時(shí)間:2016年06月16日 來源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊:次

    道路照明的主要作用是保障夜間交通安全，為道路使用者提供舒適、可靠的視覺環(huán)境。

    在夜間道路使用者中，由于機(jī)動(dòng)車速度快，發(fā)生事故的后果嚴(yán)重，所以需要首先保證機(jī)動(dòng)車駕駛員的視覺作業(yè)需求。而道路照明的質(zhì)量與駕駛員視覺可靠性之間存在密切關(guān)系，如果視覺可靠性得到改善，必然減少事故發(fā)生。

    因此，評(píng)價(jià)道路照明質(zhì)量的優(yōu)劣，首先要從影響駕駛員視覺可靠性的基本因素和要求出發(fā)。

    視覺可靠性包含兩個(gè)方面：視功能和視覺舒適。

    視功能是指駕駛員在他的視野中看清物體及其變化的功能，即視覺的生理作用是否處于正常狀態(tài)。視覺舒適是指在道路照明產(chǎn)生的視覺環(huán)境中，駕駛員在心理上是否感到舒適。

    直接影響駕駛員視覺可靠性的基本因素有如下幾條：

    路面或道路附近的物體亮度；

    道路背景的普遍亮度；

    辨認(rèn)物體和細(xì)部的尺寸；

    物體與背景之間的亮度對(duì)比；

    車道路面與觀察到的環(huán)境之間的亮度對(duì)比；

    觀察物體的有效時(shí)間；

    眩光程度等。

    根據(jù)上述因素，下面分幾個(gè)方面討論駕駛員的視覺可靠性與道路照明參數(shù)之間的各種關(guān)系，從而確定影響道路照明質(zhì)量的因素和要求。

    一、 建立照明參數(shù)的基礎(chǔ)——亮度

    一個(gè)物體之所以能被看見，引起視覺反應(yīng)。是由于其表面發(fā)射的光線進(jìn)入了觀察者的眼睛，進(jìn)入的光線越多，視覺知覺就越強(qiáng)。道路表面上的照度，是作為觀察對(duì)象的道路表面單位面積上接收的光線數(shù)量，它不能直接給出觀察者視覺知覺的強(qiáng)弱。

    只有道路表面的亮度的高低，才能直接正比于觀察者視覺知覺的強(qiáng)弱。實(shí)際的道路表面是一種介于漫反射和定向反射之間的表面，這類表面上某一點(diǎn)的亮度，是該點(diǎn)照度和光線入射角、表面反射特性以及觀察方位角的函數(shù)。所以路面上即使是照度相同的不同點(diǎn)，由于相對(duì)于觀察者位置的不同，其亮度也不同。

    因此，對(duì)于使用者來說，道路表面的明暗不直接決定于照度，而決定于亮度。道路表面的照度只反映了路面接受光通量的情況，并不反映路面對(duì)這些光線的反射情況，因此它不是一個(gè)直接反映道路照明質(zhì)量的量。而直接影響駕駛員視功能的是在他視野范圍內(nèi)存在的各種亮度圖案。

    由此可見，只有基于亮度概念上建立的各種照明參數(shù)，才能很好的滿足視覺可靠性的要求。

    國際上自1940年開始以亮度來評(píng)價(jià)道路照明系統(tǒng)，70年代又增加了可見度、識(shí)別幾率等視功能指標(biāo)來綜合評(píng)價(jià)，以求更客觀更完整準(zhǔn)確的反映道路照明的質(zhì)量。

    二、 視功能

    1、 照明水平：

    要能看見并分辨一個(gè)物體就，就需要物體與背景間存在一定的亮度區(qū)別。在一般的道路上，照明水平較低，所以顏色的視覺較貧乏。而對(duì)于駕駛員來說，所必須獲取的視覺信息是能在背景（路面）上發(fā)覺障礙物的存在，不必區(qū)分是什么顏色。

    同時(shí)由于人眼對(duì)物體與背景間的亮度差別，比顏色差別更容易區(qū)別。所以引出了亮度對(duì)比度這一概念，其定義為：

    式中：

    C—亮度對(duì)比度

    Lb—背景亮度

    Lo—物體亮度

    如果物體比背景暗，這個(gè)對(duì)比度可稱之為負(fù)對(duì)比度，反之則稱為正對(duì)比度，道路照明一般產(chǎn)生負(fù)對(duì)比度。因?yàn)樵诿髁帘尘吧系囊粋�(gè)黑影，比暗背景上的一個(gè)明亮物體更容易被發(fā)現(xiàn)，駕駛員只要能看到障礙物的輪廓并判斷其方向就行了，并不需要了解細(xì)節(jié)。

    路面上一個(gè)物體的亮度Lo與它表面漫反射率RO和它垂直面上的照度Ev的乘積成正比。

    在亮度為Lb的道路上，一個(gè)為Lo的物體在視覺上可能出現(xiàn)下列三種情況：

    A、 Lo<Lb，可以明亮的背景上看到黑影；

    B、 Lo=Lb，二者融合，不能區(qū)別；

    C、 Lo>Lb，可以看到明亮的影子。

    顯然，第二種情況應(yīng)該避免。道路照明通常以滿足Lo<Lb為原則。因?yàn)長o>Lb則Ev值必然高，Ev值高就很容易引起眩光。

    由此可見，增加背景亮度或減少垂直面照度，能提高亮度對(duì)比度。從而影響視功能。在控制垂直照度的條件下，路面的平均亮度Lav就可以作為評(píng)價(jià)道路照明質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。

    2、 均勻度：

    為滿足駕駛員的視功能需求，不僅要有一定的路面平均亮度，而且要求路面亮度分布要有一定的均勻度。這就是影響照明質(zhì)量的第二個(gè)參數(shù)——亮度總均勻度Uo，其定義為：

    式中：

    Uo—亮度總均勻度

    Lmin—路面最小亮度

    Lav—路面平均亮度

    在一般情況下，最差的對(duì)比度往往出現(xiàn)在路面亮度低的區(qū)域，以致不易識(shí)別出在這些區(qū)域里的障礙物。同時(shí)，當(dāng)駕駛員觀察道路較暗的部分時(shí)，較亮的部分作為眩光源也會(huì)對(duì)視功能產(chǎn)生影響。因此需要確定路面最小亮度和平均亮度之間的比值，即亮度總均勻度Uo，這對(duì)視覺可靠性來說同樣是十分重要的參數(shù)。

    3、 眩光：

    眩光作用會(huì)導(dǎo)致識(shí)別能力下降，這是由于光在人眼里發(fā)生散射所造成的。在沒有眩光時(shí)，位于駕駛員視野正方向上景物的影像，清楚的聚焦在眼睛的視網(wǎng)膜上，這時(shí)的視覺靈敏度與景物的亮度成正比。

    若在偏離視野正方向的位置上有一眩光源，這個(gè)眩光源的光線也會(huì)進(jìn)入眼睛，但這部分光線不會(huì)被聚焦，會(huì)在眼睛里部分的散射。這部分散射光落到視網(wǎng)膜上，就好像在原來清晰的影像上疊加了一層光亮的幕。

    這層幕的亮度稱為等效光幕亮度，可用如下公式求得：

    式中：

    Lv—等效光幕亮度

    K—年齡因素（平均值=10）

    Ei—第i個(gè)眩光源在眼睛（與視線相垂直的平面）上產(chǎn)生的照度

    θi—從第i個(gè)眩光源來的光線方向與視線方向間的夾角

    由于這層光幕的存在，導(dǎo)致識(shí)別能力降低。這是因?yàn)樵谠瓉淼膬蓚�(gè)亮度（Lo和Lb）上，每個(gè)都加上了等效光幕亮度Lv，形成了新的對(duì)比度。

    可用下面兩式說明：

    A、由于有效背景亮度增加，剛好可以看見物體的亮度對(duì)比度即閾值對(duì)比度Cth減小，識(shí)別能力提高。

    式中：Lbeff—有效背景亮度

    B、有效對(duì)比度減小

    式中：Ceff—有效亮度對(duì)比度

    一方面由于背景亮度增加引起閾值對(duì)比度減小，另一方面對(duì)比度減小了，但是閾值對(duì)比度減小的正效應(yīng)是不能足夠補(bǔ)償有效對(duì)比度減小的損失的。也就是說，在沒有眩光的情況下，一個(gè)物體剛好能看見（閾值對(duì)比度）。

    在眩光的作用下，就看不清了，必須增加對(duì)比度才能看清。這部分增加的對(duì)比度和原來的對(duì)比度有關(guān)，它是表達(dá)由于失能眩光導(dǎo)致視功能降低的一種度量，稱為閾值對(duì)比度增量，簡稱閾增量。

    當(dāng)路面亮度范圍為0.05cd/m2＜Lav＜5cd/m2時(shí)，閾值增量TI的計(jì)算公式如下：

    式中：

    Lav—觀察者的適應(yīng)亮度（cd/m2）

    Eeye—觀察者視野中的一個(gè)燈具在其眼睛處垂直于視線方向的表面上產(chǎn)生的照度（lx）

    ∑—觀察者視野中的所有燈具對(duì)TI的貢獻(xiàn)

    θ—視線與人眼至燈具光中心連線的夾角（視線位于水平線以下1o并經(jīng)過觀察者眼睛的沿道路軸線縱向垂直面上）。

    這個(gè)TI就是評(píng)價(jià)照明質(zhì)量的第三個(gè)參數(shù)。

    三、 視覺舒適

    視覺舒適的要求和視功能的要求一樣，目的都是為了保證駕駛員的視覺可靠性，從而保障行車安全。視覺舒適是一種心理作用，主要靠主觀評(píng)價(jià)來確定，但可以通過對(duì)部分參數(shù)的限制來保證一定的照明質(zhì)量。

    和視功能一樣，視覺舒適也受照明水平、均勻度、眩光三個(gè)照明參數(shù)的影響，分述如下：

    1、照明水平：

    在保持眩光水平較低的條件下，高的路面平均亮度會(huì)使駕駛員感到更舒適，能在一定程度上延緩精神疲勞的產(chǎn)生。因此，路面平均亮度不但對(duì)視功能是個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)視覺舒適也是一個(gè)有影響的參數(shù)。

    2、均勻度：

    當(dāng)車輛在道路上行駛時(shí)，前方路面上相繼出現(xiàn)的明暗區(qū)，會(huì)形成有節(jié)奏的閃爍。也就是稱之為“斑紋效應(yīng)”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生干擾，引起視覺和精神疲勞。這也是影響視覺可靠性造成事故的一個(gè)原因。

    由此，提出了第四個(gè)影響視覺可靠性的照明參數(shù)——縱向均勻度（UL），它的定義為：車道中心線上最小亮度與最大亮度之比，即：

    式中：

    UL—縱向均勻度

    L，min—車道中心線上最小亮度

    Lmax—車道中心線上最大亮度

    3、眩光：

    眩光對(duì)駕駛員的視覺舒適感，同樣有很大影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，不舒適眩光的程度可以用眩光控制等級(jí)（G）來度量。這就是影響視覺可靠性的第五個(gè)參數(shù)，它主要受燈具特性和裝置特性兩方面的影響。

    其表達(dá)式如下：

    式中：

    G—眩光控制等級(jí)

    I80、I88—照明器在平行于路軸的垂直面與燈具垂直軸夾角80度和88度方向上的絕對(duì)光強(qiáng)；

    F—照明器在平行于路軸的垂直面與燈具垂直軸夾角76度方向上的發(fā)光面積；

    C—光源顏色修正系數(shù)；（低壓鈉燈=+0.4；高壓鈉燈=+0.1；高壓汞燈=-0.1；其他燈泡=0）

    Lav—路面平均亮度；

    h—水平視線高度和照明器高度間的垂直距離（燈具高度—1.5m）；

    P—每公里照明器的數(shù)量。

    上式為一經(jīng)驗(yàn)公式，其中方括號(hào)內(nèi)的部分代表了燈具特性，稱之為燈具指數(shù)（SLI）。

    4、誘導(dǎo)性：

    將照明器沿道路走向適當(dāng)?shù)呐渲�，使車輛、行人對(duì)前方道路的方向、路線及有關(guān)配置物等有一個(gè)明確的視覺條件，這個(gè)功能稱之為道路照明的誘導(dǎo)性。對(duì)于這方面雖然不能給出一個(gè)定量的參數(shù)，但對(duì)于視覺可靠性來說，它同樣是一個(gè)不可忽略的重要因素。

    在道路照明中，為增強(qiáng)光學(xué)誘導(dǎo)性，一般采用如下幾種處理方法：

    A、直線段道路照明器的配置，應(yīng)與道路平行，排列整齊；

    B、道路轉(zhuǎn)彎處照明器應(yīng)設(shè)置在彎道外沿；

    C、交叉口采用不同于道路光色的光源照明；

    D、不同的街道使用不同類型的光源；

    除上述要素外，不同的光源由于其發(fā)射的光譜不同，對(duì)視覺可靠性也有一定的影響，但以往的研究都是基于傳統(tǒng)光源條件下開展的。

    近年來隨著LED光源的發(fā)展，其在道路照明領(lǐng)域的應(yīng)用也日漸普及，但關(guān)于LED光源對(duì)道路照明環(huán)境中機(jī)動(dòng)車駕駛員視覺可靠性的影響的研究還不夠全面和深入，尚有待于道路照明工作者們進(jìn)一步拓展，以科學(xué)的推進(jìn)LED光源應(yīng)用，促進(jìn)綠色照明的發(fā)展。