道路照明动态测量探讨测量,研究,动态,道路照明,测量道路,动态测量,道路照明灯

　　图１路面照度与路面亮度路面亮度就不同了，它是光线射到路面后，部分被吸收、部分被漫反射，其中－ｄ部分 进入人眼，引起视觉感应，被人眼所“看见”，从眼睛端观察：Ｌｖ＝ｌｖｌｃｏｓａ＊ｄＡ，其中路面反射 光光强凡除了与灯具照射在该点的光强有关外，还与路面性质、观察点的坐标、光线的入射 角以及人眼的观察视角有关（见图２）。 图２路面照明观测图 路面照度和路面亮度并无准确的转换关系，它与路面位置、灯光入射角及其光强有关， 还因灯具的光强分布不同而不同，ＬＥＤ灯具配光灵活，配光正确与否影响很大。 ２．２定点观测结果是否以偏概全？ 路面亮度除了与路面性质有关外欧宝电竞，还与观测点坐标（ｘ、Ｙ、ｚ）、以及视轴（０【）有关。 ＥＮ、ＣＩＥ、ＩＥＳＮＡ以及ＧＢ规定的标准为：观测点位于观测路面前方６０ｍ、横向距右边路缘 １／４道路宽度、高度为１．５ｍ处，视轴为正前方向下１。（即观测点在正前方约８６ｍ处），见图３。 图３观测点位置图 ．３３－ ２０１４年中国照明论坛——ＬＥＤ照明产品设计、应用与创新论坛 这个规定考虑了驾驶员的观察姿态，但是它是静态的，是定点观测的状态，欧宝电竞是驾驶员在 驾驶过程中在特定瞬间观察到的路面照明情况；在这一瞬间、这一位置所看到的路面照明质 量能否代表整个路面的照明质量？很显然，这是不行的，欧宝电竞因为驾驶员在不同的位置下观察到 的路面照明情况是不一样的。 ２．３应该动态的全方位的测量路面亮度 从人因工效学的观点出发，路面照明应为驾驶员服务，应从驾驶员的需求出发，驾驶员 是在行驶过程中观察路面，是动态的、全过程的，所以只是考察特定点的亮度是不够的，应 该动态的、全方位的测量路面亮度。 ２．４失能眩光的定位和计算 判断失能眩光的观测点定位也与亮度相似，只是ＣＩＥ还规定了车辆顶棚的档光角度为 ２００。所以眩光最大处，总是出现在观测点位于灯具前方（皿１．５）／ｔａｎＯ处，０为眩光源与视 轴的夹角，略小于２００，此时眩光源之等效光幕亮度最大；计算同排灯具５００ｍ内各个眩光源 对该状态下的眩光贡献，计算到某一灯具的等效光幕亮度小于累加等效光幕亮度的２０％止， 然后求和。等效光幕亮度为： Ｌｓ＝蜀木Ｅ，沪，当０．０５ ｃｄ／ｍ２＜Ｌ。，＜５ ｃｄ／ｍ２，欧宝电竞１．５０＜０＜６０。时，Ｋｌ＝ＩＯ。 失能眩光ＴＩ＝￡。／￡ａｖ０～，Ｋ２＝６４．１＂［１＋（Ａ／６６．４）４］，其中Ａ为观测者年龄；一般以２３岁 左右为准，则Ｋ２＝６５。 ３道路照明评价现状 ３．１亮度指标的重要性已被广泛认可 自从１９７７年ＣＩＥ Ｎ０１２．２出版物发表之后，亮度指标已在道路照明中被广泛采用；２００３ 年，欧洲标准ＥＮｌ３２０１再次强化亮度要求，提出亮度计的性能要符合ＣＩＥ出版物６９：１９８７ 和ＣＩＥ出版物５３：１９８２中给出的要求；并对亮度测量提出６点注意事项；它是将亮度计置于 距离测量区域６０米处对测量区内各点进行逐点测量，再取均值。ＣＪＪ４５－１９９１也引入了亮度 标准照明动态，ＣＪＪ４５－－２００６强化了亮度均匀性的要求。 ３．２亮度测量困难 亮度测量困难，费工、费时还要封锁路面，逐格测量困难且不准；亮度配光设计更加困 难；可以看出：要满足上述要求是很难的。ＣＪＪ４５－－１９９１也引入了亮度标准，ＣＪＪ４５－－２００６强 化了亮度均匀性的要求，但是由于亮度测量的困难，便仿照欧洲，同时也给出了照度指标， ．．３４．． ２０１４年中国照明论坛——ＬＥＤ照明产品设计、应用与创新论坛 两者之间用一个系数来换算，这样便可以用照度测量代替亮度测量，大大简化了设计程序和 测量要求，深受设计人员和测量工作者的欢迎，却淡化了道路照明的本质要求即亮度及其均 匀度要求。 ３．３推行道路照明指标的双轨性，实质上推行的是以照度为基准的照明指标 国标、ＣＩＥ、ＥＮ都以亮度为基础制定道路照明标准，但是，由于亮度配光设计和测量困 难，附加推荐了照度指标，二者依据路面材料不同，给了不同的对应值。 这对于同是玻壳灯泡的各类灯具而言，具有一定的方便性（因为都无法灵活配光，其灯 具光强分布大致相同）；以照度为基础的配光设计较容易、测量方便又不受路面反射特性的 影响，设计与测量也方便，得到设计方和使用方的欢迎而被广泛采用；而几乎完全忽视了亮 度测量。 所以，道路照明指标采用的照度指标与亮度指标等同的双轨性方案，实质上推行的是以 照度为基准的照明指标１ ３．４道路照明的设计、测试和评价都应该以亮度为指标 从人因工效学的原理出发，道路照明的指标，应从驾驶员的观察需求出发提出要求；在 光的传播路径上，人眼感知到的是路面受光照射后，经过路面的吸收和反射，－ｄ部分光强 射进人眼所形成的明亮感觉，人们看到的是亮度，而非照度ｌ照度指标良好的路面，驾驶员 感觉并不一定好（见图３）。 照度均匀的路面其亮度不一定均匀上图是厦门岐山北路的照明效果图，该路段于２００９年２月下旬装灯，己连续检测了４年， 这是该路面照明的第ｎ次测量见下表。 ２０１４年中国照明论坛——ＬＥＤ照明产品设计、应用与创新论坛 地点 岐山北路第５￣６杆 测试时间 ２００９年８月２５日 １０ｍ路宽 １５ｍ 灯杆间距 ３０ｍ 灯具功率：２３３Ｗ 测量位置 ０ｍ ７．５ｍ １５ ｍ２２．５ｍ ３０ｍ 平均值 人行道 ４３．１ ３３．５ ２８．４ ３７．１ ４３．１ ３７．０４ 灯下 ４８ ３６ ３２．４ ３５．３ ４７．４ ３９．８２ 第一车道线 ４７．４ ４４ ４４．１ ５５ ４９．２ 路面平均照度 ４３．９３ 路面照度均匀度 ０．７４ 从测量数据看：路面照度均匀度相当高，达０．７４，但是从照片上看却是亮暗不均；从测 量数据看：灯下照度要比两灯之间的照度高；但是从照片上看却是灯下的亮度比较暗，而两 灯之间的亮度最高。测得的结果与看到的情况截然不同！ 采用相机拍照与人眼观察的效果相似，说明用照度测量不能反映人眼的观察效果，而且 随着观测点的变化，其照明效果也不同。 ４亮度测量的进展 ４．１ 以亮度为基础的配光设计取得进展 ４．１．１根据路面照明要求利用白适应函数建立数学模型，求出像方空间光强分布： 亮度系数为ｇ（仅，夕，），）＝ｄＬ（ａ，夕，），）／ｄＥ（ａ，，ｙ）。当ａ＝ｌ。时，照度衄可由衄 ＝（出脬）ＣＯＳ３ｙ求出，简化亮度系数，（声，），）＝ｑ（，）欧宝电竞，）＊ＣＯＳ３），，则： 血（，），）＝（ｄ／（Ｃ，】，），）木厂（，），） ＣＩＥｌ４４－－２００１提出不同路面的反射系数表（），表），采用厂（卢，ｔａｎ７）的形式表示路面的 反射性能，并在数值上放大１０００倍后以），表的格式提出，称为简化亮度系数表。依据路面照 明要求，借助ｙ表，采用遗传算法快速收敛，算出像方空间光强分布（见图２）欧宝电竞。 ４．１．２采用剪切法建立数学模型，算出透镜自由曲面 利用透镜表面的折射公式ｎ枣ｓｉｎ ｆ－ｎＩ奉ｓｉｎ ｆｔ进行建模，步骤如下： （１）用３Ｄ绘图软件生成透镜；（２）用Ｔｒｅｃｅ．Ｐｒｏ，ＺＥＭＡＸ，ＳＰＥＯＳ等光线追迹软件模 拟透镜配光效果，并生成灯具光强分布之ＩＥＳ文件：（３）将生成的ＩＥＳ文件导入ＤＩＡＬＵＸ模 拟路面照明效果。 至此建立在简化亮度系数表（丫表）基础上的亮度配光设计得到了解决。 ４．２采用成像亮度计测量路面亮度是一大进步 ２０１４年中国照明论坛——ＬＥＤ照明产品设计、应用与创新论坛 采用成像亮度计测量路面亮度更符合人眼的观察情况，而且相对于逐点测量亮度，它更 简单、省时；一幅图像就包含了路面各点的亮度信息。但是，必须指出的是图像拍摄时光轴 的位置应符合标准中规定的要求，其次是必须在图像中划出与路面测量区域相对应的区域， 从而确定测量点及其亮度值，最后算出亮度平均值，亮度总均匀度，亮度纵向均匀度等指标。 ４．３采用成像亮度计也可用来测量眩光 对图像的分析计算分两步走：首先计算眼睛视网膜周边（不含黄斑）的等效光幕亮度， 需注意的是应分别计算各个眩光源的光幕亮度，然后求和。 ４．４动态的全方位的测量路面亮度越来越受到重视 目前进行的这些亮度测量绝大多数都是定点测量，该点的位置和观测状态是相关标准（如 ＥＮ、ＣＩＥ、国标等）给出的，但是在路面各处观察到的路面亮度及其均匀度并不一样，这是 显而易见的。近年来动态的全方位的测量路面亮度越来越受到重视，因为它更符合驾驶员的 需求。以上这些成果为亮度配光设计以及动态测量路面亮度打下了很好的基础。 ５动态测量的合理性和难点 ５．１优点 （１）契合人体工效学的需求，符合驾驶员的视觉感觉 可以动态地记录下驾驶员观察到的路面亮度和路面均匀度；可以记录下驾驶员感觉到的 最大眩光在何处、有多大。 （２）客观、准确、可靠 测量的数据比逐点测量法客观，大大减少主观因素的影响，提供的是全过程、不同观察 位置的测量数据，因而准确、可靠的多。为今后开展道路照明的评价研究及灯具的光学设计 提供客观的依据。 （３）快速，不必封锁道路 往常几个小时的工作量，动态测量每条车道只要几秒钟就可以，大大降低光环境随时间 变化的影响，不必封锁道路；而且提供的信息量比往常测量提供的信息量多得多。 ５．２难题 动态测量需要解决的难题和它的优点一样突出： （１）目前，动态测量首先要满足国标和ＣＩＥ等相关标准的要求，而这些要求是基于静态 测量的条件下提出的，这和动态测量状态大相径庭，如何满足这些要求？在最早关注动态测 ２０１４年中国照明论坛——ＬＥＤ照明产品设计、应用与创新论坛量的ＥＮ标准中，提出了在动态测量时，观察者和布点可能很难或无法达到ＣＩＥ或ＥＮ等对 观察者位置和布点位置的相关要求；我们应该如何破解这个问题？ （２）为满足驾驶员的需求，动态测量除了提供定点测量中符合相关标准要求的数据外， 还要提供观测视线在经过测试路段所看到的全过程、全方位路面照明信息，以供更全面、更 完整地评价路面照明；我们要如何做到？ （３）动态测量时，测量区内有２—４条车道，每条车道起码提供十多幅路面亮度图像，每 幅图像均有“海量”路面亮度信息，如何处理这些信息？我们要的是某一时刻的路面平均亮度 值及其均匀度，还是在同一视角前提下不同时刻的路面平均亮度值及其均匀度？ 从满足标准要求出发，肯定是某一时刻下的亮度值及其均匀度。但从人因工效学考虑、 从动态观测路面出发，如何选取路面各点的亮度值？如何计算路面亮度均匀度？这里有许多 问题值得去探究和讨论；考虑是否需要对标准进行充实和修订。 （４）如何保障测量精度？观测角相差０．１。观测点相差可达９米左右，为保证动态测量 精度，其测量轴线要稳定，测量点的定位要准确，否则测量就毫无意义；我们如何保证？ （５）低亮度背景下的动态测量，如何解决“拖影’问题？因为“动态”，要求曝光时间短， 而路面反射光的亮度又很低，这对像面光敏元件—ＣＣＤ或ＣＭＯＳ的灵敏度要求很高；如何解 决图像的“拖影”问题？目前很难达到要求，有否其他解决办法？我们应该怎么解决？ 总之，道路照明动态测量优点很多，但也困难重重；不过，办法总会比困难多。大家也 一直在努力实践着。 参考文献 ［１］ＣＩＥｌ４０道路照明计算方法． ［２］ＥＮ １３２０ １—３—２００３ Ｒｏａｄ ｌｉｇｈｔｉｎｇ－Ｐａｒｔ ３：Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．［３］ＥＮｌ３２０１－４＿＿２００３ Ｒｏａｄ ｌｉｇｈｔｉｎｇ—Ｐａｒｔ ４：Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． ［４］ＣＪＪ４５－２００６城市道路照明设计标准． ［５］李铁楠．城市道路照明设计． ［６】谢尔盖．库达威，彼德．许莱柏启动优化非成像光学照明系统． ［７］应用光学与精密机械研究所，夫琅和费协会．阿尔伯特爱因斯坦．ＳＴＲ ７Ｄ．０７７４５．德国 道路照明动态测量探讨作者： 作者单位：叶荣南厦门市光电子行业协会， 叶丹厦门市元谷信息科技有限公司 引用本文格式：叶荣南叶丹 道路照明动态测量探讨[会议论文] 2014

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