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，照明，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(chē)?yán)锍淘絹?lái)越多，同時(shí)隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施以及東部省份的偏遠(yuǎn)山區(qū)開(kāi)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(guò)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（S）乘入口段亮度折減系數(shù)k確定，過(guò)渡段與入口段照明亮度比例按照3：1劃分，中間段和出口段依據(jù)計(jì)算行車(chē)速度和交通輛確定。
　　由于入口段是車(chē)輛進(jìn)入隧道的第一段，為整個(gè)路段行車(chē)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(chē)安全尤為重要，而由于入口和過(guò)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
　　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20º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，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(méi)有實(shí)測(cè)資料的條件下采用。
　　表1洞外亮度L20（S）（cd/m2）[1]
　　　　
　　2.2 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(lái)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(wú)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)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
　　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20º視場(chǎng)圖
　　式中LSK為天空亮度，γ為天空在20º視場(chǎng)中所占比例；LR為路面亮度，ρ為路面在20º視場(chǎng)中所占比例；LSU為周?chē)�環(huán)境亮度，ε為環(huán)境在20º視場(chǎng)中所占比例。考慮隧道洞口面積在20º視場(chǎng)中所占比例一般較小（6～8%），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)表查出并計(jì)算洞外亮度。實(shí)測(cè)時(shí)，周?chē)�環(huán)境的比例還可根據(jù)草地、灌木和樹(shù)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(chē)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(jiàn)圖1。
　　利用環(huán)境簡(jiǎn)圖法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
　　表2洞外亮度測(cè)量表
　　

　　2.4 數(shù)碼相機(jī)照相法
　　根據(jù)攝影理論和照相光度學(xué)，相機(jī)能通過(guò)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(jiàn)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τ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)，τ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(wú)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(guò)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(mén)、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(guò)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。
　　同樣以石梯逕隧道為例，由Photoshop軟件提取圖1中停車(chē)視距處20º視場(chǎng)圖的灰度值為71.53，拍攝時(shí)光圈數(shù)F=5.6，快門(mén)T=1/60s，相機(jī)τ=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(mén)等關(guān)系較大，而由于拍攝時(shí)調(diào)整的拍攝參數(shù)無(wú)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)隨意性較大往往高于實(shí)際洞外亮度，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)可以根據(jù)洞口的地理位置和實(shí)際環(huán)境確定洞外亮度，文中提出黑度法由于對(duì)測(cè)量器材要求高、數(shù)據(jù)計(jì)算復(fù)雜并不適于工程應(yīng)用，環(huán)境簡(jiǎn)圖法和數(shù)碼相機(jī)照相法則易于應(yīng)用，洞外亮度實(shí)測(cè)后確定隧道照明方案可以更好的保證行車(chē)安全，同時(shí)也可避免亮度過(guò)高造成的能源浪費(fèi)。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[2]汪建平,鄧云塘,錢(qián)公權(quán).道路照明[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2005
　　[3]包學(xué)誠(chéng).攝影鏡頭的光學(xué)原理及應(yīng)用技巧[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,1999