結(jié)題匯報(bào)修改

基于交通安全視覺模型的隧道照明理論應(yīng)用研究交通工程部匯報(bào)人：楊勇交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院

基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目匯報(bào)2011年10月20日匯報(bào)目錄中間視覺在隧道照明領(lǐng)域的應(yīng)用研究2特征光譜補(bǔ)償在隧道照明中的應(yīng)用研究43335視覺功效法在隧道照明評價(jià)領(lǐng)域應(yīng)用研究國內(nèi)外研究介紹項(xiàng)目概述31推廣應(yīng)用前景637研究成果第一章項(xiàng)目概述1項(xiàng)目研究背景2主要研究內(nèi)容3技術(shù)路線1.1項(xiàng)目研究背景公路隧道照明特點(diǎn)24h不間斷照明；分段式照明設(shè)計(jì)。公路隧道照明應(yīng)用現(xiàn)狀隧道照明為保障公路運(yùn)輸安全、提高通行安全起到了重要的意義；照明能耗居高不下，建設(shè)、運(yùn)營壓力很大；照明系統(tǒng)是公路隧道運(yùn)營能耗的“大戶”，也是節(jié)能減排的重要突破口。1.2主要研究內(nèi)容

本項(xiàng)目來源于中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目，重點(diǎn)研究基于人眼視覺條件的公路隧道照明分析、評價(jià)方法，主要研究方向如下：中間視覺條件下公路隧道照明光學(xué)指標(biāo)修正方法；基于視覺功效法的公路隧道照明質(zhì)量評價(jià)方法；隧道照明環(huán)境下特征光譜對人眼視亮度的影響。1.3技術(shù)路線

本項(xiàng)目研究擬采取的技術(shù)路線如右圖所示，根據(jù)公路隧道照明應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，結(jié)合人眼視覺理論研究成果開展前面提到的三方面研究。

項(xiàng)目研究技術(shù)路線圖第二章國內(nèi)外研究情況1國外研究情況2國內(nèi)研究情況2.1國外研究情況

中間視覺表征的是人眼介于明視覺和暗視覺狀態(tài)之間的一種情況，一般認(rèn)為對應(yīng)的環(huán)境亮度在0.001cd/m2到幾個(gè)cd/m2之間，比較接近于夜間室外照明的水平。人眼光譜光視效率函數(shù)的研究方法主要包括：異色視亮度匹配法閃爍法視覺功效法適用于包括中間視覺條件在內(nèi)的各種環(huán)境亮度條件。適用于明視覺和暗視覺條件。人眼中間視覺研究模型的建立：早期直接計(jì)算中間視覺等效亮度的模型Palmer模型及其修正模型通過計(jì)算光譜效率函數(shù)研究中間視覺特性的模型：Sagawa模型、Ikeda模型、X模型和MOVE模型等2.1國外研究情況模型建立的主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)包括反應(yīng)時(shí)間、探測閾值和辨認(rèn)閾值等，實(shí)驗(yàn)方法同屬于視覺功效法。視覺功效法2.2國內(nèi)研究情況

中國計(jì)量科學(xué)研究院樸大植采用異色視亮度匹配法研究了400至700nm波長范圍內(nèi)中間視覺條件下人眼的光譜效率函數(shù)；復(fù)旦大學(xué)陳大華、邵紅、林燕丹運(yùn)用中間視覺理論對汽車照明光源、道路照明光源的等效光效進(jìn)行了探討；重慶大學(xué)陳仲林建立了中間視覺光譜視效能最大值的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用中間視覺理論進(jìn)行了建筑物立面泛光照明亮度值確定方法的研究；浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和天津大學(xué)等亦開展了相關(guān)研究工作…第三章中間視覺在在隧道照明明領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用研究1中間視覺等等效亮度計(jì)計(jì)算方法2不同類型光光源等效亮亮度分析3白光LED等效亮度研研究3.1中間視覺等等效亮度計(jì)計(jì)算方法本項(xiàng)目研究究以MOVE模型作為研研究基礎(chǔ)，，該模型是是歐盟MOVE項(xiàng)目（MesopicOptimisationofVisualEfficieney）的研究成成果，其簡簡化線性模模型可表示示為在已有研究究基礎(chǔ)上，，通過迭代代擬合獲得得的x取值計(jì)算公公式：

x代表了明視覺函數(shù)在中間視覺函數(shù)中所占的權(quán)重，是模型建立的重要參數(shù)暗視覺光通通量明視覺光通通量計(jì)算順序公式表示在求得的的基基礎(chǔ)上，通通過測試得得到光源輻輻照強(qiáng)度光光譜分布即即可得得到中間視視覺條件下下的總光通通量由于在其他他條件相同同的情況下下，總光通通量與亮度度的數(shù)值成成正比，則則可以得到到中間視覺覺相對于明明視覺的等等效亮度計(jì)計(jì)算公式3.1中間視覺等等效亮度計(jì)計(jì)算方法3.2不同類型光光源等效亮亮度分析被試光源：：熒光燈（FL）、高壓鈉鈉燈（HPS）和白光LED測試設(shè)備：：3m積分球和光光譜測試系系統(tǒng)測試項(xiàng)目：：光源輻照強(qiáng)強(qiáng)度光譜分分布3.2不同類型光光源等效亮亮度分析被試光源：：熒光燈（FL）、高壓鈉鈉燈（HPS）和白光LED0.471.721.993.2不同類型光光源等效亮亮度分析應(yīng)用公式推推導(dǎo)計(jì)算得得到不同背背景亮度條條件下的中中間視覺等等效亮度，，其與明視視覺亮度的的比值如右右圖所示：：通過數(shù)值擬擬合，擬合合曲線如圖圖所示，其其函數(shù)可表表示為：根據(jù)此公式式可以方便便的計(jì)算得得到特定光光源在中間間視覺條件件下明視覺覺亮度與等等效亮度的的比值關(guān)系系。不同光源背背景亮度與與中間視覺覺等效亮度度比值關(guān)系系圖常數(shù)因變量變量3.3白光LED等效亮度研研究被試光源：：測試設(shè)備同同3.2中的介紹，，光源輻照照強(qiáng)度光譜譜如下圖所所示：光源編號LED1#LED2#LED3#LED4#色溫4868K5549K5853K6924KGaN藍(lán)色發(fā)光YAG：Ce黃色發(fā)光相同明視覺覺背景亮度度條件（1cd/m2）下，不同同色溫白光光LED對應(yīng)中間視視覺光譜效效率函數(shù)。。LED2#（5549K）在不同明明視覺背景景亮度條件件下對應(yīng)的的中間視覺覺光譜效率率函數(shù)。不同色溫白白光LED的中間視覺覺光譜效率函函數(shù)圖LED2#在不同背景景亮度條件件下的中間視覺光譜效效率函數(shù)3.3白光LED等效亮度研究3.3白光LED等效亮度研究背景亮度，cd/m2中間視覺等效亮度，cd/m2LED1#LED2#LED3#LED4#0.50.640.680.670.7311.221.271.261.351.51.771.841.831.9422.322.392.382.512.52.852.932.913.0633.373.463.443.5944.394.494.474.6355.45.495.475.63不同色溫白光LED背景亮度與等效亮度關(guān)系曲線圖(a:LED1#,b:LED2#,c:LED3#,d:LED4#)

通過數(shù)值擬合，擬合曲線如圖所示，其函數(shù)可表示為：

根據(jù)此公式可以方便的計(jì)算得到不同色溫LED光源在中間視覺條件下明視覺亮度與等效亮度的對應(yīng)關(guān)系。白光LED在不同背景亮度度條件下的中間間視覺等效亮度度對照表第四章視覺功效法在隧隧道照明評價(jià)領(lǐng)領(lǐng)域應(yīng)用研究1基于視覺功效法法的反應(yīng)時(shí)間測測試系統(tǒng)2反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析光源1高壓鈉燈顯色指數(shù)：19.2光源2金屬鹵化物燈顯色指數(shù)：99.2光源3白光LED顯色指數(shù)：72.44.1基于視覺功效法法的反應(yīng)時(shí)間測測試系統(tǒng)本項(xiàng)目研究選擇擇反應(yīng)時(shí)間做為為測試指標(biāo)，研研究了不同類型型光源對人眼視視認(rèn)性能的影響響。視覺反應(yīng)時(shí)間測試系統(tǒng)示意圖照明反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)流程圖視標(biāo)選擇：郎道道爾環(huán)標(biāo)準(zhǔn)朗道爾環(huán)示示意圖實(shí)驗(yàn)光源：高壓壓鈉燈、金屬鹵鹵化物燈和白光光LED實(shí)驗(yàn)參量：背景景亮度、視標(biāo)對對比度和視標(biāo)偏偏心角實(shí)驗(yàn)人員：10人（6男4女，矯正視力均均在1.0以上）4.2反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析背景亮度，cd/m20.51.01.52.02.53.0HPS，ms525422333301297270MH，ms461402325296283260LED，ms410326285275252248比值(HPS/MH)1.141.050.990.961.051.04比值(HPS/LED)1.281.291.171.091.181.09（1）反應(yīng)時(shí)間與背背景亮度的關(guān)系系亮度對比度為0.5，視標(biāo)偏心角為為0°；在中間視覺范圍圍內(nèi)，隨著背景景亮度減小，HPS燈、MH燈、LED燈的反應(yīng)時(shí)間都都在增加；任何一種背景亮亮度下LED燈的反應(yīng)時(shí)間均均小于HPS燈和MH燈。三個(gè)光源在不同同背景亮度下的的反應(yīng)時(shí)間圖0.55cd/m21.01cd/m21.12cd/m24.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（2）視標(biāo)對比度對對反應(yīng)時(shí)間的影影響背景亮度為2cd/m2，視標(biāo)偏心角為為0°；在相同對比度條條件下，白光LED的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)于于HPS和MH，HPS的反應(yīng)時(shí)間最長長；隨著視標(biāo)對比度度的降低，三種種光源的反應(yīng)時(shí)時(shí)間都會增加，，HPS和MH的差異較為穩(wěn)定定。不同光源反應(yīng)時(shí)時(shí)間隨視標(biāo)對比比度變化曲線對比度C0.30.50.8HPS，ms504460438MH，ms416371360LED，ms381316308比值(HPS/MH)1.211.241.22比值(HPS/LED)1.321.461.424.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（3）視標(biāo)偏心角對對反應(yīng)時(shí)間的影影響背景亮度為2cd/m2，對比度為0.5；在中間視覺范圍圍內(nèi)，隨著視標(biāo)標(biāo)偏心角的增大大，HPS燈、MH燈、LED燈的反應(yīng)時(shí)間也也在增加，其特特點(diǎn)與明視覺特特性相似；不同光源的反應(yīng)應(yīng)時(shí)間比值顯示示金鹵燈在偏心心角增大的情況況下反應(yīng)時(shí)間增增幅較大，即周周邊視覺性能較較差。不同光源反應(yīng)時(shí)時(shí)間隨視標(biāo)偏心心角變化曲線視標(biāo)偏心角0°15°30°HPS，ms460488493MH，ms371412452LED，ms316335360比值(HPS/MH)1.241.181.09比值(HPS/LED)1.451.461.40比值(MH/LED)1.171.231.264.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析光源種類HPSMH白光LED平均顯色指數(shù)(RA)19.299.271.8顯色指數(shù)(R1)10.299.768.3顯色指數(shù)(R2)65.499.675.5顯色指數(shù)(R3)51.298.880.6顯色指數(shù)(R4)-12.399.172顯色指數(shù)(R5)7.799.668.3顯色指數(shù)(R6)54.999.265.9顯色指數(shù)(R7)31.198.883.6顯色指數(shù)(R8)-54.598.460.2顯色指數(shù)(R9)-211.898.1-22.8顯色指數(shù)(R10)45.399.141.3顯色指數(shù)(R11)-38.499.366.8顯色指數(shù)(R12)30.698.337.4顯色指數(shù)(R13)1899.869顯色指數(shù)(R14)68.399.388.9三種不同類型光光源的詳細(xì)顯色色指數(shù)指標(biāo)如右右表所示。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果顯示：具有最佳顯色指指數(shù)的金鹵燈的的照明視認(rèn)效果果優(yōu)于高壓鈉燈燈；金鹵燈照明視認(rèn)認(rèn)效果低于顯色色指數(shù)較低的白白光LED。考慮到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)，在不需分辨辨視標(biāo)細(xì)節(jié)（如如以識別障礙物物存在與否及其其輪廓為基本要要求的公路隧道道照明）的情況況下，顯色指數(shù)數(shù)不必作為照明明光源選擇的關(guān)關(guān)鍵指標(biāo)。第五章特征光譜補(bǔ)償在在公路隧道照明明的應(yīng)用研究1特征光譜補(bǔ)償測測試方法2特征光譜提高等等效亮度方法研研究5.1特征光譜補(bǔ)償測測試方法基礎(chǔ)光譜光源：高壓鈉燈燈、LED1#（5549K）和LED2#（6924K）。特征補(bǔ)償光譜峰值：S1#400nm、S2#500nm、S3#600nm和S4#700nm。5.1特征光譜補(bǔ)償測測試方法根據(jù)光學(xué)相加性性原理：光度強(qiáng)度光譜分分布輻照強(qiáng)度光譜分分布除光譜效率函數(shù)5.2特征光譜提高等等效亮度方法研研究背景亮度，cd/m2等效亮度，cd/m2HPSHPS+S1#HPS+S2#HPS+S3#HPS+S4#0.50.391.560.700.430.3510.822.631.310.890.761.51.283.521.891.371.2021.754.292.451.851.6632.715.613.532.822.61HPS光譜補(bǔ)償測試背景亮度與等效亮度對照表

基礎(chǔ)光源與補(bǔ)償光源在不同背景亮度條件下等效亮度與背景亮度對比圖

HPSLED1#LED2#第六章研究成成果提出了符合公路路隧道照明條件件下人眼視覺感感知的照明效果果評價(jià)方法應(yīng)用中間視覺理理論MOVE模型計(jì)算明視覺覺等效亮度應(yīng)用視覺功效法法通過反應(yīng)時(shí)間間評價(jià)光源照明明質(zhì)量研究不同波長光光波補(bǔ)償對光源源照明亮度提高高的影響項(xiàng)目研究成果共共發(fā)表學(xué)術(shù)論文文6篇StudyontheMesopicVisionTheoryUsedinRoadTunnelLightingMeasurement（2011ICMTMA會議）第一作者HighwayTunnelLightingResearchBasedonMesopicVision（2011GBMCE會議）第一作者PropertiesofLightSourcesunderMesopicVision（2011ICADME會議）第一作者EquivalentBrightnessFittingCalculationMethodaboutWhiteLEDs（2011ICFMD會議）第一作