光污染計算軟件OLIVIA仿真評估

姚娃麗 馮嚴宵 林琦

（廣州市光機電技術(shù)研究院）

光污染計算軟件OLIVIA仿真評估

姚娃麗 馮嚴宵 林琦

（廣州市光機電技術(shù)研究院）

介紹一種室外光污染的計算、仿真評估方法，并用照度計測量光污染源對實驗對象產(chǎn)生的影響，與軟件計算的結(jié)果進行對比分析，驗證OLIVIA軟件的可靠性。

光污染；照度；OLIVIA

0 引言

近年來隨著LED照明和城市建設(shè)的快速發(fā)展，光污染問題日益嚴重，特別是城市夜景照明、戶外廣告、夜間施工照明及幕墻玻璃等，影響人們的正常生活。過度使用照明系統(tǒng)產(chǎn)生諸多問題，例如人類健康受損，生態(tài)平衡遭到破壞[1]。

國際天文界于20世紀30年代提出光污染問題，現(xiàn)在一般認為，光污染是影響自然環(huán)境，給人類生活、工作、休息和娛樂帶來不利影響，損害人們觀察物體的能力，引起人體不舒適和損害人體健康的各種光。波長10 nm ～1 mm的光輻射，在不同條件下都可能成為光污染源[2]。

目前，我國主要通過《道路照明設(shè)計標準》（CJJ45-2006）、《室外作業(yè)場地照明設(shè)計標準》（GB50582-2010）等標準和技術(shù)規(guī)范對城市室外光輻射環(huán)境進行管理，并沒有強制性的定量化光污染標準和相應(yīng)的立法，以致很多光污染糾紛無法得到妥善解決。因此，如何在城市進程化建設(shè)過程中保護人們的身心健康，已成為政府部門高度重視的問題，有效防治光污染也成為當今的一個新課題[3]。

為了更好地計算及評價光污染，美國斯坦福大學(xué)開發(fā)了光污染計算軟件OLIVIA。由于國外的經(jīng)濟發(fā)展狀況及光污染環(huán)境與中國不同，因此對該軟件的可靠性進行評價非常重要[4]。

本文以LED路燈為光污染源，采用OLIVIA軟件計算，將計算結(jié)果與實測結(jié)果對比，驗證軟件的可靠性。

1 光污染計算軟件OLIVIA

光污染計算軟件OLIVIA是為燈具制造廠設(shè)計的一款室外光污染計算軟件，使用該軟件能夠模擬各種光源，并計算出此類光源的污染狀況。它根據(jù)燈具配光曲線（IES文件）計算照度和光強，為光污染的評價提供方便。

OLIVIA計算光污染的流程（見圖1）：燈具參數(shù)導(dǎo)入→設(shè)置燈具參數(shù)→設(shè)置計算平面→計算→輸出計算結(jié)果。

圖1 光污染計算流程

2 現(xiàn)場測試方法

在某大院A4棟4樓窗戶上安裝2個LED燈具，燈具仰角為90°，視為光污染源，2個燈具的配光分布曲線如圖2所示。以A2棟窗戶為計算平面，在A2棟1～4樓每個窗戶中間使用YF 2006照度計測試照度，兩棟樓之間距離為14 m。現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)如表1所示，點7與點8之間為光源照射中心。

圖2 燈具配光分區(qū)曲線

表1 光污染照度實測數(shù)據(jù) （單位：lx）

3 計算

LED路燈的各項參數(shù)由GO-2000分布式光度計測得，通過轉(zhuǎn)換將測試數(shù)據(jù)IES文件導(dǎo)入OLIVIA軟件作為燈具資料。結(jié)合現(xiàn)場取點方法，在OLIVIA軟件中設(shè)置2燈具坐標點均為（0，0，14），燈具旋轉(zhuǎn)角度為（270，0，0），計算平面為Z=0平面。因為實測點的間隔非等距無規(guī)律，而OLIVIA軟件的被測平面取點是等間隔分布，因此列出每個被測點的坐標點，采取每個平面取一點的方法進行設(shè)置。OLIVIA軟件自動計算并顯示該平面上被測點的光污染結(jié)果，計算數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 光污染軟件OLIVIA計算數(shù)據(jù) （單位：lx）

4 結(jié)果分析及結(jié)論

對比實測數(shù)據(jù)和OLIVIA計算數(shù)據(jù)，兩者存在一定的偏差，1樓～4樓的平均照度偏差絕對值分別是4.11 lx、2.43 lx、8.55 lx、14.06 lx，但是數(shù)據(jù)變化趨勢具有一致性。實測數(shù)據(jù)照度值分布圖如圖3所示，OLIVIA計算數(shù)據(jù)照度值分布圖如圖4所示。與燈具高度對應(yīng)的樓層的照度最高，受到的光侵害最大，隨著樓層高度的遞減，照度也明顯下降，且數(shù)據(jù)在燈具兩側(cè)呈現(xiàn)對稱分布，離燈具越遠，照度越低，具有一定的規(guī)律性。

OLIVIA實測數(shù)據(jù)與軟件計算數(shù)據(jù)存在偏差的原因主要有：在垂直方向，兩棟樓的實際水平面及各自樓層高度不一致，導(dǎo)致樓層窗戶之間不對應(yīng)；在水平方向，實測點與光源的距離測量存在一定誤差，2個方向?qū)е翺LIVIA軟件中設(shè)置的取點坐標與實測點坐標存在偏差；照度計本身的誤差。綜上所述，OLIVIA光污染計算軟件是可靠的，可以對光污染的照度進行自動計算，省去現(xiàn)場實操的復(fù)雜性。

圖3 實測數(shù)據(jù)照度值分布圖

圖4 OLIVIA計算數(shù)據(jù)照度值分布圖

目前，光污染問題得到人們及政府部門的高度重視，制定光污染相關(guān)標準，規(guī)范光輻射環(huán)境管理迫在眉睫。標準的制訂首先需要對夜間光環(huán)境進行科學(xué)檢測，傳統(tǒng)的現(xiàn)場測試方法耗費人力物力，且手持儀器無法保持測量位置和測量角度的一致，造成檢測不精確。本文通過實驗驗證OLIVIA軟件的可靠性，為光污染的計算及評價提供方便[5]。

[1] 孫禮騰.LED燈具眩光特性的研究與評價[D].杭州:浙江大學(xué),2012:1-2.

[2] 張式軍.光污染—一種新型的環(huán)境污染[J].城市問題,2004 (6):31-34,42.

[3] 林曉星.建筑物外立面泛光照明光污染防治[D].廈門:華僑大學(xué), 2014:60.

[4] 蘇曉明.居住區(qū)光污染綜合評價研究[D].天津:天津大學(xué), 2011:171.

[5] 黨睿,魏智慧.城市居住區(qū)夜間光環(huán)境及光污染檢測[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2013,26(3):43-46.

Light Pollution Calculation Software OLIVIA’s Emulation and Evaluation

Yao Wali Feng Yanxiao Lin qi

(Guangzhou Research Institute of O-M-E Technology)

Introduce one kind of methods for calculating and accessing outdoor lighting pollution, then use illuminometer testing impact of light pollution. Comparing with software calculations and field tests to verify the reliability of OLIVIA.

Light Pollution; Illuminance; OLIVIA

姚娃麗，女，1986年生，助理工程師，研究方向：光學(xué)工程（LED方向）。E-mail: warryyao@163.com