基于道路模拟的可调光道路照明的阈值增量
引言
良好的道路照明是保障夜晚交通安全，确保道路交通运输通畅的重要因素。在过去，道路照明在夜间交通低谷阶段的节电方式一般是简单地熄灭部分路灯，这种方法往往导致在这些路段，照度和亮度均匀度、环境比等非常低，而现在智慧路灯产品由于采用了诸如带有PWM调光功能的智能控制器[1]等附件，因此可以通过整体调低功率运行的方式，在通行高峰时段全功率运行，保证照明充分满足使用者要求，而在深夜交通低谷时段则降低功率以节约用电。
目前主流的道路照明设计方法、评价体系或检测标准[2，3]是以针对传统的调光方式的道路照明效果，如何对智慧照明各项道路评价指标制定相应的、合理的技术要求则是一个亟待解决的问题，特别是阈值增量，其计算和测试比照度、亮度等参数的计算和测试更复杂。本文基于CIE 150 号出版物中的阈值增量(TI)的计算公式[4]，推导了其在理想调光情况下不同人眼适应亮度时TI和光输出变化之间的数值关系。为了验证理论推导得到的结论，我们通过更改路灯配光文件中光输出系数，来模拟可调光路灯在空间各方向上光强均匀变化，运用道路模拟软件Calculux计算道路照明的阈值增量的变化。
1 理论推导
阈值增量即失能眩光的度量，表示存在眩光源时为了达到同样看清物体的目的，在物体及背景之间的亮度对比所需要增加的百分比。阈值增量(TI)是用来度量失能眩光的。失能眩光会造成可见度的下降。这是因为来自眩光源的光在视网膜方向上散射，形成一个明亮的光幕，叠加在原本清晰的景象上，从而增加了背景亮度，使对比度降低。这个光幕可用
1
一个等效光幕亮度Lv来度量。阈值增量的大小除了取决于光幕亮度外，也和眼睛的适应亮度Lav有关。
根据CIE 150 号出版物《限制室外照明中过分强光的指南》中的表述，阈值增量(TI)计算公式为
图 5所示为秸秆炭的扫描电镜照片，其中图5a和图5b分别为成型温度200 ℃和300 ℃、CMC添加量为20%样品的SEM图。由图可知，秸秆炭表面均存在着管状结构，成型温度为300 ℃时秸秆炭内部结构更为紧密，表面的孔相对较多。图5c和图5d分别为CMC添加量为10%和30%、成型温度为250 ℃的SEM图。由图可知，添加量为30%的样品暴露的管状孔道堵塞比较严重，可见孔很少，而 CMC添加量为 10%的样品存在较多的孔，这说明CMC用量的增加，会使得材料比表面积减小，导致脱臭性能的下降。
(1)
式中，L为人眼适应亮度；Eeye是灯具在观察者眼睛高度上、垂直于视线平面上产生的初始照度；θ 是视线与灯具中心的夹角，单位是度；∑是对所有待求和的路灯进行求和；k是和观察者年龄有关的常数。当观察者为23岁时，k为650，其他年龄的值可由式(2)求得：
2
(2)
式中，A是观察者的年龄。
式(1)在0.05 （1）二维超声表明胎盘间隙已经消失，且胎盘下肌菲薄。（2）经过彩色多普勒超声检查后，表明胎盘后方或胎盘实质血流异常丰富，能够对动脉血流进行准确探测，具体表现为：胎盘实质血流紊乱等，甚至牵连子宫肌层。 (3) 式中，当观察者为23岁时，k为950。 仅通过以上CIE对阈值增量所规定的计算公式，我们尚无法直观地判断出当道路安装路灯的光强变化时TI值的变化。因此，为了进一步得到TI与灯具光强I变化的影响关系，我们做如下两点假设： 3 1)理想道路条件：道路无环境杂散光干扰，每盏路灯及其安装条件，如悬挑角度等均为完全相同。 2)理想调光条件：各方向上光强值同步、等比例变化，即可以把单个路灯在各方向的光强值I(c,γ)记为与灯具灯下点光强I0始终有固定不变的比例关系,如下 I(c,γ)=I0·δ(c,γ) (4) 其中比例系数δ(c,γ)在调光过程中不改变。 当0.05 (5) 式中，Ii(c,γ)是第i个灯具在观察者眼睛方向上的光强，θi是视线与第i个灯具中心的 4 夹角，d是从第i个灯具光度中心到观察者眼睛的距离,各参数间的关系如图1所示。 图1 第i个灯具在观察者视线垂直方向上的照度 Fig.1 Illuminance perpendicular to the sight line of the observer from luminaire i 式(1)中，L为人眼适应亮度，一般均视作是所测路段的道路平均亮度，图2所示为根据照明测量方法[5]，道路上由安装高度为H的光源Q发出的光，到某点P后，经人眼观察到的该点的亮度计算示意。 5 图2 道路上某点亮度与光源关系 Fig.2 The relation between luminance of one point on the road and the light source 根据所做的假设，不考虑环境光影响情况下，对于待测区域内任意一个测试点，从规定的观察位置测得亮度读数L有以下关系： 国内旅游学术界对于游客感知价值尚未形成统一的标准，其中学者李文兵，张红梅在顾客感知价值的基础上提出游客感知价值是“游客在感知利得和利失的基础上对旅游产品或旅游服务在一定的旅游情境中满足其旅游需要程度的感知和评价”【4】。本文正是基于以上两位学者对于游客感知价值的定义，研究和评价民宿游客在感知利得和利失的基础上对 6 于民宿旅游产品或服务是否满足其旅游需求的总体感知和评价。 (6) 式中，q(β,γ)是路面亮度系数，I(c,γ)是灯具指向c,γ所确定的方向上的光强，H是灯具光度中心高度。由于对一个点的亮度是由该点附近多个路灯发出的光共同影响，故计算时 还应对多个的灯具进行求和。从上述推导可以知道，系数在固定的测 试环境下与灯具的调光过程无关，即L和灯具光强I(c,γ)成正比关系，进一步结合两个假设条件，可以得到L=f(c,β,γ,i,H,q)I0，f(c,β,γ,i,H,q)表示一个与路灯空间配光特征、观察角度、计算的灯具数量、道路反射系数、灯具安装高度等有关的比例系数。将公式(5)和L的表达式代入公式(1)，可以把阈值增量TI的表达式写为 (7) 式中，是一个与道路条件、 灯具配光等有关的固定比例系数，在调光前后不改变这些条件的情况下前后保持不变。 7 当人眼适应亮度即待测区域内平均亮度L>5 cd·m-2时，TI表达式改变为 (8) 式中各参数意义同式(7)。 2 模拟结果与讨论 根据上述推导,理想道路和调光条件都被满足时，道路平均亮度满足0.05 为了验证以上推导结果，我们选择了某个道路灯具在分布光度计上进行配光测试，得到其空间光强分布数据，并通过改变其配光文件中的光输出变化系数K来模拟假设条件中，对空间各方向上光强的同步等比例变化；并且通过分布光度计配套文件读取程序多次验证，改变配光文件的光输出变化系数将只会改变整体的光输出，并不会对光束角、最大光强所在位置等参数引起改变。 针对以上两方面问题，为满足注水井的注入压力与水量要求，需要其它注水站为杏A注水站所辖区域供高压水，而相应的注水站又需要污水系统调运补充深度污水，以满足其水源需求。因此，为实现深度注水系统停站优化运行，从注水运行和污水调运两方面分析可行性。 8 我们拟定两组道路条件，使用道路模拟软件Calculux计算其结果分别如下： 1)双幅路、中央隔离带宽度0.5 m、沥青路面、每侧路宽10.5 m、3车道、安装高度10 m、安装间距30 m、悬挑1.5 m、仰角15°，计算得到路面平均亮度和阈值增量TI的结果如表1所示，通过更改灯具配光文件中的光输出系数K来模拟理想调光方式，光输出系数为1时即不作任何改变，表1和表2中“TI计算值(%)”是通过Calculux计算得到的结果，“TI1·K0.2”表示根据前文推导结论，经过调光改变灯具光输出后，TI理论值。 我国农村信息贫困形成的原因是多方面的，既有社会经济、地域文化、教育普及率等因素，又有传播媒介和政府的因素。外部和内部因素相互影响，在一定程度上使不利于信息发挥作用的负面因素叠加，加上城乡“信息鸿沟”的客观存在，使我国农村的信息化水平普遍低于城市，出现了信息贫困地区和信息贫困群体。 表1 第一组道路模拟条件下，不同光输出系数K的道路照明计算结果 Table 1 The calculation results with different dimming coefficient K based on the first road simulation conditions 9 光输出系数K平均亮度/(cd/m2)TI计算值TI1·K0.21.01.896.8%—0.91.706.7%6.7%0.81.516.5%6.5%0.71.326.3%6.3%0.61.136.1%6.1%0.50.955.9%5.9%0.40.765.7%5.7% 2)单幅路、无隔离带、沥青路面、14 m、4车道、安装高度7 m、安装间距21 m、悬挑1.0 m，仰角10°。道路模拟软件计算结果如表2所示。 (一)荆轲感燕丹之义，函匕首入秦劫始皇，将以存燕宽诸侯，事虽不成，然亦壮士也。惜其智谋不足以知变识机。始皇之道，异于齐桓。曹沫功成，荆轲杀身，其所遭者然也。及欲促槛车，驾秦王以如燕，童子妇人且明其不能，而轲行之，其弗就也，非不幸。燕丹之心，苟可以报秦，虽举燕国犹不顾，况美人哉！轲不晓而当之，陋矣。[9] 表2 第二组道路模拟条件下，不同光输出系数K的道路照明计算结果 Table 2 The calculation results with different dimming coefficient K based on the second road simulation conditions 10 光输出系数K平均亮度/(cd/m2)TI计算值TI1·K0.21.04.137.6%—0.93.727.4%7.4%0.83.317.3%7.3%0.72.897.1%7.1%0.62.486.9%6.9%0.52.076.6%6.6%0.41.656.3%6.3% 可以清楚地看到，软件计算结果与我们用公式推导的结论一致。故在0.05 3 结语 反映道路照明质量评价指标的几个参数中，与照度、亮度等参数不同，阈值增量TI是个较难以直观判断大小的量。对于使用带有可调光功能的道路照明产品进行照明的路段，本文为了能对TI和调光建立明确关系，做了理想道路条件和理想化调光的假设，简化模型 11 后根据CIE 150号出版物《限制室外照明中过分强光的指南》中的阈值增量计算公式，推导出TI变化与道路灯具的调光系数的关系，并通过道路计算模拟软件Calculux验证该关系式成立。但由于CIE 150号出版物对阈值增量依据人眼适应亮度高低有两种计算公式，因此如果考虑不同条件下人眼适应亮度，阈值增量并非随着灯具的光输出增减而单调地增减。当道路平均亮度满足0.05 ，此时阈值增量会随着光输出 ，阈值增量 会随着光输出减少而增大，虽然该人眼适应亮度条件已经远超国家标准对道路平均亮度的要求，但在一些特殊情况下我们也需重视。 参考文献 [1] 张波，曹丰文，汪义旺. LED路灯驱动及智能调光系统的研究与设计 [J]. 照明工程学报，2011，22(4)：71-74. [2] 城市道路照明设计标准：CJJ 45—2015 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2015. [3] 照明测量方法：GB/T 5700—2008 [S]. [4] CIE. Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installation. Technical Report Publication No. 150. Vienna: CIE, 2003. [5] 金伟其，王霞，廖宁放，等. 辐射度 光度与色度及其测量(第二版)[M]. 北京：北京理工大学出版社，2016. 12 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容