道路照明的评价指标

道路照明的评价指标
在对驾驶员的视觉作业特点及所需的视觉信息进行分析研究的基础上，根据人类视感官系统的原理以及在实验室和现场对驾驶员在各种照明条件下的功能所进行的研究结果，并结合实践经验，导出了道路照明的质量评价指标，即道路照明应满足的技术指标。

一、道路照明的质量评价指标
（一）路面平均亮度（L。

）
在道路照明中，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、最低限度的亮度差（对比）才能察觉到障碍物。

所需的对比值取决于视角及观察者视场中的亮度分布，后者决定观察者眼睛的适应条件。

视角越大（当观察者至障碍物的距离不变时，障碍物越大），路面亮度越高没眼睛的对比灵敏度越高，觉察障碍物的机会也就越大。

因此，提高路面平均亮度（或照度）值将有利于提高驾驶员觉察（障碍物）的可靠性。

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（但需保持在产生眩光的亮度水平以下），驾驶员就越舒适。

（二）路面亮度均匀度
路面亮度均匀度包括亮度总均匀度和亮度纵向均匀度。

1、总均匀度（U0）
道路照明设施，即使能为路面提供良好的平均亮度，但也可能在路面上某些区域产生很低的亮度，因而在这些区域里对比值低、阈值对比高。

同时，视场中大的亮度差，也会导致眼睛的对比灵敏度下降和引起所谓瞬时适应问题，以致不易觉察出在这些较暗区域里的障
碍物。

因此，为了使路面上各个区域里的各点都有足够觉察率，就需用确定路面上最小亮度和平均亮度之间的允许差值。

从而导出了影响觉察可靠性的第二个评价指标——亮度总均匀度，它定义为路面上最小亮度和平均亮度之比，即（80页有一公式）
式中L min——路面上最小亮度。

2、纵向均匀度（U L）
当驾驶员在路面上行驶时，在其前方路面上反复相继出现在亮暗区对驾驶员的干扰（即所谓“斑纹”效应）很大。

因此，为了减弱这种干扰，就必须限制沿车道中心线上最亮区和最暗区的亮度差。

从而导出了影响驾驶员视觉舒适感的第二个评价指标——亮度纵向均匀度。

它定义为通过观察者位置平行于路轴的直线一即车道中心线上）最小亮度和最大亮度的比值，即（80页有一公式）
式中L′min——车道中心线上的最小亮度：
L′max——车道中心线上的最大亮度。

（三）眩光限制
在道路照明中，眩光限制也是一项重要的评价指标。

眩光可分成2类：①称为失能眩光。

它损害视看物体的能力，直接影响到驾驶员觉察物体的可靠性。

②称为不舒适眩光，通常引起不舒适感觉和疲劳，直接影响到驾驶员的舒适程度。

由于这2类眩光之间的功能关系尚不清楚，因此需分别予以考虑。

1、失能眩光（生理眩光）
从可见度损失的角度，用失能眩光来评价道路照明设施。

眩光导致觉察（即知觉）能力的损失，是由于光在眼睛里发生散射而造成的，见图4-1。

没有眩光时，直接视场里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，来自位于直接视场内或靠近直接视场的眩光源的光线在眼睛里不聚焦，而是部分地发生散射。

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。

这层幕可以看作有一等效亮度，其与视网膜方向散射程度成正比。

为了确定总的视感，必须把这种亮度加在景物所产生的亮度上，即视感的总强度取决于2个分量之和：景物亮度和等效光幕亮度。

何拉德（Holladay，1972）等人发现等效光幕亮度取决于眩光源在眼睛上产生的照度（E vyv）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）。

对道路照明中通常出现的亮度范围以及在1.5~60˚范围内的θ，光幕亮度可用下面经验公式表示（81页有一公式）
式中L v——等效光幕亮度（cd/㎡）；
E vyv——眩光源在观察者眼睛上（在垂直于视线平面上）所产生的照度（lx）；
θ——视线和来自眩光源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=3×10ˉ³。

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可由每个眩光源所产生的等效光幕亮度相加而得到，即（82页有一公式）
把等效光幕亮度加在背景亮度和物体亮度两者之上后，有效背景亮度和对比本身均会发生变化。

1）有效背景亮度增加（82页有一公式）
式中L b——背景亮度；L baff——有效背景亮度。

2）对比减少（82页有一公式）
式中L o——物体亮度；
C o——没有眩光时物体亮度对比；
C aff——有眩光时物体的有效亮度对比。

根据图4-2CIE阈值对比曲线，一方面由于背景亮度增加而引起阈值对比减小即对比灵敏度增加，而另一方面对比又减少了。

但是，对比灵敏度增加即阈值对比减小的正效应还不足于补偿对比减少的损失。

这意味着，没有眩光时一个刚刚可以看见的物体（阈值对比），在有眩光时就看不见了，除非增加实际对比。

这个效应形成了度量由于眩光导致视功能损失的基础，称之为阈值增量，它定义为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。

而且CIE规定阈值增量应根据观察者对8′角物体的觉察（知觉）来决定。

因此，为了限制眩光对觉察物体能力的干扰，必须规定阈值增量（TI）的范围。

对于0.05cd/㎡和5cd/㎡之间的平均路面亮度，阈值增量计算如下（83页有一公式）式中TI——相对阈值增量（%）；
Lv——等效光幕亮度（cd/㎡），假定观察者总是以与水平线成1°夹角注视与中轴平行的正前方（即一直注视着前方90m路面上的一点）；
L。

——平均路面亮度。

2、不舒适眩光（心理眩光）
从降低驾驶员视觉舒适感的角度，用不舒适眩光来评价道路照明设施。

实验研究表明，驾驶员所感受到的不舒适眩光，可用眩光控制等级（G）来度量，它取决于特定灯具指数和道路照明设施的特性，即
G=f(I80，I88，F，c，L av，h′，p)
式中I80、I88——灯具在和路轴平行的平面内，与向下垂直轴形成80˚、88˚夹角方向上的光强值（cd）；
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（㎡）；
L av——路面平均亮度（cd/㎡）；
h′——水平视线（1.5m）距灯具的高度（m）；
p——每公里安装灯具的数目；
c——光源颜色修正系数，对低压钠灯c=﹢0.4，对其它光源c=0。

这些参数和眩光控制等级（G）之间有如下关系（84页有一公式）
式（4-6）各种参数适用范围
50≤I80≤7000（cd）；I≤I80/I88≤50；
7.10ˉ³≤F≤4.10ˉ¹(㎡)；
0.3≤L av≤7(cd/㎡)；5≤h′≤20(m)；
20≤p≤100
对少数设施如高杆照明或在同一系统里采用不同类型灯具，该公式是否适用，目前尚未得到证明。

影响G的各种参数可以分成两类。

（1）与灯具有关的参数，如I80、I88、F和c，把公式（4-6）中包含这几个参数的各项集中在一起，称之为特定灯具指数，用SLI表示，即（85页有一公式）
灯具生产厂家在可能条件下应将灯具的SLI值提供给用户使用。

（2）与灯具等的设置情况有关的参数，如L av、h′和p，可称之为设施也特性，但它是一个变量，需具体计算。

主观评价表明，不同的眩光感觉和G值有如表4-1所示的关系。

表4-1 不舒适眩光感觉和G值的关系
（四）诱导性
道路照明设施应能提供良好的诱导性，它对交通安全和舒适所起的作用犹如亮度水平或眩光控制一样重要，但诱导性不能用光度参数来表示。

1、诱导性的分类
（1）视觉诱导。

通过道路的诱导辅助设施，如路面中线、路缘或路面标志、应急路栏等使驾驶员明确自身所在的位置和道路前方的走向。

（2）光学诱导。

通过灯杆和灯具的排列、灯具式样、灯光颜色或其强度的变化，标志着道路走向的改变或将要接近交叉路口等特殊地点。

视觉诱导和光学诱导有区别，但又有紧密的不可分割的联系。

道路照明设施不但应起光学诱导作用，而且也应起视觉诱导作用。

2、获得良好诱导性的方法
（1）视觉诱导。

要提高路面标志的可见度，可通过扩大其反光性能和路面反光性能差异的办法来推荐采用不仅“明亮”而且质地粗糙的材料，使其反光性能相当扩散且在不利的气候条件下得以维持。

除此之外，如果采用纵向（与路轴平行方向）入射光受到限制（例如采用I80和I88值小的灯具）、大部分光射向道路的横方向（即与汽车行进方向垂直）的照明系统（如链式照明系统），将也有利于看清中线或边缘标志等诱导辅助设施，尤其在恶劣的天气条件下效果会更加明显。

（2）光学诱导。

提高光学诱导性的办法很多，现举几例加以说明。

1）在设置连续照明的道路上，中通过合理选择灯具布置方式，并把灯具排列整齐而得到良好的诱导性。

好在中间设有分车带的双幅路上宜将灯杆设在分车带，在曲线路段上宜将灯杆设在外侧，在T型交叉路口宜在道路终端对面设灯等等，都是为了获得良好的诱导性。

2）通向交叉口的道路、相邻的道路或类别、功能不同的道路，可通过下列途径改善道路照明所提供的诱导性。

第一、改变照明系统。

如通向交叉口的道路及交叉口本身可采用不同的照明系统，如前者采用常规照明。

后者采用高杆照明。

第二、改变光源颜色。

如通向交叉口的主、次干路可采用光色不同的光源。

在规划城市道路照明时，主、次干路、环路和过境道路等有计划地采用不同的光源，可使道路照明起到道路指示牌的作用。

第三、改变灯具的样式或安装高度。

如设有停车场、加油站的道路，在通向这些服条设施的支路上可采用和主路样式不同的灯具或不同的安装高度。

这样即使在白天也能提供良好的诱导性。

第四、改变灯具的布置方式。

如采用中心对称布置的道路，在接近交叉口时可改成道路两侧的对称布置。

这种变化可作为一种信号，提醒驾驶员他们正在接近危险的路口。

二、各项评价指标之间的关系
1、评价指标的分类
上面所讨论的道路照明的各项评价指标，大致上可以划归为两类：①影响到觉察障碍物的可靠性，即影响到视功能。

它包括路面平均亮度（L。

）和路面亮度总均匀度（U0）以及度量失能眩光的相对阈值增量（TI）。

②影响到驾驶员的视觉舒适感。

它包括路面平均亮度、路面亮度纵向均匀度（U L）和度量不舒适眩光的眩光控制等级（G）。

而诱导性应该说和驾驶员的视功能和视舒适两者都有关系。

由此可知，路面平均亮度是一项非常重要指标，在进行道路照明设计时首先必须满足。

亮度总均匀度和纵向均匀度相比，应该说前者更加重要，因此在经费受到限制时，我们应尽可能满足总均匀度的要求，而纵向均匀度则可牺牲一点，这也正是有些国家的标准规范对纵向均匀度不作具体规定的原因。

两种眩光（即失能眩光和不舒适眩光）的关系尚不清楚，很难说控制哪一类眩义更加重要，尚有待于继续探索研究。

2、评价指标之间的关系
路面平均亮度、亮度总均匀度和相对阈值增量之间存在着一定的关系。

U0和TI值低于标准的要求时应提高L av的值，反之U0和TI值高于标准的要求时可适当降低L av的值。

例如，实验证时U0从0.4降到0.2时，若将L av值提高3.5~4倍，则可保持视功能基本不变。

同样，若TI从7%增加对30%，为了保持视功能不变则需把Lav值提高2.5倍。

事实上，对这些评价指标之间的真正关系，还没有完全搞清楚。

哪一个指标最重要？哪个次之？哪个比较不重要？在综合评价道路照明的质量时各个指标的权重又是多少？什么样的设计才算是最佳设计？这些问题尚有待于今后继续深入研究。