高速列車車內(nèi)照度舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

蘇燕辰，張瑞萍，李 俊

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引 言

高速鐵路經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，已經(jīng)形成以日、法、德3國(guó)為代表的適合各國(guó)國(guó)情的技術(shù)體系，各國(guó)高速列車車內(nèi)照明也形成了以這3個(gè)國(guó)家的大不相同的風(fēng)格特點(diǎn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

高速鐵路的照明舒適性很大程度上來(lái)自于乘客的全程性自我生理和心理的感受，比較感性且具有個(gè)性特點(diǎn)，所以，對(duì)其進(jìn)行定量化和標(biāo)準(zhǔn)化是不容易的。日本、法國(guó)和德國(guó)等高速鐵路發(fā)達(dá)的國(guó)家在速度與安全方面都有重大突破，在速度和安全性方面上都已形成符合各自國(guó)情的量化指標(biāo)，但是對(duì)于乘客的乘坐舒適性方面卻尚未形成明確的統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系。所以，對(duì)車內(nèi)照明舒適性進(jìn)行系統(tǒng)的研究能夠?yàn)槲磥?lái)高速列車的發(fā)展和系統(tǒng)綜合優(yōu)化提供指導(dǎo)方向。研究高速動(dòng)車組車內(nèi)照度和舒適性數(shù)學(xué)關(guān)系模型，得到照度舒適度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，為高速動(dòng)車組車內(nèi)照度舒適性評(píng)價(jià)方法的建立提供基礎(chǔ)。

1 綜合照度舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)

高速列車車內(nèi)照明環(huán)境中，影響視覺(jué)舒適度的因素有多個(gè)。照度大小關(guān)系到車內(nèi)空間的明亮程度，照度太大或太?。ōh(huán)境過(guò)明或過(guò)暗）都會(huì)導(dǎo)致人眼的不舒適感覺(jué)。在不同的車外環(huán)境（明線、隧道等）下需要及時(shí)調(diào)節(jié)車內(nèi)照度大小，調(diào)節(jié)速率即照度變化率太大也會(huì)導(dǎo)致人眼的不舒適感。分別研究照度本身與視覺(jué)舒適度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系以及照度的變化率與視覺(jué)舒適度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并考慮二者對(duì)于視覺(jué)舒適度的權(quán)重關(guān)系，得出照度舒適性關(guān)系模型。

1.1 照度舒適性指標(biāo)

根據(jù)已有的分析研究，得到了照度與舒適性之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型：

由于視覺(jué)舒適度的極大值并不為1，不便于不同環(huán)境下視覺(jué)舒適度的比較，所以需要對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，即用視覺(jué)舒適度的極大值Zm去除Z，得到：

歸一化后的視覺(jué)舒適度函數(shù)Z1與原函數(shù)Z相比較后得到圖1的曲線。

由圖1可知，人眼的舒適度并不是簡(jiǎn)單的隨著照度值的增大而增大或減小的，而是當(dāng)照度增大到某一值時(shí)，舒適度達(dá)到最大，此后，照度再增加便可引起視覺(jué)舒適度的下降，也就是說(shuō)滿足人眼舒適感的照度是存在某個(gè)限值的。

圖1 歸一化后的照度舒適性回歸模型與原回歸模型

1.2 照度變化率舒適性指標(biāo)

照度變化率與舒適性的數(shù)學(xué)關(guān)系模型為

照度變化率最小為0時(shí)，即照度穩(wěn)定不變的情況下，利用此模型得到的舒適性并不為1，所以也將其進(jìn)行歸一化處理，用視覺(jué)舒適度的極大值Zm去除Z，得到：

歸一化后的視覺(jué)舒適度函數(shù)Z1與原函數(shù)Z相比較后得到圖2的曲線。

圖2 歸一化后的照度變化率舒適性回歸模型與原回歸模型

由圖2可知，隨著照度變化率的增加，視覺(jué)舒適度逐漸降低，人眼的不舒適感逐漸增強(qiáng)。也即照度變化越快，人越會(huì)覺(jué)得不舒適。視覺(jué)舒適性與照度變化率之間呈線性關(guān)系。

1.3 綜合照度舒適性指標(biāo)

在對(duì)總體進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程中，需要了解總體中每一個(gè)評(píng)價(jià)因子的重要程度，按照其對(duì)總體評(píng)價(jià)的影響程度進(jìn)行定量分配，也就是確定總體評(píng)價(jià)中各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)。

綜合照度舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括照度舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)和照度變化率舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)兩個(gè)因子，二者對(duì)綜合舒適性的影響程度有所不同。為了綜合舒適度中這兩個(gè)因子對(duì)舒適度的影響，故將照度及照度變化率對(duì)舒適性的影響程度分別分為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%這11個(gè)等級(jí)。由于本次討論僅限于這兩個(gè)因子，若視照度值與照度變化率二者對(duì)綜合舒適性的影響程度是相等的，那么其中任何一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)都為0.5，故照度和照度變化率對(duì)舒適度影響的權(quán)重系數(shù)相加等于1。對(duì)50人進(jìn)行隨機(jī)調(diào)查問(wèn)卷，調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 照度與照度變化率影響權(quán)重問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)分析：

最終確定的k1=43%，k2=57%，綜合照度舒適性指標(biāo)如下：

將上述得到的當(dāng)量照度值和當(dāng)量照度變化率值代入綜合舒適性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型中，即得到綜合舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)的值。

2 綜合照度舒適性評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

根據(jù)以上得到的照度舒適性綜合指標(biāo)，將極不舒適到很舒適劃分為5個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的綜合舒適性指標(biāo)如表2所示，最舒適的時(shí)候綜合舒適性指標(biāo)可以達(dá)到1，不舒適時(shí)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)也可接近0。介于最舒適和最不舒適之間的其他感覺(jué)相應(yīng)的綜合舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)介于0～1之間。

結(jié)合照度舒適性評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分表評(píng)價(jià)車內(nèi)照明的舒適性情況，若得到的綜合舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)的值在1～0.8范圍內(nèi)，則說(shuō)明這個(gè)位置的照度是很舒適的，若得到的綜合舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)的值在0～0.2的范圍呢，則說(shuō)明這個(gè)位置的照度是很不舒適的，中間的情況參照表2依次類推。由此即可判定車內(nèi)照明的舒適程度。

表2 照度舒適性評(píng)價(jià)等級(jí)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在廣義舒適度模擬試驗(yàn)臺(tái)上控制不同照度和不同照度變化率，使被測(cè)人員感受不同的光環(huán)境并做出舒適程度的評(píng)價(jià)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理以及描述人體感覺(jué)量與物理刺激量之間的關(guān)系的重要定律——廣義的韋伯-費(fèi)昔勒定律得到包含照度與照度變化率兩個(gè)因素的照度綜合舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

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