LED道路照明中“照度”與“亮度”評(píng)價(jià)體系的應(yīng)用探討

李 瑤，林海闊，李 濤，朱繼紅，許 敏

(1.蘇州市城市照明管理處，江蘇蘇州 215005；2.山西光宇半導(dǎo)體照明股份有限公司，山西臨汾 041000)

LED道路照明中“照度”與“亮度”評(píng)價(jià)體系的應(yīng)用探討

李 瑤1，林海闊1，李 濤1，朱繼紅1，許 敏2

(1.蘇州市城市照明管理處，江蘇蘇州 215005；2.山西光宇半導(dǎo)體照明股份有限公司，山西臨汾 041000)

對(duì)LED道路照明效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，照度和亮度都是重要的指標(biāo)，相應(yīng)的兩個(gè)評(píng)價(jià)體系各有其優(yōu)勢(shì)和不足。我們結(jié)合多年的LED道路照明實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)兩個(gè)評(píng)價(jià)體系在LED道路照明中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)單的探討。

道路照明；評(píng)價(jià)體系；照度；亮度；LED照明

引言

LED道路照明領(lǐng)域中，標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)、產(chǎn)品開發(fā)、道路應(yīng)用三者相互影響，互相推動(dòng)，促進(jìn)了LED在道路照明領(lǐng)域的成熟應(yīng)用[1-6]。回顧LED道路照明發(fā)展過程，照度評(píng)價(jià)體系和亮度評(píng)價(jià)體系一直在標(biāo)準(zhǔn)中并行存在，但如何正確應(yīng)用兩個(gè)體系指導(dǎo)照明使用效果，在不同的發(fā)展時(shí)期認(rèn)知也在不斷發(fā)生變化。我們結(jié)合多年LED道路照明實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)照度評(píng)價(jià)體系和亮度評(píng)價(jià)體系在道路照明中的應(yīng)用情況進(jìn)行梳理，為使用兩個(gè)體系對(duì)道路照明進(jìn)行評(píng)價(jià)提供一些借鑒。

照度評(píng)價(jià)體系反映的是客觀物理測(cè)量值，照度值只和燈具本身的光度特性以及該點(diǎn)相對(duì)于燈具的幾何位置有關(guān)，不能準(zhǔn)確反映人眼接收到的實(shí)際的光；而亮度評(píng)價(jià)體系反映了駕駛者接收到的光，比照度評(píng)價(jià)體系更能表達(dá)出人對(duì)光的感覺。但另一方面，亮度受燈具的配光、燈具的安裝方式、被照射面反光特性等因素的影響巨大，隨著使用環(huán)境的變化，例如路面磨損程度、路面的干濕狀態(tài)、路面的起伏程度等，盡管燈具本身性能參數(shù)不變，但亮度評(píng)價(jià)體系中的參數(shù)會(huì)隨著周圍環(huán)境等的不同而不斷變化。這對(duì)采用亮度評(píng)價(jià)體系對(duì)道路照明狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)提出了挑戰(zhàn)。

1 照度評(píng)價(jià)體系應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與不足

首先路面平整度與材質(zhì)變化幾乎不會(huì)影響到照度數(shù)值，容易找到合理且能代表大多數(shù)情況的路段，通過測(cè)試照度值對(duì)整條道路的照度情況進(jìn)行描述比較合理。照度測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試儀器易操作，測(cè)試人員經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就能夠掌握測(cè)試方法和測(cè)試儀器，更具有現(xiàn)實(shí)操作性。

其次，在位置固定的前提下，照度值的變化可以反應(yīng)燈具自身的光通量變化；例如：照度衰減情況與燈具的光通量變化和燈具的污染程度相關(guān)，在無法通過光通量測(cè)試評(píng)價(jià)燈具光衰的情況下，照明現(xiàn)場(chǎng)可以通過照度值的變化對(duì)燈具的光衰情況進(jìn)行評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。

但是，照度評(píng)價(jià)系統(tǒng)測(cè)試的數(shù)據(jù)存在一些弊端：該數(shù)據(jù)僅能代表路面物理照明情況，道路的照度數(shù)據(jù)好，不能反映駕駛員實(shí)際感受到的道路照明質(zhì)量，有些時(shí)候雖然照度值非常好，但實(shí)際照明效果卻不能令人滿意。例如：圖1中A光型和B光型，兩者的照度值相同，但是反映到道路上亮度差距20%以上。而亮度值更能反映駕駛員實(shí)際的感受，對(duì)比這兩個(gè)光型，A光型顯然比B光型更讓駕駛者感覺亮。

圖1 A光型和B光型的相關(guān)參數(shù)Fig.1 Parameters of A and B light types

2 亮度評(píng)價(jià)體系應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與不足

亮度測(cè)試最大的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)出的數(shù)據(jù)反映了駕駛員實(shí)際感知到的照明效果，特別是亮度均勻度和縱向亮度均勻度的數(shù)值高就一定可以代表所測(cè)試路段照明質(zhì)量高等。

但是，采用亮度體系弊端也很大：首先是受燈具的排布位置、所選路面的平整度和材質(zhì)，測(cè)試的數(shù)據(jù)能夠代表所選的路段，但對(duì)整條道路的數(shù)據(jù)，需要多選一些不同情況的路段來測(cè)才會(huì)更準(zhǔn)確。而且，亮度設(shè)備的調(diào)試過程較為復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中用于設(shè)備調(diào)試的時(shí)間幾乎占到測(cè)試時(shí)間的80%。在調(diào)試過程中，只要有一個(gè)車輛從遠(yuǎn)處開來，就會(huì)導(dǎo)致儀器曝光過度而得不到數(shù)據(jù)，最后就是處理數(shù)據(jù)的時(shí)候有可能與實(shí)際看到的有差別，有時(shí)肉眼看到路面很均勻，但實(shí)際測(cè)的時(shí)候，某一小塊有黑斑就導(dǎo)致整體均勻度數(shù)值很差。例如：輪胎痕跡、坑洼或者坡度導(dǎo)致反光方向發(fā)生變化，進(jìn)而影響到測(cè)試數(shù)據(jù)。

其次，簡(jiǎn)化亮度系數(shù)體系的選擇對(duì)光型設(shè)計(jì)和道路亮度值的模擬產(chǎn)生影響。造成計(jì)算值和實(shí)際值之間的差異較大。在我們進(jìn)行道路光型設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)根據(jù)路面的反光性能對(duì)路面進(jìn)行分類，而實(shí)際上路面各部位的反光性能都有所差別，而且由于道路的磨損、破裂及天氣條件的變化，道路路面的反光性能時(shí)時(shí)會(huì)變化。因此，為了實(shí)用的目的，研究者根據(jù)路面特點(diǎn)對(duì)道路進(jìn)行了分類。20世紀(jì)70年代CIE提出了R系列和N系列的標(biāo)準(zhǔn)路面。1984年又推出了C分類系統(tǒng)。盡管R系列和C系列更為接近，但在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)及道路照明計(jì)算時(shí)，采用同一個(gè)光型但選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)的路面對(duì)亮度結(jié)果的影響也很大。如圖2所示，同樣的配光和光通量，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)路面從C1變化到C2，從R1變化到R3，平均亮度降低了40%。而采用C系列和R系列，當(dāng)R3路面的縱向亮度均勻度為0.81時(shí)，同樣的配光在C2路面只有0.74。而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，路面究竟是C1 R1還是C2 R3或者兩個(gè)系列都不能涵蓋，對(duì)從業(yè)者的專業(yè)能力提出了更高的要求。因此，采用模擬計(jì)算事前進(jìn)行道路照明的亮度計(jì)算，環(huán)境參數(shù)控制不好，計(jì)算與實(shí)際測(cè)試結(jié)果的誤差會(huì)很大。

圖2 同樣的配光和光通量，不同標(biāo)準(zhǔn)路面的照明效果Fig.2 Lighting effect of various standard road surface with the same light distribution and light flux

3 結(jié)束語

綜上所述，在道路照明評(píng)價(jià)體系中，照度體系和亮度體系都有其顯著的優(yōu)勢(shì)和明顯的不足：照度測(cè)試客觀穩(wěn)定但不能代表駕駛者的實(shí)際感受；亮度測(cè)試能夠更準(zhǔn)確的反映駕駛者對(duì)實(shí)際道路燈光的感受。但是，亮度系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)較差，受環(huán)境影響大；且模擬結(jié)果與模擬條件的選擇有關(guān)，參數(shù)選擇不合理，會(huì)造成模擬值與實(shí)際值之間的差異較大，失去了模擬計(jì)算對(duì)照明工程實(shí)施的指導(dǎo)作用。因此，在道路照明評(píng)價(jià)中，照度系統(tǒng)與亮度系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)并行使用，可以針對(duì)不同的照明結(jié)果選擇不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)道路照明效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

[1] 郗書堂，胡培生，李景色，等. 路燈. 第2版.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[2] 李鐵楠.關(guān)于修編CJJ45《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的說明[J].照明工程學(xué)報(bào),2016,27(4):8-11.

[3] 李本亮,谷歷文.LED道路照明路面照度測(cè)試系統(tǒng)的研制[J].照明工程學(xué)報(bào),2016,27(2):49-53.

[4] 王少雷,張莉,李敏,等.基于LED道路照明的偏光透鏡設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào),2014,25(6):79-84.

[5] 姜言泉，高尚，邵新鵬，等.LED、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈道路照明效果的研究[J].照明工程學(xué)報(bào),2015,26(3):90-92.

[6] 朱應(yīng)昶，肖輝.城市道路照明智能化研究[J].照明工程學(xué)報(bào),2017,28(5):16-19.

DiscussionontheAppicationofIlluminanceandLuminanceEvaluationSystemsintheLEDRoadLighting

LI Yao1, LIN Haikuo1, LI Tao1, ZHU Jihong1, XU Min2
(1.SuzhouUrbanLightningAdministrationOffice,Suzhou215005,China；2.ShanxiGuangyuLEDLightingCo.Ltd.，Linfen041000,China)

Illuminance and luminance are the two important index in the evaluation of LED road lighting effect. Advantages and disadvantages exist in the two evaluation systems. Combining with the many year’s application experience in the LED road lighting, we discussed the applcation of the two evaluation systems in the LED road lighting.

road lighting;evaluation system;illuminance;luminance;LED

項(xiàng)目資助：蘇州市科學(xué)技術(shù)局2016年度蘇州市科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目(民生類)(SS201617)

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.06.020