不同材质路面隧道洞口段信息感知及与安全的关系研究

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本文针对现在隧道洞口处光环境较差导致交通事故频发的现象,提出通过在隧道洞口处设置不同颜色和材质路面的形式来改善隧道洞口处光环境。开展了不同颜色和材质路面在不同光源下的亮度照度实测试验、夏季最不利工况下的隧道洞口处实车实验、基于DIAlux的室内动态仿真模拟试验、层次分析法的模糊综合评价模型构建和基于Sketch Up和Lumion的室内动态仿真模拟试验,结合相关眼动参数和心理满意度评价对隧道入口处的路面材质和颜色应用情况进行了系统研究。本文的主要研究工作和结论如下:(1)分析了交通事故发生的特征,明确了本文研究的重点。分析了隧道洞口处路面的信息表征方式,梳理了常用于隧道安全评价的物理和生物指标。(2)通过对不同颜色和材质路面板在不同光源下的亮度照度实测分析以及对各工况光谱图的分析,结果表明:同种材质和光源下路面板亮度从大到小依次是,灰白色>黄色>红色>绿色>黑色。同种光源下由材质引起的亮度变化远小于由颜色引起的亮度变化。光源类型不同但照度大致相同时不会引起同种颜色和材质的路面板亮度出现较大变化。同种光源下颜色是引起路面板光谱变化的主要原因。相比于LED光源和高压钠灯光源,自然光源下的路面光谱图在380nm~780nm波长范围内各波段的峰值更加的均匀。从路面板的光谱均匀程度上讲,自然光源>LED光源>高压钠灯光源。(3)通过对夏季最不利工况下的隧道洞口处驾驶员瞳孔分析,结果表明:在以60km/h的速度行驶时,隧道洞口处驾驶员瞳孔面积变化率大于20%的区间在距隧道洞口相对驾驶时间的前5秒和后9秒。由此确定本文研究范围为隧道洞口前85m和洞口内155m。(4)从减光角度出发,选择水泥和沥青两种增光和减光效果最好的路面材质进行隧道洞口处的路面铺设,以火凤山隧道为依托工程使用DIAlux软件进行仿真动画分析,依托室内动态仿真实验平台进行试验,对驾驶员的瞳孔面积、瞳孔面积增长率、瞳孔面积最大瞬态速度值进行统计和方差分析同时分析DIAlux导出的实验模型数据,并构建瞳孔面积变化与照度变化库的关系式。结果表明:4种工况下驾驶员瞳孔面积和瞳孔面积增长率有显著性差异,以瞳孔面积最大瞬态速度值为指标得出最优工况为洞外铺设沥青洞内铺设水泥。拟合得到瞳孔面积变化率与照度的一元二次关系式,拟合度达到93.2%。(5)从颜色对人的心理影响角度出发,理论分析常用于交通领域的颜色以及人眼对色彩的响应机理,选择以红、黄、绿交错铺设于隧道洞口处路面,并基于Sketch Up和Lumion两款软件建立试验模型,构建基于层次分析法的模糊综合评价模型,对各工况的驾驶心理满意度进行评价,同时依托室内动态试验平台进行试验验证。结果表明:隧道洞外铺设绿色洞内铺设红色的工况驾驶员的心理满意度是最高的,评价结果与基于减光效果排序的结论具有高度一致性。以扫视累积时间为指标分析得出,隧道洞外路面为绿色的小组扫视时间占比>路面为红色的小组>路面为黄色的小组,隧道内部路面颜色为绿色的工况扫视时间占比>路面颜色为红色的工况>路面颜色为黄色的工况,试验结果为洞外建议铺设绿色沥青路面,隧道内部则铺设红色水泥路面为最佳,试验结果与心理满意度评价结果一致。
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