高校校園交通監控補光照明的眩光調查
——以重慶大學為例

何 滎,邱卓濤

(重慶大學建筑城規學院；重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

隨著高校校園機動車流量的日趨增大，部分駕駛人員不顧校園特定環境，違反校園中限速規定，超速行駛，致校園交通事故呈多發態勢。尤其在教職員工上下班和學生上下課特定時段，機動車超速已成為校園中重大的安全隱患。為進一步加大校園綜合整治力度，維護校園交通環境，杜絕校園機動車超速現象，近年來部分高校在校園重點路段設置機動車超速監控裝置，通過道路監控系統，加強交通管理，協調處理突發性交通事件，改善交通狀況，為了滿足監控攝像機在夜間清晰捕捉到汽車及車牌信息，就應對監控目標設置補光照明設備[1]，并需要在距離監控20 m左右的地方獲得足夠的補光照度。由于大多數監控設備指向車行駛方向，相應的補光照明也直接投向車行駛方向，高亮度的監控補光光源給駕駛員帶來了強烈的直接眩光，嚴重影響了機動車交通安全[2]。重慶、杭州、海南、上海及貴陽等地媒體先后報道交通監控補光燈眩光問題[3]，引起社會各界的廣泛關注。校園內的監控補光燈也存在這樣的問題，且由于校園內道路照明水平通常不高，眩光影響更加明顯，安全隱患更加突出。為了了解校園監控補光燈設置現狀及對駕駛員的影響，為監控補光燈眩光控制提供依據，以重慶大學為例，對校園重要道路監控補光燈眩光進行調研研究。

1 道路監控補光照明眩光研究基礎

1)道路監控照明設置要求。為了不影響道路交通安全，橫跨道路的道路監控裝置安裝高度不應低于車道信號燈的高度，其安裝高度與地面的垂直距離應大于等于6 m。道路監控補光照明主要通過提高夜間或低照度氣候條件下目標物照度值，以獲得良好的視屏及圖像采集效果。我國公共安全行業標準針對道路監控補光照明分別頒布了《道路交通信息監測記錄設備設置規范》(GB/T 1047—2013)[4]和《交通技術監控成像補光裝置通用技術條件》(GB/T 1202—2014)[5]。規范中規定補光照明可采用LED光源或氣體放電光源，也可采用其他光源，其補光方式有持續點亮方式、頻閃方式和脈沖方式。目前道路監控照明設置廣泛應用的是持續點亮方式和頻閃方式，脈沖方式由于其較強的眩光干擾被禁止在夜間使用。

2)交通監控照明眩光。盡管人們也意識到交通監控補光照明眩光對交通安全帶來的不利影響，但是由于相關標準的限制及眩光控制技術的缺失，導致對眩光的控制缺乏有效手段與措施。而目前針對交通監控補光照明的研究主要集中在補光照明系統燈具的應用、設計與眩光測試方法等[6-12],國內外鮮見道路交通監控補光照明眩光對機動車交通的影響研究。

盡管關于交通監控補光燈眩光對道路安全影響的研究鮮見，但國內外對眩光的研究已具有較長的歷史。科研工作者對眩光評價進行了深入的研究，先后發展了四種主要的眩光評價表達式，分別為用于室內環境的統一眩光指數(UGR)、用于室外體育場地的眩光值(GR)、用于道路照明的閾值增量(TI)和道路照明眩光控制等級(G)[10,11]。

交通監控補光燈眩光是近年來出現的一種新的眩光危害，對道路交通安全帶來了極大的隱患。由于道路監控補光燈亮度較高，對機動車駕駛人員造成了嚴重的眩光影響，并在人眼中形成的光幕，光幕的存在降低了目標物與背景的對比度，影響了駕駛員視功能，帶來了安全隱患。因此，交通監控補光燈眩光是一種失能眩光，而用于室外的眩光評價方法中，眩光值(GR)和眩光控制等級(G)均是不舒適眩光評價法，只有道路照明閾值增量(TI)是用于評價失能眩光，且其眩光形成機理與道路照明眩光相類似，為此可采用道路照明閾值增量(TI)來評價監控補光燈眩光影響。

3)閾值增量(TI)評價方法。閾值增量(threshold increment,TI)是失能眩光的度量。為了抵消等效光幕亮度對視感覺的影響，恢復物體與環境在人眼中的對比度，就要提高物體亮度，這種亮度增量叫閾值增量(TI)。CIE技術報告推薦了道路眩光閾值增量的評價與計算的方法[13,14]，我國相關科研工作者也在此基礎上進一步進行了研究[15,16]。通常在道路照明亮度為0.05～5 cd/m2范圍內時，閾值增量可采用式(1)計算。

(1)

式中Lv為眩光在眼睛中形成的等效光幕亮度(cd/m2)；Lav為路面平均亮度(cd/m2)。其中等效光幕亮度可以用式(2)計算：

(2)

式中Eeye為眩光源在垂直于觀察者眼睛視線上所產生的照度(lx)；θ為視線和從眩光源來的光線入射方向之間的角度。K為比例常數；當θ以度為單位時，K=10。

2 校園監控分布

為了營造良好的交通環境，重慶大學A、B校區在整體交通環境整治的基礎上，對主要路段設置了道路交通監控設施，其中A校區7處、B校區5處(圖1、表1)，道路監控的設置對改善校園交通環境，控制校園超速行為起到了良好的作用，由于校園道路較窄，因此每個監控點均只設置了一臺監控設備。同時為了滿足監控夜間監控效果，對相應監控設置均設置了夜間補光設備，補光設備包含了常亮與爆閃，常亮的在夜間正常工作，爆閃由于眩光太強，并未投入使用，且照射方向指向天空(圖2)。盡管只有常亮補光燈照明，但是夜間眩光依然非常嚴重(圖3)。

序號監控點監控數量補光燈類型爆閃常亮其他1A區大門111有路燈照明,爆閃指向天空2A區辦公樓101有路燈照明3A區圖書館111有路燈照明,爆閃指向天空4A區研究生院101有路燈照明5A區風雨操場111有路燈照明,爆閃指向天空6A區電影學院101有路燈照明7A區后門111路燈照明差,爆閃指向天空8B區大門112有路燈照明,爆閃指向天空9B區足球場111有路燈照明,爆閃指向天空10B區二綜111路燈照明差,爆閃指向天空11B區隧道101無路燈照明12B區后門111路燈照明弱,爆閃指向天空

圖2 重慶大學A、B校區監控補光設置狀況Fig.2 Monitor fill light settings of Chongqing university A and B campus

圖3 重慶大學A、B校區交通監控夜間工作狀況Fig.3 Traffic monitor working conditions of Chongqing university A and B campus in night

3 道路監控補光照明眩光測試

重慶大學A、B校區道路多為雙向兩車道，監控路燈的監控探頭設置于道路中部，可監控雙向來車。校園道路大多采用單側照明，道路照明效果一般，且受到良好綠化樹木的遮擋。由于道路狹窄，且受地形地貌的影響，校區內機動車道路蜿蜒曲折，進入道路交通監控路段并看到監控眩光補光燈的路段較短；為此，根據現場實際情況，測試研究交通監控補光燈50 m范圍內的眩光影響。

3.1 測試方法

按閾值增量理論計算方法進行測量時，需要對不同眩光源分別點亮測試觀察者眼睛上的照度值，并分別測量視線與眩光源射入眼睛中光線的夾角，進而算的每個眩光源在人眼中形成的，最終求和，計算出閾值增量。該測試方法精度高，但是操作過于復雜，且在現實中無法實現眩光源單獨開閉控制，為此在光環境較為復雜的場景中不具有可操作性。此外，由于現場光環境復雜，監控路段除了受到監控補光燈影響外，還受到道路照明的影響。為了研究監控補光燈的眩光影響，消除道路照明環境光的影響，采用兩次測量法來消除眩光，具體測試方法如下：

1)測試點位于道路行車車行道的右側靠左1/4道路寬度處，模擬駕駛員行車的路線及視線(圖4)。照度計探頭水平向前架設，高度為1.2 m，與水平線夾角為1°，當監控補光燈處于穩定狀態時，測出觀察者眼睛(照度計)上的總照度Eeye1；

2)利用黑色擋板遮擋監控補光燈，再重復以上步驟，測試沒有監控補光燈情況下觀察者眼睛(照度計)上的總照度Eeye2，兩者相減即得到監控補光燈在人眼產生的總照度Eeye=Eeye1-Eeye2；

3)利用激光測角儀測出照度計探頭和監控補光燈中心連線與視線的夾角；

4)利用經過定標的數碼相機測試路面平均亮度值Lav；

5)由式(1)計算得到該位置的閾值增量(TI)近似值；為了獲取不同位置監控眩光的影響，每隔5 m設置一個測點。

W——道路路寬圖4 現場測試示意圖Fig.4 Field test schematic diagram

3.2 測試結果

測試時間為2018年4月23日、24日，為了減少交通干擾，測試時間為凌晨12點以后，此時校園機動車數量較少。測試按照表1所列監控點順序進行。最終測試結果及數據輸入預先編制好的程序中進行計算，獲得每個測點的眩光閾值增量(TI)近似值，比較每個測點監控補光燈產生的眩光TI值，并選擇其中最大的眩光TI作為該監控補光燈的眩光TI(表2)。

表2 監控點眩光閾值增量最大值Table 2 Maximum threshold increment of glare in monitor point

由于監控設置建設時間不同，且各區域功能照明設置不同，使得最終眩光閾值增量(TI)值有明顯不同。由表2可看出，目前重慶大學A、B校區道路監控補光燈眩光指數最高的達到241%，最低也有22%，這樣的眩光水平大大超過《城市道路照明設計標準》(CJJ 45—2015)中次干道眩光閾值增量10%的限值。此外，監控補光燈眩光閾值增量最嚴重的區域在距離監控補光燈20～35 m處，基本分布在補光燈光軸附近。

4 討論

本次調研是在消除路燈影響及忽略汽車前照燈的情況下獲得的結果，如果考慮路燈的眩光問題，則眩光影響會更加嚴重，并會給機動車交通安全帶來了極大的安全隱患，因此監控補光燈眩光對道路安全性的影響不容忽視。

從眩光閾值增量的原理來分析，要想減弱眩光閾值增量，可從兩個方面入手，即減弱人眼等效光幕亮度或加大路面平均亮度(不同范圍的路面平均亮度使用不同的計算公式)。

等效光幕亮度受到視線方向的影響，而受到監控攝像拍照要求垂直照度的影響，在設備性能大幅度提升之前無法做出較大幅度的降低。因此只能通過增加值來減弱眩光影響，改變監控補光燈掛高及傾斜角度是一種可行的方法，但是還需要在后期進行深入研究。

路面亮度的提升也會減弱眩光閾值增量，為此可增加監控路段功能照明設施，提升整體路面亮度，減弱監控補光燈眩光影響。

由于缺乏監控補光燈眩光與駕駛員視覺反應之間的理論研究支撐，交通管理部門無法對監控眩光進行有效的控制與整改，使得監控眩光問題依然廣泛存在。因此,未來應加強道路監控眩光對駕駛員視覺反應影響機理及效應的基礎研究，為眩光控制提供理論依據與技術支撐；同時還應對監控補光燈眩光評價方法進行深入研究，尋找簡便易用的評價方法。

5 結束語

通過對重慶大學A、B校區監控補光燈眩光進行的調研分析可知，目前校園內設置的道路監控補光燈存在嚴重眩光問題，具有較大的安全隱患，應進行針對性的處理。為了改善交通監控補光燈眩光對交通的影響，未來應對交通監控補光燈眩光與機動車駕駛員視覺反應機理及效應進行研究，為交通監控補光照明眩光的控制提供支撐。