道路照明基本理论与计算

道路照明基本理论与计算第一部分道路照明基本概念第二部分道路照明灯具第三部分道路照明计算第四部分道路照明测量第一部分道路照明基本概念一、光的度量1、光通量——光源在单位时间内发出的光量称为光通量，符号Φ，单位是lm（流明）。

2、光强（度）——光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量被定义为光源在该方向的光强（度），符号为I，单位为坎德拉（cd）。

I=dφ/dΩ（Ω为立体角）3、（光）照度——表示表面被照明程度的量称为（光）照度，它是每单位面积上接受到的光通量数，符号为E，E=dφ/ds，单位为lx（勒克斯），1lx即1lm/m2。

一些实际情况下的（光）照度值4、方向的（光）亮度，符号为L，L=dI/ds，单位为cd/m2（过去常用单位为nt(尼特)，1nt=1 cd/m2）。

5、发光效率（1）光源发光效率——指一个光源所发出的光通量φ与该光源所消耗的电功率P之比，即：η=φ/P。

（2）灯具效率——指在规定条件下测得的灯具发射的光通量值与灯具内所有光源发出的光通量的测定值之和的比值。

6、对比感受性视觉认知的基本条件：亮度对比和颜色对比（在此忽略）。

亮度对比是视野中目标和背景亮度差与背景（或目标）亮度之比，符号C，即：C = | L0 −L b |式中：L0—目标亮度（nt）； L b—背景亮度（nt）L b人眼刚刚能够知觉的最小亮度比，称为阈限对比，符号C 。

阈限对比的倒数，即表示人眼的对比感受性，也称为对比灵敏度，符号S c，即：S c =1式中：S c——对比感受性； C —阈限对比CS c显然不是一个固定不变的常数，它的变化与以下因素有关：1、照明条件；2、观察目标的大小；3、观察目标呈现的时间。

在理想条件下，视力好的人能够分辨0.01的亮度对比，即人的对比感受性最大可达100。

由图中可以看出，S c随L b而上升，到大于100 nt 以后即接近最大值，之后，尽管L b在绝对数值上仍有比较大的上升，但S c已无大的上升空间，相反，当L b大于1000以后，S c反而有所下降，这主要是由于背景亮度过大而产生眩光的缘故。

特别要提醒大家的是：照度是一个客观值，而亮度是一个主观值。

对比感受性与背景亮度关系图横轴L b，纵轴S c二、关于道路照明的几个术语：（参见新版《城市道路照明设计标准》）1、灯具的安装高度——灯具的光中心至路面的垂直距离，符号为h。

2、灯具的安装间距——沿道路的中心线测得的相邻两个灯具之间的距离，符号为s。

3、悬挑长度——灯具的光中心至邻近一侧缘石的水平距离，即灯具伸出或缩进缘石的水平距离，符号为O。

4、道路有效宽度——与道路的实际宽度、灯具的悬挑长度和灯具的布置方式等有关的理论距离，符号为w eff。

当灯具采用单侧布置方式时，道路有效宽度为实际路宽减去一个悬挑长度。

当灯具采用双侧（包括交错和对称）布置方式时，道路有效宽度为实际路宽减去二个悬挑长度。

当灯具在双幅路中间分车带上采用中心对称布置方式时，道路有效宽度就是道路实际宽度。

道路有效宽度计算示意图5、 环境比——车行道外边5米宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的5米宽车行道上平均水平照度之比，符号为SR 。

6、 （道路）照明功率密度——单位路面面积上的照明安装功率（包括镇流器功耗），符号为LPD ，单位为W/m 2。

三、道路照明的质量评价指标 1、 路面平均亮度（L av ）或照度（E av ）在道路上行驶时驾驶员观察路面障碍物的背景主要是驾驶员前方的路面，因此，障碍物本身的表面和路面之间至少要有一定的、最低限度的亮度对比，驾驶员才能观察到障碍物。

路面平均亮度越高则眼睛的对比灵敏度越高，驾驶员觉察路面障碍物的可靠性越高。

路面平均亮度水平也直接影响到驾驶员的视觉舒适程度。

平均亮度越高（但需限制在产生眩光的亮度水平以下），驾驶员就越舒适。

2、 路面亮度（或照度）均匀度路面亮度（或照度）均匀度包括亮度（或照度）总均匀度和亮度（或照度）纵向均匀度。

(1)总均匀度（U 0）道路照明设施，即使能为路面提供良好的平均亮度，但也很可能在路面上的某些区域产生很低的亮度，因而在这些区域里对比值（C ）低、阈限对比（C ）高。

同时，视场中大的亮度差，也会导 致眼睛的对比灵敏度（S c ）下降和引起所谓瞬时适应问题（视觉疲劳），结果是驾驶员的视看能力的下降。

为了保证驾驶员对路面上各个区域都有足够的视看能力，就需要确定路面上最小亮（照）度与平均亮（照）度之间的允许差值。

亮度（或照度）总均匀度定义：路面上最小亮（照）度和平均亮（照）度之比，即U 0=L min ，式中： Lmin ——路面上的最小亮度值； L av ——路面上的平均亮度值（2）纵向均Lav匀度（U L ）当驾驶员在路面上行驶时，一般情况下总是沿着某一条车道行驶，而在驾驶员前方路面上反复相间出现的亮暗区对驾驶员的干扰（即所谓的“斑纹”效应）很大。

因此，为了减少这种干扰，就必须限制沿车道中心线上最高区和最暗区的亮度差，以提高驾驶员的视觉舒适感。

亮度（或照度）纵向均匀度定义：路面上通过观察者位置并且平行于路轴的直线上（即车道中心线上）最小亮（照）度和最大亮（照）度之比，即U L=L 'min ，式中： L’min ——车道中心线上的最小亮度值； L’max ——车道中心线上的最大亮度值注意：一条L'ma x道路有N 条车道就有N 个U L 值（评价时用其最小值）。

3、眩光限制是一项十分重要的评价指标，分为两类： （1） 失能眩光——损害视看物体的能力，直接影响到驾驶员觉察障碍物的可靠性，影响行车安全。

（2） 不舒适眩光——引起不舒适感觉和视觉疲劳，影响到驾驶员的舒适度。

平时往往不予足够的重视，有也只是定性的评价，实际是可以通过计算来定量分析的（尤其是新标准已经提出了具体的数值要求）。

（1）失能眩光（生理眩光）眩光导致视觉能力的损失，是由于光在眼睛里发生散射而造成的。

没有眩光时，直接视场里的景物的清晰图象聚焦在眼睛的视网膜上，引起的视感觉与景物的亮度成正比；有眩光时，眩光源的光线在眼睛里不聚焦，发生散射，在视网膜方向上的散射会起到光幕作用叠加在清晰的图象上。

这层光幕可以看作有一等效亮度，强度与视网膜方向的散射 程度成正比。

视感总强度=景物亮度+等效光幕亮度由于眩光而引起的光在眼睛里的散射图研究发现等效光幕亮度取决于眩光源在眼睛上产生的照度（E eye ）以及观察方向和从眩光源来的光线入射方向之间的角度（θ）。

通常情况下，道路照明中路面亮度在0.05cd/m 2—5cd/m 2，θ一般在1.5—60°（对驾驶员而言是20°）范围内，等效光幕亮度可以用以下经验公式计算：E eyeL v =K ⋅q 2式中：L v —等效光幕亮度（cd/m 2）；E eye ——眩光源在观察者眼睛上（在垂直于视线（不完全水平）平面上）所产生的照度（lx ）； θ—视线和从眩光源来的光线入射方向之间的角度；K —比例常数，当θ以度为单位时K=10，当θ以弧度为单位时，K=3×10-3在实际应用中，视场中往往出现多个眩光源，这时总的等效光幕亮度等于各个眩光源所产生的等效光幕亮度的叠加，即nL v = ∑L vii =1把等效光幕亮度加在背景亮度和目标亮度两者之上后，一方面，由于背景亮度增加而引起阈限对比减小即对比灵敏度增加；另一方面，对比又减小了。

但是，对比灵敏度 ［C=| L 0 − L b | ］增加的正效应还不足以补偿对比减小的损失。

这意味着，没有眩光时一个刚刚可L b以看见的物体，在有眩光时就看不见了，除非增加实际对比，称为阈值增量，定义：在眩光条件下又能刚刚看见物体所需增加的额外对比除以有效对比。

（它是一个百分比）对于道路照明中路面亮度在0.05cd/m 2—5cd/m 2，阈值增量可用下式计算： TI = 65L vL 0av .8式中：TI —相对阈值增量（%）；L v —等效光幕亮度（cd/m 2），假定观察者总是以与水平线成1°夹角注视与路轴平行的正前方 （即一直注视着前方90 m 路面上的一点）； L av ——路面上的平均亮度我国即将重新颁布的《城市道路照明设计标准》规定，对于快速路、主干路和次干路，TI 应小于10%，对于支路，TI 应小于15%。

（2）不舒适眩光（心理眩光）可以用眩光控制等级（G ）来度量驾驶员所感受到的不舒适眩光，主要取决于特定灯具指数和道路照明设施的特性。

眩光控制等级（G ）可以用以下经验公式计算：I 80 1/2 I 80G=13.84－3.31lgI 80+1.3(lg ) －0.08 lg +1.2lgF+0.97lg L av +4.41lgh′－1.46lgP+c式中：I 80、I 88—灯具在和路轴平I88行的平面内，与向I88下垂轴形成80°、88°夹角方向上的光强值（cd ）；该值可以通过灯具的光强表查得，适用范围50≤I 80≤7000（cd ）； 1≤I 80/ I 88≤50； F —灯具在和路轴平行的平面内，投影在 76°角方向上的发光面积（m 2）；该值可以通过实际采用的灯具计算而得，适用范围7×10-3≤F≤4×10-1（m 2）； L av ——路面上的平均亮度（cd/m 2）；0.3≤L av ≤7(cd/m 2）； h′—水平视线（1.5m ）距灯具的高度（m ）；5≤h′≤20(m)；P —每公里安装灯具数目；20≤P≤100； c —光源颜色修正系数，对低压钠灯c=+0.4，对其它光源c=0。

举例：以宁波燎原灯具NBDD —18为例灯具尺寸图该灯具的总尺寸为875 m m×373 m m，计算可得（更可以实际测量）发光面积为372 m m×260 m m，近似为0.09 m 2，76°投影面积为0.087 m 2（sin76°）；不舒适眩光感觉和G 值的关系表4、诱导性——重要性很突出，但它是一个定性评价指标。

（1） 视觉诱导——采用诱导辅助设施，如路面中线、路缘、或路面标志、应急路栏。

（2） 光学诱导——通过灯杆和灯具排列、灯具式样、灯光颜色或其强度变化。

举例：1）在设置连续照明的道路上，灯具排列整齐；双幅路上将灯杆设置在分车带中央；曲线路段灯杆设在外侧；在T 型交叉路口在道路终端对面设灯等。

2）根据需要，通过改变照明系统、改变光源颜色、改变灯具的样式或安装高度、改变灯具的布置方式来获取良好的诱导性。

机动车交通道路照明标准值（2005新版）2、表中各项数值仅适用于干燥路面。

3、表中对每一级道路的平均亮度或平均照度给出了两档标准值，由XX/XX表示，“/”的左侧为低档值，右侧为高档值。