研究不同色溫LED光源在道路照明中的適用性

馬安濤

摘 要：不同光源色溫對于人的身理與心理反應、視覺功效具有重要影響，并直接關系著道路照明質量與安全性。隨著具有環保、節能效益的LED光源在道路照明工程中的不斷應用，其多元化的色溫在道路照明中的適用性成為了道路照明研究的重點。基于此，文章以視覺功效法為主要手段，測試了LED光源在其不同的色溫值下的反應時間，以獲得與道路照明具有良好適用性的光源色溫數值。

關鍵詞：色溫；LED光源；道路照明；適用性

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0142-02

1 測試方法與設備簡析

1.1 測試方法分析

文章在對LED光源在測試不同色溫下的反映時間時，主要是以視覺功效法為載體開展，主要測試在視標偏心度、對比度以及背景的亮度等照明條件下，若背景中出現一個目標障礙物，判斷人的眼睛對于這一隨機出現的物體的反應時間。經研究顯示，人眼若處于中間視覺范圍之內，那么其對背景中隨機出現的目標障礙物的反應時間主要與背景環境中的視標對比度及其亮度等有直接關系。同時，人的身理與心理因素，如大腦的興奮度、注意力集中狀況等對人的反應時間也具有重要影響，人眼的視覺功效在這些因素影響下也會呈現出不同的變化情況。由此可見，運用視覺功效法進行反應時間的測試，是一種比較有效且可行的判斷與評價的方法。

1.2 測試設備分析

①iViewX眼動儀。在該儀器的專用頭盔之上，裝設了一種微型的攝像裝置，該攝像設備形狀呈眼罩狀，主要用于快速精確地對眼球的運動情況及其視野變化情況進行捕捉與紀錄。同時，此眼動儀還配備有視頻采集裝置，可對場景信息進行實時采集，以便開展進一步研究。在測試實踐過程中，被測人員戴上裝設了紅外攝像頭與半反半透鏡的頭盔，在背景中有目標障礙物產生時，攝像頭記錄其一部分在觀看目標事物時經過半反半透鏡而反射的視線，以及眼珠的實際運動狀況，如瞳孔直徑或者眼珠的垂直、水平運動的速度等。同時，另一個攝像頭的主要作用在于對被測人員注視的目標實物圖像的位置進行捕捉與紀錄，獲取其精確位置。在操作實踐中，此儀器主要對被測試人員的在不同的亮度環境下的眼球運動情況與瞳孔的變化數據進行測量。

②道路照明反應時間測量裝置。該裝置分別由強弱光燈箱（用于LED光源安裝，以滿足高、低亮度之下的測量實際需求）、測量控制儀器、光學系統（將散發的光匯聚為平行光束）、監控儀（控制亮度變化）與觀測箱等組成，測量精度高。運用該測量裝置進行測量時，可通過LED燈等光源產生處于中間視覺范圍之內的背景光，同時選擇各種不同的卡紙，將其作為視標準，對道路環境在夜間可能出現的目標實物進行模擬測量。其中，視標亮度變化范圍為0.4-56 cd/m2，0.2-80 cd/m2。在測量實踐中，被測人員戴上iViewX眼動儀，在視標亮度<視覺環境亮度的測量情況下，對于背景環境中出現的隨機視標在第一時間之內做出反應，并記錄測量的瞳孔信息與視覺反應時間，最后分析測試結果，總結在LED光源的不同色溫條件下視覺反應時間的變化情況。

2 實驗分析與數據處理

2.1 LED光源色溫值測定

運用道路照明裝置對五位具有矯正視力以及正常色覺的被測人員在不同視標對比度、偏心度以及LED光源的不同色溫的情況下進行反應時間測試，測試中分別設置了五個光源色溫值：1 650 k、2 230 k、3450 k、4 200 k以及4 700 k，四個背景亮度：0.5 cd/m-2、0.75 cd/m-2、1 cd/m-2、1.5 cd/m-2，視標對比度為-0.4，視標偏心角為0?與10?與-10?。其中，除了1 650 k色溫光源為HPS之外，其余色溫光源均為LED光源，測試實驗環境模擬與夜間相似的暗環境，五位被測人員視覺與環境相適應，且心態平和、穩定。主要的測量數據結果與被測者的反映時間變化情況可見表1與圖1。

根據圖1中被測者反應時間的變化趨勢可以看出，當LED光源的色溫在2 500～4 000 k時，被測者對視覺環境中障礙物的反應時間都比較小，在3 500 k左右時，具有最短的反應時間（<150 ms），在這一色溫值上，被測者能夠獲取最佳的視覺功效。值得注意的是，在測試過程中，雖對測試試驗的各環節的誤差影響因素都進行嚴格控制，但在測試過程中，測試者的身理誤差影響因素較多，且可控性較小，因此，反映在圖1中就表現出：隨著色溫的變化，被測者在四種LED光源亮度之下的反應時間稍有差異，如當LED光源亮度為0.75時，與其獲得最短的反應時間相對應的色溫值卻高于3 500 k，但這一誤差對結果分析不會產生太大的影響，處于誤差允許范圍之內。

2.2 道路照明檢測

根據以上測量結果，當色溫值處于2 500～4 000 k范圍之內時，被測者可獲得較短的反應時間，且于3 500 k時獲得的視覺功效最好。據此，本文選擇色溫值為3 500 k的LED光源對某1 km的道路路段實施了照明現場檢測，主要運用常規檢測法對該道路路段的照明質量，如路面平均亮度與均勻亮度以及路面平均照度與均勻照度等，其檢測結果可見表2。

由表2中的數據可看出，該道路路段的照明的各項指標均與國家標準（CJJ45-2006）相符合，該道路路段的照明質量達標，節能效果滿足要求。

此外，本文還運用了“安全停車視距”的方法對該道路路段在該色溫LED光源之下的行車安全性進行了檢測，分析被測者在夜晚駕駛的情況下，于安全的視覺距離之外，能否及時發現與處理道路中的障礙物。在測試之前，將較小的障礙物設定為0.04 m2的大小，設其漫反射比為0.2，由于該路段設計的勻速行駛速度為45 km/h，依據CJJ45-2006中的停車視距表，將其安全停車視距設置為45 m，運用眼動儀實施跟蹤檢測，并運用其配套軟件對受測者的視線活動進行動態分析，若規定的安全視距≤被測者停車實距，則表明該道路路段的安全性能夠得到保障。檢測結果如表3所示。

由表3中被測者的停車實距檢測結果可知，這三位被測者在3 500 k色溫的LED光源之下，對最小目標障礙物的實際發現距離多在57～67 m之內，這一停車實距均高出了規定安全視距值，由此可見該道路路段在3 500 k色溫的LED光源之下，能夠確保行車的安全。

通過上述的道路照明質量檢測與道路行車安全性檢測，并結合對被測者的身理與心理因素的分析可知，在色溫值為3 500～4 000 k的LED光源之下，該道路路段的照明質量與行車安全都與規范要求相符合。可見在道路的照明應用中，3 500～4 000 k色溫值的LED光源可適用于實際道路照明之中。

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