公路隧道光环境信息感知及试验研究

为进一步认识公路隧道光环境的信息组成，探讨静态和动态条件下的隧道信息感知机制，首先，综述国内外公路隧道光环境信息与感知的最新研究成果，着重介绍构成公路隧道光环境的物质及其反映的信息。然后，探究人-车-路行驶环境中的动态信息感知，并开展静、动态信息感知的试验研究。研究结果表明： 公路隧道光环境包含直接影响因素和间接影响因素；感知这些因素所反映的综合信息可分为静态和动态2种工况。作为人-车-路行驶环境，信息感知既牵涉到物理指标（物理量），也牵涉到人的主观反应即生物指标（生物量）。最后，通过分析研究信息感知机制，构建动态信息感知试验平台并开展试验研究，初步提出结合物理量和生物量交互的隧道光环境信息感知研究方法及评价指标。     

城市水下道路隧道驾驶安全影响因素分析和改善思路

总结城市水下道路隧道事故分布规律，从驾驶人、隧道光环境及道路条件3方面分析隧道驾驶安全影响因素，对现有安全改善措施及其优缺点进行剖析，并指出城市水下道路隧道驾驶安全优化研究趋势： 应以提升隧道光环境质量为主，考虑交通事故形态、事故致因及影响因素，在确保交通安全的基础上，考虑不同隧道路段驾驶人差异化视觉需求。驾驶人视觉需求可以分为功能性、安全性与舒适性需求，对应的隧道行车环境可分为基本型、安全型与舒适型视觉参照系。提出以构建城市水下道路隧道舒适型视觉参照系为目标，通过隧道照明与隧道视线诱导技术相结合，缓解隧道出入口参照系的剧烈过渡，加强中间段弱视觉参照的城市水下道路隧道驾驶安全优化方法。构建基于空间路权、人因与驾驶任务、差异性与韵律性的隧道驾驶安全优化评价指标体系，为城市水下道路隧道驾驶安全优化提供新思路。     

基于视错觉的公路隧道中部安全控速方法

公路隧道中部低照度、环境单调的特点,容易导致驾驶人产生严重视错觉,从而低估车速,引发交通事故.高频视觉信息容易导致驾驶人高估车速,而中、低频视觉信息则会导致驾驶人低估车速,但不同频率视觉信息,不同照度水平对公路隧道中部行车环境中驾驶人的车速感知影响缺乏定量分析.文中利用3ds Max软件制作公路隧道中部行车仿真模型,利用E-prime软件进行基于极限法的车速感知心理物理实验,并用实车试验数据校核了模型精度,对高频视觉信息与高、中频组合视觉信息在不同照度水平(100％,50％,25％标准照度)条件下的速度感知、反应时进行了对比研究.实验结果显示:公路隧道中部的速度感知主要由高频视觉信息决定,在100％标准照度条件下高频视觉信息的车速高估约为20％,在加人中频视觉信息后,车速高估情况趋于合理,约为14％;照度变动对速度感知和反应时均有显著影响,显著度分别为0.008和0.013,照度条件越好,车速高估越低,反应时越短.     

基于视线诱导的公路隧道光环境优化研究框架

为了解决公路隧道光环境中普遍存在的照明节能与交通安全的矛盾,在分析公路隧道光环境问题和总结现有公路隧道光环境改善方法的基础上,采用简单排序法从经济性、耐久性、易施工性方面对视线诱导、防护设施、防滑设施、遮光设施、加强照明5种公路隧道环境改善方法进行比较,根据事故致因分析公路隧道驾驶人安全需求。结果表明:视线诱导系统是公路隧道光环境优化的首选方法,其能重构公路隧道视觉参照系;在隧道路段,视线诱导系统能有效调控驾驶人视错觉,满足驾驶人安全感需求,减少不良驾驶行为及交通事故;驾驶人安全感可划分为速度感、距离感、方向感及位置感,利用逆反射视线诱导设施构建的多频、多尺寸、多形状、多色彩的公路隧道安全型视觉参照系可强化隧道内局部亮度及对比度,提升驾驶人的速度感、距离感、方向感、位置感;基于安全感的公路隧道视线诱导系统适用于低照度公路隧道,对于未设置照明设施的低等级公路隧道可取代照明,对于设置了照明设施的高等级公路则可辅助照明,能实现公路隧道照明节能与交通安全的统一。     

公路隧道入口自然光过渡研究

在隧道接近段采取自然光过渡措施,可形成光环境过渡区,缓解亮度差异造成的视觉冲击,提高行车安全。为实现隧道入口处光环境舒适过渡,本文从不同光过渡设施的效果及优缺点出发,基于驾驶人的视觉特性,建立隧道入口光过渡最优曲线,并提出一种综合性的减光构筑物应用方案。本文的减光构筑物方案充分考虑隧道入口驾驶人瞳孔变化特性,对减光构筑物的长度、光透射率等参数进行优化设计,可解决当前隧道入口光过渡工程存在的问题。模拟分析结果表明,该方案能较好地满足驾驶人光过渡视觉需求,可为隧道工程设计提供参考和思路。     

基于驾驶人视觉感知的高速公路速度控制措施效果分析

为了从驾驶人视觉感知角度了解4种控制措施(限速标志、警告标志、减速标线、彩色路面)对驾驶人行车速度控制的效果,基于驾驶人动态视觉特性,建立了视觉信息负荷模型,将驾驶人前方视觉区域划分成1个中央视野和4个周边视野,量化了速度控制措施对驾驶人视觉感知影响。基于实车试验数据分析表明:行车速度与驾驶人感知到的速度控制设施的视觉信息量显著相关,信息量越大,减速幅度越大;在速度控制措施的持续影响下,减速频率不会超过,而后趋于稳定。     

基于瞳孔变动的隧道群区段视觉明暗适应特性研究

为了从驾驶人视觉明暗适应角度改善高速公路隧道群区段环境光照度,提高行车安全性,在分析隧道群光环境特征、交通事故特征和驾驶人视觉适应特征的基础上,通过指定试验条件下的实车道路试验采集环境光照度、驾驶人瞳孔面积和视觉适应时间等数据,建立数理模型,以G65包茂(包头—茂名)高速公路西柞(西安—柞水)段为例,研究隧道群典型区段以瞳孔面积为特征参数的驾驶人视觉明暗适应规律。结果表明,驾驶人瞳孔面积与隧道环境光照度之间呈幂函数关系;隧道连接段长度直接影响进入下游隧道之前的明暗适应水平,是整个隧道群区段驾驶人视觉适应的主要影响因素;针对不同连接段长度的环境光照度改善措施是提高隧道群区段行车安全性的有益尝试。     

城市水下特长隧道出入口视觉及舒适性研究

为探求驾驶人在城市水下特长隧道出入口的视觉负荷变化特性和视觉舒适性,在上午9：00~10：00的平峰时段,天气良好且交通流影响较小的条件下,选取10名驾驶人于东湖隧道（全长10.6 km,限速60 km·h^-1）以50~60 km·h^-1的自由流车速开展实车试验。利用眼动仪、照度计等试验设备,采集驾驶人进出城市水下特长隧道过程中的瞳孔面积、照度值等试验数据。基于实车试验数据,研究进出隧道过程中驾驶人的瞳孔变动特性,并比较多种评价指标的差异性,选取瞳孔面积最大瞬态速度值为评价指标,对东湖隧道出入口的视觉舒适度进行评价。基于瞳孔面积的变化特点构建了瞳孔面积最大瞬态速度值与瞳孔面积的函数模型,具体分析了出入隧道过程中不同位置的视觉负荷。结合出入口处连续时间序列下光环境的变化特点,分析了出入口的视觉舒适性。研究结果表明：进入隧道过程中驾驶人瞳孔面积的平均增长率较城市普通路段增大至246.561%并趋于稳定,对黑洞效应的适应时间为8.636 s;驶离隧道过程中较隧道内部路段平均增长率减小至62.631%并趋于稳定,对白洞效应的的适应时间为4.273 s;瞳孔面积最大瞬态速度值与瞳孔面积呈正相关性,出入口位置的视觉负荷排序为入口洞内最大、出口洞内次之、入口洞外与出口洞外最小,各区段的视觉舒适性与之相反;研究发现出入口处的格栅式遮光棚可缓解光环境的急剧变化,有助于驾驶人适应黑白洞效应、提升行车安全性。     

基于安全与节能的公路隧道夜间照明研究

从行车安全与降低能耗两个角度出发,研究公路隧道夜间照明条件。采用实车实验分析道路亮度与障碍物识别距离、主观安全感知之间的关系,提出保证行车安全的最低路面亮度值,结果表明路面亮度大于0.5cd/m2能够满足驾驶人行车视觉需求,主观安全感知水平较高;针对现行规范及隧道照明设计中的不足,综合考虑夜间驾驶人在隧道洞口路段明(暗)适应的视觉需求及节能效果,提出隧道夜间照明优化方案,基于照明仿真软件比较分析优化方案与规范方案的照明效果及能耗情况,验证优化方案的安全性及经济性。     

我国高速公路隧道照明问题研究

隧道照明问题既影响交通安全,又影响电能消耗和建设成本.为解决我国隧道照明中存在的诸多错误,通过驾驶人视觉和心理需求研究,寻求有效的照明设置方案.在分析我国隧道照明现状基础上,以驾驶人在昼间、夜间隧道行车时必然遭遇问题为对象,分析驾驶人对隧道照明的实际需求和变化规律,并提出隧道照明参数计算方法和方案.研究表明:我国隧道照明中存在诸多空白,有些与驾驶人需求背道而驰.在不同条件下,驾驶入对照明需求差异较大,应依据驾驶人视觉特性和心理反应制订针对性照明方案.     

高速公路隧道入口路段驾驶人视觉注意转移规律研究

为了研究驾驶人进入高速公路隧道入口时其视觉转移特性,在7个高速公路隧道入口处进行实车试验。利用Eye Link II型眼动仪,实时记录3名驾驶人进入隧道入口时的眼动行为数据。采用K均值聚类法对驾驶人注视区域进行划分,运用马尔可夫链理论研究驾驶人注视点在不同注视区域之间的转移规律,并分析对比驾驶人在进入隧道入口过程中其注视分布的差异性。研究发现,在驾驶人进入隧道入口时其视觉转移频次明显增加,其注视点主要集中于正前方区域。研究结果可为进一步研究驾驶人进入隧道入口时的安全性提供理论依据。     

基于支持向量回归的视距计算模型建立和应用

为了更加有效地对山区高速公路隧道段的行车视距进行检验,建立基于支持向量机的视距计算模型,并将该模型应用于实际隧道的视距检验中。首先对驾驶人视觉图像识别的道路中心线建立视觉车道模型,提取6个特征值作为形状参数,包括视曲线长和视曲率,相关性分析发现上述6个参数之间存在显著的线性相关性,采用主成分分析法将6个参数降维成2个独立的主成分。然后基于支持向量机建立计算行车视距的模型,训练测试完成后,该模型的均方误差为0.071 8,拟合优度为0.359。最后,利用该模型对浙江上三高速公路新昌至白鹤段的10个隧道路段进行视距检验,发现南往北向马岙岭隧道和北往南向龙山隧道存在运行视距不足的情况,对照各个隧道的驾驶人视觉图像,发现这2处地点存在不合理的视觉环境设计,包括速度控制、视线诱导和增强等设施,导致在行驶过程中,视觉环境供给的视距难以满足驾驶人需求的视距。研究结果表明:横向减速标线配合隧道口彩色路面提醒可对隧道入口段进行有效速度控制,从而降低行车视距的需求;通过在隧道内设置闪光式轮廓标和出口外设置绿化带或植被护坡可以增强驾驶人视觉感知,从而减少隧道入口段黑洞现象和出口段白洞现象的持续时间,增加视觉环境中供给的视距;2种设计都有助于实现视距供需的平衡。     

彩色灯光视觉调节对长隧道驾驶催眠缓解作用的试验

驾驶人在长隧道中间段驾驶中容易出现“隧道催眠”现象,为了缓解这一特殊视觉心理问题,在分析隧道催眠现象产生原因和长隧道中间段照明环境改善措施的基础上,提出了以特殊颜色灯光带作为视觉滤波带的隧道中间段照明设置形式。根据不同颜色光源下的视觉功能试验,选定不影响视觉功能但具有较强视觉刺激作用的红色光源作为视觉滤波带光源颜色。利用DIALux仿真软件建立设置了红光特殊照明以及普通照明2种场景下的隧道模型,并对有关照明指标进行计算。结果表明红光特殊照明对隧道照明参数无不利影响。通过红光特殊照明及普通照明隧道路段驾驶模拟试验,采集驾驶人动态视觉特征,包括眨眼频率及瞳孔直径,结果表明通过红色特殊灯光区域时,驾驶人的眨眼频率明显高于其他路段,瞳孔面积也存在较明显的先增大再减小的过程,说明红光段对驾驶人具有明显的视觉刺激作用。为评估红色特殊灯光区域对视觉安全性的影响,引入“瞳孔面积最大瞬态速度值”作为红光段视觉负荷评价指标,结果表明红色特殊灯光带引起的视觉负荷在驾驶视觉舒适范围内,其视觉刺激作用能够满足驾驶视觉安全要求。综上可以说明,红色特殊色彩灯光带能够在保证视觉舒适性的同时给驾驶人提供视觉刺激,起到视觉警示作用,缓解隧道催眠现象。     

低等级公路隧道入口光环境优化新思路

隧道光环境不良是低等级公路隧道路段事故多发的重要原因,为了解决这一问题,从低等级公路隧道光环境的特点出发,分析了隧道接近段与入口段的光环境特征,并结合低等级公路隧道的交通组成以及入口段的车速特性,基于出行者光环境视觉需求,提出了安全型视觉参照系下低等级公路隧道入口光环境优化新思路及优化方法。通过驾驶模拟试验对驾驶员在隧道入口区域光环境优化改善前后的视距与视区进行评价,结果显示无论白天与夜间,驾驶员的视距距离与视区范围提升显著;通过经济节能评价显示采用改善方案是传统2种方案在未来10年资金投入的1/7和1/5。此改善方法提升了驾驶员在路段行驶时对隧道内外视觉信息的认知水平,满足了驾驶员的视觉需求,解决了低等级公路隧道照明不足。     

基于线性诱导的公路隧道入口区域交通安全优化研究

为达到驾驶人早发现隧道洞门、早适应环境变化、早决策驾驶行为的目的，通过分析隧道入口区域行车环境下的视距视区与交通安全问题，借鉴常见的线条形视线诱导设施（如反光环、反光条、弹性交通柱等），构建隧道线性诱导系统，并提出基于线性诱导的隧道入口区域改善方法。另外，通过室内模拟试验，采集白天与夜间环境下注视点的位置数据； 将注视区域分为5类，并分析注视点在各区域的视觉转移特性，评价隧道入口区域改善前后的效果。结果表明： 1）隧道线性诱导系统具备形式多样、较大尺寸、可以勾勒轮廓、发光分散等特点，同时可以以低成本提升隧道光环境的安全性。2）隧道入口区域改善前，驾驶人的注视点以较大概率出现在前方近处。3）改善后，驾驶人的注视点以较大的概率出现在前方远处，表明改善方案使得驾驶人的视距充足； 改善后注视点在主要分布区域的注视概率变动比改善前更为缓和，表明驾驶人的视区变化得到缓解。     

基于动静结合的公路隧道洞口设计综合评价体系研究

随着国民经济发展、人民精神生活的丰富,隧道洞口设计由于影响驾驶体验而逐渐受到重视,但目前针对公路隧道洞口的设计评价主要从结构安全出发,对洞口景观环境和洞口美学的考量较少,缺乏对隧道洞口设计综合评价体系的研究;并且评价角度主要从静态视觉角度展开,忽略了行车过程中驾驶人的动态视觉特性,缺乏对洞口设计安全性问题的思考。鉴于此,以层次分析法为基本评价分析框架,建立隧道洞口设计综合评价体系;采用德尔菲法、灰色系统理论确定以功能、景观环境、美学为准则层的评价指标,并通过层次分析法计算得出功能、景观环境、美学指标的权重为0.662∶0.232∶0.106;基于模糊数学理论,提出了以专家和普通群众为评价主体、采用专家打分法和驾驶模拟试验的公路隧道洞口设计综合评价方法;并考虑洞口设计在动态视觉特性下对驾驶安全的影响,针对隧道洞口设计安全性问题提出了眼动仪测试评价方法,构建了一套公路隧道洞口设计综合评价体系。以云南省富龙高速板仑隧道洞口设计方案为例,采用综合评价体系计算得出隧道洞口设计方案为结构安全、环境友好、景观优美的优秀方案;并通过对试验者眼动数据的分析得出隧道洞口设计方案不存在安全隐患问题。该案例验证了综合评价体系的合理性,可为隧道洞口设计及综合评价提供一定的借鉴参考。     

公路隧道中间段驾驶人视点分布特征分析

选取浙江省多条公路隧道,开展实车试验,研究单向及双向通行隧道中间段驾驶人的视觉特性。通过驾驶人兴趣区域视点分布比率、驾驶视觉搜索区域面积及重心坐标等指标,对比分析单向通行和双向通行隧道中间段驾驶人视点分布差异,从而定量分析单向及双向通行条件对行车安全的影响。研究发现,双向通行隧道中间段驾驶人视野横向搜索范围较小,纵向视觉搜索稳定性较低;单向通行隧道驾驶人视点左右切换的需求较多,双向通行隧道驾驶人注视位置更多地在视觉远景和近景间切换。根据通行条件对驾驶人视觉特征的影响,从公路隧道照明设计等方面提出了建议。     

高速公路隧道入口段照明动态阈值区间研究

为满足隧道智能调光技术的发展要求,提高隧道入口段驾驶员安全舒适性,利用眼动仪进行实车试验,研究公路隧道入口段驾驶员视觉特性.采用瞳孔面积变化率和反应时间表征驾驶员行车舒适性及安全性,建立与亮度折减系数、车速2项指标的回归模型,并以此基于确定高速公路隧道入口段照明动态阈值区间.以张承高速(张家口—承德)小三岔口隧道为例计算隧道入口段照明动态阈值,求解得到满足小三岔口隧道行车安全舒适性的亮度折减系数区间为[0.033,0.050],对调光方案进行节能计算,方案实施后预计隧道半幅在24 h内约节能20%.该模型可保证各时段隧道入口段照明环境满足驾驶员视觉需求.      

基于驾驶人因的夜间高速公路隧道入口区域诱导系统优化研究

驾驶人夜间进行道路视认及驾驶决策的难度较大,夜间高速公路隧道入口区域事故频发且严重性高。从驾驶人因角度出发,考虑进入隧道过程中驾驶状态变化,将隧道入口区域分为决策段、接近段、入口段及过渡段,并设计由隧道反光环、警示型线形诱导标、柔性警示柱及防撞桶等组成的隧道入口区域视线诱导系统,缓和隧道入口区域视觉环境的剧烈过渡,降低驾驶任务决策难度。利用模拟实验对所提方案进行评价。结论表明,视线诱导系统可有效改善夜间隧道入口驾驶人视区过渡,缓和驾驶任务,保障交通安全。     

特长隧道灯光带对驾驶员视觉信息获取的影响

为研究高速公路特长隧道中,驾驶员在特殊灯光带区域视觉信息的感知模式,分析灯光带对视觉特征的影响,选用9名驾驶员进行隧道环境实车研究试验.采用眼动仪记录行车过程中驾驶员视觉特征参数,通过专用软件及统计方法分析试验数据,获得数据特征.结果表明,所有试验路段驾驶员注视时间、注视次数变化平缓,完整隧道段驾驶员扫视幅度值及其变化...