公路隧道照明理论与应用：基于容许交通风险度的公路隧道照明

　　《公路隧道照明理论与应用——基于容许交通风险度的公路隧道照明》以车辆驾驶者的交通行为作为研究对象，运用概率论、交通流理论、自动控制、人工智能等理论与方法，构建了基于容许交通风险度的公路隧道照明理论，纠正了交通量**时需要的照明亮度**的错误认识；提出了隧道照明控制的四元控制法；创新了LED照明的布灯方法和配线方法——低位照明法与干线配线法；建立了不增加投资条件下高寒地区隧道设计参数优化模型、遮光棚长度优化模型，以及曲线隧道定向光照明盲区、布灯间距、布灯方式、曲线曲率关系的模型；阐述了照明实验方法、节能评估方法和设计方法。

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目录
第1章 绪论 1
1.1 公路隧道照明的两大问题 1
1.2 我国公路隧道照明的主要进展 3
1.3 与国外研究进展对比 5
第2章 基础理论 8
2.1 视觉理论 8
2.1.1 视觉范围 8
2.1.2 视觉的认知性 9
2.1.3 视觉的适应性 10
2.2 数理统计 11
2.2.1 泊松分布 11
2.2.2 二项式分布 11
2.2.3 埃尔朗分布 12
2.2.4 置信度 12
2.2.5 拟合优度检验—检验 13
2.3 交通流理论 14
2.3.1 基本假定 14
2.3.2 流量、速度与密度的关系 14
2.3.3 交通量与车辆到达规律 17
2.4 道路工程 19
2.4.1 跟车间距 19
2.4.2 停车视距 19
2.4.3 超车视距 20
2.5 隧道工程 21
2.5.1 洞门 21
2.5.2 隧道横断面 22
2.5.3 隧道纵断面 23
2.5.4 隧道墙面 23
2.5.5 隧道路面 23
2.6 交通工程 23
2.6.1 交通行为 23
2.6.2 车辆换算系数 24
2.6.3 服务水平 24
2.7 控制工程 27
2.7.1 手动控制 27
2.7.2 自动控制 27
2.8 安全经济学 31
2.8.1 基本概念 31
2.8.2 安全经济投入**化原则 36
2.8.3 安全分析 37
2.8.4 决策方法 38
第3章 公路隧道照明的主要影响因素 42
3.1 概述 42
3.2 驾驶者 43
3.2.1 心态 43
3.2.2 体态 43
3.2.3 驾驶者视力恢复时间 44
3.3 车辆 45
3.3.1 车辆类型 45
3.3.2 设计车辆尺寸 45
3.3.3 车辆组成 46
3.3.4 车辆装载 46
3.4 道路 46
3.4.1 线形 46
3.4.2 相邻隧道间的距离 48
3.4.3 路面 48
3.4.4 墙面 49
3.4.5 隧道横断面 50
3.4.6 洞门形式参数 52
3.5 环境 53
3.5.1 洞内环境 53
3.5.2 洞外环境 54
3.5.3 天气状况 56
3.6 容许的交通风险 57
3.7 经济条件 58
3.8 交通流特征 58
3.8.1 交通组成 58
3.8.2 交通行为 58
3.8.3 交通量 59
3.8.4 计算行车速度 60
3.9 隧道长度 63
3.10 灯具 64
3.10.1 评价指标 64
3.10.2 灯具选择 66
3.11 辅助照明 70
3.11.1 视线诱导 70
3.11.2 墙面亮化 70
3.11.3 景观照明 70
3.12 管理 71
3.12.1 灯具维护 71
3.12.2 照明控制 73
第4章 公路隧道交通的时空成像与照明功率密度 76
4.1 概述 76
4.2 短隧道照明的时空成像 79
4.2.1 短隧道的定义 79
4.2.2 短隧道照明的交通现象 79
4.2.3 短隧道的特点 81
4.3 中等长度隧道照明的时空成像 83
4.3.1 中等长度隧道的定义 84
4.3.2 中等长度隧道照明的交通现象 84
4.3.3 中等长度隧道的特点 84
4.4 长隧道照明的时空成像 84
4.4.1 长隧道的定义 84
4.4.2 长隧道照明的交通现象 85
4.4.3 长隧道的特点 85
4.5 特长隧道照明的时空成像 85
4.5.1 特长隧道的定义 85
4.5.2 特长隧道照明的交通现象 85
4.5.3 特长隧道的特点 86
4.6 隧道照明涉及的主要设施 86
4.6.1 照明灯具 86
4.6.2 传输设施 86
4.6.3 控制设施 88
4.6.4 辅助照明 89
4.6.5 景观照明 90
4.7 隧道照明需要解决的问题 90
4.8 隧道照明的基本思路 97
4.8.1 隧道照明系统构成 98
4.8.2 隧道照明段落划分 98
4.8.3 隧道照明方式 100
4.8.4 隧道照明质量的评价 103
4.9 隧道各照明段落功率长度 107
4.9.1 入口段长度 107
4.9.2 过渡段长度 107
4.9.3 中间段长度 108
4.10 隧道各照明段落功率密度 108
4.10.1 入口段照明功率密度 108
4.10.2 过渡段照明功率密度 109
4.10.3 出口段功率密度 110
4.10.4 中间段功率密度 110
4.11 相对功率密度比 110
4.12 灯具效能与价格对照明投资的影响 112
第5章 公路隧道照明理论模型 113
5.1 概述 113
5.2 隧道照明场景 115
5.2.1 照明配置的影响因素 115
5.2.2 交通状态 115
5.2.3 障碍物与工程实际 116
5.2.4 照明场景 116
5.3 隧道照明的约束条件与照明目标 117
5.3.1 约束条件 117
5.3.2 照明目标 119
5.4 不同交通状态的最小车间时距 119
5.4.1 自由流的最小车间时距 119
5.4.2 干扰流的最小车间时距 121
5.4.3 跟踪流的最小车间时距 122
5.5 特征值a、b、c的计算方法 122
5.5.1 特征值a 122
5.5.2 特征值b 124
5.5.3 特征值c 125
5.6 国内外特征值a、b的对比 125
5.6.1 特征值a的讨论 125
5.6.2 特征值b的讨论 126
5.6.3 特征值推荐值 126
5.7 隧道照明车辆换算系数 126
5.7.1 定义 126
5.7.2 计算方法 127
5.7.3 基于交通流与交通状态的车辆换算系数 127
5.8 临界交通量试验验证 132
5.8.1 试验场景 132
5.8.2 理论计算 132
5.8.3 现场测试 135
5.9 照明亮度 136
5.9.1 计算方法 136
5.9.2 与国外成果的对比 138
5.9.3 与国内成果的对比 139
5.10 三、四级公路隧道照明 148
5.10.1 交通量 148
5.10.2 道路等级与隧道长度 148
5.10.3 隧道照明设置语义 149
5.10.4 基于道路等级与隧道长度的隧道照明设置条件 149
5.10.5 经济条件 150
5.10.6 基于经济条件、道路等级与隧道长度的隧道照明设置 150
5.10.7 对比分析 151
第6章 公路隧道照明设计方法 152
6.1 概述 152
6.2 设计分类与设计深度 152
6.2.1 设计分类 152
6.2.2 设计深度 153
6.3 设计参数 154
6.3.1 隧道土建参数 154
6.3.2 环境参数 155
6.3.3 交通参数 155
6.3.4 灯具参数 155
6.4 照明设计工况与效果评价 157
6.4.1 照明设计工况 157
6.4.2 效果评价 158
6.5 布灯方法 158
6.6 隧道照明功率确定方法—利用系数法 158
6.7 隧道照明功率确定方法—逐点计算法 160
6.7.1 点光源计算法 161
6.7.2 线光源计算法 161
6.7.3 面光源计算法 161
6.8 照明配线设计 161
6.8.1 单干线配线法 162
6.8.2 双干线配线法 162
6.9 隧道洞外引道照明、紧急停车带照明、横通道照明以及应急照明 162
6.9.1 洞外引道照明 162
6.9.2 紧急停车带与横通道照明 162
6.9.3 应急照明 163
6.10 低位照明 163
6.10.1 灯具安装位置 163
6.10.2 灯具配光 164
6.11 隧道LED照明设计 166
6.12 L20降低方法—遮光棚设计优化法 167
6.12.1 基于细则照明段落划分的方法 167
6.12.2 基于适应曲线的遮光棚长度优化方法 173
6.13 高寒地区隧道照明设计 178
6.13.1 隧道照明段落划分 178
6.13.2 k、L20、v和设计交通量与照明常亮度的关系 179
6.13.3 约束条件 179
6.13.4 计算模型 180
6.14 LED灯曲线隧道照明间距研究 183
6.14.1 约束条件 183
6.14.2 布灯方式分析 183
6.14.3 单侧内侧布灯方式 184
6.14.4 单侧外侧布灯方式 185
6.14.5 双侧对称布灯方式 186
6.14.6 双侧交错布灯方式 187
6.14.7 针对不同车型来讨论不同布灯方式的盲区面积及布灯间距 189
6.14.8 结论 190
6.15 照明控制—基于洞外亮度、速度与交通量的隧道照明控制法 190
6.15.1 照明控制的原理与方式 191
6.15.2 照明控制工况与条件 192
6.15.3 系统构成与控制流程 193
6.15.4 照明调光控制 195
第7章 应用 200
7.1 概述 200
7.2 高寒地区隧道 200
7.2.1 设计参数 201
7.2.2 各照明段落亮度 201
7.2.3 各照明段落长度 201
7.2.4 各照明段落所需照明面积 202
7.2.5 照明所需光通量 202
7.2.6 照明功率 203
7.2.7 灯具概算 203
7.2.8 设计参数优化 203
7.3 低位照明法 204
7.3.1 低位照明适用的场景 204
7.3.2 低位照明灯具的选择 205
7.3.3 低位照明功率的计算 205
7.4 照明控制 205
7.4.1 控制信号的分类 205
7.4.2 隧道数字可寻址照明接口标准 206
7.5 遮光棚与棚洞 207
7.5.1 遮光棚分类 207
7.5.2 棚洞分类 210
7.5.3 遮光棚和棚洞的适用性分析 212
7.6 遮光棚在毗邻隧道中的应用 212
7.6.1 设置遮光棚的作用 212
7.6.2 毗邻隧道不同连接形式下遮光棚适用性分析 214
7.6.3 毗邻隧道的遮光棚工程应用 215
7.6.4 毗邻隧道照明节能效益分析 218
第8章 照明效果评估与试验 223
8.1 概述 223
8.2 隧道照明效果评估系统 223
8.2.1 前提条件 223
8.2.2 高速公路隧道LED照明系统能耗监测方法 22