道路照明见度的计算模型研究.doc

道路照明能见度的计算模型研究 WENG Ji, HU YingKui YING Wen 摘要：能见度是道路照明中影响驾驶员视线可靠性的综合评价指标，也是影响道路照明安全和节能的重要因素。本文介绍了道路照明能见度的概念及其影响因素。也解释了道路照明设计的小目标能见度计算模型，并从视觉可靠性和驾驶员视觉舒适度的角度描述了制定城市道路照明能见度标准的意义。 关键字：道路照明，能见度，计算模型，设计标准 1、引言 城市道路照明的目的是确保交通安全，减少交通事故的发生，提高交通运输效率，为在夜间出行的机动车和非机动车驾驶员以及乘客建立一个良好的视觉环境。根据中国城市道路照明设计标准[1]，道路基于其功能被分为四类，即快速路，主干路，次干路和支路。同时，评估道路照明的相应指标还包括平均路面亮度、整体均匀度、纵向均匀度、失真炫光限制和环绕比（SR）。另外，道路照明标准还需要良好的引导。 研究[2]表明，能够影响道路照明质量的各种影响因素，即平均路面亮度、环绕比和失真炫光之间存在着某些内在的关系。它们对道路驾驶员的视觉功能具有全面的影响，也就是说，把这些个别道路照明质量指标和目标亮度结合起来，共同决定了道路照明的能见度条件。能见度是一个能够全面评价影响驾驶员的视觉可靠性的指标，这对于道路照明安全和节能来说具有重要意义。为了充分发掘道路照明的功能，我们可以根据国际道路照明标准的发展趋势，结合中国道路照明的现状，对道路照明技术指标进行深入研究，从而制定出一个更加实用、更加科学、更加具有前瞻性和先进性的道路照明亮度标准。 能见度测量的范围是人眼识别现有对象或形状的困难程度，它是一个心理物理学测量，用来描述人眼观测和识别目标物时主观感受[3]。对于道路照明，路面照明亮度本身不足以确保驾驶员对道路目标物的准确识别，必须提高目标物背景的亮度差，使其大于可以识别的最小值。因此，能见度指标通常被表示为可视水平[2]，即一个表示观测目标物亮度和背景亮度之间的差值与亮度差阈值的商的系数： （1） 这里，VL表示能见度水平；ΔL表示观测目标与背景亮度之间的差值，即ΔL=Lt-Lb；ΔL0表示目标刚好可以被识别时观测目标与背景之间的亮度差，即阈值亮度差，也就是ΔL0=Lt0-Lb。 从上述公式可以看出，目标物亮度和其相邻的背景亮度以及阈值亮度差都是影响能见度水平的主要因素。研究[4]表明，阈值亮度差的重要因素是对相邻环境和失真眩光的亮度适应、目标对象的存在时间、观测者年龄和负对比度校正（目标物的亮度低于背景亮度）。为了更合理的道路照明设计，小目标能见度（STV）的设计标准按照美国道路照明标准RP-8-00[5]的推荐。这个标准中，为直干单行道的清晰表面计算出了STV，是在识别时间和视场角分别为0.2s和7.45’，并且驾驶员年龄为60岁以上、眼睛高度为1.45m的不利条件下。在计算过程中，驾驶员被要求观测20个垂直放置的规格为0.18m*0.18m的小目标漫反射板（表面反射率为0.5），距离驾驶员正前方83.07m。然后计算每个均匀布置在两个灯柱两行之间的小目标能见度水平，使它们的加权作为STV。标准RP-8-00中指定的小目标能见度计算模型是相当复杂的。为了更方便的计算道路照明能见度，本文利用阈值亮度测试和广义韦伯-费希纳定律来简化一定计算条件下的计算模型。 2、计算目标物和背景亮度的模型 2.1目标物亮度Lt 假设目标物的表面反射遵从朗伯定律[6]，可以来源于平方反比定律 （2） 其中，Ltp表示单个灯具照射下的目标物亮度；c，γ表示灯具相对P点的角关系，参见图1；I表示角γ和c处的发光强度；LLF表示灯具的光损耗因子；H表示灯具的高度；ρ表示目标物的反射率；h表示目标物的高度。 目标物亮度Lt是所有灯具对目标物贡献亮度的总和。 图1 亮度计算的坐标图 2.2 背景亮度Lb 某点P在一个灯具照射下生成的路面亮度如下[7]： （3） 点P在n个灯具照射下的亮度总和如下【7】： （4） 其中，ci，γi表示点P相对于灯具i的坐标；I（ci，γi）表示灯具i在P点产生的光强度；γ（βi，γi）表示简化的亮度系数，可以从标准路面的γ表中获得，标准路面对应于实际路面；H表示灯具的安装高度；LLF表示灯具的光损耗因子；MF表示r表的生产系数，通常为10000。 在能见度的计算中，目标物的背景亮度（Lb）应该选择为相对目标物上边界和下边界（Lb1和Lb2，如图2）中间的平均亮度【6】，即 （5） 其中，Lb1是目标物上边界的背景亮度，即在目标物后11.77m处的路面亮度，