公路隧道洞外亮度的計(jì)算方法

1、公路隧道洞外亮度的計(jì)算方法之?dāng)?shù)學(xué)文章摘要本文介紹了公路隧道洞外亮度的幾種計(jì)算方法，其中環(huán)境簡(jiǎn)圖法 和數(shù)碼相機(jī)照相法應(yīng)用較多，文中利用以上兩種方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算得出 洞外亮度。關(guān)鍵詞：隧道文章，照明文章，洞外亮度，計(jì)算方法1引言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的公路通車?yán)锍淘絹碓蕉?，同時(shí)隨著西部大 開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施以及東部省份的偏遠(yuǎn)山區(qū)開發(fā)，公路隧道里程增長(zhǎng)迅猛。按照規(guī) 范要求，長(zhǎng)度大于100米的隧道均需要設(shè)置照明設(shè)施。隧道洞內(nèi)照明可分為入口 段、過渡段、中間段和出口段照明，按照我國(guó)現(xiàn)行的隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范，入口段 亮度值采用洞外亮度L20 )乘入口段亮度折減系數(shù)k確定，過渡段與入口段 照明亮度比例按

2、照3： 1劃分，中間段和出口段依據(jù)計(jì)算行車速度和交通輛確定。由于入口段是車輛進(jìn)入隧道的第一段，為整個(gè)路段行車環(huán)境變化最大， 亮度明暗交替最明顯的區(qū)段，入口段照明的設(shè)置對(duì)行車安全尤為重要，而由于入 口和過渡段與洞外亮度的密切關(guān)系，只有確定了洞外亮度才能設(shè)置合適的隧道照 明。2 洞外亮度文章洞外亮度L20(S)是指在接近段起點(diǎn)處，距地面1.5m高正對(duì)洞口方向 20視場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的平均亮度。確定洞外亮度L20 (S)的方法主要有4種：查表 法，黑度法，環(huán)境簡(jiǎn)圖法和數(shù)碼相機(jī)照相法，其中后三種方法可用于實(shí)測(cè)洞外亮 度計(jì)算。2.1 查表法查表法是根據(jù)公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ026.1-1999)規(guī)定

3、， 按照20視場(chǎng)中天空面積的百分比、洞口朝向或洞外景物反射率等在表中查取 亮度值。這種方法是在設(shè)計(jì)階段沒有實(shí)測(cè)資料的條件下采用。表 1 洞外亮度 L20 (S) (cd/m2) 1天空面積百分比洞口朝向或洞外環(huán)境Vt(km/h)40 Vt(km/h)60 Vt(km/h)80 Vt(km/h)10035%50% 南洞口 4000 4500北洞口 5500 600025% 南洞口 3000 3500 4000 4500北洞口 3500 4000 5000 550010% 暗環(huán)境 2000 2500 3000 3500亮環(huán)境 3000 3500 4000 45000% 暗環(huán)境 1000 1500

4、2000 2500亮環(huán)境 2500 3000 3500 40002.2黑度法黑度法是公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的一種洞外亮度的實(shí)測(cè)方 法。實(shí)測(cè)時(shí)，在接近段起點(diǎn)距地面1.5m高處，正對(duì)洞口拍攝黑白照片，拍攝時(shí) 在洞口旁立一個(gè)已知亮度的灰板作為參照物，然后將沖洗出來的膠片置于黑度儀 上，測(cè)讀20視場(chǎng)內(nèi)各景物的黑度，經(jīng)權(quán)重計(jì)算得出平均黑度，確定現(xiàn)場(chǎng)的洞 外亮度L20 (S)值。黑度法實(shí)測(cè)應(yīng)在夏季(6、7、8月)晴天無云時(shí)連續(xù)進(jìn)行3日，每日測(cè) 讀5次(11： 00至15： 00時(shí)，時(shí)距1h)或11次(8： 00至18： 00時(shí)，視距1h) 1。黑度法的優(yōu)點(diǎn)是誤差小、精度高，但由于測(cè)量精度與感光膠片質(zhì)

5、量、沖 洗狀況等關(guān)系密切，在進(jìn)行附片上的黑度工作時(shí)，黑度曲線的取得難度比較大， 數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，不適宜在工程在應(yīng)用。2.3環(huán)境簡(jiǎn)圖法文章環(huán)境簡(jiǎn)圖法的實(shí)質(zhì)就是將隧道洞口外景物亮度與各部份所占的百分比 相乘后合計(jì)計(jì)算得出。洞外亮度值可以按下式計(jì)算2：圖1洞外20視場(chǎng)圖式中LSK為天空亮度，丫為天空在20視場(chǎng)中所占比例;LR為路面亮度，P為路面在20視場(chǎng)中所占比例；LSU為周圍環(huán)境亮度，e為環(huán)境在20視場(chǎng)中 所占比例。考慮隧道洞口面積在20視場(chǎng)中所占比例一般較?。?8%）,而且洞 口亮度很小，計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)。環(huán)境簡(jiǎn)圖法計(jì)算需確定合理的洞外景物亮度值。與查表法類似，亮度計(jì) 算公式的各種構(gòu)成元素可據(jù)表查出

6、并計(jì)算洞外亮度。實(shí)測(cè)時(shí)，周圍環(huán)境的比例還 可根據(jù)草地、灌木和樹林等環(huán)境細(xì)分。以廣梧高速公路石梯逕隧道為例，根據(jù)停車視距和隧道斷面尺寸作出洞 外亮度計(jì)算所需的視場(chǎng)圖，并劃分不同構(gòu)成元素的邊界，見圖1。利用環(huán)境簡(jiǎn)圖法計(jì)算結(jié)果見表2。表2洞外亮度測(cè)量表隧道：石梯逕左線視距：103米方向：東偏南34度日期：20009.7.13 時(shí)間：14： 00測(cè)試點(diǎn) 亮度值（cd/m2）面積比例 洞口亮度（cd/m2）1 2 3 4 5平均值洞頂混凝土 5850 5560 5986 5472 5084 5590.4 0.018 3650洞門兩側(cè)混凝土 5097 4790 5460 5336 5261 5188.8

7、0.217洞口草木 1284 1789 1082 1112 1279 1282.5 0.2981011 1288 1218 1336 1426路面 9407 9552 8775 9138 9950 9364.4 0.3932.4數(shù)碼相機(jī)照相法文章根據(jù)攝影理論和照相光度學(xué)，相機(jī)能通過鏡頭將目標(biāo)物成像在感光材料 上，圖像上每一點(diǎn)的密度（實(shí)際上是數(shù)碼相機(jī)生成的數(shù)字圖像的灰度值）與目標(biāo) 物相應(yīng)點(diǎn)的曝光量存在一定關(guān)系，見圖2感光材料的特性曲線。圖中縱坐標(biāo)D 為攝影圖像的密度，橫坐標(biāo)lgH為曝光量H的對(duì)數(shù)值。圖2感光材料特性曲線根據(jù)感光材料的特性曲線分布可知，在相機(jī)的正常拍攝范圍內(nèi)，D與H 成正比關(guān)系。又

8、根據(jù)文獻(xiàn)3，曝光量H與像面照度E0存在如下關(guān)系：，式中T為相機(jī)的曝光時(shí)間。對(duì)于小視場(chǎng)大孔徑或者大視場(chǎng)大孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，其視場(chǎng)軸心的像面照度公式為：式中T為鏡頭的光學(xué)透射系數(shù)，它反映了感光材料的主要特性指標(biāo)。對(duì) 于選定的相機(jī)，T值為一常數(shù)，只與相機(jī)光學(xué)鏡頭本身的性質(zhì)有關(guān)，與拍攝環(huán)境 無關(guān)。F為相機(jī)光圈數(shù)，B為目標(biāo)物亮度。以上兩式合并，得到曝光量H與攝像過程中所采用的相機(jī)光圈數(shù)F、曝 光時(shí)間T、目標(biāo)物的亮度B存在如下關(guān)系：，結(jié)合感光材料特性曲線則有。所以， 在最佳曝光參數(shù)(最佳快門、最佳光圈)確定的情況下，即對(duì)于在同一張數(shù)字圖 像上的各點(diǎn)灰度值與目標(biāo)物的亮度成正比關(guān)系，因此通過同一張數(shù)字圖像上的灰 度值能反映目標(biāo)物的亮度變化的趨勢(shì)。這就是數(shù)碼相機(jī)照相法計(jì)算洞外亮度的原 理乂早。同樣以石梯逕隧道為例，由Photoshop軟件提取圖1中停車視距處20 視場(chǎng)圖的灰度值為71.53，拍攝時(shí)光圈數(shù)F=5.6，快門T=1/60s，相機(jī)t=0.8, 特性曲線取 D=25H+70。計(jì)算得 L20(S)=3450cd/m2。采用這種方法計(jì)算所得的洞外亮度與現(xiàn)場(chǎng)拍攝時(shí)調(diào)整的光圈數(shù)和快門 等關(guān)系較大，而由于拍攝時(shí)調(diào)整的拍攝參數(shù)無法完全對(duì)應(yīng)最佳曝光量，所以結(jié)果 存在一定誤差，但仍可滿足工程需要。3結(jié)論按照查表法確定的洞外亮度由于選取時(shí)隨意性較大