防眩網結構參數對夜間眩光控制效果分析

摘 要：采用光線追蹤法建立防眩網光學模型，對防眩網結構參數與遮光效果的關系進行定量分析，通過防眩網光學特性測試系統，研究網孔幾何尺寸、網格傾角和安裝高度等結構參數對遮光性能的影響機理。實驗數據證實，防眩網孔徑越小，遮光率越高；網格傾角在15°-25°區間，具有最優的遮光效果；安裝高度與車輛大燈位置匹配度直接影響遮光性能，經多目標優化以及實驗室驗證，優化后的防眩網結構可將迎面眩光降低85%以上，現場應用結果充分驗證了防眩網結構參數優化方案的可行性和經濟性，對提升夜間行車安全具有重要意義。

關鍵詞：防眩網結構 遮光性能 光學模型 參數優化 安全性評價

夜間交通事故發生率顯著高于日間，其中因迎面眩光引發的事故占比較大，防眩網作為一種重要的交通安全設施，其結構參數直接決定了遮光效果，目前防眩網結構優化研究多集中于材料選擇以及網格形狀，缺乏系統的參數優化理論指導。為建立防眩網結構參數與遮光效果的定量關系，需深入分析網孔幾何尺寸、網格傾角以及安裝高度等關鍵參數對遮光性能的影響機理，通過建立防眩網光學特性測試系統，結合實驗室驗證和現場評估，可獲得最優的結構參數組合，為防眩網設計與應用提供科學依據。

1 試驗系統構建與測試方法

1.1 防眩網光學特性測試系統

防眩網光學特性測試系統采用高精度光通量計與標準光源組合的測量方案，配置850nm波長LED光源陣列模擬車輛遠光燈，測試系統包含光源控制單元與遮光率測量單元以及數據采集單元三大模塊[1]。光源控制單元通過脈沖寬度調制技術實現光強可調，光通量范圍0-2000lm，精度±2%，遮光率測量單元由高精度光通量計陣列構成，采用32×32光敏二極管矩陣，空間分辨率2mm，響應時間lt;0.1ms，數據采集單元采用16位A/D轉換器，采樣頻率10kHz，實現多通道同步采集[2]。測試系統搭建于標準暗室內，環境溫度（20±2）℃，相對濕度（45±5）%，暗室背景亮度lt;0.01cd/m2，通過三維微調支架實現防眩網樣品的精確定位，角度調節精度0.1°，位移調節精度0.1mm。

1.2 遮光率測定與數據采集方法

遮光率測定采用光通量比對法，通過測量防眩網遮擋前后的光通量變化計算遮光率，測試光源安裝于2m高支架，與防眩網樣品保持5m測試距離，入射角可在0-45°范圍內調節，防眩網樣品尺寸為1m×1m，采用精密機械加工工藝制作，材料選用陽極氧化鋁合金，表面粗糙度Ra≤0.4μm[3]。數據采集過程中，每個測試工況重復測量5次，采樣時間為60s，采樣間隔0.1s，采用數字濾波算法對原始數據進行預處理，去除高頻噪聲以及異常值，遮光率計算考慮入射角修正系數，引入光線多次反射修正模型，提高計算精度，通過標準樣品校準確保測量系統的穩定性和可靠性。

1.3 眩光閾值評價體系

眩光閾值評價體系基于生理眩光以及心理眩光雙重標準建立，生理眩光評價采用目標探測閾限法，測量駕駛員在不同遮光條件下對標準目標的識別能力，實驗采用0.3cd/m2背景亮度，目標物對比度為0.05，觀察距離100m[4]。心理眩光評價采用德博氏9級量表法，結合主觀評價問卷和生理指標監測，評價指標包括眩光值、失能眩光閾值與眩光恢復時間三個維度，通過多因素方差分析確定各評價指標權重，建立綜合評價模型，評價體系引入環境因素修正，考慮不同天氣條件、路面反射特性對眩光評價的影響，提高評價結果的實用性，評價數據采用標準化處理方法，確保不同測試條件下結果的可比性[5]。

2 結構參數對遮光性能影響機理

2.1 網孔幾何尺寸與透光率關系

實驗選取防眩網網孔規格范圍為20mm

×20mm至40mm×40mm，共設置5個尺寸梯度，網絲直徑保持2mm不變，測試數據顯示，網孔尺寸增大導致透光率呈非線性增長，當網孔尺寸為20mm時，透光率最低，約為42%；網孔尺寸增至40mm時，透光率上升至78%，通過實驗數據建立網孔面積與透光率的數學模型：

該模型中，τ表示透光率，S為網孔面積，S0為標準參考面積，k、n為擬合系數，經最小二乘法擬合分析，模型系數k=0.82具有較強的物理意義，表征了網孔在標準面積下的基準透光特性，實驗還發現網孔尺寸變化對透光率的影響存在臨界值，當網孔尺寸超過35mm后，透光率增長趨勢減緩，這為防眩網結構優化提供了重要參考依據。

2.2 網格角度對入射光衰減效應

采用精密三維微調支架調節防眩網傾角，系統研究入射角對光線衰減規律的影響，實驗在0°至45°范圍內選取5個特征角度進行測試，重點分析光線在網格結構中的傳播路徑與能量衰減機制，實驗數據揭示，隨著傾角增大，遮光效果呈現先增強后減弱的變化趨勢，當傾角達到25°時，遮光率達到最大值89%。深入分析表明，這種變化規律源于兩個相互競爭的物理過程：一方面，傾角增大延長了光線在網格結構中的有效光程，增強了遮光效果；另一方面，較大傾角會導致網格表面產生鏡面反射，形成二次散射光，降低了整體遮光效果，通過分析不同傾角下的光強分布特征，確定了最佳傾角范圍為20°至30°，在該范圍內遮光率均可保持在85%以上。

2.3 安裝位置與光線遮擋特性

圍繞基準安裝高度1.2m，在±200mm范圍內系統考察防眩網安裝位置對遮光效果的影響規律，實驗數據表明，當防眩網安裝高度與車輛大燈光軸線高度匹配時，遮光效果最佳，遮光率可達85%，隨著安裝位置偏離基準高度，遮光效果呈現近似對稱的衰減特性，在偏離±200mm時遮光率降至62%。通過構建防眩網-車燈光軸三維空間幾何模型，推導出遮光率與安裝高度偏差量之間的定量關系，如圖1所示，防眩網采用標準化模塊設計，主體尺寸為4000×850mm，立柱采用φ76×4.0mm鋼管，預埋深度400mm，這種結構設計既保證了安裝高度的可調性，又確保了整體穩定性。理論分析以及實驗驗證表明，為保證有效遮光，安裝高度應控制在hO±100mm范圍內，其中hO代表統計車型大燈平均高度，研究還發現，安裝位置偏差對遮光效果的影響程度與車道寬度存在相關性，這為實際工程應用提供了重要設計依據。

2.4 多參數耦合作用規律分析

基于正交試驗方法，深入研究網孔尺寸、傾角與安裝高度三個關鍵參數的交互影響規律，設計L16（43）正交試驗方案，確保試驗點分布均勻且具有代表性，方差分析結果表明，三個參數對遮光效果的影響程度依次為：傾角gt;網孔尺寸gt;安裝高度。其中，傾角與網孔尺寸之間存在顯著的交互作用，這種耦合效應直接影響防眩網的整體性能，通過構建多元回歸模型：

式中：η為防眩網遮光率，%；x1為網孔尺寸標準化值，無量綱；x2為網格傾角標準化值，無量綱；x3為安裝高度標準化值，無量綱；β0為回歸方程常數項；β1、β2、β3分別為x1、x2、x3的回歸系數；β12為x1與x2交互項的回歸系數。

模型各項系數經F檢驗均具有統計顯著性，決定系數R2達到0.947，表明模型具有良好的預測能力，研究發現，在優化設計時應優先考慮傾角的選擇，其次是網孔尺寸的匹配，最后結合實際工程條件確定合適的安裝高度，這種優化順序可有效提升防眩設計的可靠性。

3 結構優化與應用驗證

3.1 結構參數多目標優化

基于多目標遺傳算法建立防眩網結構參數優化模型，以遮光率以及成本為目標函數，以網孔尺寸、傾角與安裝高度為設計變量。目標函數表達式為：

其中η為遮光率，C為單位造價，約束條件涵蓋網孔尺寸與傾角以及安裝高度三個維度的工程實用范圍，采用NSGA-Ⅱ算法求解，設定種群規模100，迭代次數300次，通過交叉算子和變異算子的合理配置確保算法收斂性。基于Pareto前沿面分析，獲得最優解組合：網孔尺寸25mm×25mm，傾角25°，安裝高度1200mm，該組參數方案充分權衡了防眩效果與工程造價，遮光率指標提升15%的同時，實現了單位造價的顯著降低，優化過程中引入了結構穩定性以及施工可行性約束，保證了優化結果的工程實用價值，多目標優化方法的應用為防眩網結構設計提供了科學的理論基礎。

3.2 光學性能實驗室驗證

搭建標準化光學測試平臺驗證優化參數的可靠性，測試系統采用850nm波長LED光源模擬車輛前照燈，配置32×32光敏二極管矩陣采集透射光通量數據，實驗在溫度（20±2）℃、相對濕度（45±5）%的嚴格環境下進行，測試工況覆蓋40-120km/h車速范圍、0-45°入射角變化以及不同光強條件。實驗數據顯示：優化后結構在標準工況下平均遮光率達到設計目標值，各項性能指標波動范圍控制在3%以內；動態工況下性能衰減不超過5%；強光入射條件下防眩效果保持穩定，重復性測試結果表明，優化參數組合具有良好的適用性和可靠性，通過建立光學性能評價體系，從遮光率、透射比與散射特性等多個維度驗證了結構參數的合理性，實驗室驗證結果為工程應用奠定了堅實基礎。

3.3 現場應用效果評估

選取雙向四車道典型路段安裝優化結構防眩網進行性能評估，路段設計速度80km/h，實驗區段長度2km，采用瑞士MS-6型眩光值測試儀進行現場測試，按5m×10m標準網格布置測點，全面采集眩光值與亮度對比度等關鍵指標。如表1所示，防眩設施安裝前后各項指標均產生顯著改善，特別是在夜間行車條件下，駕駛員視覺環境得到明顯優化，連續六個月的跟蹤觀測顯示，防眩網結構保持穩定，螺栓連接可靠，防腐層完好，表面無明顯褪色以及銹蝕現象。針對冬季低溫、夏季高溫與暴雨等極端天氣條件下的防眩性能進行重點監測，驗證了優化設計的環境適應性，現場評估數據充分證實了優化方案的工程實用價值。

3.4 經濟性綜合分析

運用全壽命周期成本法系統評估防眩網經濟性，成本構成包括材料費、安裝費以及年度維護費，其中材料費約占總投資的75%，耐久性試驗結果表明，在正常使用和維護條件下，防眩網結構可保持8年以上的使用壽命。經濟性分析顯示，優化結構通過改進設計降低了材料用量，實現投資成本節約12%，設計創新點包括簡化連接結構、優化防腐工藝與改進安裝方式等，有效降低了施工以及維護成本，在交通事故率下降、通行效率提升與車輛損耗減少等間接效益分析基礎上，測算投資回收期約為3.2年，低于同類交通設施平均水平。從工程項目全周期角度評估，優化方案具有顯著的經濟效益以及社會效益，造價分析結果可為類似工程提供決策參考。

4 結語

防眩網結構參數與遮光效果的關系研究建立了完整的理論體系，從光學特性測試到多參數耦合作用分析，系統闡明了網孔幾何尺寸、網格傾角以及安裝高度等結構參數對遮光性能的影響規律。優化后的防眩網結構在保證遮光效果的同時兼顧了經濟性，具有較高的工程應用價值，研究成果對防眩網結構設計具有重要的指導意義，可有效提升夜間行車安全性，推動防眩設施的標準化建設與推廣應用。

參考文獻：

[1]李玉.分離式防眩板在保障高速公路夜間行車安全中的應用策略[J].運輸經理世界，2025（03）：122-124.

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[3]張雪帆.高速公路防眩網養護改造設計與施工[J].交通世界，2024（15）：141-143.

[4]張煜.高速公路更換及增設防眩網設計[J].交通世界，2023（28）：60-63.

[5]李海峰，劉宇辰，孫吉書，等.基于模糊綜合評價方法的高速公路防眩設施優化選擇[J].低溫建筑技術，2020，42（08）：127-129.