基于某型導彈發射車駕駛室照明的人因分析

摘要：為提高人員視覺工效，保證視覺信息的獲取效率和質量，在設計階段對駕駛室內的照明進行準確設計是必不可少的。在以往的設計中，駕駛室內照明設計依靠設計經驗完成燈具選型與布置，不能確保照度分布等問題是否符合相關要求。文中運用DIALux建立了某型導彈發射車駕駛室模型，完成了對駕駛室內主要工作平面的照度分析、眩光值分析和照度均勻度分析。為光源參數的選擇與布置位置提供了設計參考，完善了發射車人-機-環境的設計內容，縮短了整車研制周期。關鍵詞：導彈發射車；駕駛室；照明設計；照度；眩光

中圖分類號：TJ 812+.6文獻標識碼：A文章編號：1672-7312（2018）01-0060-05

Abstract：In order to improve the visual performance，assure the efficiency and quality of the information obtained through visual，it is necessary to work out the accurate lighting data in cab at the design stage.In the previous design，the cab lighting design depends on the design experience to complete the lamp selection and layout.So，whether or not the distribution of illumination and other issues are in compliance with the requirements is not sure.In this paper，the DIALux is used to establish a simplified model of a missile launch vehicle cab，which completes the illumination analysis，the glare value analysis and the illumination uniformity analysis of the main working plane in the cab.The conclusion can provide a reference for the selection and location parameters of the light source，and complete the manmachineenvironment design content and shorten the development cycle.Key words：missile launch vehicle；cab；lighting design；illuminance；glare

0引言某型導彈發射車具有攻擊裝甲車輛、地面工事、低空低速武裝直升機的能力，其駕駛室內的人-機組合構成導彈發射車的“大腦”。發射車駕駛室內人機交互界面上的感知信號分3類：①視覺信號；②聽覺信號；③觸覺信號。發射車在執行任務期間，駕駛室內存在較多的視覺信號輸入，人員需據此做出判斷才可采取特定的應對措施，即保證操作的可靠性。光、對象和眼睛構成視覺現象的3要素[1]，合適的照明（合理的照度、布局合理、穩定均勻、無眩光）能夠改善人眼的調節能力，減少視覺疲勞，使人視覺舒適，工作效率得到提高；反之，不良的照明除了令人感到不適、工作效率下降外，還因操作人員無法清晰地辨認呈現的信息而導致錯誤的判斷，以致發生事故。由此可見，駕駛室內的照明效果與通過視覺獲得信息的效率和質量有非常密切的關系。為實現視覺信息的準確、高效傳遞，保證發射車駕駛室內合理的照明有著重要意義。目前針對發射車駕駛室內照明分析過程為設計師依靠設計經驗和主觀認知完成光源的選擇與布置，待產品樣機階段對工作面進行照度等物理量測量后再判斷是否符合相關標準。文中將利用計算機輔助設計對發射車駕駛室內照明合理性進行仿真分析，分析駕駛室內在不同狀態下指定工作面照度大小、均勻度、眩光值大小等，確保設計結果滿足國家軍用標準中的相關指標要求[2]。通過仿真分析，為調整光源參數與布置位置提供設計依據，保證人員視覺工效，減少人在操作中的疲勞感[3]，完善發射車人-機-環境的設計內容并有效縮短整車研制周期。

1光照理論

1.1照度照度即單位面積上受到的光照射的光通量，用來表明受照物體表面上光的強弱，所以被用于規定照明的標準值。照度（E）的定義式為式（1）

E=A

（1）

式中，為光通量，lm；A為受照物體面積，m2.如給定光源方向的光強I和入射角θ，在距離為d的某指定點P的照度，可按式（2）計算。

E=Igcos3θA

（2）

式中，θ為受照物體表面法線與點光源照明方向的夾角，（°）；d為受照面與點光源之間的距離，m；I為點光源發光強度，cd.平均照度計算公式為式（3）

Eav=gNgUgKA（3）

式中，為光通量，lm；N為燈具數量，個；U為利用系數，%；K為維修系數，%；A為照射面積，m2.

1.2眩光眩光是指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件。眩光是視覺環境中照明質量的重要特征。按眩光的形成方式可分為：直接眩光：眩光源（窗、燈等）的光線直接射入觀察者的眼內所產生的眩光；反射眩光：由視野中的光澤表面的反射引起的眩光；對比眩光：視野內亮度極不均勻所引起的眩光。不論何種眩光，均可導致人的視力下降、視覺模糊，使眼睛不舒適、疲勞和分散注意力，直接影響到視覺效果[4]。在照明設計中應避免眩光現象的發生，如果出現眩光現象，應采取對應措施來減少眩光帶來的不良影響。眩光值（UGR）的理論計算公式為式（4）

UGR=8·lg025Lb

L2α·ωP2

（4）

式中，LB為背景亮度，cd/m2；

Lα為觀察者方向每個燈具的亮度，cd/m2；

ω為每個燈具發光部分對觀察者眼睛所形成的立體角，sr；P為每個單獨燈具的位置指數。

1.3照射均勻度照射均勻度的定義為式（5）

=Emax

Emin

（5）

式中，Emax為指定工作面中最大照度；

Emin為指定工作面中最小照度。為了實現設計結果的定量化，需要在考慮每個光源疊加效果的基礎上，對工作面指定位置進行上述物理量的理論計算。為了得出更為準確的數據，還需要進一步考慮燈具的分布，物體表面反射系數和室內形狀等因素。以往的手工計算手段已經不能滿足此類復雜分析計算的需求了，而計算機輔助設計是一種更高效、精確、合理的設計手段，在這方面的優勢得以體現和發揮，可以在充分考慮各種因素情況下得到較為準確的分析數據。

2照明標準《裝甲車輛車內照明要求》中規定主要工作面晝間的照度不低于50 lx，夜間的照度不低于5 lx，對照度均勻度的要求為：同一工作面的最高照度與最低照度之比應小于3∶1.《裝甲車輛人-機-環境系統總體設計要求》對密封艙室內有效完成各種任務的最低照度水平規定見表1.某型發射車駕駛室內車長終端集成了閱讀地圖功能，所以不再使用紙質地圖。最終，文中發射車駕駛室內晝間照度不應低于43 lx，夜間照度不應低于4.3 lx.

3DIALux模型的建立DIALux軟件是由德國軟件公司DIAL開發的專業照明設計軟件，提供了室內外燈光設計的數字化解決方案[5]。照度計算時采用逐點計算法，遵循“光子射擊”理論完成模擬計算，當光子在投射到空間中時會被正確的復制，并且會考慮物體對象的透明度與反射。計算中考慮了來自燈具、太陽光等的直接照射，以及光經過各表面反射后照射到計算面上的間接照射。計算過程采用“有限元”思想，會根據計算面自動地劃分網格，以網格為單位，計算出其自身表面吸收和反射的光，之后網格合成得到計算面的照度值。如果某處照度值變化明顯，將自動細化相應位置的網格，這樣即保證了較高的計算準確性，有保證了運算速度[6]。綜上所述，DIALux具有偏重數據和真實、能夠模擬真實的光環境、照明分析結果詳細、準確、直觀等優點。DIAlux軟件計算模型是按CIE140和EN13201進行的，CIE140的主要光學計算模型如式（6）。

Eh=I（c，γ）gcos3εggMFH2

（6）式中，Eh為維持水平照度；為所有光源照度的和；I（c，γ）為燈具指向P點的光強值；是P點的入射角；為每個光源的起始光通量，lm；MF為燈具照度維護系數與光源維護系數的乘積。

DIALux建模方式有2種。第一種方式為通過外部三維模型導入，但是導入后的模型計算面過多，影響后期計算速度與精度；第二種方式為采用軟件自帶的建模功能完成模型的建立。文中采用DIALux自帶的建模功能，參考原理樣機三維模型等比例制作仿真模型。簡化后的模型如圖1所示[7]。駕駛室內照明燈功率為10 W，光通量為400 lm，燈具安裝位置與模型布置位置保持一致。內部照明配備雙重照明系統。在晝間，為補償日光照射，采用白光照明；夜間為滿足暗適應以及低照度照明要求，選擇為紅光照明。內部涂裝色與駕駛室的設計說明保持一致。根據駕駛室內飾顏色與圖層設計要求，設置“頂面”反射比為0.75，“墻面”反射比為0.55，“地面”反射比設置為0.3，人員作業面的反射比為0.4.

4仿真計算

4.1僅自然光且無遮光簾DIALux中可對自然光進行不同天空類型、不同時刻的模擬。其天空是按照CIE110-1994天空類型設定的，天空中的每一點都被賦予一個亮度，而亮度取決于太陽方位角、太陽高度角、天空方位角等。該仿真模擬中午14∶00的直接日光照射，駕駛室內顯示器正常工作，照明設備關閉，且無遮光簾的情況，得到駕駛室內光照分析偽色圖如圖2所示。得到的分析結果見表2～表4.

仿真結果表明左右兩側射手位的工作面照度均勻度不滿足要求。雖然還沒有引起眩光現象的發生，但是會對人視覺工效造成一定影響。所以需要采取相應的遮陽措施來改善照度均勻度。對比表3與表4中的照度分析結果，發現左側射手位較右側射手位的照度數值偏高，而實際布置中左右射手基本對稱，且燈具位置也在中軸線上。分析后，發現是由于建模時左側射手所處方位為西側，而仿真模擬的是14∶00的直接日光照射，從這個角度也說明了仿真的真實性。

4.2僅自然光輸入且有遮光簾該仿真模擬中午14∶00的直接日光照射，駕駛室內顯示器正常工作，照明設備關閉，且有遮光簾的情況，得到駕駛室內光照分析偽色圖如圖3所示。得到的分析結果見表5～表7.

仿真結果表明在遮光簾的作用下，人員工作面的照度值、照度均勻度以及眩光值均滿足國家軍用標準中的相關要求。說明了發射車配備遮光簾的必要性。

4.3駕駛室內白光輸入時該仿真模擬夜間（00∶00）需要拆裝設備等非隱蔽性要求時駕駛室內的照明情況，該條件下駕駛室內顯示器正常工作，照明設備為白色光，且有遮光簾，得到駕駛室內光照分析偽色圖如圖4所示。得到的分析結果見表8～表10.

仿真結果表明夜間照明為白光輸入時，照明設計結果滿足國家軍用標準中的相關要求。也可以滿足因晝間自然光不足需要照明的情況。

4.4駕駛室內紅光輸入時當需要滿足一定的暗適應條件，并有隱蔽要求時，車內雙重照明系統切換為紅光照射[8]。該條件下駕駛室內顯示器正常工作，有遮光簾，得到該條件下的偽色圖如圖5所示。

仿真結果表明為滿足暗適應選擇紅光照明時，其照明設計結果滿足國家軍用標準中的相關要求。

5結語文章通過DLALux軟件完成了針對某型導彈發射車駕駛室的照明分析，分析了駕駛室在自然光無遮光簾、自然光有遮光簾、夜間白光、夜間紅光共4種工況。分析結果表明，駕駛室有配備遮光簾的必要性，且針對目前的燈具選擇與布置而言，照明設計結果滿足國家軍用標準中的相關要求。文中利用仿真計算得到了不同工況下的駕駛室內照度值和眩光值等照明參數，對保證特種車輛操作人員的視覺工效有較大的意義。至此，在原理樣機階段就可對導彈發射車駕駛室內的照明情況進行分析，為駕駛室內的優化設計提供設計依據。但是，文中并未完成對樣車進行實際的測試工作。后期可結合測試結果與軟件仿真結果，完成對仿真的參數進行修正，以得到更加準確的仿真結果。

參考文獻：

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（責任編輯：張江）