市政立交桥高杆照明灯具失能眩光评价指标研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.2(下)-32-工 业 技 术高杆照明具有光照半径大、单位面积内灯具需求量少等优点,是立交桥照明设施的常用设计方案。失能眩光是照明灯具在应用过程中可能出现的不利因素,为了应对该问题,应结合立交桥的实际场景,建立相应的评价指标,在理论层面对其进行预防。1 立交桥高杆照明分析高杆照明灯具的照明半径通常可达数百米,能够覆盖较大的照明范围,减少立交桥上照明灯具的数量,同时能提供较高的照度,是立交桥照明灯具的主要选择。高杆照明的特点如下。1.1 高杆照明的分类根据灯杆的高度,可将高杆照明分为 2 类,包括半高杆和高杆 2 种,前者的灯杆高度通常为 16m18m,主要应用于
2、中小型立交桥,其照射半径相对较小,灯具的照明功率多为 400W以内。将灯杆高度记为 H,高杆照明是指 20m H 45m 的照明灯具,一般情况下不超过 45m,其应用场景包括大型立交桥、大型交通路口等,灯具的照明功率多为 400W2000W。1.2 投光特点分析高杆照明灯具常见的投光方式包括 3 种,分别为单侧方向投光、半圆周形投光和圆周形投光。单侧方向投光具有明确的指向性,光束较集中。半圆周形投光的照射范围呈扇形或半圆周形。圆周形投光以灯具为几何中心,均匀地向四周投射光线。1.3 照明计算方法选择立交桥的照明灯具时,应以理论计算的结果为依据,保证照度满足要求,同时具有节能性。将立交桥道路的平
3、均照度记为 Eav,则该指标的计算方法如公式(1)所示。EUKNSWav?(1)式中:N 为路灯的排列方式,如果路灯在道路两侧相对排列,则N的取值为2.0,如果路灯在道路一侧或者在两侧交错布置,则 N 的取值为 1.01;为光源的总光通量;U 为光源的利用系数,由灯具制造厂家提供;K 为灯具的维护系数,根据城市道路照明设计标准(CJJ452006),参数 K 的取值方法见表 1;S 为路灯灯杆的间距;W 为道路的宽度。2 关于眩光的基本理论2.1 高杆照明的眩光问题描述眩光是一种不利的交通因素。驾驶员受眩光影响,可能会出现视觉误判,进而发生交通事故。眩光在本质上是一种视觉感受,其形成原因包括
4、2 种,其一是照明光线不稳定,变化幅度较大2;其二是光线在路面上分布不均匀。根据现有研究成果,眩光的产生与光线对人眼的入射角度存在密切联系,具体见表 2。表 1 道路照明的维护系数取值标准灯具防护等级维护系数IP540.70IP540.65表 2 眩光与光线对人眼入射角度的关系光线对人眼的入射角度()眩光程度015极强眩光区1530强烈眩光区3045中等眩光区4570 时,即认为产生了不舒适眩光,具体评价方法包括 3 个步骤。第一步是评价单个光源造成的不舒适度,其影响因素包括该光源的位置、表面积、亮度及其在视野内产生的平均亮度;第二步是评价多个光源共同作用时对视觉产生的不舒适感;第三步是确定视
5、觉舒适程度,其决定性因素是观察者对不舒适眩光的接受程度。3.1.2 亮度限制曲线评价法亮度限制曲线评价方法基于人的视觉试验。在具体实施过程中,该方法需要搭建专门的眩光试验环境,由观察者对眩光的感受做出评价,形成量化的评价数值,再将其绘制成曲线,对眩光进行限制。市政立交桥高杆照明灯具失能眩光评价指标研究陈青(山东华邦建设集团有限公司,山东 潍坊 262500)摘 要:失能眩光会影响驾驶人员的视觉感受,造成判断错误,进而导致交通安全事故。为了预防该问题,本文以市政立交桥常用的高杆照明灯具为分析对象,结合现有的眩光理论,探究高杆照明灯具失能眩光的评价指标,包括阈值增量和眩光值,同时介绍了2个指标的理
6、论计算方法,可为该场景下的失能眩光评价提供一定参考。关键词:立交桥高杆照明灯具;失能眩光;评价指标中图分类号:TU113文献标志码:A中国新技术新产品2024 NO.2(下)-33-工 业 技 术3.2 失能眩光评价指标3.2.1 阈值增量阈值增量(Threshold Increment,TI)用于度量失能眩光。当环境中存在眩光源时,为了能够看清楚物体,需要在环境背景或物体所在的位置增加亮度,将所增加亮度的百分比称为阈值增量3。3.2.2 眩光值国际照明委员会提出了一种眩光评价指标,称为统一眩光值(Unified Glare Rating,UGR),用于度量室内视觉环境中照明装置发出的光对人眼
7、引起的不舒适感。但该指标主要应用于室内环境,不能满足立交桥的眩光环境。针对室外环境,该委员会提出了眩光值评价指标,其含义为灯具产生的亮度/照射场地的亮度,国内的技术标准吸收了这一理念,具体可参考建筑照明设计标准(GB500342013)。3.3 失能眩光评价指标的计算方法3.3.1 阈值增量的计算方法3.3.1.1 计算等效光幕亮度等效光幕亮度与杂散光密切相关,当杂散光作用于人的视网膜时,会导致视网膜上图像的对比度下降,进而影响视觉效果。该参数的计算方法如公式(2)所示。LK Evgl?2(2)式中:K为一个常数;Lv为等效光幕亮度值;Egl为眩光源对观察者眼睛视线平面所产生的照度;为视线与光
8、源发出的光线所形成的夹角,且 1.5 60,转化为弧度时,有 0.0251。实际照明场景中可能存在多个光源,此时应计算出各光源相互叠加所形成的等效光幕亮度,计算方法如公式(3)所示。Lv,total=Lvi(3)式中:Lvi是第 i 个光源的等效光幕亮度值4。在立交桥高杆照明灯具失能眩光评价中,需要注意以下几点。1)计算参数 Lv时,将观察点设置在靠近道路右侧 1/4宽度处,以模拟驾驶员的位置。2)为了排除地面低矮光源对眩光源相关计算的影响,计算时可假定汽车顶部遮光屏与驾驶员的视线为 20。3)改变观察者的位置,计算其在各位置上的 Lv值,在 TI 值的计算中,取其中最大的 Lv。3.3.1.
9、2 计算阈值增量TI 的计算方法与等效光幕亮度、道路平均路面亮度密切相关,其计算过程如公式(4)所示。TILL?65v,totalav(4)式中:Lav为路面的平均亮度值;Lv,total为所有相关光源的等效光幕亮度,并且有 Lv,total=Lvi。3.3.2 TI 值相关参数的计算方法在 TI 的计算过程中,需要严格控制各相关参数的计算精度。根据观察者的身高和所在的位置确定其眼睛的坐标值,记为(X0,Y0,Z0),再确定灯具的位置,记为(XL,YL,ZL),由此计算出观察者和灯具的相对距离。Egl是 TI 计算时的重要参数,其计算方法如公式(5)所示。EI CLglO?,?cos2(5)式
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