如何洞察隧道LED照明的需求情况？

隧道照明是为了保障隧道内交通顺畅而设置的功能性照明，其照明的目的是给驾驶员在隧道行驶过程中提供一个安全、舒适的视觉环境，保障交通运行，提高运输效率。  

    隧道内的视觉现象

白天驾驶员驾驶车辆进出隧道时，会产生“黑洞效应”和“白洞效应”。汽车驶近较长隧道洞口时，在驾驶员视野中的天空、露天路面、附近建筑物等的亮度要远较隧道洞口的亮度高。在感应现象的作用下，虽然实际上洞口也有相当的亮度，但驾驶员仍然感到洞口很黑，像个“黑洞”，以致无法辨认洞口附近的情况，连障碍物也难以发现，这种现象称为“黑洞效应”。相反的“白洞效应”就是从隧道内较暗的环境过渡到隧道外部较亮的环境，感受到的强烈的眩光，无法立即看清楚隧道外的状况。

可以很简单地描述这两种现象：

当我们从一个明亮的环境立即进入一个光线较弱的房间时，我们几乎看不到房间内的状况，而慢慢地等待一小段时间，我们的眼睛才突然适应房间里较暗的环境，才能看清楚里面的状况，这就是“黑洞效应”；

而当我们又从这个黑暗的房间马上走到房间外面时，我们都是眯着眼睛，避免光线直接射进眼球，然后再慢慢地睁开眼睛，才能看清周围的环境，这就是“白洞效应”。因此，要使人眼视觉进出隧道保持清晰，使机动车驾驶员感到心理和视觉舒适，就要求隧道内的亮度与隧道外的自然光亮度之间有一个良好的过渡和衔接，利用人眼视觉特性设计符合人眼适应曲线的隧道亮度调节方式。

从眼睛的构造可知，视细胞有锥体细胞和杆体细胞两种，这两种细胞对光的感受性是不同的，杆体细胞对光的感受性很高，而锥体细胞对光的感受性很低。在明亮的环境下（亮度达到10cd/m2），主要由锥体细胞参与视觉工作，这种视觉状态称为明视觉；在昏暗的环境下（亮度为10-2～10-6 cd/m2），主要由杆体细胞参与视觉工作，这种视觉状态称为暗视觉。亮度为10-2～lOcd/m2时，杆体细胞和锥体细胞同时工作。锥体细胞和杆体细胞对光的敏感性不同，锥体细胞对555nm的光最敏感，杆体细胞对507nm的光最为敏感。

眼睛不但在日光下能看清物体，在月光下也能看见物体，这主要与锥体细胞和杆体细胞相互交换工作、瞳孔的大小变化以及视网膜上的化学变化等因素有关。当视觉环境内亮度有较大幅度变化时，视觉对视觉环境内的亮度变化顺应时的感受性称为适应。适应有明适应和暗适应两种。人从黑暗处进入明亮的环境中时，最初会感到刺眼，而且无法看清周围的景物，但过一会儿就可恢复正常视力，这种适应叫明适应。人从明亮的环境进入暗处时，在最初阶段会什么都看不见，逐渐适应了黑暗后才能区分周围物体的轮廓。这种从亮处到暗处人们视觉阈限下降的过程就称为暗适应。明适应和暗适应所需的适应时间视具体情况有长有短，一般来说明适应所需时间短，从几秒到几十秒；暗适应所需时间长，一般要到30分钟才趋向稳定。

隧道内的照明要求

隧道长度大于100m时通常需要照明设备。由于隧道是一个半封闭空间，隧道在行车视觉特性上要比其他照明复杂得多，它不仅需要24小时不间断照明，而且白天照明要比夜间照明更为复杂。隧道照明具有以下特点：

（1）分段式照明

分段式照明是隧道照明最显著的特点。这是由于白天隧道内部与外部道路的光环境发生了很大的变化，视觉需要一定的适应时间才能看清道路的情况。因此，为了让驾驶员在隧道两端出入口处能有良好的视觉过渡，隧道照明被分为几个不同的照明段：入口段、过渡段、中间段和出口段，且每个照明段的路面亮度水平要求不同。其中入口段、过渡段的路面亮度水平需要根据隧道洞外亮度来确定。

（2）避免烟雾效应

由于隧道内部通风条件的限制，汽车排出的废气不易快速稀释，容易产生集聚，形成烟雾，从而产生烟雾效应。因此，在隧道照明设计和光源选择上都要考虑其影响。

由于隧道照明具有如上特点，我国现行的行业标准《公路隧道通风照明设计规范》对隧道照明的光源和灯具提出了以下要求：

①一般情况下宜选择效率高、透雾性能好的光源。

②短隧道、柴油车较少的城镇附近隧道、应急停车带、人行横通道、车行横通道可选用显色指数较高的光源。

③光源的使用寿命应不小于10000h。

④灯具的防护等级应不低于IP65。

⑤灯具应具有适合公路隧道特点的防眩装置。

⑥灯具结构应便于更换灯泡和附件。

⑦灯具零部件应具有良好的防腐性能。

⑧灯具配件安装应易于操作，并能调整安装角度。

⑨灯具不得侵入隧道建筑界限。

⑩中间段的灯具布置应满足低于2.5Hz或高于15Hz的闪烁频率。

隧道照明的实现

隧道照明要实现节约能源、提高照明效果并保证行车的安全性和舒适性，通常可以从以下几个方面来考虑：

（1）亮度

由于白天隧道外的亮度相对于隧道内要高很多，因此当驾驶员驾车进入隧道时，视觉需要一定的适应时间，然后才能看清隧道内部的情况，这种现象称为“适应的滞后现象”。如果没有适当的过渡，则会产生“黑洞”现象，令驾驶员暂时失去正常的视觉功能，从而带来一定的安全隐患。“黑洞”现象是进入隧道前所发生的视觉问题，也是隧道照明中最重要的问题，为此隧道照明通常分为入口照明、内部照明和出口照明，其中白天隧道入口照明的亮度要根据隧道外的亮度、车速、入口处的视场和隧道长度来确定。入口段是为了消除“黑洞”现象，过渡段的照明水平进一步逐渐下降，从而为驾驶员提供视觉暗适应的时间。

（2）亮度均匀度

良好的视觉功能不但要求有较好的平均亮度，还要求路面上的平均亮度与最小亮度之差不能太大。如果视场中的亮度差太大，则亮的部分会形成一个眩光源，而且亮暗的变化会带来一定的频闪效应，继而影响视觉，人眼的视觉效果会明显变差，视觉疲劳也会加重。

总体亮度均匀度uo是指隧道内部段路面上最小亮度和平均亮度的比值，纵向均匀度U1是指在车道轴线上最小路面亮度和最大路面亮度的比值。如果路面上连续、反复出现亮带和暗带，即“斑马效应”，则在这个丰道上行进的道路使用者会感到很烦躁，这涉及到人的心理，但也会危及道路安全。纵向均匀度主要用于评价“斑马效应”的大小。

（3）眩光

眩光的形成是由于视场中有极高的亮度或亮度对比的存在，导致视功能下降或使眼睛感到不适。隧道照明中的眩光可能来自迎面驶来的车辆前灯、隧道照明灯具、隧道出口处外面的高亮度等。眩光会使人对障碍物的辨认能力下降，危及行车安全。隧道照明灯具应采用截光型，采取消去直射和反射眩光的特殊技术措施，形成漫反射，使光线柔和地进入人眼。

国际照明委员会采用相对阈值增量（TI）来说明因眩光而造成的视功能下降，即失能眩光的衡量。欧盟标准委员会的隧道照明标准中（CR 14380：2003E）对失能眩光的规定如下：在白天时隧道阈值段和内部段以及夜间的整个隧道，其相对阈值增量（TI）必须小于15%。

（4）频闪效应

频闪是指在较长的隧道中，由于照明器的不连续排列，使驾驶员不断受到明暗变化的刺激而产生烦乱。它与明暗的亮度变化、明暗变化的频率、频闪的总时间有关，这三者又与所使用灯具的光学特性、车辆的行进速度、照明器安装间距及隧道长度有关。一般而言，频闪的频率小于2.5Hz和大于15Hz时所带来的频闪现象是可以接受的。

如果车辆的时速为60km/h即16.6m/s，灯具安装间距是4，此时频闪的频率约为4.2Hz。进行设计时，应考虑选择适当的照明器安装间距。如果频闪的频率位于4～IIHz之间，并且持续时间超过20s，将会给驾驶员带来明显的不适感。

（5）照明控制

先进的照明控制方式是在保证视觉条件、满足隧道照明要求的情况下，合理节能的重要技巧。照明控制的目的是能够随时改变隧道的照明水平。由于阴天、雨天或黄昏时分，隧道口外的亮度比平时要小很多，因此要有适当的措施来减小入口段照明的水平，以减少不必要的能源浪费。在隧道照明中可以根据白天、夜晚及车流量大小等因素，通过各种调光设备或控制器件来对隧道照明环境的照度或灯的开启、关闭进行调整和控制。目前，国外大多采用感光器件、可调光电子整流器等构成智能照明系统，使隧道内灯具整体亮度减弱，能耗降低；同时，保证隧道亮度均匀度不变。

世界各国对公路隧道照明都制定了一定的设计原则和标准，如美国的IES、英国的BC以及国际照明协会的CIE。我国虽起步较晚，但也制定了JTJ026-90《公路隧道设计规范》和JTJ026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》两个行业设计规范作为我国隧道照明设计的共用准则。

这些规范和标准仅对隧道照明设计提供了最基本的参考数据，当面临具体工程项目时涉及的因素还有很多，有许多条件和要求，因此往往在安全和节能、投资维护成本上存在诸多矛盾。要设计好一个隧道照明控制系统，需要做深入细致的调研和考察。