滬寧高速公路多種光源照明應(yīng)用及檢測(cè)分析

程大千 李輝 楊曉陽(yáng) 王宏偉 施剛

摘 要：文章通過(guò)對(duì)滬寧高速公路照明試驗(yàn)段中采用的LED燈、高壓鈉燈和COSMO燈等光源進(jìn)行定期檢測(cè)，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出：LED光源的照明參數(shù)及其變化情況基本滿(mǎn)足照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能性能優(yōu)于高壓鈉燈和COSMO燈；此外，針對(duì)高速公路照明檢測(cè)的實(shí)際情況與存在問(wèn)題，文章提出了高速公路照明參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試與分析，其滿(mǎn)足高速公路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的相關(guān)要求。

關(guān)鍵詞：高速公路；光源；LED；數(shù)據(jù)分析；動(dòng)態(tài)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）15-0082-03

1 概 述

為了降低夜間交通事故率，提升對(duì)應(yīng)急事件的響應(yīng)與處理能力，確保高速公路安全、有序、暢通，滬寧高速公路已完成了照明試驗(yàn)段的建設(shè)，對(duì)所應(yīng)用的各種光源的照明效果進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，可為滬寧高速公路全線(xiàn)應(yīng)用綠色照明光源提供科學(xué)的參考依據(jù)，進(jìn)一步提升運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平，推進(jìn)其綠色發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和顯著的社會(huì)效益。

由于照明試驗(yàn)段為已通車(chē)路段，在前三次照明檢測(cè)中采用封道抽樣靜態(tài)測(cè)試，但在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，受到外界干擾較為嚴(yán)重，且檢測(cè)效率低、人員安全不能保障等情況，對(duì)測(cè)試結(jié)果造成一定的影響[1]；鑒于以上原因，參考國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)照明測(cè)試成果[2-4]，研發(fā)出了一套針對(duì)高速公路照明參數(shù)動(dòng)態(tài)測(cè)試的系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，效果良好。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)概況

2.1 參考標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

本文參考標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)包括《照明測(cè)量方法》（GB/T 5700-2008）[5]、《ROAD LIGHTING CALCULATIONS》（CIE 140-2000）[6]和滬寧高速照明試驗(yàn)段的照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[7]，見(jiàn)表1。

2.2 檢測(cè)范圍

本文主要針對(duì)照明試驗(yàn)段的主線(xiàn)三種光源（LED燈、高壓鈉燈和COSMO燈）的全功率現(xiàn)場(chǎng)照明效果（照度、亮度）進(jìn)行定期測(cè)試。本文針對(duì)2013年7月、9月和2014年3月、9月進(jìn)行了4次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行研究。其中前三次采用靜態(tài)人工測(cè)試，第4次為動(dòng)態(tài)照明測(cè)試。

3 檢測(cè)結(jié)果與分析

3.1 檢測(cè)結(jié)果

本文只針對(duì)主線(xiàn)三種光源非開(kāi)口帶的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；針對(duì)第四次檢測(cè)數(shù)據(jù)將受跨線(xiàn)橋梁、可變情報(bào)板、大貨車(chē)陰影等情況影響和主線(xiàn)開(kāi)口處的路段除去后，可得到該次檢測(cè)結(jié)果。該4次檢測(cè)結(jié)果匯總，見(jiàn)表2。

3.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果比較

由表1與表2對(duì)比可知，蘇州段主線(xiàn)中分開(kāi)口帶的照度均差、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度最小值，以及2014.9的非開(kāi)口處的亮度總均勻度和亮度縱向均勻度最小值低于照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之外，其余路段的照明參數(shù)均滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

造成上述原因較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①主線(xiàn)中分開(kāi)口帶采用3盞LED燈對(duì)稱(chēng)布置，由于兩燈桿間距較寬（平均為54 m）、燈具仰角選用10 °或5 °、燈具自身配光曲線(xiàn)差異等原因，導(dǎo)致該處的照度或亮度均勻度較差；

②選擇檢測(cè)范圍的不同，前三次檢測(cè)為抽樣檢測(cè)與第四次路段全覆蓋的檢測(cè)相比，其檢測(cè)結(jié)果會(huì)存在一定的范圍波動(dòng)；

③動(dòng)態(tài)檢測(cè)提高了數(shù)據(jù)采樣頻率，其獲得的峰值比原人工檢測(cè)更能反映真實(shí)情況；

④該試驗(yàn)段已正常運(yùn)行近2年，燈具本身系統(tǒng)損耗，會(huì)造成其照明效果具有一定的衰變；

⑤第3～5車(chē)道受到周?chē)?chē)輛的影響，導(dǎo)致該車(chē)道的照度或亮度均勻度較差；

⑥不同電光源特性的影響，尤其是高壓鈉燈的頻閃效應(yīng)[8]或聲諧振特征[9]，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)試結(jié)果存在明顯地波動(dòng)，如圖1和圖2所示。

3.2.2 四次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果比較

前三次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果的照明參數(shù)變化率基本在±3%之內(nèi)進(jìn)行波動(dòng)，基本符合照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，而第四次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果中的照度均勻度（均差）、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度最小值等參數(shù)出現(xiàn)明顯的降低，其變化率達(dá)到了10%～30%，造成此情況除了2.2.1節(jié)中的原因之外，還受到燈桿陰影、實(shí)際檢測(cè)車(chē)輛與測(cè)試路段實(shí)際里程偏差、燈具配光情況等因素的影響。

3.2.3 不同光源的照明效果和節(jié)能性能分析

不同光源節(jié)能性能比較一覽表見(jiàn)表3，可知，三種光源的平均照度和平均亮度均基本滿(mǎn)足照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其排序?yàn)楦邏衡c燈>LED燈>COSMO燈；而照度均勻度和亮度均勻度則出現(xiàn)一定的波動(dòng)，其穩(wěn)定性排序?yàn)镃OSMO燈>LED燈>高壓鈉燈。通過(guò)對(duì)比三種光源的等照度或等亮度曲線(xiàn)可知，不同光源的照度和亮度分布均不相同，按分布光滑性和均勻性排序?yàn)闊o(wú)錫段LED燈>COSMO燈>蘇州段LED燈>高壓鈉燈，其中無(wú)錫段LED燈的照度和亮度分布較好，而蘇州段LED燈的照度分布較差，造成這種情況的原因可能是由于光源供電特性引起的[10]。

考慮到試驗(yàn)路段采用光源類(lèi)型、燈具功率和路面照度不同，采用單位功率密度的路面照度值作為反映不同光源節(jié)能性能的指標(biāo)，其單位為lx/W/m2[11]。根據(jù)此指標(biāo)計(jì)算2014.9檢測(cè)結(jié)果中非開(kāi)口帶LED燈、高壓鈉燈和COSMO燈的節(jié)能性能，見(jiàn)表3。

LED燈的照度-功率密度指標(biāo)分別為67.09 lx/W/m2和 50.45 lx/W/m2，節(jié)能性能比高壓鈉燈提高了37.71%和3.55%，比COSMO燈提高了62.72%和22.36%。

綜上所述，目前LED光源在滿(mǎn)足照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，其出色的節(jié)能特性，使其在道路照明應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 高速公路照明參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

針對(duì)抽樣人工照明檢測(cè)存在的諸多問(wèn)題，如需要封閉車(chē)道、效率低、易受外界干擾等，本文通過(guò)研究分析國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)照明測(cè)試現(xiàn)狀[2-4]，提出了一種適合高速公路的照明參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，如圖3所示。

本系統(tǒng)已通過(guò)南京市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)院的校準(zhǔn)鑒定，其中照度和亮度測(cè)量結(jié)果相對(duì)不確定度分別為1.4%和2.4%。

在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，針對(duì)高速公路適用性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，其在60 km/h、80 km/h和100 km/h等三種車(chē)速下的照度/亮度測(cè)量值基本一致，其中照度值偏差在±5%，亮度值偏差在±3%，屬于探測(cè)器示值誤差范圍內(nèi)。

由于受外界干擾的影響，本系統(tǒng)需對(duì)實(shí)際采集數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理的研究，一方面盡量減少外界干擾對(duì)照明結(jié)果的影響，另一方面將干擾路段的照明檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行還原呈現(xiàn)。

5 結(jié)論與建議

本文通過(guò)對(duì)滬寧高速照明試驗(yàn)段進(jìn)行為期近2年的跟蹤監(jiān)測(cè)，將實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析可知：

LED光源在基本滿(mǎn)足照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，與高壓鈉燈和COSMO燈相比，其具有更好的節(jié)能性能；

本文提出并研制出一種照明參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其最高時(shí)速可達(dá)100 km/h，滿(mǎn)足高速公路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的要求；

建議針對(duì)高速公路照明應(yīng)用和檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的燈具配光、光源頻閃及聲諧振特性、以及動(dòng)態(tài)照明數(shù)據(jù)的后處理等問(wèn)題進(jìn)行后續(xù)深入研究。

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