坡道道路的照明配光設(shè)計

呂 紅

（重慶市巴南區(qū)路燈管理所，重慶401320）

道路照明是城市基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，由于其特殊性，LED道路照明以其無可比擬的優(yōu)勢逐步取代傳統(tǒng)道路照明。對于山地城市而言，道路照明的光學應(yīng)用環(huán)境較其他類型城鎮(zhèn)的平直道路更加惡劣，具有隧道、彎道、坡道的地形特點。因此，研究以巴濱路段為代表的道路照明光學設(shè)計，為LED照明在光學應(yīng)用方面特別是山地城市道路的應(yīng)用作一些探索，分別針對不同道路完成配光設(shè)計，并在實際工程中示范應(yīng)用。

1 坡道路況分析

當車輛行駛于坡道上時，為保證行駛過程的安全，駕駛員不僅需要注意道路上的場景信息，同時也要時刻保證車輛行駛過程中的安全距離，當出現(xiàn)意外狀況時，應(yīng)有足夠的制動距離。車輛駕駛員在坡道上的觀察點和觀察視距與直道不同，駕駛員在坡道上各個位置的觀察點是變化的，因此，坡道行車的照明需求不同于直道的照明需求。

目前對坡道照明的研究僅限于在IESNA道路照明設(shè)計標準中明確規(guī)定的坡道相較于直道應(yīng)減少路燈的布燈間距，未有駕駛員行車視覺特點的分析和對坡道行車照明要求的研究。同時在夜間行車狀態(tài)下，駕駛員視線更容易受到限制，如果坡道照明設(shè)計未滿足照明需求將引發(fā)交通事故。因此，根據(jù)駕駛員的行車視覺特點進行坡道照明設(shè)計，可以保證駕駛員在坡道行車時的舒適性和安全性。

2 CJJ 45—2015標準中道路照明要求

在表1中，標準CJJ 45—2015針對不同的道路制定的指標不同，道路越重要、車流量越大、行車速度越快，其指標要求越高。標準還在第3.2條明確規(guī)定了亮度應(yīng)作為城市道路照明中車行道的主要評價系統(tǒng)，即平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度及環(huán)境比等指標，而照度則是次要的評價系統(tǒng)，澄清了兩者的關(guān)系，避免了兩套系統(tǒng)的沖突。

表1 CJJ 45—2015中機動車道照明標準值

3 坡道照明設(shè)計

3.1 視覺特點分析

在坡道上行車時，駕駛員視線易受到坡道不同坡度的影響，因此，駕駛員在坡道上的觀察點和觀察視距與直道不同，又因駕駛員在坡道上各個位置的觀察點是變化的，所以坡道行車的照明需求不同于直道的照明需求。如果上坡路段的照明設(shè)計照搬直道照明設(shè)計，雖然路面照明的平均亮度、均勻性都能滿足照明標準要求，但道路中的眩光評價指標閾值增量卻出現(xiàn)增大的情況；下坡路段的照明設(shè)計照搬直道照明設(shè)計時，存在路面照明的平均亮度、均勻性等指標都降低的問題，嚴重影響駕駛員的行車舒適度，增加行車過程中的危險性。坡度角和視距之間的關(guān)聯(lián)如圖1所示。

圖1 坡度角和視距的關(guān)聯(lián)

根據(jù)上述坡道的視覺特點，同時結(jié)合巴濱路段的坡道實際情況，細化相關(guān)需求和設(shè)計條件，通過光學設(shè)計軟件進行模擬設(shè)計，設(shè)計如圖2所示的坡道照明光學器件和配光曲線。

圖2 典型坡道產(chǎn)品配光曲線

通過圖2（b）所示的光學配光曲線可知，坡道視距不是固定的，增加行車方向在0～180°平面的光強，便于加強坡道路面的均勻度與亮度，提高坡道行車的舒適性。

3.2 坡道的照明設(shè)計仿真

根據(jù)巴濱路段坡道的實際情況，使用已設(shè)計好的照明設(shè)備配光曲線，按照坡道情況進行布燈設(shè)計，用照明仿真軟件DiaLux進行仿真，仿真?zhèn)紊珗D見圖3，仿真結(jié)果見表2。

圖3 坡道照明DiaLux仿真?zhèn)紊珗D

表2 坡道仿真結(jié)果

3.3 坡道的工程配光設(shè)計

坡道的照明設(shè)計在實際應(yīng)用過程中往往受到坡度、路面反射系數(shù)的影響。因此，坡道的照明設(shè)計還需要考慮產(chǎn)品安裝結(jié)構(gòu)，保證照明效果的最優(yōu)性。使用光學仿真軟件DiaLux進行工程光學的配光仿真，通過調(diào)整燈具的仰角、燈桿的仰角等方式保證坡道的照明效果。

重慶巴濱路段的路基寬度為24.5m，中央分隔帶寬度為1.5 m，道路設(shè)計行車速度為100 km／h。主干道路段的坡道采用雙挑式布置，燈高12 m（見圖4），布設(shè)燈具間距為30 m（見圖5），采用160 W的LED照明燈，燈桿懸臂長1.5 m，懸臂仰角設(shè)計為12°。

圖4 主干道照明雙挑式布置

圖5 主干道照明布置截面圖

3.4 坡道照明效果

駕駛員視覺感受到的光線非常均勻，燈光不刺眼，行車的安全感和舒適感都非常不錯，因此，從視覺角度來看，光學設(shè)計達到了很好的效果。結(jié)合主干道的實際測試數(shù)據(jù)可知，坡道照明設(shè)計滿足設(shè)計需求，也達到了照明標準的要求（見圖6）。

圖6 坡道實際照明效果圖

3.5 坡道照明測試數(shù)據(jù)

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

續(xù)表

通過現(xiàn)場的測試數(shù)據(jù)可知，路面的照度均勻度為0.7，平均照度為34.5 lx，符合城市道路照明標準，同時滿足照明設(shè)計需求。測試數(shù)據(jù)亮度值為1.82 cd／m2，也與仿真值接近。

4 結(jié)論

在坡道照明設(shè)計過程中，由于坡道自身的特殊性，產(chǎn)品光學的設(shè)計應(yīng)更多考慮坡道的實際情況，對坡度、上下坡等情況進行分析，同時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計也需要考慮復用性，保證產(chǎn)品對不同坡道均有良好的照明效果，提升駕駛員在行駛過程中的舒適性，降低行車過程中的危險性。

研究旨在填補坡道照明配光設(shè)計的空白，完善、豐富中國道路照明設(shè)計規(guī)范。