CN111402396B - 铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析及保护方法。所述方法包括将铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征在Autodesk Inventor设计软件中建模设计，搭建铁路车辆前照灯及公路眩光视角影响模拟模型，转入在Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，进行模拟分析。通过增设眩光板或该区段限制前照灯工作的方式，进一步完善铁路机车车辆及动车组***行车安全评估体系，消除眩光危害，保障人民的生命和财产安全。
Description
技术领域
本发明涉及铁路机车车辆及动车组行车安全领域，尤其涉及一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的评估及保护方法。
背景技术
眩光是一种视觉条件，这种条件的形成是由于亮度分布不适当，或亮度变化的幅度太大，或空间、时间上存在着极端的对比，以致引起不舒适或降低观察重要物体的能力，或同时产生这两种现象。眩光就是通常所说的“晃眼”，它会使人感到刺眼，引起眼睛酸痛、流泪和视力降低。
产生眩光的原因主要有视觉光环境因素和生理因素两方面。从视觉光环境来说，如由于周围环境较暗时，眼的适应亮度很低，即使是亮度较暗的灯光，也会有明显的眩光。再如由于灯具的位置或者视距不当，使光源的亮光直接或间接经过镜面物反射进入人眼，都会产生显著的眩光。其次如发生在视觉作业本身的弱镜面反射而形成的一种特殊眩光“光幕”；从生理因素方面来说，由于人眼受高亮度的刺激，促使瞳孔缩小顺应状态变坏，使眼睛感到不舒适或者有可能导致视网膜损伤。另外，由于亮度过大时，眼角膜和晶状体会产生光散射，从而形成光幕影响视觉。
截止2019年底，我国铁路营业里程达到13.9万公里，其中高铁3.5万公里，公路总里程达到484.65万公里，其中高速公路达14.26万公里，各级城市道路更是不计其数，高速铁路、高速公路及公路总里程均居世界第一。在新时代交通强国宏伟目标的指引下，各级铁路、公路、城市道路等交通基础设施将继续如雨后春笋般涌现，在国家层面规划的基础上，各省、市又加密了境内的交通基础设施网络建设，本着土地资源高效利用、合理规划的原则，在密集的既有及规划交通基础设施网络中，铁路与铁路、公路、各级城市道路及机场通道等同走廊、共通道的综合交通体系网络框架正逐步形成。
随着现代人民城市生活水平逐步提高，光污染问题在城市建设中更是愈发突出，随之而来的是损害眼睛，诱发癌症，产生不良情绪等，因此光污染现象也越来越引起人民的关注，但是交通体系建设中光污染源，尤其是眩光干扰问题更是直接威胁着人民的生命和财产安全。在纵横交错的路网设计规划中，铁路机车及高速列车头车高亮度前照灯对临近或交叉公路铁路车辆存在眩光危害的现象正逐步暴露出来。
在纵横交错的路网设计规划中，铁路机车尤其是高速列车头车高亮度前照灯，如出现铁路与道路并行间距小、坡度起伏大或交叉角度小，在夜晚可能引起铁路车辆前照灯对道路上行驶的汽车产生眩光干扰，可能造成眩光影响路段长期的大概率交通事故，严重威胁着人民的生命安全和财产安全。开展铁路车辆前照灯对道路车辆眩光危害区段评估及保护方案的研究，提供一种通过计算机准确模拟计算出既有及设计规划中可能存在此类眩光影响路段，进而采取必要的保护或者避免措施的安全评估方法。
发明内容
为了进一步完善铁路机车车辆及动车组***行车安全评估体系，消除眩光危害，保护人民的生命和财产安全，本发明提供了一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的评估及保护方法。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析方法，包括将铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征在Autodesk Inventor设计软件中建模设计，搭建铁路车辆前照灯及公路眩光视角影响模拟模型，转入在Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，进行模拟分析，确定明显眩光危害区段，具体分析方法包括以下步骤：
1）铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际及设计中心线提取，依次适量提取可能危害区段内的铁路及公路中心线上若干个测试点的经纬度及对应高程，将经纬度按所需坐标系投影转化，并以空间坐标点的形式存储于数据库表格中；
2）铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征创建，在Autodesk Inventor三维草图设计环境中依次以数据库方式导入提取的铁路及公路中心线上测试点，并分别顺次拟合出可能存在眩光危害区段的铁路和公路空间中心线；依次根据铁路和公路每个测试点横断面超高参数搭建铁路轨面及公路路面空间走向模型；
所述步骤2）中铁路和公路每个测试点横断面超高参数搭建铁路轨面及公路路面空间走向模型创建步骤如下：
21）依次根据每个可能存在眩光危害区段的铁路和公路测试点横断面超高参数，建立横断面结构几何模型；
22）采用Autodesk Inventor实体模型设计中放样命令，依次选取每个断面进行铁路轨面及公路路面空间走向模型的搭建；
3）创建可能造成眩光危害的区段内铁路上运行车辆前照灯计算模型，在步骤2）所述铁路空间中心线上按所需选取若干个模拟点，在横断面上依次搭建车辆前照灯计算模型；
4）创建可能造成眩光危害的区段内公路上视角高度模型，按照公路不同等级分别确定该区段公路上运行车辆最高和最低视线高度参数，建立可能对公路车辆造成眩光危害的视线高度范围模型；
5）转入在Autodesk Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，根据步骤3）所述的车辆前照灯计算模型，及所述前照灯光学性能设计参数，新建聚光灯样式，并创建场景设计参数，进行渲染并输出明显眩光危害区段图像报告。
进一步地，所述的步骤1）中的空间点坐标值XYZ分别为经度投影转化值、纬度投影转化值及对应高程值。
进一步地，所述若干个空间点可依次根据里程顺次按照每行XYZ的顺序存储在Microsoft Excel中。
进一步地，步骤2）所述的可能存在眩光危害区段的铁路和公路空间中心线通过采用样条曲线插值的方式拟合进行顺次创建。
进一步地，所述铁路空间中心线上模拟点可等间距顺次选取或根据需要在曲线地段、公路铁路接近地段加密选取。
进一步地，所述车辆前照灯计算模型搭建主要包括以下步骤：
61）确定该铁路线上常见运营机车及动车组等车型的前照灯空间参数，主要包括前照灯个数、距离轨面的水平高度、距离轨道中心线的横向距离、光中心高度、基准轴、前照灯聚光角、衰减角、照射距离；
62）根据步骤61）所述的前照灯空间参数在步骤3）所述的模拟点上依次建立虚拟光源点位置点模型和目标点模型；
进一步地，所述虚拟光源点位置点模型和目标点模型两个模拟点位于同一条基准轴上，且该基准轴所在直线依附在多面体实体模型的某一棱边；光源点***根据该车型前照灯设计标准创建灯罩、灯壳及反光面的实体结构模型。
进一步地，所述多面体实体模型在进行步骤5）所述的渲染计算时，在确定所述虚拟光源点位置点和目标点位置参数后，设置该实体特征处于抑制状态。
一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的保护方法，根据所述的一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析方法确定的一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的保护方法，包括增设眩光板或该区段限制前照灯工作的方式。
进一步地，所述增设眩光板保护方式主要包括以下步骤：
101）在步骤5）所述的明显眩光危害区段对应的铁路或公路的一侧或者两侧建模设置眩光板；
102）一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析方法，在步骤91）的基础上再次进行模拟计算分析验证，通过加高、加长或加密眩光板的方式，直至明显眩光危害区域消失，确定出有效眩光板的设置范围；
103）根据模拟计算的眩光板设置范围在既有线改造中安装应用，新线设计中补充眩光板设计内容。
进一步地，所述该区段限制前照灯工作的保护方式为，在本线铁路机车车辆进入步骤5）所述的明显眩光危害区段后限制该车前照灯工作，处于关闭状态，直至驶出该区段。
本发明的有益效果：计算机建模设计铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征在，搭建铁路车辆前照灯及公路眩光视角影响模拟模型，转入在Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，进行模拟分析，确定明显眩光危害区段，通过在铁路或公路上相应位置增设防眩设施、危害区段限制灯具工作等方式，从而消除该区段内的眩光危害，保护人民的生命和财产安全。
附图说明
图1为本发明的铁路及铁路车辆前照灯模拟模型示意图，其中Ⅰ和Ⅱ为对应位置的局部放大图；
图2为存在明显眩光危害区段计算机模拟计算分析示意图。
图中：铁路车辆前照灯G；铁路车辆左前照灯GZ；铁路车辆右前照灯GY；铁路中心线ZX；模拟平面（P1，P2，P3···PX）；模拟点（A1，A2，A3···AX）；基准轴JZ；光源点横向距离S1；光源点距离轨面高度S2；虚拟光源点位置点d1；虚拟光源点目标点d2；多面体实体模型T；依附棱边LL；铁路机车及动车组JD；曲线地段SQ；公路中心线LG；铁路中心线LT；防眩设施ZG。
具体实施方式
一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析方法，包括将铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征在Autodesk Inventor设计软件中建模设计，搭建铁路车辆前照灯及公路眩光视角影响模拟模型，转入在Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，进行模拟分析，确定明显眩光危害区段，结合附图1和图2示意，具体分析方法包括以下步骤：
1）铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际及设计中心线提取，依次适量提取可能危害区段内的铁路及公路中心线上若干个测试点的经纬度及对应高程，将经纬度按所需坐标系投影转化，并以空间坐标点的形式存储于数据库表格中；
2）铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征创建，在Autodesk Inventor三维草图设计环境中依次以数据库方式导入提取的铁路及公路中心线上测试点，并分别顺次拟合出可能存在眩光危害区段的铁路和公路空间中心线；依次根据铁路和公路每个测试点横断面超高参数搭建铁路轨面及公路路面空间走向模型；
所述步骤2）中铁路和公路每个测试点横断面超高参数搭建铁路轨面及公路路面空间走向模型创建步骤如下：
21）依次根据每个可能存在眩光危害区段的铁路和公路测试点横断面超高参数，建立横断面结构几何模型；
22）采用Autodesk Inventor实体模型设计中放样命令，依次选取每个断面进行铁路轨面及公路路面空间走向模型的搭建；
3）创建可能造成眩光危害的区段内铁路上运行车辆前照灯计算模型，在步骤2）所述铁路空间中心线上按所需选取若干个模拟点（A1，A2，A3···AX），在横断面上依次搭建车辆前照灯计算模型；
4）创建可能造成眩光危害的区段内公路上视角高度模型，按照公路不同等级分别确定该区段公路上运行车辆最高和最低视线高度参数，建立可能对公路车辆造成眩光危害的视线高度范围模型；
5）转入在Autodesk Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，根据步骤3）所述的车辆前照灯计算模型，及所述前照灯光学性能设计参数，新建聚光灯样式，并创建场景设计参数，进行渲染并输出明显眩光危害区段图像报告。
所述的步骤1）中的空间点坐标值XYZ分别为经度投影转化值、纬度投影转化值及对应高程值。
所述若干个空间点可依次根据里程顺次按照每行XYZ的顺序存储在MicrosoftExcel中。
步骤2）所述的可能存在眩光危害区段的铁路和公路空间中心线通过采用样条曲线插值的方式拟合进行顺次创建。
所述铁路空间中心线上模拟点可等间距顺次选取或根据需要在曲线地段SQ、公路铁路接近地段加密选取。
所述车辆前照灯计算模型搭建主要包括以下步骤：
61）确定该铁路线上常见运营机车及动车组等车型的前照灯空间参数，主要包括前照灯个数、距离轨面的水平高度S2、距离轨道中心线的横向距离S1、光中心高度、基准轴JZ、前照灯聚光角、衰减角、照射距离等；
62）根据步骤61）所述的前照灯空间参数在步骤3）所述的模拟点上依次建立虚拟光源点位置点d1模型和目标点d2模型；
所述虚拟光源点位置点d1模型和目标点d2模型两个模拟点位于同一条基准轴JZ上，且该基准轴JZ所在直线依附在多面体实体模型T的某一棱边LL；光源点G***根据该车型前照灯设计标准创建灯罩、灯壳及反光面的实体结构模型。
所述多面体实体模型T在进行步骤5）所述的渲染计算时，在确定所述虚拟光源点d1位置点和目标点d2位置参数后，设置该实体特征处于抑制状态。
一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的保护方法，根据所述的一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析方法确定的一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的保护方法，包括增设眩光板或该区段限制前照灯工作的方式。
所述增设眩光板保护方式主要包括以下步骤：
101）在步骤5）所述的明显眩光危害区段对应的铁路或公路的一侧或者两侧建模设置眩光板；
102）一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的分析方法，在步骤91）的基础上再次进行模拟计算分析验证，通过加高、加长或加密眩光板的方式，直至明显眩光危害区域消失，确定出有效眩光板的设置范围；
103）根据模拟计算的眩光板设置范围在既有线改造中安装应用，新线设计中补充眩光板设计内容。
所述该区段限制前照灯工作的保护方式为，在本线铁路机车车辆进入步骤5）所述的明显眩光危害区段后限制该车前照灯工作，处于关闭状态，直至驶出该区段。
其中需要说明的是，所提到的左，右，前，后，上，下是以一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的评估及保护方法计算模型的相对位置进行的定义，仅是为了方便描述技术方案，本技术方案并不局限于文中之定义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述方法包括将铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征在Autodesk Inventor设计软件中建模设计，搭建铁路车辆前照灯及公路眩光视角影响模拟模型，转入在Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，进行模拟分析，确定明显眩光危害区段，具体分析方法包括以下步骤：
1）铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际及设计中心线提取，依次适量提取可能危害区段内的铁路及公路中心线上若干个测试点的经纬度及对应高程，将经纬度按所需坐标系投影转化，并以空间坐标点的形式存储于数据库表格中；
2）铁路车辆前照灯可能对公路车辆造成眩光危害的区段上铁路与公路的实际三维特征创建，在Autodesk Inventor三维草图设计环境中依次以数据库方式导入提取的铁路及公路中心线上测试点，并分别顺次拟合出可能存在眩光危害区段的铁路和公路空间中心线；依次根据铁路和公路每个测试点横断面超高参数搭建铁路轨面及公路路面空间走向模型；
所述步骤2）中铁路和公路每个测试点横断面超高参数搭建铁路轨面及公路路面空间走向模型创建步骤如下：
21）依次根据每个可能存在眩光危害区段的铁路和公路测试点横断面超高参数，建立横断面结构几何模型；
22）采用Autodesk Inventor实体模型设计中放样命令，依次选取每个断面进行铁路轨面及公路路面空间走向模型的搭建；
3）创建可能造成眩光危害的区段内铁路上运行车辆前照灯计算模型，在步骤2）所述铁路空间中心线上按所需选取若干个模拟点，在横断面上依次搭建车辆前照灯计算模型；
4）创建可能造成眩光危害的区段内公路上视角高度模型，按照公路不同等级分别确定该区段公路上运行车辆最高和最低视线高度参数，建立可能对公路车辆造成眩光危害的视线高度范围模型；
5）转入在Autodesk Inventor Studio设计环境中创建场景设计参数，根据步骤3）所述的车辆前照灯计算模型，及所述前照灯光学性能设计参数，新建聚光灯样式，并创建场景设计参数，进行渲染并输出明显眩光危害区段图像报告。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述的步骤1）中的空间点坐标值XYZ分别为经度投影转化值、纬度投影转化值及对应高程值。
3.根据权利要求2所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述若干个空间点依次根据里程顺次按照每行XYZ的顺序存储在Microsoft Excel中。
4.根据权利要求2所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：步骤2）所述的可能存在眩光危害区段的铁路和公路空间中心线通过采用样条曲线插值的方式拟合进行顺次创建。
5.根据权利要求3所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述铁路空间中心线上模拟点等间距顺次选取或根据需要在曲线地段、公路铁路接近地段加密选取。
6.根据权利要求3所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述车辆前照灯计算模型搭建主要包括以下步骤：
61）确定该铁路线上常见运营机车及动车组车型的前照灯空间参数，主要包括前照灯个数、距离轨面的水平高度、距离轨道中心线的横向距离、光中心高度、基准轴、前照灯聚光角、衰减角、照射距离；
62）根据步骤61）所述的前照灯空间参数在步骤3）所述的模拟点上依次建立虚拟光源点位置点模型和目标点模型。
7.根据权利要求6所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述虚拟光源点位置点模型和目标点模型两个模拟点位于同一条基准轴上，且该基准轴所在直线依附在多面体实体模型的某一棱边；光源点***根据该车型前照灯设计标准创建灯罩、灯壳及反光面的实体结构模型。
8.根据权利要求7所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的分析方法，其特征在于：所述多面体实体模型在进行步骤5）所述的渲染计算时，在确定所述虚拟光源点位置点和目标点位置参数后，设置该实体特征处于抑制状态。
9.利用权利要求1所述的分析方法实施对铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的保护方法，其特征在于：根据权利要求1所述的分析方法确定的一种铁路车辆前照灯对公路车辆存在明显眩光危害区段的保护方法，包括增设眩光板或该区段限制前照灯工作的方式。
10.根据权利要求9所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的保护方法，其特征在于：所述增设眩光板保护方式主要包括以下步骤：
101）在步骤5）所述的明显眩光危害区段对应的铁路或公路的一侧或者两侧建模设置眩光板；
102）在步骤101）的基础上再次进行模拟计算分析验证，通过加高、加长或加密眩光板的方式，直至明显眩光危害区域消失，确定出有效眩光板的设置范围；
103）根据模拟计算的眩光板设置范围在既有线改造中安装应用，新线设计中补充眩光板设计内容。
11.根据权利要求9所述的铁路车辆前照灯对公路车辆眩光危害的保护方法，其特征在于：所述该区段限制前照灯工作的保护方式为，在本线铁路机车车辆进入步骤5）所述的明显眩光危害区段后限制该车前照灯工作，处于关闭状态，直至驶出该区段。
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Address after: 210014 No. 9, Ziyun Avenue, Qinhuai District, Jiangsu, Nanjing Applicant after: China Design Group Co.,Ltd. Address before: 210014 No. 9, Ziyun Avenue, Qinhuai District, Jiangsu, Nanjing Applicant before: CHINA DESIGN GROUP Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |