機動車交通道路照明標準探討

周廣郁

(南昌市路燈管理處，南昌330000)

0 引言

道路照明定義:根據道路使用功能，城市道路照明可分為主要供機動車使用的機動車交通道路照明和主要供非機動車與行人使用的人行道路照明兩類。機動車道路照明是在道路上設置照明器為夜間行駛的車輛和行人提供必要的可見度，通過道路照明改善交通條件，減輕駕駛員疲勞，并有利于提高道路通行能力和保證交通安全及美化市容。

機動車道路照明目的:在城市的機動車交通道路上設置照明是為機動車駕駛人員創造良好的視覺環境，以求達到保障交通安全、提高交通運輸效率、降低犯罪活動和美化城市夜晚環境的效果。

機動車道路照明質量評價指標:機動車道行駛中駕駛員的駕車行為是一個復雜的人機交互過程，在這個過程中駕駛員必須連續地采集大量信息:方位、線型、路況、周圍車輛、環境和行人等，并且需要對這些龐大的信息進行快速處理，及時作出正確判斷并采取措施。機動車道路照明主要是夜間為機動車駕駛員提供良好的視覺條件。因此城市機動車交通道路照明應以路面平均亮度，路面亮度均勻度(道路路面亮度總均勻度Uo與縱向亮度均勻度UL)，眩光(眩光閾值增量TI%)，環境比SR，視覺誘導性為照明質量評價指標。CJJ 45—2006《城市道路照明設計標準》對機動車交通道路照明標準規定見表1。

1 機動車道路照明質量評價指標探討

針對表1道路照明質量標準的一些規定和容易造成的誤解逐一探討。

表1 機動車交通道路照明標準值

1．1 平均亮度和照度

光射入人的眼睛所產生的視知覺，是看見明暗(光覺)，形狀(形態覺)、顏色(色覺)、運動(動態覺)和物體位置的遠近深淺(深度覺和立體知覺)等知覺的綜合。人類視網膜的感光細胞有兩種:桿狀細胞與錐狀細胞。在視網膜邊緣部位桿狀細胞占多數，中央則錐狀細胞占多數。這兩種細胞對光的感受性是不同的。桿狀細胞對光的感受性很高，而錐狀細胞對光的感受性很低。因此在微弱的照度下，只有桿狀細胞工作，錐狀細胞不工作。隨著亮度不斷增加，錐狀細胞的作用逐漸增大。當亮度達到幾個cd/m2以上時，錐狀細胞將起主導作用，而桿狀細胞則基本不起作用了。另外，桿狀細胞不能分辨顏色，只有錐狀細胞感受光刺激時才有色覺。在照度較高的條件下，眼睛處于明視覺狀態，錐狀細胞工作，視覺清晰，富有層次并產生色感。各種波長的光混合起來使顏色變淡，甚至變成“非彩色”，人們的眼睛不能分辨混合光中不同波長的光。在低照度，眼睛處于暗視覺狀態，桿狀細胞工作，沒有色感，其特點是用視覺中心觀察物體時反而不如用眼角觀察清楚。機動車道路照明屬于中間視覺(亮度百分之幾cd/m2～幾個cd/m2之間)，兩種視覺細胞同時工作，對波長為507～555 nm范圍的綠光最敏感。如果照明光源光譜與敏感波長一致，則視覺效率最高。駕駛員在夜間駕車時，并不需要對路面相鄰區域的相對亮度進行視覺評估，更重要的是能夠察覺和辨別處于視覺極限條件下的物體。人眼對亮度的敏感度不是線性關系，當亮度增加到一定視覺閥值后，就進入“視覺鈍區”，在路面平均亮度為1．5～2．0 cd/m2時，正好位于人眼的中間視覺范圍。當亮度大于2 cd/m2時，即使再增加路面亮度對視覺功能的提高作用也不明顯，當超過3．0 cd/m2時就已經不屬于中間視覺環境的亮度范疇了。但實際上一些道路的照明水平嚴重超標，過度的照明既浪費能源還可能造成眩光危險。當然由于表1中道路照明標準值規定的是維持值，這一數值基本上是滿足機動車駕駛員視覺作業要求的合理數值。需要提醒的是一般新建道路照明工程剛剛竣工驗收的現場檢測數據應優于表中規定值，相關數據的維持值可以用現場數據乘對應維護系數得到。

對于被照物體，亮度值表示物體被照后在視線方向上發出的光能量強度;照度值表示被照物體接收到的光能量的面積密度。在機動車道路照明中，直觀進入人眼睛的是亮度，照明效果的好壞主要是由亮度值來決定。機動車交通道路照明指標歷經了照度、亮度、舒適度指標的過渡，目前考慮亮度照明指標的現場測試不如照度指標的測試容易，國標依舊保留了亮度、照度兩套照明標準值。傳統光源燈具對路面平均照度與平均亮度粗略換算系數E/L=π/ρ，ρ是路面反射系數，瀝青路面E/L可取15，混凝土路面E/L可取10。

1．2 亮度總均勻度和亮度縱向均勻度

在機動道路照明設計中我們常常最注重的是路面亮度總均勻度，即路面最小亮度與平均亮度比值在規定值內，而且通常也是用各種手段先去滿足路面照度均勻度。但做到路面上等照度時，往往發現在路面上會有明暗間隔的條紋光斑出現，也就是常說的“斑馬效應”。為避免“斑馬效應”需要使同一條車道中心線上的最小亮度和最大亮度的差別不能過大，也就是達到表1中路面亮度縱向均勻度的要求。注意這與亮度總均勻度的區別，那個是最小值比平均值，這是最小值比最大值。在實際機動車道路照明中亮度縱向均勻度指標完全達標還有不小困難。

1．3 眩光

所謂眩光，就是因為在視覺范圍內出現了非常高的亮度或者是亮度對比度。眩光分失能眩光和不舒適眩光兩種類型，前者影響人體的正常視覺功能，但人眼不一定感覺到不舒適;后者恰相反，不一定影響人眼的視覺功能，但讓人眼感覺到不舒適。為了對行車時信息做出快速篩選、判斷和操作，提高道路照明質量，尤其應減少光幕亮度，即減小失能眩光對道路照明安全的影響程度，保證交通安全。目前按照國內燈具的配光參數，普通路燈的安裝高度不宜大于15 m。燈具的安裝仰角不應超過15°(垂直道路方向)，縱向(沿道路方向)發光角度不應大于120°，如果角度再大，則可能會對司機視覺產生影響，也就是眩光。

當然適度的眩光不是壞事，可以增減空間的個性，相對空間也會變得很有凝聚力。但在道路照明中有一種誤解，以為光源越多、表觀面積越大，照明效果越好，實際上這只是滿足人們視覺感觀的要求，對提高照明效果并無多大好處。發光點的增多、發光面的增大，反而讓人注意力不集中，加大光干擾的機率，對安全造成隱患。所以道路照明路燈燈具在保證照明效果前提下能少則少，尤其是在立體交叉的照明中，不宜設置太多的燈具，應優先考慮采用高桿照明。在滿足功能要求的前提下盡量做到美觀，決不能因追求美觀而犧牲道路照明的功能。但現在一些城市立交橋的照明往往是燈具廠家以效果圖做設計，分管領導定方案，最后走下程序就施工，仿佛是推銷燈具。一些城市交通樞紐立交節點的照明常常是被各式投光燈具、變色光源裝扮得流光溢彩，對眩光卻全然不顧，如圖1。實際上立交橋的照明，一要避免給在橋上行駛的車輛造成眩光;二要避免在與其連接段或鄰近的道路造成眩光;三要避免給橋下的車輛或船只造成眩光。

圖1 立交橋照明

1．4 環境比

機動車道駕駛員，關鍵是察覺路面障礙物的存在，了解障礙物的形體輪廓和移動情況或趨勢，隨時掌握道路及其設施的情況，以及在駕駛過程中保持一定的舒適感。駕駛員辨別路面的物體(或障礙)是靠物體與路面亮度的差異來完成的。當物體亮度高于路面亮度時是正對比;當物體亮度低于路面亮度時是負對比。機動車道路照明中主要使用的是負對比，是感知路面上的亮度。為此如果道路上物體能以明亮路面為背景，將很容易被駕駛員看到，但靠近路邊及道路轉彎處的物體，則是以道路周邊環境為背景的，為了看清這些物體，道路周邊環境的照明就顯得很有必要了。為此最新道路照明設計標準相對以前標準增加了環境比的要求，對辨識靠近路緣的路面障礙物和判斷路面外可能產生的干擾有重要作用，從某方面說也是道路照明舒適性的指標。

由于環境比計算定義是“相鄰兩根路燈燈桿之間路邊5 m寬區域內的平均照度與道路內由路邊算起5 m寬區域的平均照度的比值 ”，于是有些道路照明設計不顧路燈桿的安裝實際位置，都采用雙挑路燈，環境比計算數值是達到了，卻造成靠道路內側的那部分照明不僅完全是浪費，甚至成為光污染、光干擾。如圖2的情況，道路內側的照明沒有必要，這種浪費完全可以避免。

圖2 道路內側照明

1．5 視覺誘導性

沿著道路恰當選擇和安裝燈桿、燈具，給駕駛員提供有關道路前方走向、線型、坡度等視覺信息，稱其為照明設施誘導性，誘導性是一項重要的評價指標，但由于它不能用光度參數表示，在指標中應單獨提示。

在夜晚未被照亮的道路，視覺引導被局限于汽車前照燈所照射的范圍之內。有照明的道路則為了提高視覺引導性，一般是沿著道路走向緊密地布置道路照明，以有助于道路使用者的安全與便利。對于一些彎道和交叉的道路來說，良好的視覺引導更為重要。為了防止錯誤引導，在進行道路照明設計時，在有中央隔離帶和分隔車道的道路上，宜將燈桿布置在中央隔離帶上，以利于視覺引導;在彎道處，燈桿應布置在彎道外側，以清楚地顯示道路走向;在不同道路上盡可能采用顏色特性不同的光源或不同桿型、不同布局的燈具進行照明，以清楚地指示出不同的道路，提高視覺誘導性。

1．6 光色

良好的照明不僅僅局限于滿足人們視覺功能要求，還應對人類健康、舒適乃至幸福感產生積極作用，特別是應符合生物的晝夜節律，滿足人體的心理和生理需求，如光色愛好、生命節律等。光源的顯色指數和色溫都是色度學參數，與發光效率這一光度學參數沒有關系。表1雖然沒有對機動車道路照明光源的光色提出規范性要求，但光源的光色好壞和穩定性影響著照明的質量。

人對光色的愛好同照度(亮度)水平有相應的關系，而亮度值取決于物體表面照度、光源的光譜分布及物體表面本身的光學特性，如物體的顏色、反光性能等。人的亮度感覺取決于亮度值和光源的光譜分布。光源色溫不同，光色也不同。色溫在3 300 K以下有穩重的氣氛，溫暖的感覺;色溫在3 000～5 000 K為中間色溫，有爽快的感覺;色溫在5 000 K以上有冷的感覺。光源的光譜分布決定光源的光色(色溫)和顯色性。同樣亮度值的被照物體，光源的色溫越高，亮度感覺越高，人眼對高色溫的照明感覺會更亮。目前運用于道路照明的大功率LED路燈大多是白光，這點有利于LED路燈的推廣應用和照明節能。

有人說“高壓鈉燈的黃光在霧霾中穿透力比LED的白光強”，實際是沒有充分根據的，從光的消失取決于物質對光的吸收和散射兩個因素來判斷，在可見光范圍內兩者的穿透力是一樣的，只是在霧氣背景里，黃光源更容易看清，并非黃光照明的道路更亮更清。圖3為高壓鈉燈和LED燈代表的黃白光色對比效果，白光照明的道路顯然更亮，黃光的光源更清晰可見。

2 機動車道路平交路口設計要求

機動車道路平交路口平均照度要比直線段提高50%，在平交路口轉彎半徑中心點建議設計中桿投光照明。交會區照明宜采用照度作為評價指標，交會區的照明標準值見表2。

表2 交會區照明標準值

值得注意的是當駕駛員從照明水平較高的道路轉入照明水平較低的道路時，存在著一段時間盲區，往往導致駕駛員對交通和道路異常情況判斷遲緩，極易引起交通事故。所以在照明設計時不僅僅對交會區要按表2提高照度水平，對每條連接交會區的機動車道路端口的路燈安裝間距也應適當縮短，加強照明，使從交會區的照明水平能平緩過渡到連接的各條道路。

3 小結

機動車道路照明功能性是第一的，進一步還應考慮營造的光環境品質，而且這兩點都應該以照明節能為前提。在改善城市夜晚環境的同時，努力減少人工照明對城市夜環境的影響，適應各種道路情況的照明需要，同時避免對城市棲息動物和生長植物的過度人為干擾。

機動車道路照明的設計應符合我國城市化和全球化進程的需要，以人為本、充分考慮消費批評問題，改進和優化照明產品功能，如人性化設計、交互設計和可行性設計，使道路照明更舒適、便利、經濟、安全。

［1］ 陳小豐．建筑燈具與裝飾照明手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社．2000

［2］ CJJ45—2006城市道路照明設計標準

［3］ 葉榮南．路燈的照明機理及LED路燈性能釋疑［J］．中國節能照明，2010(3):10～14