论文总字数：31865字

摘 要

随着公路和城市道路建设的快速发展，隧道作为道路组成中一个重要的交通设施，其规划建设与后期维护愈发地受到人们的重视。为了避免烟尘和尾气大量聚集在隧道内部而影响车辆行驶，在隧道设计的过程中，需要在隧道顶部设计与外界连通的通风井来保证隧道内外的空气流通。在通风井处，常有自然光照射进入隧道，这种外界射入的自然光的照明强度与隧道内部照明设备所提供的光照强度会产生较大的差距。尤其是在白天太阳光较强的时段，驾驶员在经过通风井下方区域时周围环境会发生一个“暗→明→暗”的亮度的急剧化，这会造成驾驶员视觉明暗适应困难，诱发不良驾驶行为，甚至导致交通事故。

为了保证通风井的通风效果，同时把透过通风井射入隧道的自然光对交通的影响降到最低，东南大学的潘照勋基于他所发现的人眼瞳孔面积变化模型，确定了改变自然光作为避光控制方案，最终对隧道通风井遮光系统进行了初步设计。

本文对潘的人眼瞳孔面积变化模型进行了细化，并基于这一模型建立了光照条件引起的减速概率模型，将其引入到KKSW CA模型中而建立了城市隧道内部的交通流元胞自动机模型。借助这一模型，分析了上述遮光装置在不同遮光效果以及不同的模型参数下对交通流的影响，同时运用三相理论的假定对模型输出的车辆时空轨迹图进行了解释。

关键词：隧道通风井；人眼瞳孔面积变化；Kerner的三相理论；元胞自动机

Simulation and Analysis of Safety Performances of Shading Device in Ventilation Shaft of Urban Tunnel

No.21114232 Zhang Fang

Supervised by Hu Xiaojian

ABSTRACT

With the rapid development of highways and urban roads, tunnel, as an important kind of transportation facility, is attracting increasing attention for their planning and maintenance. In order to prevent smog from accumulating inside the tunnel and exert a negative influence on driving, it is necessary to build ventilation shafts to ensure the circulation of air inside and outside the tunnel. Under the ventilation shafts, sunlight may stream into the tunnel. There is a large gap between the illumination of sunlight and of the lightning in the tunnel. Especially during the daytime, when the sunlight is strong, the drivers will experience a dramatic change in illumination as they pass through the influenced area. This may induce undesirable behavior of driving or even lead to traffic accidents.

In order to ensure the effect of ventilation and minimize the impact of sunlight on the traffic, Pan Zhaoxun of Southeast University discovered a model of changes of the pupil area of human eyes. Based on this model, he designed a shading system for tunnel ventilation shafts.

In this paper, Pan's model is refined, and based on this model, a deceleration probability model caused by light conditions is established. This model is introduced into the KKSW CA model and the traffic flow CA model in urban tunnels is established. And the influences of the shading device on the traffic flow under different shading effects and different model parameters were analyzed. At the same time, the three-phase theory was used to explain the spatiotemporal illustrations output by the model.

KEY WORDS: ventilation shafts in tunnels; changes of the pupil area of human eyes; Kerner’s three-phase theory; cellular automata

目 录

摘 要 I

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 隧道照明研究 2

1.2.2 隧道光照-车速变化模型 3

1.3 研究内容及技术路线 3

第二章 人眼瞳孔面积变化速度模型 5

第三章 城市隧道道路交通特性分析 6

3.1 城市隧道道路特性 6

3.2 城市隧道交通行驶特性 6

3.3 隧道交通事故分布特征 6

第四章 基于元胞自动机的城市隧道交通流特性分析 7

4.1 元胞自动机模型概述 7

4.1.1 184号模型 7

4.1.2 NS模型 7

4.1.3 VE模型 8

4.1.4 KKW模型 8

4.2 城市隧道交通流元胞自动机模型 9

4.2.1 Kerner的三相交通流理论 9

4.2.2 Kerner等人的KKSW CA模型 11

4.2.3 考虑了光照对车速变化影响的KKSW CA模型 11

1.人眼瞳孔面积变化速度模型的细化 12

2.驾驶员在通风井下方受光照影响路段减速概率模型的建立 13

3.引入光照条件引起的减速概率模型的新KKSW CA模型的建立 13

4.3 城市隧道交通流元胞自动机仿真设计 14

4.3.1 仿真图形 15

4.3.2 运行规则 15

4.3.3 仿真参数标定 16

4.3.4 通风井下方的交通状态变化规律 17

4.4 光照条件对隧道中车流运行状态的影响研究 18

4.4.1 遮光板旋转不同角度下光照条件对交通流的影响 18

4.4.2 不同交通流密度下光照条件对交通流的影响 19

4.4.3 不同减速步长下光照条件对交通流的影响 20

4.5 本章小结 21

第五章 结论与展望 22

5.1 论文主要研究成果 22

5.2 论文创新点 22

5.3 研究展望 22

参考文献 24

致 谢 26

附录A MATLAB元胞自动机模型代码 27

第一章 绪论

研究背景及意义

随着公路和城市道路建设的快速发展，隧道作为道路组成中一个重要的交通设施，其规划建设与后期维护愈发地受到人们的重视。隧道内部本身是一个半封闭的空间，车辆行驶所产生的尾气和扬尘大量聚集在隧道内部难以排出，会对隧道内部环境造成严重的影响，并且进一步会对驾驶员的视野情况及隧道内部的照明条件形成干扰，成为事故发生的巨大隐患。

2014年3月1日，晋济高速公路山西晋城段岩后隧道发生了一起由车辆追尾而引发的严重火灾。在密闭的隧道内，火势迅速扩大，导致一辆拉煤货车起火，一辆运送天然气的车辆爆炸，并最终酿成了31人遇难、9人失踪、多人不同程度受伤、42辆车辆损毁的惨剧，晋城段也因为事故被封锁三天，对往来的交通产生了极其不利的影响。此外，隧道的封闭空间还给事故的救援和处理带来了极大的难度。佩戴了防毒面罩和氧气瓶的全副武装的救援人员也很难在浓烟滚滚的隧道内坚持30分钟。可以说，这种流通不畅的半封闭环境极大的加剧了事故的严重程度，甚至会引发二次灾害。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：31865字