時間:2016年06月16日 來源:本站原創 點擊: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、可靠的視覺環境。

    在夜間道路使用者中，由于機動車速度快，發生事故的后果嚴重，所以需要首先保證機動車駕駛員的視覺作業需求。而道路照明的質量與駕駛員視覺可靠性之間存在密切關系，如果視覺可靠性得到改善，必然減少事故發生。

    因此，評價道路照明質量的優劣，首先要從影響駕駛員視覺可靠性的基本因素和要求出發。

    視覺可靠性包含兩個方面：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。視覺舒適是指在道路照明產生的視覺環境中，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；

    辨認物體和細部的尺寸；

    物體與背景之間的亮度對比；

    車道路面與觀察到的環境之間的亮度對比；

    觀察物體的有效時間；

    眩光程度等。

    根據上述因素，下面分幾個方面討論駕駛員的視覺可靠性與道路照明參數之間的各種關系，從而確定影響道路照明質量的因素和要求。

    一、 建立照明參數的基礎——亮度

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

    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弱。實際的道路表面是一種介于漫反射和定向反射之間的表面，這類表面上某一點的亮度，是該點照度和光線入射角、表面反射特性以及觀察方位角的函數。所以路面上即使是照度相同的不同點，由于相對于觀察者位置的不同，其亮度也不同。

    因此，對于使用者來說，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，并不反映路面對這些光線的反射情況，因此它不是一個直接反映道路照明質量的量。而直接影響駕駛員視功能的是在他視野范圍內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，才能很好的滿足視覺可靠性的要求。

    國際上自1940年開始以亮度來評價道路照明系統，70年代又增加了可見度、識別幾率等視功能指標來綜合評價，以求更客觀更完整準確的反映道路照明的質量。

    二、 視功能

    1、 照明水平：

    要能看見并分辨一個物體就，就需要物體與背景間存在一定的亮度區別。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）上發覺障礙物的存在，不必區分是什么顏色。

    同時由于人眼對物體與背景間的亮度差別，比顏色差別更容易區別。所以引出了亮度對比度這一概念，其定義為：

    式中：

    C—亮度對比度

    Lb—背景亮度

    Lo—物體亮度

    如果物體比背景暗，這個對比度可稱之為負對比度，反之則稱為正對比度，道路照明一般產生負對比度。因為在明亮背景上的一個黑影，比暗背景上的一個明亮物體更容易被發現，駕駛員只要能看到障礙物的輪廓并判斷其方向就行了，并不需要了解細節。

    路面上一個物體的亮度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，一個為Lo的物體在視覺上可能出現下列三種情況：

    A、 Lo<Lb，可以明亮的背景上看到黑影；

    B、 Lo=Lb，二者融合，不能區別；

    C、 Lo>Lb，可以看到明亮的影子。

    顯然，第二種情況應該避免。道路照明通常以滿足Lo<Lb為原則。因為Lo>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就可以作為評價道路照明質量的一個重要參數。

    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。這就是影響照明質量的第二個參數——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，最差的對比度往往出現在路面亮度低的區域，以致不易識別出在這些區域里的障礙物。同時，當駕駛員觀察道路較暗的部分時，較亮的部分作為眩光源也會對視功能產生影響。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，這對視覺可靠性來說同樣是十分重要的參數。

    3、 眩光：

    眩光作用會導致識別能力下降，這是由于光在人眼里發生散射所造成的。在沒有眩光時，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膜上，這時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，這個眩光源的光線也會進入眼睛，但這部分光線不會被聚焦，會在眼睛里部分的散射。這部分散射光落到視網膜上，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個眩光源在眼睛（與視線相垂直的平面）上產生的照度

    θi—從第i個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，導致識別能力降低。這是因為在原來的兩個亮度（Lo和Lb）上，每個都加上了等效光幕亮度Lv，形成了新的對比度。

    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比度即閾值對比度Cth減小，識別能力提高。

    式中：Lbeff—有效背景亮度

    B、有效對比度減小

    式中：Ceff—有效亮度對比度

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

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

    當路面亮度范圍為0.05cd/m2＜Lav＜5cd/m2時，閾值增量TI的計算公式如下：

    式中：

    Lav—觀察者的適應亮度（cd/m2）

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

    ∑—觀察者視野中的所有燈具對TI的貢獻

    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并經過觀察者眼睛的沿道路軸線縱向垂直面上）。

    這個TI就是評價照明質量的第三個參數。

    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，主要靠主觀評價來確定，但可以通過對部分參數的限制來保證一定的照明質量。

    和視功能一樣，視覺舒適也受照明水平、均勻度、眩光三個照明參數的影響，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使駕駛員感到更舒適，能在一定程度上延緩精神疲勞的產生。因此，路面平均亮度不但對視功能是個重要的參數，對視覺舒適也是一個有影響的參數。

    2、均勻度：

    當車輛在道路上行駛時，前方路面上相繼出現的明暗區，會形成有節奏的閃爍。也就是稱之為“斑紋效應”的現象。這種現象會對駕駛員產生干擾，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原因。

    由此，提出了第四個影響視覺可靠性的照明參數——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：

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

    其表達式如下：

    式中：

    G—眩光控制等級

    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度方向上的絕對光強；

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

    C—光源顏色修正系數；（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—每公里照明器的數量。

    上式為一經驗公式，其中方括號內的部分代表了燈具特性，稱之為燈具指數（SLI）。

    4、誘導性：

    將照明器沿道路走向適當的配置，使車輛、行人對前方道路的方向、路線及有關配置物等有一個明確的視覺條件，這個功能稱之為道路照明的誘導性。對于這方面雖然不能給出一個定量的參數，但對于視覺可靠性來說，它同樣是一個不可忽略的重要因素。

    在道路照明中，為增強光學誘導性，一般采用如下幾種處理方法：

    A、直線段道路照明器的配置，應與道路平行，排列整齊；

    B、道路轉彎處照明器應設置在彎道外沿；

    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射的光譜不同，對視覺可靠性也有一定的影響，但以往的研究都是基于傳統光源條件下開展的。

    近年來隨著LED光源的發展，其在道路照明領域的應用也日漸普及，但關于LED光源對道路照明環境中機動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一步拓展，以科學的推進LED光源應用，促進綠色照明的發展。