道路照明基本理論與計算

..道路照明根本理論與計算第一局部道路照明根本概念第二局部道路照明燈具第三局部道路照明計算第四局部道路照明測量第一局部道路照明根本概念一、光的度量光通量——光源在單位時間發(fā)出的光量稱為光通量，符號Φ，單位是lm〔流明〕。光強(qiáng)〔度〕——光源在給定方向的單位立體角中發(fā)射的光通量被定義為光源在該方向的光強(qiáng)〔度〕，符號為I，單位為坎德拉〔cd〕。I=dφ/dΩ〔Ω為立體角〕〔光〕照度——表示外表被照明程度的量稱為〔光〕照度，它是每單位面積上承受到的光通量數(shù)，符號為E，E=dφ/ds，單位為lx〔勒克斯〕，1lx即1lm/m2。一些實際情況下的〔光〕照度值情況照度值(lm)情況照度值(lm)夜間在地面上產(chǎn)生的〔光〕照度3×10-4晴朗的夏日在采光良好的室的〔光〕照度100～500滿月在地面上產(chǎn)生的〔光〕照度0.2太陽不直接照到的露天地面的〔光〕照度103～104工作場地必需的光照度20～100正午露天地面的〔光〕照度105〔光〕亮度——光源在某一方向上的單位投影面在單位立體角中發(fā)射的光通量，稱為光源在某一方向的〔光〕亮度，符號為L，L=dI/ds，單位為cd/m2〔過去常用單位為nt(尼特)，1nt=1cd/m2〕。發(fā)光效率光源發(fā)光效率——指一個光源所發(fā)出的光通量φ與該光源所消耗的電功率P之比，即：η=φ/P。燈具效率——指在規(guī)定條件下測得的燈具發(fā)射的光通量值與燈具所有光源發(fā)出的光通量的測定值之和的比值。6、比照感受性視覺認(rèn)知的根本條件：亮度比照和顏色比照〔在此忽略〕。亮度比照是視野中目標(biāo)和背景亮度差與背景〔或目標(biāo)〕亮度之比，符號C，即：C=|L0?Lb|式中：L0—目標(biāo)亮度〔nt〕；Lb—背景亮度〔nt〕Lb人眼剛剛能夠知覺的最小亮度比，稱為閾限比照，符號C。閾限比照的倒數(shù)，即表示人眼的比照感受性，也稱為比照靈敏度，符號Sc，即：Sc=1式中：Sc——比照感受性；C—閾限比照CSc顯然不是一個固定不變的常數(shù)，它的變化與以下因素有關(guān)：1、照明條件；2、觀察目標(biāo)的大??；3、觀察目標(biāo)呈現(xiàn)的時間。在理想條件下，視力好的人能夠分辨0.01的亮度比照，即人的比照感受性最大可達(dá)100。由圖中可以看出，Sc隨Lb而上升，到大于100nt以后即接近最大值，之后，盡管Lb在絕對數(shù)值上仍有比擬大的上升，但Sc已無大的上升空間，相反，當(dāng)Lb大于1000以后，Sc反而有所下降，這主要是由于背景亮度過大而產(chǎn)生眩光的緣故。特別要提醒大家的是：照度是一個客觀值，而亮度是一個主觀值。比照感受性與背景亮度關(guān)系圖橫軸Lb，縱軸Sc二、關(guān)于道路照明的幾個術(shù)語：〔參見新版"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"〕燈具的安裝高度——燈具的光中心至路面的垂直距離，符號為h。燈具的安裝間距——沿道路的中心線測得的相鄰兩個燈具之間的距離，符號為s。懸挑長度——燈具的光中心至鄰近一側(cè)緣石的水平距離，即燈具伸出或縮進(jìn)緣石的水平距離，符號為O。道路有效寬度——與道路的實際寬度、燈具的懸挑長度和燈具的布置方式等有關(guān)的理論距離，符號為weff。當(dāng)燈具采用單側(cè)布置方式時，道路有效寬度為實際路寬減去一個懸挑長度。當(dāng)燈具采用雙側(cè)〔包括交織和對稱〕布置方式時，道路有效寬度為實際路寬減去二個懸挑長度。當(dāng)燈具在雙幅路中間分車帶上采用中心對稱布置方式時，道路有效寬度就是道路實際寬度。道路有效寬度計算示意圖環(huán)境比——車行道外邊5米寬的帶狀區(qū)域的平均水平照度與相鄰的5米寬車行道上平均水平照度之比，符號為SR?！驳缆贰痴彰鞴β拭芏取獑挝宦访婷娣e上的照明安裝功率〔包括鎮(zhèn)流器功耗〕，符號為LPD，單位為W/m2。三、道路照明的質(zhì)量評價指標(biāo)路面平均亮度〔Lav〕或照度〔Eav〕在道路上行駛時駕駛員觀察路面障礙物的背景主要是駕駛員前方的路面，因此，障礙物本身的外表和路面之間至少要有一定的、最低限度的亮度比照，駕駛員才能觀察到障礙物。路面平均亮度越高那么眼睛的比照靈敏度越高，駕駛員覺察路面障礙物的可靠性越高。路面平均亮度水平也直接影響到駕駛員的視覺舒適程度。平均亮度越高〔但需限制在產(chǎn)生眩光的亮度水平以下〕，駕駛員就越舒適。路面亮度〔或照度〕均勻度路面亮度〔或照度〕均勻度包括亮度〔或照度〕總均勻度和亮度〔或照度〕縱向均勻度。(1)總均勻度〔U0〕道路照明設(shè)施，即使能為路面提供良好的平均亮度，但也很可能在路面上的某些區(qū)域產(chǎn)生很低的亮度，因而在這些區(qū)域里比照值〔C〕低、閾限比照〔C〕高。同時，視場的亮度差，也會導(dǎo)致眼睛的比照靈敏度〔Sc〕下降和引起所謂瞬時適應(yīng)問題〔視覺疲勞〕，結(jié)果是駕駛員的視看能力的下降。為了保證駕駛員對路面上各個區(qū)域都有足夠的視看能力，就需要確定路面上最小亮〔照〕度與平均亮〔照〕度之間的允許差值。亮度〔或照度〕總均勻度定義：路面上最小亮〔照〕度和平均亮〔照〕度之比，即U0=Lmin，式中：Lmin——路面上的最小亮度值；Lav——路面上的平均亮度值〔2〕縱向勻度〔UL〕當(dāng)駕駛員在路面上行駛時，一般情況下總是沿著某一條車道行駛，而在駕駛員前方路面上反復(fù)相間出現(xiàn)的亮暗區(qū)對駕駛員的干擾〔即所謂的"斑紋〞效應(yīng)〕很大。因此，為了減少這種干擾，就必須限制沿車道中心線上最高區(qū)和最暗區(qū)的亮度差，以提高駕駛員的視覺舒適感。亮度〔或照度〕縱向均勻度定義：路面上通過觀察者位置并且平行于路軸的直線上〔即車道中心線上〕最小亮〔照〕度和最大亮〔照〕度之比，即UL=L'min，式中：L’min——車道中心線上的最小亮度值；L’max——車道中心線上的最大亮度值注意：道路有N條車道就有N個UL值〔評價時用其最小值〕。3、眩光限制是一項十分重要的評價指標(biāo)，分為兩類：失能眩光——損害視看物體的能力，直接影響到駕駛員覺察障礙物的可靠性，影響行車平安。不舒適眩光——引起不舒適感覺和視覺疲勞，影響到駕駛員的舒適度。平時往往不予足夠的重視，有也只是定性的評價，實際是可以通過計算來定量分析的〔尤其是新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出了具體的數(shù)值要求〕?！?〕失能眩光〔生理眩光〕眩光導(dǎo)致視覺能力的損失，是由于光在眼睛里發(fā)生散射而造成的。沒有眩光時，直接視場里的景物的清晰圖象聚焦在眼睛的視網(wǎng)膜上，引起的視感覺與景物的亮度成正比；有眩光時，眩光源的光線在眼睛里不聚焦，發(fā)生散射，在視網(wǎng)膜方向上的散射會起到光幕作用疊加在清晰的圖象上。這層光幕可以看作有一等效亮度，強(qiáng)度與視網(wǎng)膜方向的散射程度成正比。視感總強(qiáng)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圖研究發(fā)現(xiàn)等效光幕亮度取決于眩光源在眼睛上產(chǎn)生的照度〔Eeye〕以及觀察方向和從眩光源來的光線入射方向之間的角度〔θ〕。通常情況下，道路照明中路面亮度在0.05cd/m2—5cd/m2，θ一般在1.5—60°〔對駕駛員而言是20°〕圍，等效光幕亮度可以用以下經(jīng)歷公式計算：EeyeLv=K?q2式中：Lv—等效光幕亮度〔cd/m2〕；Eeye——眩光源在觀察者眼睛上〔在垂直于視線〔不完全水平〕平面上〕所產(chǎn)生的照度〔lx〕；θ—視線和從眩光源來的光線入射方向之間的角度；K—比例常數(shù)，當(dāng)θ以度為單位時K=10，當(dāng)θ以弧度為單位時，K=3×10-3在實際應(yīng)用中，視場中往往出現(xiàn)多個眩光源，這時總的等效光幕亮度等于各個眩光源所產(chǎn)生的等效光幕亮度的疊加，即nLv=∑Lvii=1把等效光幕亮度加在背景亮度和目標(biāo)亮度兩者之上后，一方面，由于背景亮度增加而引起閾限比照減小即比照靈敏度增加；另一方面，比照又減小了。但是，比照靈敏度［C=|L0?Lb|］增加的正效應(yīng)還缺乏以補(bǔ)償比照減小的損失。這意味著，沒有眩光時一個剛剛以看見的物體，在有眩光時就看不見了，除非增加實際比照，稱為閾值增量，定義：在眩光條件下又能剛剛看見物體所需增加的額外比照除以有效比照?！菜且粋€百分比〕對于道路照明中路面亮度在0.05cd/m2—5cd/m2，閾值增量可用下式計算：TI=65LvL0av.8式中：TI—相對閾值增量〔%〕；Lv—等效光幕亮度〔cd/m2〕，假定觀察者總是以與水平線成1°夾角注視與路軸平行的正前方〔即一直注視著前方90m路面上的一點〕；Lav——路面上的平均亮度我國即將重新公布的"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"規(guī)定，對于快速路、主干路和次干路，TI應(yīng)小于10%，對于支路，TI應(yīng)小于15%?！?〕不舒適眩光〔心理眩光〕可以用眩光控制等級〔G〕來度量駕駛員所感受到的不舒適眩光，主要取決于特定燈具指數(shù)和道路照明設(shè)施的特性。眩光控制等級〔G〕可以用以下經(jīng)歷公式計算：I801/2 I80G=13.84－3.31lgI80+1.3(lg )－0.08lg +1.2lgF+0.97lgLav+4.41lgh′－1.46lgP+c式中：I80、I88—燈具在和路軸行的平面，與下垂軸形成80°、88°夾角方向上的光強(qiáng)值〔cd〕；該值可以通過燈具的光強(qiáng)表查得，適用圍50≤I80≤7000〔cd〕；1≤I80/I88≤50；F—燈具在和路軸平行的平面，投影在76°角方向上的發(fā)光面積〔m2〕；該值可以通過實際采用的燈具計算而得，適用圍7×10-3≤F≤4×10-1〔m2〕；Lav——路面上的平均亮度〔cd/m2〕；0.3≤Lav≤7(cd/m2〕；h′—水平視線〔1.5m〕距燈具的高度〔m〕；5≤h′≤20(m)；P—每公里安裝燈具數(shù)目；20≤P≤100；c—光源顏色修正系數(shù)，對低壓鈉燈c=+0.4，對其它光源c=0。舉例：以燎原燈具NBDD—18為例燈具尺寸圖該燈具的總尺寸為875mm×373mm，計算可得〔更可以實際測量〕發(fā)光面積為372mm×260mm，近似為0.09m2，76°投影面積為0.087m2〔sin76°〕；不舒適眩光感覺和G值的關(guān)系表G值眩光感覺程度評價1不可忍受不好3感到煩惱缺乏5剛剛可以承受尚好7感到滿意好9感覺不到眩光很好4、誘導(dǎo)性——重要性很突出，但它是一個定性評價指標(biāo)。視覺誘導(dǎo)——采用誘導(dǎo)輔助設(shè)施，如路面中線、路緣、或路面標(biāo)志、應(yīng)急路欄。光學(xué)誘導(dǎo)——通過燈桿和燈具排列、燈具式樣、燈光顏色或其強(qiáng)度變化。舉例：1〕在設(shè)置連續(xù)照明的道路上，燈具排列整齊；雙幅路上將燈桿設(shè)置在分車帶中央；曲線路段燈桿設(shè)在外側(cè)；在T型穿插路口在道路終端對面設(shè)燈等。2〕根據(jù)需要，通過改變照明系統(tǒng)、改變光源顏色、改變燈具的樣式或安裝高度、改變燈具的布置方式來獲取良好的誘導(dǎo)性。機(jī)動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值〔2005新版〕道路級別路面亮度路面照度眩光限制TI(%)最大初始值環(huán)境比SR最小值平均亮度Lav(cd/m2)維持值總均勻度Uo最小值縱向均勻度UL最小值平均照度Eav(lx)維持值均勻度UE最小值快速路1.5/2.00.40.720/300.4100.5主干道、迎賓路、通向政府、大型公共建筑的主要道路、市中心或商業(yè)中心的道路1.5/2.00.40.720/300.4100.5次干道0.75/1.00.40.510/150.35100.5支路0.5/0.750.4——8/100.315——注：1、表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。假設(shè)系水泥混凝土路面，其平均照度值可相應(yīng)降低30%。2、表中各項數(shù)值僅適用于枯燥路面。3、表中對每一級道路的平均亮度或平均照度給出了兩檔標(biāo)準(zhǔn)值，由XX/XX表示，"/〞的左側(cè)為低檔值，右側(cè)為高檔值。道路照明標(biāo)準(zhǔn)〔1991老版〕級別道路類型亮度照度眩光限制誘導(dǎo)性平均亮度Lav(cd/m2)均勻度Lmin/Lav平均照度Eav(lx)均勻度Emin/EavⅠ快速路1.50.4200.4嚴(yán)禁采用非截光型燈具很好Ⅱ主干道及迎賓路、通向政府機(jī)關(guān)和大型公共建筑的主要道路、市中心或商業(yè)中心的道路、大型交通樞紐等1.00.35150.35嚴(yán)禁采用非截光型燈具很好Ⅲ次干道0.50.3580.35不得采用非截光型燈具好Ⅳ支路0.30.350.3不宜采用非截光型燈具好Ⅴ主要供行人和非機(jī)動車通行的居住區(qū)道路和人行道————1～2——采用的燈具不受限制——注：①表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。假設(shè)系水泥混凝土路面，其平均照度值可相應(yīng)降低20～30%。②表中各項數(shù)值僅適用于枯燥路面。5、〔道路〕照明功率密度〔適應(yīng)綠色照明要求2005新版標(biāo)準(zhǔn)提出的新的指標(biāo)〕定義——單位路面面積上的照明安裝功率〔包括鎮(zhèn)流器功耗〕，符號為LPD，單位為W/m2。LPD的計算方法照明安裝功率〔W〕包括鎮(zhèn)流器功耗，假設(shè)無法了解鎮(zhèn)流器的準(zhǔn)確功耗值，可以按照占燈功率的15%計算，如400W高壓鈉燈，其總功率為400×(1+15%)=460W。計算面積(S)S=W×L①路寬W:分別根據(jù)道路斷面(幾幅路、有無分車帶等)、路燈布置方式確定。如單幅路，W為整個路寬；雙幅路，有中央分車帶，且很寬，兩側(cè)對稱布燈，原那么上分車帶不照亮，那么按照兩條道路來處理。雙幅路，中央分車帶很窄，兩側(cè)或中央布燈，分車帶也照亮，那么按照一條道路來處理。②間距L:單側(cè)布置：兩燈桿距離。中心對稱布置：兩燈桿距離。雙側(cè)對稱布置：兩燈桿距離。雙側(cè)交織布置：同一側(cè)兩燈桿距離的1/2。③計算功率密度：功率密度LPD=P×N/S(其中：P為每臺燈具中的光源功率與鎮(zhèn)流器功率之和；N為系數(shù)，雙側(cè)對稱布置時N=2，其他布置時，N=1)各級機(jī)動車交通道路的照明功率密度值道路級別車道數(shù)(條)照明功率密度(LPD)值(W/m2)對應(yīng)的照度標(biāo)準(zhǔn)(lx)快速路主干路≥61.0530＜61.25≥60.7020＜60.85次干路≥40.7015＜40.85≥40.4510＜40.55支路≥20.5510＜20.60≥20.458＜20.50注：本表僅適用于高壓鈉燈，當(dāng)采用金屬鹵化物燈時，應(yīng)將表中對應(yīng)的LPD值乘以1.3。第二局部道路照明燈具燈具的作用是把光源發(fā)出的光按需要重新加以分配，以提高光源光通量的利用率，并使路面獲得良好的均勻度。一、道路照明燈具的根本性能與分類1、根本性能光學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度、防塵防水、耐腐蝕、耐熱、電氣絕緣以及重量、安裝、維護(hù)和外觀要求?！?〕光學(xué)性能合理的配光是根本要求。配光：燈具在空間各個方向上的光強(qiáng)分布狀態(tài)。合理配光：有一定的布光角度，以保證燈具所發(fā)出的光在路面上有一定的覆蓋圍。越大越好？不是的，太大了會產(chǎn)生眩光。光分布不應(yīng)有明顯的突變，配光曲線比擬光滑，以確保路面上的均勻度。燈具的合理配光和不合理配光圖1—合理配光；2—不合理配光燈具效率要比擬高。燈具效率：燈具發(fā)出的光通量與燈具點燃的光源所發(fā)出的光通量之比。"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"未對選用燈具時的效率指標(biāo)作出明確規(guī)定，但在一般情況下，常規(guī)道路照明燈具的效率不應(yīng)低于60%，這一指標(biāo)來源于對大量國產(chǎn)燈具的實測結(jié)果。同時必須指出，60%這一要求不適用于泛光燈具，因為泛光燈具的效率通常要低一些。機(jī)械強(qiáng)度防塵防水和耐腐蝕性能耐熱性能〔5〕電氣絕緣性能〔6〕重量、安裝、維護(hù)和外觀2、分類按用途分類功能性燈具：燈具裝有控光部件〔反光器〕，以便重新分配光源光通量，使配光符合道路照明要求，光的利用率得以提高，眩光也受到限制。包括常規(guī)路燈頭、泛光燈具，適用于一般道路、大型廣場、停車場、立交橋等場所。裝飾性燈具：采用裝飾性透光部件圍繞光源組合而成，以造型美觀、美化環(huán)境為主，適當(dāng)兼顧效率和眩光限制等要求。包括庭院燈頭、裝飾燈頭等，適用于庭院、商業(yè)街道、人行道、景觀廣場等場所。按燈具的光強(qiáng)分布分類1〕—1965年國際照明委員會建議根據(jù)燈具在最大光強(qiáng)方向以及在90°和80°角方向上的光強(qiáng)值〔即眩光控制程度〕分類。燈具按光強(qiáng)分布分類〔CIE，1965〕燈具類型最大光強(qiáng)方向在90°和80°角方向上所發(fā)出的光強(qiáng)最大允許值90°80°截光0—65°10cd/1000lm〔注〕30cd/1000lm半截光0—75°50cd/1000lm〔注〕100cd/1000lm非截光—1000cd—注：不管光源發(fā)出多少光通量，光強(qiáng)最大值不得超過1000cd。目前，我國的"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"就是按照本方法對燈具進(jìn)展分類。2〕—1977年國際照明委員會提出了根據(jù)燈具的三個屬性即射程(throw)、擴(kuò)散(spread)和控制(control)的新的分類方法。原因：1965年的分類方法是基于評價燈具在一個平面或一維方向上的配光，而沒有考慮其它方位角上的配光。①射程：表示燈具發(fā)出的光沿著道路縱方向投射的圍，由燈具光束中心的高度角γmax所決定。它等于通過最大光強(qiáng)Imax的平面2個90%Imax方向的高度角之平均值。"射程〞的定義示意圖②擴(kuò)散：表示燈具發(fā)出的光在道路橫方向的擴(kuò)散的程度。可以畫2條與路軸平行且剛好與90%Imax在路面上的輪廓線相切的直線，取離燈具最遠(yuǎn)的一條，這條線的位置用γso表示，即是在垂直于路軸的平面向下垂線與從燈具到該線的方向之間的夾角。"擴(kuò)散〞的定義〞示意圖③控制：表示燈具對眩光的控制程度。它由燈具的特征指數(shù)決定?！采形凑业接嘘P(guān)該方面的詳細(xì)論述〕。燈具按光強(qiáng)分布分類〔CIE，1977〕射程：γmax＜60°為短射程；60°≤γmax≤70為中射程；γmax＞70°為長射程。擴(kuò)散：γso＜45°為窄擴(kuò)散；45°≤γso≤55°為平均擴(kuò)散；γso＞55°為寬擴(kuò)散?？刂疲篠LI＜2為有限控制；2≤SLI≤4為中等控制；SLI＞4為嚴(yán)格控制?！?〕按燈具的防塵防水性能分類我國的"燈具外殼防護(hù)等級分類"〔GB7001—86〕標(biāo)準(zhǔn)分類如下：1、燈具的防塵性能分級2、燈具的防水性能分級1級：防大于50mm的固體異物；1級：防垂直落下的雨滴；2級：防大于12mm的固體異物；2級：防以最大15°的傾斜角落下的雨滴。3級：防大于2.5mm的固體異物；3級：防淋水；4級：防大于1.0mm的固體異物；4級：防濺水；5級：防塵；5級：防噴水；6級：塵密。6級：防猛烈海浪；7級：防浸水影響也稱"水密〞；8級：防潛水影響也稱"加壓水密〞。通常所說的IP65就是要求該燈具為塵密并防噴水。二、道路照明燈具的光學(xué)特性道路照明燈具的光學(xué)特性數(shù)據(jù)是正確進(jìn)展道路照明設(shè)計、計算的依據(jù)。燈具生產(chǎn)廠商都應(yīng)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)〔現(xiàn)實情況是大多數(shù)相對規(guī)模較小的燈具生產(chǎn)廠商都不能提供〕。光學(xué)特性數(shù)據(jù)分為兩類：根本數(shù)據(jù)—光強(qiáng)分布〔非常重要〕導(dǎo)出數(shù)據(jù)—利用系數(shù)曲線圖、等照度曲線圖、等亮度曲線圖和亮度產(chǎn)生曲線圖等。1、根本數(shù)據(jù)—光強(qiáng)分布在試驗室用分布光度計測量而得。道路照明常規(guī)燈具的光強(qiáng)分布通常采用c—γ坐標(biāo)系統(tǒng)。測量道路照明常規(guī)燈具光強(qiáng)分布的c—γ坐標(biāo)系統(tǒng)圖該坐標(biāo)系統(tǒng)的中心與燈具的光學(xué)系統(tǒng)中心重合，系統(tǒng)的垂直軸——從燈具的光中心向受照平面作的垂線。垂直半平面繞軸轉(zhuǎn)動，平行于路軸c=0°和c=180°，垂直于路軸c=90°〔車道側(cè)〕和c=270°〔人行道側(cè)〕。在每一個c平面，高度角用γ表示，垂直向下γ=0°，垂直向上γ=180°。顯然，空間的任意一個方向都可以由c和γ來確定，確定路面這一參照平面后，路面上的任意一點的c和γ都是確定的。光強(qiáng)表〔I表〕光強(qiáng)表是利用計算機(jī)進(jìn)展照明計算的必備參數(shù)表。光強(qiáng)表格式例如〔cd/1000lm〕需要給出光強(qiáng)值的γ角和c角由該表可以查出燈具指向路面上任意一點的光強(qiáng)值〔結(jié)合使用插法〕。按照國際照明委員會〔CIE〕建議，常規(guī)燈具應(yīng)列出1872對c和γ〔36個γ角×56個c角〕所對應(yīng)的光強(qiáng)值。一般情況下，燈具的配光是對稱的，所以只需972對即可。光強(qiáng)分布〔配光〕曲線一般以通過光中心的幾個垂直平面上的極坐標(biāo)光強(qiáng)分布〔配光〕曲線圖和等光強(qiáng)曲線圖的方式給出。按CIE建議需給出光強(qiáng)分布曲線的垂直平面包括：包含最大光強(qiáng)的垂直平面，稱為主垂直平面?！矘?biāo)明c角〕〔說明與反光器形狀的關(guān)系〕，從該圖中可以查得包括Imax、γmax等參數(shù)，并且可以大致了解I80和I90。平行于路軸的垂直平面〔c=0°〕?！苍谠撈矫娴淖畲蠊鈴?qiáng)的方向〕垂直于路軸的垂直平面〔c=90°〕?！苍谠撈矫娴淖畲蠊鈴?qiáng)的方向〕主圓錐外表概念：通過最大光強(qiáng)方向，γ=常數(shù)的圓錐外表稱為主圓錐外表。圖中γ=65°。主垂直平面上的平行于路軸的垂直平面垂直于路軸的垂直平面主圓錐外表上的光強(qiáng)分布曲線上的光強(qiáng)分布曲線上的光強(qiáng)分布曲線光強(qiáng)分布曲線索恩Civic2的光強(qiáng)分布曲線圖GE〔SKY.GEN〕的光強(qiáng)分布曲線和利用系數(shù)曲線圖3〕等光強(qiáng)〔曲線〕圖等光強(qiáng)〔曲線〕圖可以表示燈具在空間各個方向上的光強(qiáng)分布狀況。天頂?shù)让娣e網(wǎng)等光強(qiáng)圖注意：需要考慮燈具仰角的不同，假設(shè)仰角為0°，那么可以直接讀數(shù)〔或插〕；假設(shè)仰角不是0°，那么需要用透明圖的方法讀取數(shù)值?！岔槙r針旋轉(zhuǎn)〕——坐標(biāo)系變換?！?〕直接由光強(qiáng)表讀取數(shù)值〔可以用計算機(jī)計算〕。計算路面上任意一點的照度的另外一種方法是使用等照度曲線圖，實際上計算的過程就是讀圖的過程。〔在等照度曲線圖上標(biāo)出P點的位置，考慮3個燈具〕2、路面平均照度計算根據(jù)點照度計算數(shù)值計算〔按照測量的布點方法〕計算式：Eav=Ei/ni=1式中：Eav——路面平均照度；Ei——第個計算點上的照度；n——計算點的總數(shù)。按照利用系數(shù)曲線圖進(jìn)展計算——目前使用比擬多的一種計算方法hMΦ計算公式：Eav= ws式中：η——利用系數(shù)。根據(jù)道路的寬度和燈具的安裝高度、懸挑長度和仰角，從燈具的利用系數(shù)曲線圖中查得〔方法后面舉例說明〕；M——維護(hù)系數(shù)，隨燈具的密封程度、使用環(huán)境條件及維護(hù)狀況的不同而不同，一般為——建議按"道路照明指南"的方法確定數(shù)值；〔例題中介紹〕Φ——光源光通量；w——路面寬度；s——燈間距。3、照度均勻度計算照度均勻度g=Emin/Eav，有時還需要考察Emin和Emax的比值。如果是采用的點照度計算的方法，那么Eav、Emin和Emax都是現(xiàn)成的，易于計算。如果是采用的利用系數(shù)法計算的Eav，那么此時Emin和Emax是不知道的，而手工計算許多點的照度值，然后在從中選出最大值和最小值是不現(xiàn)實的，下面介紹簡單確定最大值和最小值所在位置的方法。最大照度值點，一般情況下，燈具的光強(qiáng)分布滿足不等式I0≥Iγcos3γ〔其中I0為燈具垂直向下光強(qiáng)，Iγ為高度角等于γ方向上的光強(qiáng)〕，那么最大照度點通常就在燈下；假設(shè)在某一垂直截面上出現(xiàn)I0＜Iγcos3γ，那么可以預(yù)計最大照度值就在這個平面附近，且這種情況很少出現(xiàn)。一般我們就認(rèn)為最大照度值在燈下。①、②、③為燈具的位置；A、B、C為最小照度值點可能出現(xiàn)的位置最小照度值點可能出現(xiàn)的位置圖最小照度值點，需要計算圖中A、B、C各點的照度值后確定?！策€是需要按照前面所述的點照度的計算方法，通過等光強(qiáng)曲線圖、光強(qiáng)表或等照度曲線圖進(jìn)展計算，一個繁瑣的過程〕。4、照度計算舉例例一、一條單幅道路，路寬w=10m，采用單側(cè)布燈，燈具安裝高度h=10m，燈桿間距s=20m，燈具仰角為0°。提供燈具仰角為0°時的相對等照度曲線圖，采用NG250高壓鈉燈光源〔光通量22500lm，求圖中P點的照度。道路幾何尺寸、燈具布置和計算點的位置圖解：〔1〕確定自燈具排列線到P點的橫向距離〔以安裝高度的倍數(shù)表示〕：d=6m=6/10=0.6h在等照度曲線圖上畫一條與縱軸平行、距燈具排列線〔0線〕為0.6h的直線A—A。〔2〕確定每個燈具到計算點P的縱向距離〔以安裝高度的倍數(shù)表示〕：L1到Pl1=25m=25/10h=2.5hL2到Pl2=5m=5/10h=0.5hL3到Pl3=15m=15/10h=1.5h沿A—A線，根據(jù)計算所得的各個燈具到P點的縱向距離l1、l2、l3，標(biāo)出P點相對于各個燈具的位置L1、L2、L3?！沧⒁鈭D中的位置標(biāo)出是不嚴(yán)密的，如果燈具配光是完全對稱可以按圖中的標(biāo)出，否那么應(yīng)嚴(yán)格按照P點與各個燈具的相對位置標(biāo)出〕?！?〕讀出在這3個點上的相對照度值，計算P點上的總照度：燈具仰角為0°時的相對等照度曲線圖EL1=Emax×3%〔大約〕，EL2=Emax×53%〔大約〕，EL3=Emax×13%〔大約〕EP=EL1+EL2+EL3=Emax×69%，其它燈具對P點照度的奉獻(xiàn)忽略不計。按照圖中的計算公式Emax=0.187Φ/h2=0.187×22500/102=42.1lx那么EP=0.69×42.1=29lx例二、一條單幅道路，路面寬度為15m，采用左側(cè)單排布燈方式，安裝高度12m，燈間距36m，懸挑長度2m，仰角5°，提供所采用燈具的仰角為5°時的利用系數(shù)曲線圖，采用NG250高壓鈉燈光源，光通量為22500lm，維護(hù)系數(shù)假定按0.6取定。要求①左側(cè)半寬路面的平均照度；②右側(cè)半寬路面的平均照度；③整個路面的平均照度。所采用燈具的仰角為5°時的利用系數(shù)曲道路幾何尺寸、燈具布置圖解〔1〕求左側(cè)半寬路面的平均照度人行道側(cè)w/h=2/12=0.167查圖得η1=0.035；車行道側(cè)w/h=5.5/12=0.24查圖得η2=0.24h總MΦ0.275×0.6×22500總利用系數(shù)η總=η1+η2=0.035+0.24=0.275；Eav===13.8lxws 7.5×36求右側(cè)半寬路面的平均照度車行道側(cè)w/h=13/12=1.08查圖得η1=0.35；車行道側(cè)w/h=5.5/12=0.46查圖得η2=0.24h總MΦ0.11×0.6×22500總利用系數(shù)η總=η1－η2=0.35－0.24=0.11；Eav===5.5lxws7.5×36求整個路面的平均照度人行道側(cè)w/h=2/12=0.167查圖得η1=0.035；車行道側(cè)w/h=13/12=1.08查圖得η2=0.35h總MΦ0.385×0.6×22500總利用系數(shù)η總=η1+η2=0.035+0.35=0.385；Eav= = =9.6lxws 15×36或Eav=(13.8+5.5)/2=9.6lx由本計算例如可以看出，裝燈一側(cè)的平均照度比未裝燈一側(cè)的平均照度要高很多，均勻度比擬差。例三、假定有一條混合交通的單幅道路，柏油路面，寬度12m，假定擬采用燈具的等光強(qiáng)曲線圖和利用系數(shù)曲線圖如提供所示，并且應(yīng)采用高壓鈉燈。路面照度需要到達(dá)主干路的水平，請進(jìn)展道路照明設(shè)計和計算。擬采用燈具的等光強(qiáng)曲線圖擬采用燈具的利用系數(shù)曲線圖解：1、道路照明設(shè)計根據(jù)"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"〔老版〕，主干路要求維持平均照度水平到達(dá)15lx。因路面寬度僅為12m，考慮采用單側(cè)布燈的設(shè)置方式。該燈具的最大光強(qiáng)角在γ=50°附近〔小于65°〕，而且在80°和90°角的光強(qiáng)值大約分別為10cd〔小于30cd〕和4cd〔小于10cd〕，符合截光型燈具要求，應(yīng)按截光型燈具確定安裝高度〔h〕和道路的有效寬度〔weff〕以及燈間距〔S〕與安裝高度〔h〕的關(guān)系〔h≥weff，S≤3h〕。因采用單側(cè)布燈，為保證路面有較好的照度均勻度，需要有一定的懸挑，結(jié)合燈型考慮選擇懸挑長度O=2m，那么有安裝高度h=weff=12－2=10m間距s=3×10=30m仰角θ=0°、或5°、10°、15°待進(jìn)展計算以后再予確定。2、道路照明計算〔1〕路面平均照度計算由利用系數(shù)曲線圖查利用系數(shù)η人行道側(cè)w1=2m，那么w1/h=0.2；車行道側(cè)w2=10m，那么w2/h=1假設(shè)仰角為0°時，可查得η1=0.14〔約〕，η2=0.29〔約〕；那么η0°=0.14+0.29=0.43。假設(shè)仰角為5°時，可查得η1=0.1〔約〕，η2=0.353〔約〕；那么η5°=0.1+0.353=0.453。假設(shè)仰角為10°時，可查得η1=0.06〔約〕，η2=0.40〔約〕；那么η10°=0.06+0.40=0.46。從計算結(jié)果可以看出η0°＜η5°＜η10°，所以從利用系數(shù)的角度考慮，燈具的仰角應(yīng)該選10°或更大一些，但實際情況是當(dāng)燈具的仰角大于10°以后，總的利用系數(shù)已不再上升〔15°時和10°時的總的利用系數(shù)根本是一樣的〕，而且如果繼續(xù)增加仰角，總的利用系數(shù)反而會下降。結(jié)合燈型選擇考慮，假定選擇燈具仰角為5°。確定維護(hù)系數(shù)——參考"城市道路照明指南"燈具在使用期間，由于光源光通量會逐漸衰減；燈具外外表會堆積灰塵及其他污物，燈具反光板受到腐蝕，引起其效率逐漸降低，光輸出逐漸減少(其他減光因素未予以考慮)。從而導(dǎo)致路面上的照明水平逐漸下降。為了保證在整個運行期間，路面上均能維持不低于所規(guī)定的最低亮度(照度)值，在進(jìn)展照明設(shè)計計算時，就必須引入維護(hù)系數(shù)。道路照明燈具的維護(hù)系數(shù)(M)等于光源光通量的維護(hù)系數(shù)(M1)與燈具本身維護(hù)系數(shù)(M2)之乘積，即M=M1×M2。光源光通量的維護(hù)系數(shù)值和光源的種類、功率及其質(zhì)量有關(guān)。確定方法推薦如下：光源光通量的維護(hù)系數(shù)(M1)光源類型維護(hù)系數(shù)點燃4000小時時點燃6000小時時高壓汞燈0.850.80低壓鈉燈0.970.92高壓鈉燈0.880.82燈具本身的維護(hù)系數(shù)和以下因素有關(guān)：〔1〕燈具的密封程度；〔2〕空氣的污濁程度；〔3〕清掃周期和每次清掃的徹底程度。其值應(yīng)通過實際測量來確定。參考有關(guān)資料，確定方法推薦如下：燈具的維護(hù)系數(shù)(M2)清掃周期無透光罩燈具有透光罩燈具空氣污濁程度一般干凈一般干凈半年0.60.70.750.8一年0.550.60.70.75一年半0.50.550.650.7表注：〔1〕透光罩與殼體應(yīng)無明顯縫隙，每次清掃應(yīng)比擬徹底，否那么達(dá)不到表中數(shù)值?！?〕空氣特別污濁地區(qū)如化工廠、鋼鐵廠、煤廠等燈具維護(hù)系數(shù)還要降低。即將公布實行的05版"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"推薦，根據(jù)目前國所使用的光源和燈具的品質(zhì)及環(huán)境狀況，按照每年對燈具進(jìn)展一次擦拭的前提，維護(hù)系數(shù)可選為：0.7〔防護(hù)等級高于IP54的密閉燈具〕；0.65〔防護(hù)等級低于IP54的密閉燈具〕本例中假定采用有透光罩燈具并每年清掃一次，維護(hù)系數(shù)M=0.88×0.75=0.66假定選250W高壓鈉燈，光通量Φ=22500lmhMΦ0.453×0.66×22500Eav= = =18.7lx＞15lx，設(shè)計方案可行。ws 12×30更合理的方法是按照所需到達(dá)的照度值來計算需要的光源光通量Eavws 15×12×30Φ===18061lm，由此再選擇光通量為22500的NG250光源，再計算平均照度值。hM0.453×0.66通過計算可以看出，拉開一些間距還可以使平均照度更接近于要求的15lx，但拉開間距是要犧牲均勻度的。一般不推薦這種做法?！?〕假定要求計算所進(jìn)展照明設(shè)計的道路路面上P點的水平照度。對于精度要求不是很高的一般計算〔尤其是手工計算〕，只要考慮P點周圍L1、L2和L33個燈具的奉獻(xiàn)即可。確定P點相對于L1、L2和L3的坐標(biāo)〔c1，γ1〕、〔c2，γ2〕和〔c3，γ3〕。對L1tgγ1=(30?4)2+42/10=26.3/10=2.63γ1=69°cosc1=26/(30?4)2+42=26/26.3=0.9886c1=8.7°對L2tgγ2=42+42/10=5.656/10=0.5656γ2=29.5°tgc2=4/4=1c2=180°－45°＝135°對L3tgγ3=(30+4)2+42/10=34.234/10=3.423γ3=73.7°cosc3=34/ (30+4)2+42=0.993c3=180°－6.7°＝173.3°從等光強(qiáng)曲線圖讀出L1、L2和L3指向P點的光強(qiáng)值。因為燈具仰角為5°，所以需要把透明覆蓋圖順時針旋轉(zhuǎn)5°，按照新的坐標(biāo)系統(tǒng)可以讀得〔c角減5°即可在原圖上直接讀出〕IL1=120cd；IL2=195cd；IL3=80cd?！苙∑3ILi 3gi計算P點的照度值為EP= EPi= 2cosi=1 i=1h而cosγ13=0.0460；cosγ23=0.6592；cosγ33=0.0221；EP=(120/100)×0.0460+(195/100)×0.6592+(80/100)×0.0221=0.0552+1.2854+0.0177=1.3583當(dāng)Φ=22500lmM=0.66時，EP=1.3583×(22500/1000)×0.66=20lx道路幾何尺寸、燈具布置和計算點P的位置圖二、亮度計算1、路面上任意點的亮度計算〔1〕根據(jù)等光強(qiáng)曲線圖和r表進(jìn)展計算亮度系數(shù)〔q〕的概念：表示路面反光性能的一個系數(shù)，為路面上某點的亮度和該點的水平照度之比，即q=L/E。它除了與路面材料有關(guān)外，還取決與觀察者和光源相對于路面所考察的那一點的位置，即q=q〔β,γ〕。其中β為光的入射平面和觀察平面之間的角度，γ為入射光線的投射〔高度〕角。一個燈具在P點上產(chǎn)生的亮度計算式：LP=EPq3gh h h確定路面亮度系數(shù)的角度圖式中：〔c，γ〕——計算點〔P〕相對于燈具的坐標(biāo)；I〔c，γ〕——指向P點的光強(qiáng)值；r〔β，γ〕——簡化亮度系數(shù)，查表可得；h——燈具安裝高度。從上式中可知，要進(jìn)展亮度計算，關(guān)鍵是要知道路面亮度系數(shù)〔q〕或簡化亮度系數(shù)〔r〕。實際路面的q或r只有通過實測才能獲得，且非常復(fù)雜。目前通常采用國際照明委員會〔CIE〕和道路代表大會國際常設(shè)委員會〔PIARC〕共同推薦的簡化亮度系數(shù)表：簡化亮度系數(shù)表1簡化亮度系數(shù)表2說明：表1適用于瀝青路面，表2適用于混凝土路面。n個燈具在P點上產(chǎn)生的總亮度計算式：LP=EPq=∑i=n1 I(ci2,gi)cos3gi?q(bi,gi)=∑n I(chi2,gi)q(bi,gi)cos3gi=∑i=n1 I(chi2,gi)r(bi,gi)h i=1注意，計算路面上某一點的亮度時，需要考慮位于計算點前方〔向觀察位置一方〕5倍安裝高度、前方〔遠(yuǎn)離觀察位置一方〕12〔書中有誤，應(yīng)該是2〕倍安裝高度、兩側(cè)各5倍安裝高度圍的燈具對計算點的亮度奉獻(xiàn)?！?〕根據(jù)路面等亮度曲線圖計算依據(jù)——燈具的光度測試報告中的等亮度曲線圖。其計算的過程就是一個讀圖的過程，與照度計算相類似；但也有區(qū)別，因為等亮度曲線圖是對于平行于路軸并經(jīng)過燈具的垂直平面〔c=0°〕，在路面上距離燈具的垂直投影點為10h的觀察者進(jìn)展計算和繪制的。所以，使用該圖的方法與觀察者的實際位置有關(guān)，可以分為兩種情況考慮。觀察者位于燈具排列線上觀察者位于燈具排列線上示意圖由于此時觀察者的位置和計算、繪制等亮度曲線圖時所依據(jù)的條件一致，可以直接讀圖。即在圖上標(biāo)出計算點相對于各燈具的位置，就可以讀數(shù)了。注意，由于等亮度曲線圖是對距離燈具投影點10h的觀察者而作的，當(dāng)對第一個燈具的距離是準(zhǔn)確的時，對第二、第三個燈具的距離就肯定是不正確的，即人為地移動了觀察者的位置，但這樣做的誤差很小。把讀得的結(jié)果疊加，再進(jìn)展簡單的換算就可以求得計算點的亮度值。觀察者位于燈具排列線外由于等亮度曲線圖是對位于燈具排列線上的觀察者計算繪制的，嚴(yán)格說來不能直接應(yīng)用于觀察者位于燈具排列線以外的情況。但基于以下情況，可以把燈亮度曲線圖切成兩局部來應(yīng)用：①燈具后面這一局部的等亮度圖事實上與觀察者的位置無關(guān)，所以還可以按原方法使用；②燈具前面〔面向觀察者〕這一局部的等亮度圖主要取決于道路外表的反光特性，和燈具光分布關(guān)系不那么大，因此可以將這一局部圖形轉(zhuǎn)向觀察者來使用。觀察者位于燈具排列線外示意圖詳細(xì)的使用在舉例中說明。需要說明的是，假設(shè)路面上燈具排列是交織或?qū)ΨQ排列，那么必須考慮對側(cè)燈具對亮度的奉獻(xiàn)，但要注意保持正確的人行道側(cè)和車道側(cè)，還需要把圖形顛倒過來?！惨痪湓挘嬎泓c與燈具的相對位置必須正確〕另外可以肯定的是，當(dāng)?shù)攘炼葓D的旋轉(zhuǎn)角度小于5°時，此方法的誤差不會大于±10%，相當(dāng)于計算點距離c=0°平面的橫向距離必須小于0.875h〔觀察距離10h〕。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度大于5°時，計算比擬復(fù)雜，請有興趣的朋友自行鉆研。2、路面平均亮度計算〔1〕根據(jù)點亮度計算數(shù)值計算〔按照測量的布點方法〕計算式：Lav=Li/ni=1式中：Lav——路面平均亮度；Li——第個計算點上的亮度；n——計算點的總數(shù)?！?〕按照亮度產(chǎn)生曲線圖進(jìn)展計算——比擬簡便的一種計算方法計算公式：Lav=hLQ0MΦws式中：ηL——亮度產(chǎn)生系數(shù)。根據(jù)道路的寬度和燈具的安裝高度、懸挑長度和觀察者的位置，從燈具的亮度產(chǎn)生曲線圖中查得〔方法后面舉例說明〕；Q0——路面的平均亮度系數(shù)〔cd/m2/lx〕;M——維護(hù)系數(shù)；Φ——光源光通量；w——路面寬度；s——燈間距。當(dāng)觀察者的位置和亮度產(chǎn)生曲線圖中所給出的A、B、C不一致時，可用插法作出一條和實際觀察者位置一致的曲線，然后由圖中讀出亮度產(chǎn)生系數(shù)即可。再介紹一種計算路面平均亮度的最簡化的方法，當(dāng)然其準(zhǔn)確度是不高的。05新版"城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"指出，可以利用平均照度換算系數(shù)計算平均亮度值。平均照度換算系數(shù)是得到1cd/m2的路面平均亮度所必須的路面平均照度值。它可由路面簡化亮度系數(shù)(r)表進(jìn)展路面平均亮度和平均照度計算得到，也可通過實際測量而得到。平均照度換算系數(shù)表路面種類平均照度換算系數(shù)(lx/cd/m2)瀝青15混凝土103、亮度計算舉例例一、一條單幅道路，路面寬度w=12m，采用單側(cè)布燈，間距s=30m，安裝高度h=10m，懸挑長度O=2m。試計算位于距不設(shè)燈的一側(cè)路緣1/4路寬，且距L3為60m的觀察者所觀察到的P點的亮度〔等光強(qiáng)曲線圖同照度計算例如三〕。解：〔1〕確定β角〔光入射平面和觀看平面之間的角度〕。β1:〔注意β1′的對頂角和δ的互位角的關(guān)系〕tgβ1′=〔30―4〕/4=6.5β1′=81.25°tgδ=〔60＋30＋4〕/3=31.333δ=88.17°β1=δ―β1′=88.17°―81.25°=6.92°β2:〔β2等于β1′的對頂角加β2′的對頂角加β1之和〕tgβ2′=4/4=1β2′=45°β2=β1′＋β2′＋β1=81.25°＋45°＋6.92°=133.17°β3：〔β3為β2加β3′的對頂角之和〕tg〔β2′＋β3′〕=〔30＋4〕/4=8.5β2′＋β3′=83.29°β3′=83.29°―β2′=83.29°―45°=38.29°β3=β2＋β3′=133.17°＋38.29°=171.46°〔2〕分別確定〔γ1，c1〕、〔γ2，c2〕和〔γ3，c3〕。對L1tgγ1=(30?4)2+42/10=26.3/10=2.63γ1=69°cosc1=26/(30?4)2+42=26/26.3=0.9886c1=8.7°對L2tgγ2=42+42/10=5.656/10=0.5656γ2=29.5°tgc2=4/4=1c2=180°－45°＝135°對L3tgγ3=(30+4)2+42/10=34.234/10=3.423γ3=73.7°cosc3=34/(30+4)2+42=34/34.23=0.993c3=180°－6.7＝173.3°道路幾何尺寸、燈具布置和計算點〔P〕的位置以及亮度計算角度圖解〔3〕從等光強(qiáng)曲線圖上讀出L1、L2、L3分別指向P點的光強(qiáng)值。假定燈具仰角為0°時，得：IL1=110cdIL2=175cdIL3=75cd〔4〕根據(jù)〔β1，tgγ1〕、〔β2，tgγ2〕和〔β3，tgγ3〕的值，查r表〔見前述〕并通過插計算可得：r1=171.87×10―4r2=188.78×10―4r3=11.73×10―4〔計算有誤差〕插法的根本計算式：ACBac=a+(b-a)×(B-C)/(B-A)b計算各個燈具在P點上產(chǎn)生的亮度值擬采用燈具的等光強(qiáng)曲線圖IL1 2 ―4 ―4L1= r1=110/10×171.87×10=189.06×10 h2IL2 2 ―4 ―4L2= r2=175/10×188.78×10=330.36×10h2IL3 2 ―4 ―4L3= r3=75/10×11.73×10=8.79×10P點的總亮度。光源光通量〔NG250〕Φ=22500lm，維護(hù)系數(shù)M=0.65，那么LP=(L1+L2+L3)×22500/1000×0.65=(189.06+330.36+8.79)×10―4×22.5×0.65=0.77cd/m2例二、從下面所提供的等亮度曲線圖確定圖中A和B點的亮度值。并且道路為單幅，燈具左側(cè)排列，光源光通量Φ=40000lm，燈具安裝高度h=10m，間距s=40m，路面寬度w=15m，觀察者位于距右側(cè)路緣4m〔0.4h〕，至L1的距離100m〔10h〕，路面為I類。利用等亮度曲線圖計算亮度方法圖解：〔1〕以與等亮度曲線圖一樣的h為單位畫出道路平面圖并標(biāo)出觀察者的位置。將等亮度圖的中心點〔0，0〕分別放在燈具L1和L2的投影位置上，令其縱軸平行于路軸。因A、B點在L2的前方，可以直接讀數(shù)；A、B點在L1的前方，須將疊加在其上的等亮度圖旋轉(zhuǎn)，使其縱軸指向觀察者。檢查轉(zhuǎn)過的角度，因小于5°〔3.4°〕，可以直接讀數(shù)分別讀出兩個燈具在A點和B點產(chǎn)生的亮度值，并求和。A點：燈具L1：該燈具所產(chǎn)生的Lmax的100%；燈具L2：該燈具所產(chǎn)生的Lmax的1%。所以A點亮度為一個燈具所產(chǎn)生的Lmax的101%。B點：燈具L1：該燈具所產(chǎn)生的Lmax的4%；燈具L2：該燈具所產(chǎn)生的Lmax的4%。所以B點亮度為一個燈具所產(chǎn)生的Lmax的8%?！?〕一個燈具所產(chǎn)生的最大亮度為Lmax=0.104(ΦQ0/h2)=0.104×(40000×0.1)/102=4.16cd/m2〔7〕A點和B點的亮度分別為:LA=1.01×4.16=4.2cd/m2LB=0.08×4.16=0.33cd/m2例三、道路的幾何條件如下圖，光源光通量Φ=20000lm，燈具安裝高度h=10m，間距s=50m，單向車行道寬度w=6m，觀察者位于右側(cè)燈具的排列線上。路面的Q0=0.1，亮度產(chǎn)生系數(shù)曲線如以下圖，試求出右側(cè)車行道的路面平均亮度。道路幾何條件圖所采用燈具的亮度產(chǎn)生曲線圖解：〔1〕求左側(cè)燈具在右側(cè)車行道上產(chǎn)生的亮度。因觀察者位于燈具排列線外〔車道側(cè)〕10m處〔1h〕，故必須采用ηL曲線組中的曲線C?？蓮膱D中讀出：Y2=0到Y(jié)2=1.2h的ηL=0.29;Y2=0到Y(jié)2=0.6h的ηL=0.19因此，Y2=0.4h到Y(jié)2=1.2h的ηL=0.29―0.19=0.10。求右側(cè)燈具在右側(cè)車行道上產(chǎn)生的亮度。因觀察者位于燈具排列線上，故必須采用ηL曲線組中的曲線B?？蓮膱D中讀出：Y2=0到Y(jié)2=0.4h的ηL=0.15;Y1=0到Y(jié)1=0.2h的ηL=0.09因此，Y2=0.4h到Y(jié)1=0.2h的ηL=0.15+0.09=0.24。右側(cè)車行道的路面平均亮度Lav=(0.1+0.24)×(0.10×20000)/(50×6)=0.34×2000/300=2.27cd/m2如果要計算平均維持亮度值，那么還需要乘上維護(hù)系數(shù)M。三、不舒適眩光計算前面已經(jīng)講過，不舒適眩光可用眩光控制等級〔G〕來度量。而且也給出了G的計算公式：I80 1/2 I80G=13.84－3.31lgI80+1.3(lg )－0.08lg +1.29lgF+0.97lgLav+4.41lgh′－1.46logP+cI88 I88式中：I80、I88—燈具在和路軸平行的平面，與向下垂軸形成80°、88°夾角方向上的光強(qiáng)值〔cd〕；該值可以通過燈具的光強(qiáng)表查得，適用圍50≤I80≤7000〔cd〕；1≤I80/I88≤50；F—燈具在和路軸平行的平面，投影在76°角方向上的發(fā)光面積〔m2〕；該值可以通過實際采用的燈具計算而得，適用圍7×10-3≤F≤4×10-1〔m2〕；Lav——路面上的平均亮度〔cd/m2〕；0.3≤Lav≤7(cd/m2〕；h′—水平視線〔1.5m〕距燈具的高度〔m〕；5≤h′≤20(m)；P—每公里安裝燈具數(shù)目；20≤P≤100；c—光源顏色修正系數(shù)，對低壓鈉燈c=+0.4，對其它光源c=0。一旦光源、燈具選定，并且燈具的安裝條件和道路的幾何條件都確定，路面的反光特性也知道的話，就可以計算G值。其中確定比擬困難的是Lav。舉例如下：假定有一條9m寬的道路〔Q0=0.1〕，選用半截光型燈具，裝250W高壓鈉燈〔光通量22500lm〕，安裝高度h=10m，燈具間距s=33m，懸挑長度O=1m，I80=40cd/1000lm，I90=12cd/1000lm，F(xiàn)=0.084m2，試計算G。解：〔1〕根據(jù)給定條件進(jìn)展路面平均亮度計算。假定給出了亮度產(chǎn)生曲線并且從圖中讀得ηL=0.23，那么：Lav=0.23×(0.10×22500)/(33×9)=0.23×2250/297=1.74cd/m20.97lgLav=0.97lg1.74=0.233因為I80=40cd/1000lm，Φ=22500lm，得I80=40×22.5=900cd－3.31lgI80=－3.31lg900=－9.78用插法可求得：I88=I90+〔I90―I80〕×〔90―88〕/〔90―80〕=12+28×0.2=17.6(cd/1000lm)I88=17.6×22.5=396cdI80 40所以－0.08lg =－0.08lg =－0.029I88 17.6I80 1/2 40 1/2(4)1.3(lg )=1.3(lg )=0.78I88 17.6(5)因F=0.084m2，得1.29lgF=1.29lg0.084=－1.38(6)h′=h―h0=10―1.5=8.5m4.41lgh′=4.41lg8.5=4.10〔7)因s=33mP=1000/33=30.3－1.46lgP=－1.46lg30.3=－2.16將以上各計算值代入得G=13.84－9.78+0.78－0.029－1.38+0.233+4.1－2.16=5.6對照CIE推薦標(biāo)準(zhǔn)可知G略高于最低要求值〔剛剛可以承受〕。四、失能眩光計算失能眩光可用閾值增量來定量描述，失能眩光的計算就是閾值增量的計算，其計算公式為：Lv n EqiTI=65 0.8；其適用圍為0.05＜Lav＜5。而Lv=K?∑2；此式適用圍為1.5°Lav i=1qi≤θ≤60°，常數(shù)K取值為10〔當(dāng)θ以度為單位時〕或3×10-3〔當(dāng)θ以弧度為單位時〕。在進(jìn)展等效光幕亮度或失能眩光計算時，CIE作了以下規(guī)定和假定：觀察點位于距右側(cè)路緣1/4路寬處。假定車輛頂棚的擋光角度為20°，這意味著位于20°傾斜面以上的燈具不應(yīng)包括在眩光計算中。觀察者一直注視著前方路面90m的一點〔即觀察方向和水平軸夾角為1°〕，該點距右側(cè)路緣也為1/4路寬。失能眩光的計算程序和圍：第一個燈具總是位于20°平面上，逐一依次計算500m以同一排燈具所產(chǎn)生的光幕亮度并進(jìn)展累加，但只要計算到某一個燈具所產(chǎn)生的光幕亮度小于其累加光幕亮度的20%時為止，對其它排燈具的計算也應(yīng)遵照這一程序。[例5-8]假定有一條道路，采用單側(cè)排列布燈方式，燈具間距S=33m，安裝高度h=10m，燈具的排列線在路面上的投影距右側(cè)路緣正好為1/4路寬，燈具光源光通量為9600lm，燈具在通過燈具發(fā)光中心且與路軸平行的平面的光強(qiáng)分布表如下。光強(qiáng)分布表γ〔°〕65 707580838587888990I〔cd/1000lm〕2381237742282317151310解:根據(jù)CIE的規(guī)定和題中計算條件，可有以下圖所示的幾何關(guān)系。失能眩光計算圖解各個燈具至觀察點的水平距離對第一個燈具γ1=71°,L1=(10-1,5)tg71°=24.69m；對第二個燈具L2=33+24.69=57.69m，γ2=tg-1〔57.69/8.5)=81.61°；對第三個燈具L3=90.69m，γ3＝84.64°；對第四個燈具L4=123.69m，γ4＝86.06°；對第五個燈具L5=156.69m，γ5＝86.69°；對第六個燈具L6=189.69m，γ6＝87.43°；對第七個燈具L7=222.69m，γ7＝87.81°；對第八個燈具L8=255.69m，γ8＝88.09°；對第九個燈具L9=288.69m，γ9＝88.31°；對第十個燈具L10=321.69m，γ10＝88.48°；對第十一個燈具L11=354.69m，γ11＝88.62°；對第十二個燈具L12=387.69m，γ12＝88.74°。由配光求各個燈具指向觀察點的光強(qiáng)。可用插法，由I70和I75可求出I71：I71=I70-〔I70-I75〕＝123－46×=113.8=I1同理可求出：I81.61°=34.48=I2；I84.64°=23.9=I3；I86.06°=19.82=I4；I86.69°=17.33=I5I87.43°=16.14=I6；I87.81°=15.38=I7；I88.09°=14.82=I8；I88.31°=14.38=I9I88.48°=14.04=I10；I88.62°=13.76=I11；I88.74°=13.52=I12計算各燈具〔眩光源〕在垂直于視線方向上所產(chǎn)生的照度。Ii 3 Ii 3 Iiξi=90°-1°-〔90°-γi〕=γi-1°；Hi=disinξi；Ei= sinξi= sinξi= sinξiH2i di2sin2xi di2因di=(h?1.5)2+Li2，經(jīng)計算得：d1=26.112；d2=58.312；d3=91.087；d4=123.981；d5=156.920；d6=189.88；d7=222.852；d8=255.831；d9=288.815；d10=321.802；d11=354.791；d12=387.783I1 113.8故E1=sinξ1=×0.9396=0.1568d1226.1122E2=0.0100；E3=0.00286；E4=0.001284；E5=0.0007019；E6=0.0004467；E7=0.000309E8=0.0002261；E9=0.0001721；E10=0.0001354；E11=0.0001092；E12=0.0000898；計算視線方向和各燈具〔眩光源〕射向眼睛的光線之間的夾角。θi=90°-γi+1°，故計算得：1 1 1θ1=20°=0.0025；θ2=9.39°=0.0110；θ3=6.36°=0.0247；q12 q22 q231 1 1θ4=4.94°=0.0409；θ5=4.11°=0.0591；θ6=3.57°=0.0784；q24 q25 q261 1 1θ7=3.19°=0.0982；θ8=2.91°=0.1180；θ9=2.69°=0.1381q27 q82 q291 1 1θ10=2.52°=0.1574；θi1=2.38°=0.1765；θi2=2.26°=0.1957q102 q112 q122求光幕亮度LvnEi E1Lv=K∑；=0.0025×0.1568=0.000392iqi2 q12E2 E3 E4 E5 E6 E7=0.00011；=0.0000700；=0.0000525；=0.0000414；=0.000035；=0.0000303q22 q32 q24 q52 q62 q27E8 E9 E10 E11 E12=0.0000266；=0.0000237；=0.0000213；=0.0000192；=0.0000175；q82 q92 q102 q112 q122需要注意的是，以上計算結(jié)果是當(dāng)光源光通量為1000lm時計算得到的，實際上光源光通量為9.6Klm，故需乘以第數(shù)9.6。當(dāng)K=10時，Lv=10×0.0008401×9.6=0.0806cd/m2求出了Lv后，假設(shè)再計算出或測量出Lav，便可計算出TI。假設(shè)觀察者不是位于通過燈具發(fā)光中心且與路軸平行的平面〔C0平面〕，那么計算就要復(fù)雜些了。第四局部道路照明測量道路照明中的光學(xué)測量，廣義上說，它包括兩局部：①在實驗室中進(jìn)展道路照明燈具的光度測試，提出詳細(xì)的測試報告，供照明設(shè)計使用。②進(jìn)展道路照明的現(xiàn)場測試，主要是亮度、照度的現(xiàn)場測量。一、道路照明測量常用儀器測量路面照度、亮度常用儀器是照度計和亮度計。照度計亮度計目前，在我國國尚未見實際路面亮度測量，也從未見過亮度計。國際上用得比擬普遍的有兩種：①聯(lián)邦德國漢堡公司生產(chǎn)的PU3型亮度計；②美國加利福尼亞公司生產(chǎn)的1980A或1980B型Pritchard亮度計。二、路面照度和亮度的測量測量的目的道路照明工程竣工并投入運行后通常要進(jìn)展路面亮度、照度的現(xiàn)場測量，其目的是了解路面的實際照明效果與原先的設(shè)計要否符合，并為以后進(jìn)展更經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計提供依據(jù)。在照明設(shè)施運行了一段時間〔如半年、一年〕以后，還要進(jìn)展測量，其目的是研究燈具因積灰變臟而引起的光輸出減少情況，并求出維護(hù)系數(shù)。路面照度的測量概念通常講路面上某一點的照度，有兩層意思：①指包含該點的小面積元〔由接收器尺寸所決定〕上的平均照度。②除了特別指明以外，一般照度是指該點在水平面上的照度，即水平照度。通常講的路面平均照度，可用公式表示為：Eav=Ei?Ai/?Aii=1 i=1即先把被測路面劃分成許多小網(wǎng)格，并認(rèn)為在每塊小網(wǎng)格上照度分布是均勻的。測出每塊小網(wǎng)格上的照度，把各小網(wǎng)格上的照度值與其所對應(yīng)的小網(wǎng)格的面積相乘并求和，除以這些小網(wǎng)格的面積的總和，便得被測路面的平均照度。測量地段的選擇進(jìn)展照度測量時，要選擇能夠代表被測道路照明狀況的地段。比方，有一條道路，燈具安裝間距最小為35m，最大為40m，多數(shù)為37m，那么應(yīng)選擇間距為37m的地段作為測量場。光源的一致性，燈具安裝〔包括懸挑長度、仰角、安裝高度等〕的規(guī)整性也應(yīng)予以考慮。測量場在縱方向〔沿道路走向〕應(yīng)包括同一側(cè)的兩個燈桿之間的區(qū)域，而在橫方向，單側(cè)布燈應(yīng)考慮整個路寬，雙側(cè)交織和雙側(cè)對稱布燈或中心對稱布燈可考慮1/2路寬。當(dāng)需考察環(huán)境照明狀況時，橫方向測量區(qū)域應(yīng)從路緣向外擴(kuò)展考慮3/2車道寬度。照度測量布點方法1〕四點法。把同一側(cè)兩燈桿間的測量路段劃分成假設(shè)干個大小相等的矩形網(wǎng)格，把測點設(shè)在每個矩形網(wǎng)格的四角，這種布點方法的根底是假定四個角上測得的照度的平均值代表了整個網(wǎng)格的平均照度。雙車道道路采用四點法布點時的測點布置圖。2)中心法。把同一側(cè)兩燈桿間的測量路段劃分成假設(shè)干個大小相等的矩形網(wǎng)格，把測點設(shè)在每個矩形網(wǎng)格的中心。這種布點方法的根底是假定網(wǎng)格中心測得的照度代表了整個網(wǎng)格的平均照度。雙車道道路采用中心法布點時的測點布置圖?，F(xiàn)在的問題是測量路段要劃分成多少網(wǎng)格？當(dāng)兩燈桿的間距S≤50m時，通常沿道路縱方向把間距〔S〕十等分。當(dāng)S≥50m時，按每一網(wǎng)格邊長d≤5m的原那么進(jìn)展等間距劃分。而在道路的橫方向把每條車道二等分〔四點法〕或三等分〔中心法〕。當(dāng)路面照度均勻度比擬好或?qū)y量準(zhǔn)確度要求比擬低時，那么在道路橫方向可取車道的寬度作為網(wǎng)格的寬度，也就是不需要再劃分?！?〕平均照度及均勻度的計算采用四點法布點，可把測量結(jié)果代入下式計算出平均照度：Eav=1/4MN〔ΣE■+2ΣE▲+4ΣE●〕式中Eav——測量區(qū)域的平均照度；E■——測量區(qū)域四角測點的照度；E▲——除四角外四條外邊上測點的照度；E●——測量區(qū)域測點的照度；M——縱方向劃分的網(wǎng)格數(shù)；N——橫方向劃分的網(wǎng)格數(shù)。采用面積中心法布點，可把測量結(jié)果代入下式計算出平均照度。Eav=1/MNΣEi式中Ei——在第i個測點上測得的照度。可以根據(jù)逐點進(jìn)展的照度測量結(jié)果計算出照度均勻度。3、路面亮度的測量路面亮度的實際測量和照度測量相比更為重要，這是因為①CIE及多數(shù)國家的道路照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是亮度值；②固然現(xiàn)在進(jìn)展道路照明設(shè)計時，亮度可預(yù)先進(jìn)展計算，但由于影響因素很多，而且計算時可供采用的各種根本參數(shù)可能不那么全，因此照明設(shè)施投入運行后路面的實際亮度和原先的設(shè)計可能有較大出入，有必要通過實測來確定汽車駕駛員所感受到的實際亮度值。〔1〕概念通常我們講測量路面上某一點的亮度和測量某一點的照度一樣，是包含了該點在的具有一定面積大小上的平均亮度。面積的大小取決于測量時所用的亮度計視場角的大小。測量路