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原文传递高速公路隧道（群）出入口光伏遮阳棚设计关键技术研究

论文题名：	高速公路隧道（群）出入口光伏遮阳棚设计关键技术研究
关键词：	高速公路隧道;出入口;光伏遮阳棚
摘要：	鉴于隧道具有缩短里程、提高运输效率等优点，因此，在我国山区高速公路发展受限的情况下，隧道建设方案被广泛采纳。然而，高速公路隧道（群）路段交通事故频发一直是其发展过程中的痛点。据调查，隧道（群）洞口光环境的剧烈变化容易引起驾驶人视觉及心理不适，易造成驾驶人误操作从而引发交通事故。此外，高速公路隧道机电设备能耗较高，运营费用巨大。因此，基于保障安全及节约能耗的考虑，深入研究高速公路隧道（群）出入口光伏遮阳棚的设置方法对于有效缓解洞内外照度突变，降低交通事故发生率和隧道运营费用，深入贯彻落实“碳达峰、碳中和”等国家重大战略决策都具有较强的科学指导价值和实际应用意义。　　首先，从理论上深入分析驾驶人在隧道出入口行车时的视觉特性变化机理，选择用瞳孔面积变化率作为其视觉特性表征指标；选取15名驾驶人在滨莱高速试验场开展实车试验，采集驾驶人在隧道（群）洞口处行车时的瞳孔面积及对应的照度数据，采用数学建模的方法建立瞳孔面积与照度的关系模型，以人眼最短明暗感受时间（0.2s）内的瞳孔面积变化率不超过20%作为驾驶人在隧道（群）出入口行车顺适过渡的评判标准，在此基础上计算得到满足驾驶人视觉及心理顺适过渡的条件为：在0.2s的行车距离内，隧道入口照度变化率不超过37.5%，出口照度变化率不超过140%。　　其次，在比对隧道（群）洞口各种减光设施的基础上，确定设置遮阳棚为最佳减光方法，并通过气象信息分析系统Meteonorm获取山东济潍地区近年来的气象辐照数据，利用光伏仿真软件 PVsyst对各种倾角的光伏板所接收到的年辐照量进行模拟计算，最终确定济潍地区隧道（群）洞口遮阳棚光伏阵列的倾斜角度为南倾30°，应用光环境仿真软件Ecotect Analysis建立光伏遮阳棚的物理模型，并依照工程实际情况对模型各要素进行参数设定。　　再次，根据驾驶人在隧道出入口的明暗适应时间计算光伏遮阳棚的基准长度，考虑驾驶人视线高度及消防救援等因素确定遮阳棚底部镂空为1.2m。采用模拟仿真的方法进行棚内照度计算，根据驾驶人行车顺适过渡标准得到隧道出入口光伏遮阳棚的可行设计方案，选取棚内照度变化均匀系数、光伏遮阳棚长度及等效光伏面积作为评价指标，依据各指标的相对重要程度运用 AHP法分别赋予权重，结合 TOPSIS法计算各可行方案与最佳方案之间的欧氏距离从而确定最优解。再选取隧道间隔50m及100m两种情况对隧道（群）相邻隧道间的光伏遮阳棚设计方法进行研究。　　最后，选择并网型分布式光伏发电系统作为隧道（群）洞口遮阳棚上的光伏设计方式。运用PVsyst软件分别对隧道入口、隧道出口、相邻隧道50（m）、相邻隧道100（m）遮阳棚上光伏发电系统的年发电量进行模拟计算，建立光伏发电系统的经济环境效益量化模型，并根据仿真发电量对各处遮阳棚光伏发电系统的经济环境效益进行计算评估。　　本文选取山东省济潍（济南-潍坊）高速公路进行了实际工程应用，研究成果能够明显改善高速公路隧道（群）出入口光环境突变造成的视觉和心理不适问题，降低隧道（群）运营成本，同时也为隧道出入口横断面过渡方法以及供电系统尽可能多地使用可再生清洁环保型能源提供新思路。
作者：	冯锐
专业：	交通运输工程
导师：	阎莹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022