Sind Ihnen diese „seltsamen Dinge“ beim Fahren in einem Tunnel schon einmal begegnet?

Der Nord-Süd-Cross-Island-Korridor, Shanghais zweite Ost-West-Verkehrsader, ist seit mehr als einem halben Jahr für den Verkehr geöffnet. Vor einiger Zeit bat ein Bürger das Programm „1057 Everyone Help“ des Shanghaier Verkehrsradios um Hilfe: Jedes Mal, wenn er den Abschnitt des Nord-Süd-Cross-Island-Korridors von der Jiangning Road bis zur Ausfahrt Beizhai Road durchfuhr, empfand er die Lichter auf dem Dach als unangenehm, schwindlig und schläfrig, und erst nachdem er die Sonnenblende geöffnet hatte, um das Licht auszublenden, fühlte er sich besser. Er wollte alle fragen, ob dies nur sein persönliches Gefühl sei oder ob mit den Lichteinstellungen etwas nicht stimmte. [1]

Bildquelle: Shanghai Traffic Radio

Nach der Ausstrahlung der Sendung haben die zuständigen Abteilungen und Experten die Vorschläge der Bürger angehört und genehmigt. Nach einer Untersuchung vor Ort und eingehender Forschung beschlossen sie, eine „mikroplastische Operation“ am Beleuchtungswinkel des westlichen Abschnitts des Nord-Süd-Cross-Island-Korridors durchzuführen. [2]

Die Frage ist also: Welchen Einfluss hat Tunnelbeleuchtung auf den menschlichen Körper? Welche Art von Beleuchtung macht Menschen müde?

01. Wie gut kennen Sie sich mit Tunnelbeleuchtung aus?

Ein Autobahntunnel ist eine ganz besondere Umgebung für den Straßenverkehr: Der Raum ist relativ klein, die Tiefe ist lang, der Tunnel ist sehr geschlossen, der Lichtunterschied zwischen dem Tunnelinneren und dem Tunneläußeren ist groß, die Helligkeit im Tunnelinneren ist gering und Rauch und Staub verteilen sich langsam.

Beim Fahren in einer solchen Umgebung kommt es bei den Fahrern unweigerlich zu negativen physiologischen und psychologischen Reaktionen wie Angst, Reizbarkeit, Depression und visueller Ermüdung. Untersuchungen zeigen, dass etwa 8 % der Autofahrer und 14 % der Autofahrer, die zum ersten Mal durch einen Tunnel fahren, beim Fahren in einem Tunnel deprimiert sind. Wenn der Fahrer während der Fahrt über einen längeren Zeitraum von diesen Nebenwirkungen betroffen ist, erhöht sich die physiologische und psychische Belastung des Fahrers, was sich sehr nachteilig auf die Fahrsicherheit auswirkt und leicht zu Verkehrsunfällen führen kann.

Was ist das Besondere an der Lichtumgebung in einem Tunnel?

Um Beleuchtungskosten zu sparen, werden die Leuchten nicht durchgehend nebeneinander angeordnet, sondern es wird ein gewisser Abstand zwischen zwei Lampen eingehalten. Wenn ein Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch einen Tunnel fährt, wird die Sicht des Fahrers daher ständig durch den Wechsel von Hell und Dunkel stimuliert, ein Phänomen, das als „stroboskopischer Effekt“ bezeichnet wird.

Die Helligkeit am Eingang und Ausgang des Tunnels variiert stark, was dazu führen kann, dass Menschen den „Schwarzen Locheffekt“ und den „Weißen Locheffekt“ erleben.

Wenn die Längsgleichmäßigkeit der Helligkeit im Tunnel gering ist, erscheinen auf der Straßenoberfläche kontinuierlich und wiederholt helle und dunkle Bänder, was den „Zebraeffekt“ darstellt.

Die allgemeine Helligkeit im Tunnel ist gering.

02. „Stroboskop-Effekt“ und „Zebra-Effekt“

Schematische Darstellung des „Stroboskop-Effekts“ und des „Zebra-Effekts“

Bildquelle: baijiahao

Das Wesentliche des „Stroboskopeffekts“ ist die ständig blinkende Lichtstimulation, die das von Bürgern gemeldete Beleuchtungsproblem des Nord-Süd-Cross-Island-Korridors darstellt. Der „Zebraeffekt“ ähnelt dem „Stroboskopeffekt“, bei dem es sich um das kontinuierliche und wiederholte Auftreten heller und dunkler Streifen auf der Straße handelt, die das menschliche Sehvermögen durch Licht stimulieren.

Das Flackern von Lichtquellen kann das menschliche Sehsystem stimulieren und bei Menschen Unbehagen hervorrufen. Diese beiden Phänomene führen zu einer visuellen Ermüdung des Fahrers. Die Hauptsymptome sind wunde und geschwollene Augen, Schmerzen in der Augenhöhle und der Drang zu weinen usw., die die Sehfunktion des Fahrers ernsthaft beeinträchtigen und die Fahrsicherheit gefährden.

Darüber hinaus gilt: Je schneller das Fahrzeug, desto höher die Blinkfrequenz und desto häufiger ändert sich die Sichtumgebung des Fahrers, wenn der Abstand zwischen den Lichtern konstant ist. Die folgende Abbildung zeigt eine Kurve des visuellen Empfindlichkeitskoeffizienten des menschlichen Auges gegenüber Spannungsschwankungen von Lampen unterschiedlicher Frequenz. Es ist ersichtlich, dass die Auswirkungen auf Menschen am größten sind, wenn die Flimmerfrequenz 10 Hz erreicht.

Bildquelle: Referenz [3]

03. „Schwarzes Loch-Effekt“ und „Weißes Loch-Effekt“

Der „Schwarze-Loch-Effekt“ und der „Weiße-Loch-Effekt“ sind zwei unvermeidliche optische Phänomene in einer Tunnelumgebung. Da es sich bei dem Tunnel um eine spezielle, halbgeschlossene Röhrenkonstruktion handelt, kommt es bei starker Lichtintensität innerhalb und außerhalb des Tunnels zu großen Unterschieden in der Lichtintensität. Beim Ein- und Ausfahren in den Tunnel kann der Übergang zwischen Umgebungen mit starker und schwacher visueller Referenz für Autofahrer problematisch sein.

Die Lichtintensität im Tunnel ist geringer als die Sonnenlichtintensität außerhalb des Tunnels. Wenn der Fahrer von außerhalb des Tunnels in den Tunnel hineinfährt, wird er von der „Dunkeladaption“ betroffen sein und den Tunneleingang wie ein „schwarzes Loch“ wahrnehmen. Dies ist der „Schwarzes-Loch-Effekt“.

Schematische Darstellung des „Schwarzen Loch-Effekts“

Bildquelle: baijiahao

Da zwischen dem starken Sonnenlicht draußen und dem Licht im Tunnel ein großer Intensitätsunterschied besteht, erscheint der Tunnelausgang dem Fahrer bei der Annäherung an ihn wie ein leuchtendes „weißes Loch“. Dies ist der „Weißes-Loch-Effekt“.

Schematische Darstellung des „Weißen Loch-Effekts“ Quelle: sina.com

Bei Nachtfahrten ist die Situation umgekehrt. Beim Einfahren in den Tunnel wird der Fahrer feststellen, dass der Tunneleingang einem „weißen Loch“ gleicht, und beim Verlassen des Tunnels wird er sich wie ein „schwarzes Loch“ anfühlen.

04. Wie kann die Tunnelbeleuchtung verbessert werden?

Da die Lichtverhältnisse im Tunnel relativ schwach sind, ist bei zu schwachem Licht die Beleuchtung der Netzhaut unzureichend und der Kontrast der Objekte nimmt ab, was zu einer stärkeren Ermüdung des Ziliarmuskels und zu einer Ermüdung der Augen führt. Experimentelle Daten zeigen, dass 500 lx der Mindestbeleuchtungswert ist, der keine visuelle Ermüdung verursacht (500 lx ist die Standardbeleuchtungsstärke in vielen Innenräumen, wie z. B. Büros, Lesesälen von Bibliotheken usw.), aber offensichtlich kann die Beleuchtung im Tunnel 500 lx nicht erreichen.

Um das Problem der kurzzeitig sichtbaren dunklen Bereiche zu lösen, die beim Ein- und Ausfahren von Fahrzeugen in Tunnel auftreten, sollte die Tunnelbeleuchtung in verschiedene Bereiche unterteilt werden, darunter Eingangsbereichsbeleuchtung, Übergangsbereichsbeleuchtung, Mittelbereichsbeleuchtung und Ausgangsbereichsbeleuchtung. In den verschiedenen Bereichen sollten unterschiedliche Beleuchtungsstandards angewendet werden.

Schematische Darstellung der Unterteilung der Beleuchtungsabschnitte eines langen Tunnels

Bildquelle: Referenz [4]

Bei der konkreten Lichtplanung sollte darauf geachtet werden, die Helligkeit und Gleichmäßigkeit der Tunnelbeleuchtung zu verbessern und die Auswirkungen verschiedener Tunnellichteffekte auf Menschen zu verringern. Gleichzeitig können einige intelligente Lichtsteuerungsalgorithmen verwendet werden, um die Lichtintensität zu unterschiedlichen Zeiten zu steuern, und natürliches Licht kann durch Lichtleitfasern eingebracht werden, um die Tunnelbeleuchtung angenehmer zu gestalten.

Um die Ermüdung der Autofahrer durch monotone Tunnelbeleuchtung zu verringern, hat Norwegen den 2001 erbauten Ladar-Tunnel in mehrere Abschnitte unterteilt. Jeder Abschnitt verfügte über ein anderes Lichtdesign, das den Fahrern das Gefühl vermittelte, durch mehrere kurze Tunnel zu fahren, und so die Ermüdung des Fahrers wirksam linderte. Ein ähnlicher Ansatz wurde auch beim 2007 in meinem Land gebauten Qinling-Zhongnanshan-Tunnel verwendet. In einigen Abschnitten des Tunnels wurde ein Design mit „blauem Himmel und weißen Wolken“ gewählt, um die Augenermüdung des Fahrers durch eine verbesserte Tunnelbeleuchtung zu lindern.

Links: Ladar-Tunnel Rechts: Qinling Zhongnanshan-Tunnel Bildquelle: Referenz [5]

Kurz gesagt: Die Enge des Tunnels selbst führt dazu, dass die Fahrer sich stark konzentrieren müssen und ermüden, und eine ungeeignete Tunnelbeleuchtung verschlimmert dies zusätzlich. Durch eine bessere Tunnelbeleuchtung kann die Müdigkeit gelindert werden. Noch wichtiger ist jedoch, dass wir die Verkehrsregeln einhalten, das Leben genießen und uns eine Pause gönnen, wenn wir müde sind. Es gibt Tausende von Straßen, aber die Sicherheit steht an erster Stelle.

Verweise

[1] Shanghai Traffic Radio: Benommen oder benommen? Warum ist das Fahren auf dem Nord-Süd-Korridor etwas anstrengend? https://mp.weixin.qq.com/s/t0o1VftkHBVOXq-pdMlRMA

[2] Shanghai Traffic Radio: Wird einem beim Fahren auf dem Nord-Süd-Korridor leicht schwindelig? Neueste Antwort: „Mikroplastische Chirurgie“ https://mp.weixin.qq.com/s/1AFfTJ8TBlK8lhYcEOmdEw

[3] Liu Yang. Analyse der Lichtumgebung in Autobahntunneln basierend auf den physiologischen und psychologischen Reaktionen des Fahrers[D]. Landwirtschaftliche Universität der Inneren Mongolei, 2009.

[4] Zhang Yue. Untersuchung des Einflusses des Sichtfeldkontrasts des Fahrers auf die visuelle Wahrnehmung in einer Tunnellichtumgebung[D]. Chongqing Jiaotong Universität, 2023.

[5] Wang Xiaoping. Forschung zum regulierenden Einfluss von Änderungen der Tunnelbeleuchtung auf die Müdigkeit am Steuer[D]. Shijiazhuang Railway University, 2023.

Autor: Guo Weihong, PhD, leitender Ingenieur, Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Planung & Bearbeitung: Regen

Titelbild: Photo Network