戶外LED廣告屏色光侵擾問題調查研究

李娜，張明宇

(天津大學 天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，天津 300072)

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戶外LED廣告屏色光侵擾問題調查研究

李娜，張明宇

(天津大學 天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，天津 300072)

近年來LED廣告屏在城市中廣泛使用，但居住區周圍布置的LED廣告屏在夜間對居民形成了強烈的色光侵擾。為了明確LED廣告屏形成的色光侵擾程度及其防控措施，以北京、天津地區17處LED廣告屏及受其侵擾的居住建筑為研究對象，展開主觀問卷調查，并現場測試LED廣告屏侵擾光的色坐標、亮度等參數，獲得187份調查問卷及288組測試數據。通過對比分析主觀問卷和測試數據，明確了LED廣告屏的主要侵擾因素為LED屏與居住建筑的相對位置關系、LED屏侵擾光亮度水平及其數值變化和LED屏的光色交替變化，提取了各侵擾色光的波長及亮度數值范圍，提出了對LED屏幕設置的建議。

光侵擾；主觀問卷；測試；亮度；色彩

近年來，隨著LED技術的不斷發展，LED廣告屏因具有發光面積大、亮度高、瞬時變化大和色彩飽和度高的特點日漸普及，但這些LED廣告屏對夜間環境產生了較強的光污染。由LED廣告屏引起的光侵擾有其自身特性，既包括較高的亮度水平，也具有不同的光色，并時時發生變化。

目前，學術界關于色光對人的影響已積累了一定的研究成果。主要體現于色光對人的影響、光侵擾的相關規范等。一方面，部分學者研究了色光對人的情感產生的影響，主要包括景觀照明色彩偏好、室內照明對人情緒的影響等。肖俊宏等[1]研究了景觀照明設計的色光偏好，提出色光的明度對色光情感的影響最大、色相的影響較小，給出了不同彩色光正、負向情感對應的亮度參考值，并建立了基于心理計量尺度的單色光情感及情感因子預測模型；張明宇等[2]對商業區室外商業展示照明中使用的彩色燈進行數據采集，結合主觀評價實驗得到情緒評價系數，情緒調節和初步量化評價公式；安平等[3]對天津市歷史風貌建筑景觀照明色光情感表現進行了研究，歸納出景觀照明中典型光源色光的不同適應性；劉鳴等[4]通過實驗模擬不同閃光頻率的靜動態彩色光給人帶來的視覺、心理和情緒等方面的影響，總結了顏色、動態等因素對人的視覺干擾和情緒反應；牛盛楠等[5]提出科學地控制色光與建筑材料的合理選用及搭配的重要性；薛涵君等[6]提出光的顏色變化對人情緒有顯著影響，并總結了紅、綠、藍、黃4種彩色LED燈光對人的情緒影響；Liu等[7]、Knez等[8]對室內彩色光照明對人情緒的影響進行了較為深入的研究，為營造良好的室內光環境提出了相應建議。另一方面，一些學者基于色光對人體生物效應的影響進行了研究，Caldwell等[9]對受試者在紅色光、白色光和藍色光下生理指標的影響進行了研究，提出各色光對人產生的影響不一致，偏暖色光比偏冷色光更容易激發人們的情緒。柴穎斌等[10]用受測者的心率及其變化率來評價低照度彩色光對人的非視覺生物效應的影響，指出不同顏色的光所引起的心率變化存在差異，但不同彩光引起的心率變化之間并沒有出現顯著性別差異。而在色光侵擾研究方面，于娟等[11]、李娜等[12]將在亮度侵擾基礎上疊加了光色因素的光侵擾形式定義為色光侵擾，測試總結了色光侵擾亮度和主波長的參數范圍，針對天津地區LED廣告屏對居民的色光侵擾做出了初步探討，并總結出針對天津地區LED廣告屏光侵擾的亮度范圍、主要侵擾光色等數據。在控制光侵擾的技術文件和標準規范方面，當前尚沒有專門針對色光侵擾的具體規范，相關指標要求均參照光侵擾的技術文件和規范標準，如國際照明委員會(CIE)150號技術文件《Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations》[13]、中華人民共和國住房和城鄉建設部頒布的行業標準《城市夜景照明設計規范》(JGJ/T 163—2008)[14]、北京市市政管理委員會頒布的地方規范《北京市戶外電子顯示屏設置規范》[15]及上海市質量技術監督局頒布的地方標準《公共場所發光二極管(LED)顯示屏最大可視亮度限值和測量方法》(DB 31/708—2013)[16]。由此可見，當前對居住區色光侵擾的相關指標研究成果較少，而現行的標準規范也不能完全適用于城市居住區的色光侵擾現狀。因此，對LED廣告屏這一典型色光侵擾問題的研究工作十分必要和迫切。

筆者研究的LED廣告屏是設置在城市戶外固定位置用于發布廣告和信息的全彩LED顯示屏。選取北京、天津地區17處LED廣告屏及受其光侵擾的居住建筑，對LED廣告屏亮度、畫面顏色等參數測試，并進行居民問卷調查。將周圍居民主觀調查問卷結論與測試數據相結合，分析北京、天津地區LED廣告屏對居民的色光侵擾程度及主要侵擾因素，獲取各侵擾色光的波長及亮度參數范圍。

1 主觀調查及數據測試

采用主觀調查問卷和客觀數據測試的方法，針對LED廣告屏及受侵擾居民進行研究，調研時間為2015年6月及11月的20:00到22:00，測試當天天氣狀況良好，能見度高，可以避免環境因素對測量的干擾。

1.1 調研對象

調研范圍為北京、天津市區內。LED屏的篩選，首先考慮LED廣告屏本身屬性，為設置在城市戶外固定位置用于發布廣告和信息的大型全彩LED廣告屏，不包括LED字標；其次考慮LED廣告屏與周邊居住建筑的相對位置，確定為距受侵擾居住建筑直線距離300 m范圍之內、且朝向受侵擾居住區的LED屏為調研對象，并最終確定了17處LED廣告屏及其周邊受侵擾居住小區(見表1)。

表1 LED廣告屏及受其侵擾的居住小區Table 1 LED advertising screens and residential community affected by them

續表1

1.2 居民問卷調查

問卷調查通過入戶發放問卷(表2)，調查對象主要為居住在調研小區內且居住時間為一年以上的居民。問卷旨在了解周圍居民對LED廣告屏形成的光侵擾的主觀感受，明確LED廣告屏的侵擾因素等。現場共發放問卷200份，回收有效問卷187份。其中男性81人，女性106人；老年人占43%，中年人占27%，青年人占30%。

表2 調查問卷設計Table 2 Questionnaire design

1.3 LED廣告屏數據測試

現場選用TOPCON BM-7型彩色亮度計進行測試，主要測試數據為侵擾光亮度和色坐標。現場測試在以下條件下進行：居民室內關燈、LED廣告屏正常播放且LED廣告屏與測試窗口間沒有遮擋物。現場測試時，將儀器置于居民室內受侵擾窗口處、樓梯間窗口、走廊窗口等位置進行測量。測量方向為窗口與LED廣告屏連線，儀器采集范圍大于16個相鄰像素，并進行連續測量。在每個點位進行多次測試，廣告循環1次的測試數據為1組，共測試3組數據，最終數據取3次測試的算術平均值。以上測試條件滿足相關測試規范要求[17]。最終，獲取有效測試數據共計288組。

2 調查及測試結論

2.1 主觀問卷結論

2.1.1 問卷信度分析和效度分析 為驗證問卷數據的可靠程度及問卷研究的有效性，利用SPSS軟件對問卷數據進行信度分析和效度分析。

1)信度分析 信度是指測驗結果的一致性、穩定性及可靠性。為驗證問卷的可靠程度，采用克朗巴哈(Cronbach)α系數進行內部一致性的信度檢驗。通過SPSS軟件分析，克朗巴哈(Cronbach)α系數大于0.8(表3)。因此，問卷設計信度較高，內部一致性較好，表明問卷結論可信，可用于分析研究。

表3 問卷信度分析Table 3 Questionnaire reliability analysis

2)效度分析 效度即有效性，是衡量綜合評價體系是否能夠準確反映評價目的和要求。效度分析最理想的方法是利用因子分析測量量表或整個問卷的結構效度。經SPSS分析，得到KMO值和巴特利特值(Bartlett)如表4所示。根據表中數據可知，本次問卷的KMO值大于0.7，巴特利特值(Bartlett)小于0.001。因此，問卷各變量間具有一定的相關性，適合并可以進行因子分析。

表4 問卷效度分析Table 4 Questionnaire validity analysis

2.1.2 主觀問卷結論

1)LED廣告屏光侵擾影響程度 根據問卷所獲數據，居民大多認為受到LED廣告屏的光侵擾影響。認為LED廣告屏“較強”和“嚴重”干擾其生活的居民占51%，僅4%對LED廣告屏產生的光侵擾“無感覺”(見圖1)。對于LED廣告屏的刺眼程度方面，認為廣告屏刺眼程度為“較強”和“嚴重”的居民比例達62%(見圖2)。以上數據說明，大部分居民認為其居住周圍的LED廣告屏亮度太高，感覺很刺眼，并形成了較強侵擾。

圖1 LED廣告屏的光侵擾影響程度Fig1 Influence degree of light

圖2 LED廣告屏刺眼程度Fig 2 Dazzling degree of light

2)LED廣告屏形成的侵擾因素 問卷統計結果顯示，28%的居民認為LED廣告屏“光色交替變化”最影響其生活(見圖3)，其次為“太亮了”、“亮的程度忽高忽低”，分別占26%，25%；選擇“討厭光的顏色”及“休息之后還亮”兩選項的居民均占7%，有5%的居民認為由于“廣告屏發光面積太大”對其構成了影響。由此可見，光色交替變化、高亮度及其數值變化構成了LED廣告屏干擾居民生活的主要原因。

圖3 LED廣告屏形成光侵擾的因素Fig 3 Intrusive factors of LED

3)LED廣告屏光侵擾的時間段 統計數據如圖4所示，大部分居民受到LED廣告屏光侵擾的時間段為從天黑到23:00。這一時段居民正進行學習工作、休閑娛樂或睡眠休息等活動，很容易受到LED侵擾光侵擾。因此，應考慮周圍居民作息，控制LED廣告屏開啟和關閉時間。

圖4 受LED廣告屏影響的時間段Fig4 Time periods of light

4)居民對LED廣告屏播放畫面的顏色厭煩程度 經統計，如圖5所示，居民對白色最厭煩，其次為紅色、黃色、藍色。從整體來看，居民對白色、紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、紫色這7種顏色的厭煩程度均處于2～4分之間，數據表明居民對帶有一定亮度的色光都會產生厭煩。同時也反映出居民對紅色、黃色、藍色3種色光厭煩程度要高于其他色光。

圖5 居民對LED廣告屏播放畫面厭煩程度評價平均分值Fig 5 Average score of residents' boredom degree on LED screens’

2.2 亮度與顏色測試數據

2.2.1 LED廣告屏侵擾光亮度數據 現場測試條件下，北京、天津地區17處LED廣告屏亮度數值統計情況如圖6所示。從整體亮度數據來看，這17處LED廣告屏亮度為4.334～4 863 cd/m2，數值范圍很廣。但大部分侵擾光亮度處于1 000 cd/m2以下水平。據統計，小于或等于1 000 cd/m2的數據所占比例約為83.68%。

圖6 LED廣告屏亮度數值統計Fig 6 LED screens’ luminance

根據CIE150號技術報告及國內相關城市對LED屏亮度設置要求(北京、上海)，城市的商業區及其周邊(E4區)設置的戶外電子顯示屏，夜間亮度值應小于等于1 000 cd/m2或600 cd/m2。筆者所測試地區為京津地區，且均屬于城市中心的商業與居住混合區(E4區)，參照北京市地方要求，限定值取1 000 cd/m2。

分別將各LED廣告屏的最大亮度與限定值比較，統計后發現(圖7)，有8處 LED 廣告屏亮度超標，占總數的47.1%。其中有5處LED廣告屏遠超1 000 cd/m2，亮度達到其兩倍及以上，最高亮度高達4 863 cd/m2。

圖7 各LED廣告屏最大亮度值Fig 7 Max luminance of LED advertising

2.2.2 LED廣告屏侵擾光光譜數值 將現場測試獲取的288組LED廣告屏侵擾光色坐標繪制如圖8所示，將數據坐標值轉化為色光波長，各色光所占比例見表5。其中，綠色侵擾色光最多，占36.8%；紅色侵擾光最少，僅占2.4%。

圖8 LED廣告屏侵擾光色坐標數據分布Fig 8 LED screens’ color coordinate data

侵擾色光對應波長范圍/nm出現比例/%紅624～6372.4橙597～6138.3黃578～59613.5綠494～57636.8藍458～49220.8紫380～452、補色:495～56918.1

2.2.3 LED廣告屏侵擾光顏色與對應亮度數據 經現場測試，將17處LED廣告屏的數據進行統計可得到各LED屏侵擾光對應平均亮度，如表6所示。

表6 LED廣告屏侵擾光顏色與平均亮度Table 6 LED screens’ color and corresponding average luminance cd/m2

3 分析與討論

將居民對侵擾光亮度的評價及對LED侵擾色光的評分，分別結合現場測試的侵擾光亮度參數、光色參數進行統計對比。對亮度參數的對比分析主要有：居民反映的刺眼程度與LED廣告屏平均亮度之間的關系；LED屏亮的程度忽高忽低與LED廣告屏亮度差之間的關系。對光色參數的對比通過居民對畫面顏色的評分和侵擾色光測試數據展開。

3.1 居民對侵擾光亮度的評價與LED屏亮度參數的對比分析

主觀問卷中涉及到居民對侵擾光亮度的評價有以下兩方面：“光刺眼程度”、“亮的程度忽高忽低”。分別針對這兩個方面與亮度數據進行對比分析。

1)基于距離關系下居民反映的刺眼程度與LED廣告屏平均亮度的對比分析

根據主觀問卷結果，認為LED廣告屏刺眼程度為較強和嚴重的居民占62%，由此可知,大部分居民認為LED廣告屏亮度過高。按照LED廣告屏距居住建筑的直線距離(表7)，將距離150 m范圍內、200 m范圍內、300 m范圍內的LED廣告屏的平均亮度與刺眼程度(選較強及嚴重選項所占比例)進行相關性分析，發現當其直線距離處于150 m以下時，LED廣告屏的平均亮度與刺眼程度正相關，P=0.640(表8)；直線距離處于200 m范圍內、300 m范圍內LED廣告屏的平均亮度與刺眼程度相關度較小，但在主觀調查中，這些LED屏周圍居民仍反映廣告屏亮度大，受其光侵擾。因此，LED廣告屏距居住建筑的距離控制仍需要進一步研究。

表7 刺眼程度與LED廣告屏平均亮度及 與受侵擾建筑距離的關系Table 7 The relationship among dazzling degree, average brightness and linear distance which between LED screens and residential buildings

續表7

注：刺眼程度比例指選擇“較強”和“嚴重”的居民人數所占比例。

表8 LED廣告屏的平均亮度與刺眼程度 相關性分析(直線距離≤150 m)Table 8 Correlation analysis between dazzling degree and average luminance (Straight line distance≤150 m)

注：*在 0.05 水平(雙側)上顯著相關

2)居民反映LED屏亮的程度忽高忽低與LED廣告屏亮度差的比較分析 主觀問卷中有25%的居民認為LED廣告屏“亮的程度忽高忽低”是光侵擾的主要原因。對比各廣告屏最高亮度與最低亮度的差值，各LED廣告屏亮度變化較大，最高差值達4 444.9 cd/m2(圖9)。因此,設置LED廣告屏時，應注意控制相鄰畫面亮度差，盡量避免亮度瞬時變化過大對居民的侵擾。

圖9 各LED廣告屏最高亮度與最低亮度差值Fig 9 Luminance difference value of LED advertising screens’ max luminance and min

通過分析，除編號2、3、7、8、10等5個點位的數據外，其他12處點位主、客觀調研數據的結果(如表9)表明,居民選擇“亮的程度忽高忽低”選項的比例與LED廣告屏亮度差呈正相關(P=0.683)，即LED廣告屏播放畫面亮度變化越大，越容易對居民產生干擾。而上述關系也進一步表明，居民受影響程度與LED廣告屏亮度差之間的關系尚不完全清晰，其原因大體為現場測試條件復雜、調研樣本數量、個體差異等因素影響。

表9 居民選擇“亮的程度忽高忽低”選項 的比例與LED廣告屏亮度差相關性分析Table 9 Correlation analysis between “great transient luminance variation difference” and luminance difference value

注：*在 0.05 水平(雙側)上顯著相關

3.2 居民對畫面顏色的評分與侵擾光參數統計分析

根據居民對不同色光的評分，以評分為3分、4分及5分(分別為對該顏色厭煩程度為一般、較強、嚴重)的居民人數占該點位問卷總人數的50%以上定義為該色光產生侵擾，最終篩選出侵擾色光對應亮度數值范圍。結果表明，居民對紅色侵擾光接受的亮度最低(4.334 cd/m2)，居民對橙色侵擾光接受的亮度最高(44.68 cd/m2)。結合表5，最終得到表10中所示數據。目前，該數值范圍只是基于測試數據的統計分析，后續應通過評價實驗對色光侵擾的亮度數值范圍進行深入研究。

表10 不同顏色侵擾光波長、亮度數值范圍Table 10 Wavelength region and corresponding range of luminance of each intrusive chromatic light

4 結 論

1)LED廣告屏對居住建筑構成光侵擾的主要影響因素有LED屏與居住建筑的相對位置關系、LED屏侵擾光亮度水平及其數值變化和LED屏光色交替變化。并經過主客觀調查數據的對比分析，獲得了各侵擾色光的光譜和亮度數值范圍。

2)要嚴格控制LED廣告屏的最大亮度，并減小各廣告畫面播放時的亮度差異，避免亮度瞬時變化過大。同時，居民對高亮度的白色、紅色、黃色、藍色等侵擾光較厭煩，建議盡量減少播放此類顏色畫面或盡量降低該顏色畫面的亮度水平。

3)LED廣告屏的刺眼程度與距離有較大關系。應盡量避免LED廣告屏鄰近居住區周圍設置，如不能避免，建議布置位置與居住建筑之間直線距離應盡量大于150 m。

4)從主觀問卷結果反映的侵擾時間來看，建議根據周圍居民的生活作息情況嚴格控制LED廣告屏開啟及關閉時間，降低LED廣告屏對居民的侵擾影響。

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(編輯 胡英奎)

Tianjin Research Program of Application Foundation and Advanced Technology(No.15JCBJC22000); National Natural Science Foundation of China (No.51208351)

Investigation of chromatic light trespass caused by outdoor LED advertising screens

Li Na, Zhang Mingyu

(Tianjin Key Laboratory of Architectural Physics and Environmental Technology,Tianjin University, Tianjin 300072, P. R. China)

In recent years, LED advertising screens have been widely used in cities around China. However, LED screens have induced serious chromatic light trespass problem to residential area around. 17 cases of LED advertising screens and residential buildings affected in Beijing-Tianjin region are studied to make clear influence degree and control measures of the light trespass. The survey is conducted by subjective questionnaire and objective measurement, as LED screens are tested for color coordinates and corresponding brightness range. A total of 187 valid questionnaires and 288 sets of valid test data are collected. The questionnaire and test data show that 3 factors (relative location, brightness and its variation, colors change in rotation) is the key factors of intrusive effects. The range of wavelength and their corresponding luminance ranges for chromatic lights are summarized. Finally, some design recommendations are provided concerning LED screens setting.

light trespass; questionnaire; test; luminance; color

10.11835/j.issn.1674-4764.2016.05.019

2016-05-19

天津市應用基礎與前沿技術研究計劃(15JCYBJC22000);國家自然科學基金(51208351)

李娜(1990-)，女，主要從事建筑光環境研究，(E-mail)840020255@qq.com。

張明宇(通信作者)，博士，副教授，(E-mail)zmy0526@163.com。

TU226.2

A

1674-4764(2016)05-0148-09

Received:2016-05-19

Author brief：Li Na(1990-), main research interest: building lighting environment, (E-mail)840020255@qq.com.

Zhang Mingyu(corresponding author), PhD, associate professor, (E-mail)zmy0526@163.com.