已經知道，在道路照明的各種質量指標中，亮度是基礎。有了亮度以后，才能進一步談均勻度、亮度對比、眩光以及誘導性等，才能談最低亮度閾、視角閾、亮度對比閾、相對閾值增量以及體視閾等。有了充足的、甚至是較高的亮度水平，那么其它問題比較好解決。但是最大的問題是投資費用高、運營費用高、耗能大。另外，沒充分利用人的視覺適應規律，把本

48、來有可能節省的亮度也浪費掉了。所以從這個意義上講，也是最浪費的方法。充分考慮視覺適應規律，可以把亮度維持在一個較低的水平上，根據情況，甚至可以維持在最低的水平上。可以認為這個方法的目的是在各照明區段上把亮度維持在一個實際情況所容許的最低極限水平上。其要點是：根據現場調查確定洞外亮度；根據設計車速、交通方式、交通流量、空氣透過率等確定中間段的所需亮度水平；根據視覺適應規律、洞外與中間段亮度差、亮度減低的速率等，確定入口段和過渡段的亮度水平和長度。由于入口段和過渡段需要一定的長度，太短的隧道擺不下它，加上出口眩光的影響，所以隧道長度在200m以下時，不存在中間段照明，稱為照明上的短隧道。短隧道的照

49、明問題比較復雜，本教材不作專題討論。長度在200m以上的隧道，稱為照明上的長隧道，本教材將要著重討論。長度很短的隧道，受進、出口人射自然光影響較大，所以長度小于70m時，一般白天可以不考慮照明。9.4.1 照明區段的劃分長隧道照明基本上可以按接近段、入口段、過渡段、中間段和出口段五個區段劃分。(1) 接近段在道路隧道各照明區段中，在洞口（設有光過渡建筑時，則為其入口）前，從注視點到適應點之間的一段道路，在照明上稱為接近段。在通常情況下，當汽車駛近隧道，但距洞口尚有一定距離時，司機的注意力會自然地集中在觀察洞口附近情況上，開始注視之點稱為注視點。繼續接近洞口時，在司機的視野里，亮度較高的外界景物

50、（其亮度為洞外亮度）逐漸減少，相應地洞內低亮度景物逐漸增加。當汽車到達洞外某一點（約距洞口10m）時，司機視野中的外界景物全部消失、開始適應洞內亮度的變化，不再為“感應現象”所困擾，該點稱為適應點。在照明設計中，車速與洞外亮度是兩個主要基準值，車速已由道路等級限定，洞外亮度值要由道路照明設計者進行周密調查后確定。其取值等級升高一級對造價和運營費用都將產生很大影響，因而需要采取適當措施降低洞外亮度，以便減少造價和節能。洞外亮度是司機駕車駛入隧道洞口前所看到的周圍環境平均亮度，用l1表示。其取值的大小對確定入口段、過渡段以及出口段亮度有很大影響，因此要求盡量符合實際情況，而不宜偏高。在實際取值中存

51、在一定困難，即用哪一點的亮度代表洞外亮度合適。洞外亮度不等于野外亮度，因為在洞外不同距離上的野外亮度不同。另外，在隧道施工前后，洞口環境往往變化很大，施工前所測得的某點亮度，常常與施工后的該點亮度不同。在隧道照明設計中，洞外亮度的估算，目前主要有如下三種方法：1）piarc法l1= lsp （9.4.1）式中：l1洞外亮度；lsp 距離洞口為停車視距處的面向洞口的前視亮度。2）cie法（cie：國際照明委員會） （9.4.2）現場條件l1（cd/m2）洞外地形開闊，天空或海面之類高亮度景物在視野中占50%以上時50008000洞口在野外，略有樹木背景，天空或海面等背景在視野中占2550%時40

52、005000洞口在市區建筑物林立的環境中時30004000洞外地形不開闊，且有山嶺、樹木等背景時20003000式中：l11距洞口為d1處面向洞口的前視亮度，在數值上d1=v（m）（其中v為車速數值），參見圖9.4.1；l12距洞口為 d2處面向洞口的前視亮度，在數值上d 2=2v（m）；l13距洞口為d3處面向洞口的前視亮度，在數值上見d3=3v（m）。圖9.4.1洞外亮度取值法3）經驗數據法（國際照明協會）參見表9.4.1表9.4.1 (2) 入口段在隧道照明區段中，進入洞口（設置光過渡建筑時，則為其入口）的第一段。對洞口照明的研究是從本世紀五十年代中期開始的，研究的主要課題是適應段在洞口

53、處的最高亮度l2應該怎樣取值。隧道交通中最重要的問題莫過于安全，沒有可靠的安全性就談不上通過能力，所以l2值應能滿足安全上的需要。司機在引入段行駛時，已經適應那里的亮度水平，當他處于適應點位置觀察隧道內部時，至少應當滿足在停車視距以遠處能識別2020cm的正方形障礙物（實換算長度、與背景間的亮度對比 c 20）。由第二節中眼睛適應能力方面的知識聯想到，l2將受l1值大小的影響，換句話說，由洞外亮度l1到入口段洞口處亮度l2的減少速率受眼睛適應能力的限制。減少速率過快眼睛將產生不適現象，出現黑洞效應是不能容許的。相反地，減少速率過慢，即l2過高，是不經濟的，也不符合要求。因而l2/l1應該有一個恰當的比值。過去人們做過不少探索，希望能找到一個最恰當的值，但是由于實驗條件上的差異，取值的差異非常大。有的學者推薦為110，另一些學