當(dāng)我們從一個明亮的環(huán)境立即進(jìn)入一個光線較弱的房間時，我們幾乎看不到房間內(nèi)的狀況，而慢慢地等待一小段時間，我們的眼睛才突然適應(yīng)房間里較暗的環(huán)境，才能看清楚里面的狀況，這就是“黑洞效應(yīng)”；
而當(dāng)我們又從這個黑暗的房間馬上走到房間外面時，我們都是瞇著眼睛，避免光線直接射進(jìn)眼球，然后再慢慢地睜開眼睛，才能看清周圍的環(huán)境，這就是“白洞效應(yīng)”。因此，要使人眼視覺進(jìn)入隧道和出隧道保持清晰，使機動車駕駛員感到心理和視覺舒適，就要求隧道內(nèi)的亮度與隧道外的自然光亮度之間有一個良好的過渡和銜接，利用人眼視覺特性設(shè)計待合人眼適應(yīng)曲線的隧道亮度調(diào)節(jié)方式。
從眼睛的構(gòu)造可知，視細(xì)胞有錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞兩種，這兩種細(xì)胞對光的感受性是不同的，桿體細(xì)胞對光的感受性很高，而錐體細(xì)胞對光的感受性很低。在明亮的環(huán)境下（亮度達(dá)到10cd/m2），主要由錐體細(xì)胞參與視覺工作，這種視覺狀態(tài)稱為明視覺；在昏暗的環(huán)境下（亮度為10-2～10-6 cd/m2），主要由桿體細(xì)胞參與視覺工作，這種視覺狀態(tài)稱為暗視覺。亮度為10-2～lOcd/m2時，桿體細(xì)胞和錐體細(xì)胞同時工作。錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞對光的敏感性不同，錐體細(xì)胞對555nm的光最敏感，桿體細(xì)胞對507nm的光最敏感。
眼睛不但在日光下能看清物體，在月光下也能看見物體，這主要與錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞相互交換工作、瞳孑L的大小變化以及視網(wǎng)膜上的化學(xué)變化等因素有關(guān)。當(dāng)視覺環(huán)境內(nèi)亮度有較大幅度變化時，視覺對視覺環(huán)境內(nèi)的亮度變化順應(yīng)時的感受性稱為適應(yīng)。適應(yīng)有明適應(yīng)和暗適應(yīng)兩種。人從黑暗處進(jìn)入明亮的環(huán)境中時，最初會感到刺眼，而且無法看清周圍的景物，但過一會兒就可恢復(fù)正常的視力，這種適應(yīng)叫明適應(yīng)。人從明亮的環(huán)境進(jìn)入暗處時，在最初階段會什么都看不見，逐漸適應(yīng)了黑暗后才能區(qū)分周圍物體的輪廓。這種從亮處到暗處人們視覺閾限下降的過程就稱為暗適應(yīng)。明適應(yīng)和暗適應(yīng)所需的適應(yīng)時間視具體情況有長有短，一般來說明適應(yīng)所需時間短，從幾秒到幾十秒；暗適應(yīng)所需時間長，一般要到30min才趨向穩(wěn)定。
隧道內(nèi)的照明要求
隧道長度大于100m通常需要照明設(shè)備。隧道照明是為了保證隧道內(nèi)交通順暢而設(shè)置的功能性照明，其照明的目的是給駕駛員在隧道行駛過程中提供一個安全、舒適的視覺環(huán)境，保障交通運行，提高運輸效率。由于隧道是一個半封閉空間，隧道在行車視覺特性上要比其他照明復(fù)雜得多，它不僅需要24h不間斷照明，而且白天照明要比夜間照明更復(fù)雜。因此，隧道照明具有以下特點。
(1)分段式照明
分段式照明是隧道照明最顯著的特點。這是由于白天隧道內(nèi)部與外部道路的光環(huán)境發(fā)生了很大的變化，視覺需要有一定的適應(yīng)時間才能看清道路的情況。因此，為了讓駕駛員在隧道兩端出入口處能有一個良好的視覺過渡，隧道照明被分為幾個不同的照明段：人口段、過渡段、中間段和出口段，且每個照明段的路面亮度水平要求不同。其中人口段、過渡段的路面亮度水平需要根據(jù)隧道洞外亮度來確定。
本照明和加強照明兩部分組成，前者按中間段照明考慮，后者可用功率較大的燈具加強照明。同時，對于應(yīng)急停車帶和連接通道處的照明也有相應(yīng)的照明要求。
(2)避免煙霧效應(yīng)
由于隧道內(nèi)部通風(fēng)條件的限制，汽車排出的廢氣不易快速稀釋，容易產(chǎn)生集聚形成煙霧，從而產(chǎn)生煙霧效應(yīng)。因此，在隧道照明設(shè)計和光源選擇上都要考慮其影響。
正是由于隧道照明具有如上所述的特點，我國現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》對隧道照明的光源和燈具提出了如下要求。
①一般情況下宜選擇效率高、透霧性能好的光源。
②短隧道、柴油車較少的城鎮(zhèn)附近隧道、應(yīng)急停車帶、人行橫通道、車行橫通道可選用顯色指數(shù)較高的光源。
③光源的使用壽命應(yīng)不小于10000h。
④燈具的防護(hù)等級應(yīng)不低于IP65。
⑤燈具應(yīng)具有適合公路隧道特點的防眩裝置。
⑥燈具結(jié)構(gòu)應(yīng)便于更換燈泡和附件。
⑦燈具零部件應(yīng)具有良好的防腐性能。
⑧燈具配件安裝應(yīng)易于操作，并能調(diào)整安裝角度。
⑨燈具不得侵入隧道建筑界限。
⑩中間段的燈具布置應(yīng)滿足低于2. 5Hz或高于15Hz的閃爍頻率。
隧道照明的實現(xiàn)
要在隧道照明實現(xiàn)節(jié)約能源、提高照明效果并保證行車的安全性和舒適性，通常可以從以下幾個方面來考慮。
(1)亮度
由于白天隧道外的亮度相對于隧道內(nèi)的高很多，故此當(dāng)駕駛員駕車進(jìn)入隧道時，視覺需要有一定的適應(yīng)時間，然后才能看清隧道內(nèi)部的情況，這種現(xiàn)象稱為“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”。如果沒有適當(dāng)?shù)倪^渡，則會產(chǎn)生黑洞現(xiàn)象，令駕駛員暫時失去正常的視覺功能，這將會帶來一定的安全隱患。黑洞現(xiàn)象是進(jìn)入隧道前所發(fā)生的視覺問題，也是隧道照明中最重要的問題。為此隧道照明通常分為人口照明、內(nèi)部照明和出口照明。其中白天隧道人口照明的亮度要根據(jù)隧道外的亮度、車速、人口處的視場和隧道的長度來確定。入口段是為了消除“黑洞”現(xiàn)象，過渡段的照明水平進(jìn)一步逐漸下降，從而為駕駛員提供視覺暗適應(yīng)的時間。
(2)亮度均勻度
良好的視覺功能不但要求有一個較好的平均亮度，還要求路面上的平均亮度與最小亮度之間不能相差太大。如果視場中的亮度差太大，則亮的部分會形成一個眩光源，而且亮暗的變化會帶來一定的頻閃效應(yīng)，繼而影響視覺，人眼的視覺效果會明顯變差，視覺疲勞也會加重。
總體亮度均勻度uo是指隧道內(nèi)部段路面上最小亮度和平均亮度的比值，縱向均勻度U1是指在車道軸線上最小路面亮度和最大路面亮度的比值。如果路面上連續(xù)、反復(fù)出現(xiàn)亮帶和暗帶，即“斑馬效應(yīng)”，在這個豐道上行進(jìn)的道路使用者會感到很煩躁。這個問題涉及人的一心理，但也會危及道路安全，縱向均勻度主要是用來評價“斑馬效應(yīng)”的大小。
(3)眩光
眩光的形成是由于視場中有極高的亮度或亮度對比存在，而使視功能下降或使眼睛感到不舒適。在隧道照明中的眩光可以來自迎面駛來的車輛前燈、隧道照明燈具、隧道出口時外面的高亮度等。眩光會使人對障礙物的辨認(rèn)能力下降，危及行車安全。隧道照明燈具應(yīng)采用截光型，采取消去直射和反射眩光的特殊技術(shù)措施，形成漫反射，使光線十分柔和地進(jìn)入人眼。
國際照明委員會采用了相對閾值增量( TI)來說明因眩光而造成的視功能的下降，即失能眩光的衡量。歐盟標(biāo)準(zhǔn)委員會的隧道照明標(biāo)準(zhǔn)中(CR 14380：2003E)，對失能眩光的規(guī)定如下：在白天時隧道閾值段和內(nèi)部段以及夜間的整個隧道，其相對閾值增量(TI)必須小于15%。
(4)頻閃效應(yīng)
頻閃是指在較長的隧道中，由于照明器排列得不連續(xù)，使駕駛員不斷地受到明暗變化的刺激而產(chǎn)生煩亂。它與明暗的亮度變化、明暗變化的頻率、頻閃的總時間有關(guān)系。這三者與所使用燈具的光學(xué)特性、車輛的行進(jìn)速度、照明器安裝間距、隧道長度有關(guān)。一般而言，頻閃的頻率小于2. 5Hz和大于15Hz時所帶來的頻閃現(xiàn)象是可以接受的。
如果車輛的時速為60km/h即16.6m/s，燈具安裝間距是4，這樣頻閃的頻率就約為4. 2Hz。進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮選擇適當(dāng)?shù)恼彰髌靼惭b間距。如果頻閃的頻率位于4～I(xiàn)IHz之間，并且持續(xù)的時間超過20s，將會給駕駛員帶來明顯的不適感。
(5)照明控制
先進(jìn)的照明控制方式是在保證視覺條件，滿足隧道照明要求的情況下，合理節(jié)能的重要技巧。照明控制酌目的是可以隨時改變隧道的照明水平。由于陰天、雨天或黃昏時分，隧道口外的亮度比平時要小很多，因此要有適當(dāng)?shù)拇胧﹣頊p小人口段照明的水平，以減少不必要的能源浪費。在隧道照明中可以根據(jù)白天、夜晚以及車流量大小等因素，通過各種調(diào)光設(shè)備或控制器件來對隧道照明環(huán)境的照度或燈的開啟、關(guān)閉進(jìn)行調(diào)整和控制。目前，國外大多采用感光器件、可調(diào)光電子整流器等構(gòu)成智能照明系統(tǒng)，使隧道內(nèi)燈具整體亮度減弱，能耗降低；同時，保證隧道亮度均勻度不變。
世界各國對公路隧道照明都制定了一定的設(shè)計原則和標(biāo)準(zhǔn)，如美國的IES、英國的BC以及國際照明協(xié)會的CIE。我國雖起步較晚，但也制定了JTJ026-90《公路隧道設(shè)計規(guī)范》和JTJ026. 1-1999《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》兩個行業(yè)設(shè)計規(guī)范，作為我國設(shè)計隧道照明的共用準(zhǔn)則。
這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)僅對隧道照明設(shè)計提供一個最基本的參考數(shù)據(jù)，但當(dāng)面臨一個具體工程項目時涉及的因素就很多，有許多條件和要求，因此往往在安全和節(jié)能、投資維護(hù)成本上有不少矛盾。要設(shè)計好一個隧道照明控制系統(tǒng)，需要做深入細(xì)致的調(diào)研和考慮。
