摘要本文介紹了公路隧道洞外亮度的幾種計算方法，其中環境簡圖法和數碼相機照相法應用較多，文中利用以上兩種方法對實測數據進行了計算得出洞外亮度。
　　關鍵詞：隧道，照明，洞外亮度，計算方法
　　
　　1 引言
　　隨著經濟的快速發展，我國的公路通車里程越來越多，同時隨著西部大開發戰略的實施以及東部省份的偏遠山區開發，公路隧道里程增長迅猛。按照規范要求，長度大于100米的隧道均需要設置照明設施。隧道洞內照明可分為入口段、過渡段、中間段和出口段照明，按照我國現行的隧道照明設計規范，入口段亮度值采用洞外亮度L20（S）乘入口段亮度折減系數k確定，過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計算行車速度和交通輛確定。
　　由于入口段是車輛進入隧道的第一段，為整個路段行車環境變化最大，亮度明暗交替最明顯的區段，入口段照明的設置對行車安全尤為重要，而由于入口和過渡段與洞外亮度的密切關系，只有確定了洞外亮度才能設置合適的隧道照明。
　　2 洞外亮度
　　洞外亮度L20（S）是指在接近段起點處，距地面1.5m高正對洞口方向20º視場實測得到的平均亮度。確定洞外亮度L20（S）的方法主要有4種：查表法，黑度法，環境簡圖法和數碼相機照相法，其中后三種方法可用于實測洞外亮度計算。
　　2.1 查表法
　　查表法是根據《公路隧道通風照明設計規范》(JTJ026.1-1999)規定，按照20°視場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。這種方法是在設計階段沒有實測資料的條件下采用。
　　表1洞外亮度L20（S）（cd/m2）[1]
　　　　
　　2.2 黑度法
　　黑度法是《公路隧道通風照明設計規范》推薦的一種洞外亮度的實測方法。實測時，在接近段起點距地面1.5m高處，正對洞口拍攝黑白照片，拍攝時在洞口旁立一個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，測讀20°視場內各景物的黑度，經權重計算得出平均黑度，確定現場的洞外亮度L20（S）值。
　　黑度法實測應在夏季（6、7、8月）晴天無云時連續進行3日，每日測讀5次（11：00至15：00時，時距1h）或11次（8：00至18：00時，視距1h）[1]。
　　黑度法的優點是誤差小、精度高，但由于測量精度與感光膠片質量、沖洗狀況等關系密切，在進行附片上的黑度工作時，黑度曲線的取得難度比較大，數據處理復雜，不適宜在工程在應用。
　　2.3 環境簡圖法
　　環境簡圖法的實質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計算得出。洞外亮度值可以按下式計算[2]：
　　
　　
　　圖1洞外20º視場圖
　　式中LSK為天空亮度，γ為天空在20º視場中所占比例；LR為路面亮度，ρ為路面在20º視場中所占比例；LSU為周圍環境亮度，ε為環境在20º視場中所占比例。考慮隧道洞口面積在20º視場中所占比例一般較小（6～8%），而且洞口亮度很小，計算時忽略不計。
　　環境簡圖法計算需確定合理的洞外景物亮度值。與查表法類似，亮度計算公式的各種構成元素可據表查出并計算洞外亮度。實測時，周圍環境的比例還可根據草地、灌木和樹林等環境細分。
　　以廣梧高速公路石梯逕隧道為例，根據停車視距和隧道斷面尺寸作出洞外亮度計算所需的視場圖，并劃分不同構成元素的邊界，見圖1。
　　利用環境簡圖法計算結果見表2。
　　表2洞外亮度測量表
　　

　　2.4 數碼相機照相法
　　根據攝影理論和照相光度學，相機能通過鏡頭將目標物成像在感光材料上，圖像上每一點的密度（實際上是數碼相機生成的數字圖像的灰度值）與目標物相應點的曝光量存在一定關系，見圖2感光材料的特性曲線。圖中縱坐標D為攝影圖像的密度，橫坐標lgH為曝光量H的對數值。
　　
　　圖2感光材料特性曲線
　　根據感光材料的特性曲線分布可知，在相機的正常拍攝范圍內，，D與H成正比關系。又根據文獻[3]，曝光量H與像面照度E0存在如下關系：
　　，式中T為相機的曝光時間。
　　對于小視場大孔徑或者大視場大孔徑的光學系統，其視場軸心的像面照度公式為：
　　
　　式中τ為鏡頭的光學透射系數，它反映了感光材料的主要特性指標。對于選定的相機，τ值為一常數，只與相機光學鏡頭本身的性質有關，與拍攝環境無關。F為相機光圈數，B為目標物亮度。
　　以上兩式合并，得到曝光量H與攝像過程中所采用的相機光圈數F、曝光時間T、目標物的亮度B存在如下關系：，結合感光材料特性曲線則有。所以，在最佳曝光參數（最佳快門、最佳光圈）確定的情況下，即對于在同一張數字圖像上的各點灰度值與目標物的亮度成正比關系，因此通過同一張數字圖像上的灰度值能反映目標物的亮度變化的趨勢。這就是數碼相機照相法計算洞外亮度的原理。
　　同樣以石梯逕隧道為例，由Photoshop軟件提取圖1中停車視距處20º視場圖的灰度值為71.53，拍攝時光圈數F=5.6，快門T=1/60s，相機τ=0.8，特性曲線取D=25H+70。計算得L20(S)=3450cd/m2。
　　采用這種方法計算所得的洞外亮度與現場拍攝時調整的光圈數和快門等關系較大，而由于拍攝時調整的拍攝參數無法完全對應最佳曝光量，所以結果存在一定誤差，但仍可滿足工程需要。
　　3 結論
　　按照查表法確定的洞外亮度由于選取時隨意性較大往往高于實際洞外亮度，而現場實測可以根據洞口的地理位置和實際環境確定洞外亮度，文中提出黑度法由于對測量器材要求高、數據計算復雜并不適于工程應用，環境簡圖法和數碼相機照相法則易于應用，洞外亮度實測后確定隧道照明方案可以更好的保證行車安全，同時也可避免亮度過高造成的能源浪費。
　　參考文獻
　　[1]中華人民共和國行業標準.公路隧道通風照明設計規范（JTJ026.1-1999）[S].北京:人民交通出版社,2000
　　[2]汪建平,鄧云塘,錢公權.道路照明[M].上海:復旦大學出版社,2005
　　[3]包學誠.攝影鏡頭的光學原理及應用技巧[M].上海：上海交通大學出版社,1999