基于生理和心理效应的公路隧道入口段照明质量检测方法[1]

　　1 引言

　　世界各国的公路隧道照明设计标准，均采用路面的平均亮度、照度、亮度均匀度或照度均匀度作为主要设计参数。尽管亮度和照度引入了国际平均眼的V ( λ) 函数，即光谱光视效率函数，能在一定程度上反映人眼的视觉生理特性，但对于具有复杂生理结构和心理效应的人类而言，这还远远不够。

　　随着科学研究的不断进步，人们已意识到照明效果是光、物体与人相互作用产生的结果。光形成了照明，照明使人看到了物体，并有了生理和心理上的感受。研究表明，不同色温或光谱成分的人工光源可引起人的光生物效应( citopic) ，它控制着人的生物节律和强度[1]。同时，光又使人产生视知觉，人的视知觉又涉及到人的心理，这便是视觉心理学的由来。视觉心理学以人的生理特征为基础，即研究人眼受到光刺激后所产生的知觉反应。由此可知，照明效果应是人生理和心理因素的综合反映[2]。

　　现代科学技术为照明科技的深入研究创立了条件，先进的计算机控制和图像测试技术为公路隧道照明安全的检测及评价方法提供了全新的思路，如何结合国内外照明研究的成果，采用先进的测试仪器，直接测取人的视觉功效，以此弥补常规照明检测方法( 如路面亮度或照度的检测) 难以反映人们生理和心理效应所带来的缺陷，从而探究新的照明安全评价方法，为公路隧道照明设计标准的制定提供科学及合理的依据，具有重要的意义。

　　2 研究基础

　　公路隧道入口段是整个隧道照明设计中的关键，白天，其照明设计指标的合理与否，关系到能否有效消除黑洞应带来的安全隐患和提高照明节能水平[3]。CIE ( 国际照明委员会) 88—1990 技术报告《隧道和地下通道照明指南》[4]中曾建议，将汽车在行驶时，驾驶人员自看到前方障碍物时起，至达到障碍物前安全停车止，所需的最短行车距离，即“停及心理效应，具有较强的科学及客观性。报告中的这项内容仅限于指导性，未规定统一的实施方法，如何将其用于工程实践中，尚有待于照明科技人员的深入研究。车视距”，作为判定隧道安全照明的依据。这一方法可直接反应人在各种照明条件下所产生的生理及心理效应，具有较强的科学及客观性。报告中的

　　这项内容仅限于指导性，未规定统一的实施方法，如何将其用于工程实践中，尚有待于照明科技人员的深入研究。

　　2. 1 停车视距

　　“停车视距( stopping sight distance) ”指驾驶员在行车时，通常保持的一个安全距离，将以当前车速行驶的车辆在到达前方的“障碍物”之前安全停车的距离定义为停车视距。“停车视距”是各国公路设计与工程技术标准中重要的安全技术指标，鉴于国情的不同，各国的相关规定大同小异。中国国家标准《公路路线设计规范( JTG D 20—2006) 》中对“停车视距”做出了解释和明确规定[5]，即停车视距由两部分构成，驾驶者在反应时间内行驶的距离和驾驶者开始制动到刹车停止所行驶的距离( 制动距离) ，此外应增加安全距离5 ～ 10m，通常可按式( 1) 计算:

　　由于“停车视距”是指驾驶人员在行驶过程中发现车道中有障碍物，自反应、刹车至安全停车所需的总距离，因此，何时发现障碍物是满足停车视距的关键，这就取决于驾驶人员的视见程度，它受车速、大气能见度、路面材料、光照效果、障碍物的尺度大小及其光反射率等条件的影响。对隧道入口段而言，若排除低能见度的影响，在规定车速下，其光照效果能使驾驶人员在停车视距外，及时发现尺度足以造成汽车颠覆的障碍物是保障安全停车的前提。

　　2. 2 小目标障碍物

　　鉴于目标障碍物与停车视距的关系，许多国家和地区制定了关于停车视距的目标物高度标准。基于这些基础，借鉴于道路照明的相关研究，CIE88—1990 技术报告中指出，为建立一个能用于隧道照明的光学测量评估设施。可采用一个体积为0. 2m × 0. 2 m × 0. 2 m、反射率为0. 2 的正方体小目标物作为评价停车视距的参照物。即当小目标物被驾驶人员察觉时距车的距离至少要不小于机动车的停车视距。尽管实际的交通障碍物也许更大或形体不一，但研究表明，以此为标准的小目标物将适用于各种不同的照明环境。

　　2. 3 iView X 眼动仪及相应软件

　　德国SMI 公司生产的iView X HED 眼动仪，为以标准小目标障碍物为发现目标的“停车视距法”，用于公路隧道入口段的照明检测和质量评价研究提供了条件。该设备运用最新的科学技术，可进行人眼视线追踪及眼动分析。该系统使用一套眼罩式微型摄像机，安装在专用的头盔上，捕捉眼球运动并记录视野的变化。配套的MPEG 视频采集器可记录实时采集的场景信息，并存储供后续研究分析。系统如图1 所示。

　　采集到的信息可由iViewX 眼动仪配套的动态分析软件BeGaze 进行处理。BeGaze 可对受试者的视觉行为和注视点信息进行分析，并能快速提供便于存取的图像和数据。例如， 其中的“gridAOI”功能可通过对受测人的视觉行为，分析并获知其注视习惯，从而判定受测人对小目标物的发现时刻。而“AOI ( Areas Of Interest) Editor 兴趣区编辑器”则能对兴趣区内的凝视结果进行汇总和统计，通过对兴趣区的关注程度判定受测人将何时发现小目标物。该设备的优点在于无须预先告知受测人具体的检测内容，使其保持一种无戒备的自然心态。