驾车接近隧道过程中驾驶员瞳孔大小变化规律

为了解驾驶员驾车进入隧道过程中的瞳孔变化过程,让8位驾驶员分别驾车进入4座隧道,在此过程中用眼动仪记录驾驶员的瞳孔大小。分析眼动仪记录得到的驾驶员瞳孔大小数据的特征,通过小波变换进行数据处理,得到了驾驶员驾车进入隧道过程中瞳孔大小变化曲线。分析驾驶员瞳孔大小变化曲线发现,不同驾驶员的瞳孔大小存在个体差异;同一驾驶员多次测试的瞳孔大小存在一定的随机性;在接近隧道过程中驾驶员瞳孔逐渐变大,并在隧道洞口附近急剧变大;不同驾驶员的瞳孔变化趋势存在一定的差异;驾驶员瞳孔大小除受适应亮度的影响外,还受驾驶员的心理等因素的影响。     

高速公路隧道进出口视觉适应实验

高速公路隧道进出口亮度的急剧变化,直接影响驾驶行为,甚至导致交通事故.利用照度仪、加速度采集仪、EMR-8B眼动仪等设备,通过对隧道进出口驾驶员的瞳孔变化等进行大量行车实验和分析证明,隧道内距进出口50 m范围,驾驶员瞳孔面积与隧道进出口照度成幂函数关系,驾驶员瞳孔面积变化速度可作为隧道进出口的行车安全评价指标.统计分析表明,基于行车安全的驾驶员瞳孔面积变化临界速度在-6 mm2s-1到4 mm2s-1之间,研究还得出了基于视觉适应的隧道进出口照明公式.     

实测确定公路隧道洞外景物亮度的方法

分析比较了查表法、环境简图法和黑度法3种确定洞外亮度的方法,发现3种方法均未完全考虑隧道所处区域的环境和光气候条件。为了能快速准确地确定隧道洞外景物亮度,以从莞高速公路的7座隧道为测量对象,通过现场实测,建立了洞外景物亮度与水平面照度之间的关系。在对当地光气候数据进行统计分析的基础上,确定隧道洞外景物亮度标准值、东莞地区隧道洞外典型景物亮度设计参考值,并得到了东莞地区4个朝向隧道洞外典型景物亮度值。     

公路隧道入口环境亮度安全临界阈值分析

在安全运行约束下,为了分析公路隧道照明需求,提出公路隧道环境亮度安全临界阈值.构建模拟隧道环境识别实验,设计动、静2种实验模式,通过对7 020余组人眼识别时间与环境亮度实验数据的统计分析,得出环境亮度与人眼反应时间呈幂指数关系.在此关系基础上,结合驾驶员信息感知识别时间要求,得出公路隧道环境亮度安全临界阈值.选择长、中、短隧道进行实验,结果表明,隧道环境亮度安全临界阈值为5cd/m2,远低于国际照明学会(CIE)隧道适应曲线所推荐的值,可大幅简化和降低公路隧道照明设置,节约照明运营成本.     

隧道反光环设置间距对驾驶员视觉的影响研究

从驾驶员动态视觉角度出发,应用UC-win/Road仿真软件对多种隧道反光环间距设置方案进行仿真模拟,并利用Tobii眼动仪对多名驾驶员展开仿真模拟实验。根据实验数据定性分析了不同行车速度下,反光环间距对驾驶员瞳孔面积及其变化率的影响变化关系,并利用Matlab中的rstool函数构建了速度、反光环间距及驾驶员瞳孔面积三者之间的趋势面模型。研究结果表明,行车速度与驾驶员瞳孔面积呈正相关,隧道反光环间距值与驾驶员瞳孔面积值呈负相关;并根据驾驶员心理状态与其瞳孔面积变化率的关系,得到不同行车速度下隧道反光环间距对驾驶员心理状态影响情况表;根据此表及驾驶员心理紧张状态与行车安全的关系,提出了不同速度下隧道反光环间距设置情况推荐值。     

根据光气候数据确定隧道洞外景物亮度的方法

具体某地区隧道洞外景物亮度参考值的确定一直缺乏方便可靠的方法。为了解决这一问题，根据隧道照明的实际需求，以重庆地区一年的光气候实测数据为依据，首先以垂直面照度映射洞外景物亮度，分析它的各影响因素，然后建立了不同朝向垂直面转换发光功效和晴朗指数及太阳高度角的数学模型。经过与重庆地区其他年份实测数据的对比，证明该模型具有较高的精度。基于光气候数据中长期连续的水平太阳辐射及天气状况的观测，该方法可快速且相对精确地确定洞外景物亮度参考值。     

基于驾驶视认需求的隧道中间段路面亮度需求

从驾驶视认需求角度出发,研究在自由流条件下隧道中间段亮度与驾驶员安全视认需求的关系。以色温5700 K、显色指数70的LED灯为隧道基本照明灯具,通过驾驶员在光源特性下的动态视认试验,分析驾驶员在隧道中间段的视觉特性及需求,得出自由流、不同设计速度条件下能满足驾驶员安全视认需求的亮度阈值,研究结论均低于现行规范标准。     

隧道口减光罩路段视觉适应性分析

为研究减光罩设置对隧道口光环境及进出隧道口时驾驶视觉安全的影响,基于隧道口减光罩等比例微缩模型仿真及驾驶模拟实验平台构建进出隧道口路段驾驶环境,利用眼动仪测量驾驶员在进出隧道口时瞳孔面积变化速度,对驾驶视觉安全进行评价。对比无减光罩实验结果表明:有减光罩条件下,进出隧道口路段光环境变化相对平缓,有效降低了"黑白洞效应";驾驶员进出隧道口路段瞳孔面积变化速度减小,且驾驶员瞳孔面积变化速度最大值与其持续时间均低于临界值,有效减少光环境突变造成的视觉安全问题。     

双车道公路上驾驶员超车行为研究

在分析双车道公路上驾驶员超车过程的基础上,应用超车试验研究了超车过程中驾驶员换车道时对同向的车流间隙的接受行为．数据分析结果表明,换车道过程中驾驶员对间隙的接受行为可用二项Logit模型来刻画．在上述基础上,给出了可接受临界车头间距和临界车头时距的计算方法,并对临界车头间距、临界车头时距和速度关系进行了分析,得出了驾驶员对车头间距的变化要比对车头时距的变化更敏感的结论．     

隧道群不同间距对驾驶人视觉特性影响研究

为研究隧道群不同间距对驾驶人视觉特性的影响，选取了5个不同间距的隧道群路段进行实车试验，采集了28名驾驶人的眼动数据.采用瞳孔面积变化率、瞬时瞳孔面积变化速度、注视点一步转移概率矩阵等指标，分别从驾驶人视觉适应性、视觉舒适性和注视点转移规律3个方面对比分析了不同间距影响下视觉特性的差异.试验结果表明：驾驶人在隧道群不同间距路段的视觉特性变化规律存在一定共性，但隧道间距显著影响驾驶人视觉特性.随着隧道间距增大，瞳孔面积变化率分布区间范围逐渐减小，由区间范围为-70%～50%减小至区间范围为-40%～0%,且瞳孔面积变化率变化趋势趋于平稳；瞬时瞳孔面积变化速度总体呈现先上升、后倾向“M形”平稳波动、再上升的趋势，上升的突变点集中在上、下游隧道洞口处，极值点在上游隧道外20～30 m处和下游隧道内30～50 m处，且下游隧道入口段对驾驶人的视觉舒适性影响较大；驾驶人在隧道群连接段的注视点主要集中在道路近前方区域和后视镜区域而无法分散至道路其他区域，且隧道间距较小时，对于其他区域的“重复注视”的概率小于10%.研究成果可以为隧道群连接段安全设施设计及交通组织设计提供一定的理论参考依据.     

基于视觉阈值的结构相似度图像质量评价算法

针对空间域结构相似度测量(image measure of structural similarity,SSIM)没有考虑人类视觉系统亮度掩蔽和对比度掩蔽对视觉感知的影响,提出基于人类视觉阈值理论的结构相似度图像质量评价算法(visibility threshold SSIM,VTSSIM).通过计算局部标准方差,将图像分为平坦区域、细节区域和一般区域;基于图像视觉阈值的临界可视误差分布,确定平坦区域中的亮度掩蔽极端区域和细节区域中的对比度掩蔽极端区域;分别对这两个极端区域及其他区域进行视觉阈值加权处理,得到整幅图像的质量评价.结果表明,VTSSIM比SSIM更符合人眼视觉特性,尤其适合评价失真较小的图像.     

高速公路长隧道夜间出口照明优化研究

我国现行隧道通风照明标准中,关于高速公路长隧道夜间出口段照明设计存在缺失,而上述问题对于行车安全和节能减排具有重要意义.为使高速公路长隧道出口段照明适合驾驶人需求,选用11名驾驶人进行夜间隧道实际行车试验.以眼动仪记录驾驶人瞳孔面积实时变化参数,照度计测量不同点的环境照度,非接触式五轮仪测量行车速度.运用多元曲面回归分析方法,获得瞳孔面积随照度和适应时间变化的规律,并建立量化模型.研究表明：现有隧道夜间出口段照度过高,与驾驶人实际需求差异大,造成驾驶人严重的暗适应问题;该段的照度值应按驾驶人需求进行优化,逐渐降低洞内照度并在出口外增设照度逐渐降低的照明设施.计算列举了出口段不同位置具体照度值,以减弱暗适应对行车的影响.     

断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.     

HDR图像测量天空亮度及在动态采光模拟中应用

为解决在通用天空模型下进行建筑采光模拟所得到的结果准确程度不高的问题,尝试使用实测的天空亮度分布HDR图像作为光源进行建筑采光/动态采光模拟并对该方法进行了验证.首先,说明了通过高动态范围(HDR)图像测量天空亮度分布的方法;进而,介绍并验证了基于图像的采光/动态采光模拟(IBL):既使用HDR图像作为光源输入数值进行采光模拟的方法.验证实验于2017年7月4日至7月10日及2017年8月3日至8月12日进行,通过实测与模拟结果的比较分析验证了HDR图像测量天空亮度分布以及基于图像的采光模拟的准确程度.最后,文中讨论了基于天空数学模型的采光模拟以及基于图像的采光模拟的优缺点.结果表明:通过HDR图像可以准确地测量天空亮度分布;基于图像的采光模拟准确度良好,同一时刻模拟值与实测值之误差集中分布在-15%~47%范围之内;基于图像的动态采光模拟所求取的100 lxUDI3 000 lx指标值最大误差限制于±25%以内.     

侧部岩溶尺度及净距对盾构隧道围岩变形影响分析

以某地铁区间岩溶区盾构隧道修建为工程依托,对隧道三维动态盾构施工过程进行弹塑性数值模拟,分析盾构隧道施工时,溶洞尺寸以及溶洞与隧道间净距对隧道围岩变形及应力等的影响规律。研究结果表明：溶洞对隧道施工过程中围岩变形影响较大,围岩的径向位移及其释放率在有溶洞存在时有增大趋势,同时发现其随溶洞尺寸增加而增大;溶洞尺度及溶洞距盾构隧道间净距对围岩塑性区分布范围及形态以及衬砌结构受力特征等有比较大的影响;通过反复论证,确定了溶洞与盾构隧道问最小施工安全净距不应小于溶洞尺寸。本次研究成果可为岩溶区城市地铁隧道修建提供参考依据。     

光源光色对隧道照明效果的影响

为了研究隧道照明中光源的光色,在3种照明水平和负对比条件下,比较了5种色温的LED光源与传统照明光源高压钠灯(HPS)、金卤灯(MH)对隧道照明效果的影响。通过反应时间实验方法,分析了光源光色分别与反应时间和人眼瞳孔大小之间的变化关系。实验结果显示,在高照明水平下,高色温LED光源的视觉功效最高,光生物效应最显著;而在中间视觉照明水平下,中间色温的LED光源的视觉功效和光生物效应最显著。合理选择适用隧道照明各区段的光源应考虑光源光色对视觉功效和光生物效应的综合影响,并值得进一步研究。     

考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型

现行隧道自稳时间解析法中未考虑地下水的软化作用,导致过高估计亲水软化性岩石的围岩质量。以具有典型软化特性的石膏岩为研究对象,探索水的软化作用对隧道围岩自稳时间的影响。采用试验和理论相结合的方法研究围岩自稳时间。首先,进行不同浸水时间下的石膏岩软化试验,研究其软化规律;通过试验获得石膏岩吸水率、弹性模量和泊松比分别与浸水时间之间的定量关系;在弹性模量与浸水时间及泊松比与浸水时间的定量关系中,引入完整性系数和富水系数,建立岩体力学参数软化方程。然后,基于经典的圆形轴对称隧道弹性解,考虑掌子面对隧道轴向位移的影响,推导出隧道临空面处无支护状态下的位移公式;把岩体力学参数软化方程嵌入此位移公式中,获得考虑软化效应的临空面位移解。最后,在此位移解中引入活跃跨度和围岩的临界位移值,建立考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型。该模型考虑了围岩体工程特性、岩石力学特性及岩石软化特性,能输出自稳时间与活跃跨度之间的关系曲线。经自洽分析法检验,该模型中自稳时间随各参数的变化规律与实际情况相符,模型具有自洽性。模型被应用于评价礼让隧道石膏围岩的自稳时间,现场反馈结果表明该模型更适合于现场应用。     

考虑非饱和黄土基质吸力影响的隧道病害分析

为深入分析非饱和黄土基质吸力变化与隧道病害之间的内在联系,结合大有山隧道的工程实例,利用非饱和黄土数学模型分析、等围压变吸力剪切试验、现场监测等手段对非饱和黄土基质吸力的变化规律及其对隧道支护力、塑性区的影响进行研究.结果表明:非饱和黄土基质吸力随着含水量的增加而减小时,隧道内部所需支护力则随之增大,塑性区半径也随之增大;由于受地表水下渗影响,大有山隧道周围土体基质吸力减小,导致其发生拱顶下沉、塌方及衬砌开裂等病害;大有山隧道病害治理的首要任务在于保持隧道排水系统的顺畅,并做好地表水的堵、截及隧道洞身的防水.