機動車交通道路LED路燈照明效果實測

胡英奎，張青文，陳仲林，黃 珂，張晟鵬

(1．重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶400045;2．西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，綿陽621010;3．重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司，重慶400024)

隨著“十城萬盞”工程的全面推進，LED光源逐漸在照明工程中得到普及應(yīng)用，特別是在隧道、城市道路等室外場所得到了大量應(yīng)用。雖然LED光源在工程實踐中已經(jīng)得到大量應(yīng)用，但我國相應(yīng)的設(shè)計和測量標(biāo)準(zhǔn)還不健全，現(xiàn)行的城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和照明測量方法中均未對LED應(yīng)用進行專門的規(guī)定。為了準(zhǔn)確評價LED光源應(yīng)用于城市道路照明的效果，筆者以某城市次干道LED光源照明效果的測量為例，探討了城市機動車交通道路LED路燈照明效果的測量方法。

1 照度測量

我國現(xiàn)行CJJ 45―2006《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的城市機動車交通道路中次干道的平均照度Eav維持值為低檔 10 lx、高檔 15 lx，照度均勻度UE為0．35。

GB/T 5700—2008《照明測量方法》規(guī)定道路照度測量的路段范圍:在道路縱向應(yīng)為同一側(cè)兩根燈桿之間的區(qū)域;在道路橫向，當(dāng)燈具采用單側(cè)布燈時，應(yīng)為整條路寬，對稱布燈、中心布燈和雙側(cè)交錯布燈時，宜取二分之一的路寬。所測試的城市次干道采用對稱布燈的方式，因此測試路段選擇典型的縱向上為兩根燈桿之間的區(qū)域，橫向取二分之一路寬。

照度測量的布點方法，按照 GB/T 5700—2008《照明測量方法》的規(guī)定，當(dāng)兩根燈桿間距小于50 m時，宜沿道路(直道和彎道)縱向間距10等分;當(dāng)兩根燈桿間距大于50 m時，宜按每一網(wǎng)格邊長小于或等于5 m的等間距劃分。在道路橫向宜將每條車道三等分。所測試的城市次干道兩根燈桿間距為28 m，布點時沿道路方向每2．8 m布置測點。照度測量時采取四角布點法測量各測點的照度。照度測量布點方法如圖1所示。

圖1 測點布點示意圖

照度測量應(yīng)采用不低于一級的光照度計，對于道路的測量應(yīng)采用分辨力≤0．1 lx的光照度計。本路段的照度測量儀器選用經(jīng)過標(biāo)定的XYI－Ⅲ型全數(shù)字照度計，該照度計的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 XYI－Ⅲ型全數(shù)字照度計的技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過現(xiàn)場實測、計算得到該測試路段路面平均照度值Eav為20．1 lx，達到了我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對次干道照度標(biāo)準(zhǔn)值的要求(該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平均照度低檔值為10 lx，高檔值為15 lx);計算得到的路面照度均勻度UE為0．62，超過了CJJ 45—2006規(guī)定的次干道路面照度均勻度0．35的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 亮度測量

我國現(xiàn)行CJJ 45―2006《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的城市機動車交通道路中次干道的路面平均亮度 Lav維持值為低檔 0．75 cd/m2、高檔1．0 cd/m2，照度總均勻度UO最小值為0．4，縱向均勻度UL最小值為 0．5。

GB/T 5700—2008《照明測量方法》規(guī)定道路亮度測量的路段范圍:在道路縱向應(yīng)為從一根燈桿起100 m距離以內(nèi)的區(qū)域，至少應(yīng)包括同一側(cè)兩根燈桿之間的區(qū)域;對于交錯布燈，應(yīng)為觀測方向左側(cè)燈下開始的兩根燈桿之間的區(qū)域。所測試的城市次干道采用對稱布燈的方式，因此測試路段選擇典型的縱向上為兩根燈桿之間的區(qū)域。

亮度測量的布點方法，按照GB/T 5700—2008《照明測量方法》的規(guī)定，在道路的縱向，當(dāng)兩根燈桿間距小于50 m時，通常應(yīng)在兩根燈桿間等間距布置10個測點;當(dāng)兩根燈桿間距大于50 m時，應(yīng)按兩測點間距小于或等于5 m的原則確定測點數(shù)。在道路橫向，在每條車道橫向布置5個測點，中間一點位于車道的中心線上，兩側(cè)最外面的兩個點應(yīng)分別位于距每條車道兩側(cè)邊界線的1/10車道寬處。當(dāng)亮度均勻度較好或測量的準(zhǔn)確度要求較低時，在每條車道橫向可布置3個點，其中間一點位于車道的中心線上，兩側(cè)的兩個點分別位于距每條車道兩側(cè)邊界線的1/6車道寬處?？紤]所測路段的實際情況和要求，所測試的城市次干道兩根燈桿間距為28 m，布點時沿道路方向每2．8 m布置測點;在每條車道橫向可布置3個點，即采用與照度測量相同的布點方法，如圖1所示。

亮度測量應(yīng)采用不低于一級的亮度計。本測量的亮度測量儀器選用經(jīng)過標(biāo)定的LM–3瞄點式亮度計，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 LM-3瞄點式亮度計技術(shù)參數(shù)

根據(jù)各測點的路面亮度值可以計算得到測試路段路面平均亮度值Lav為1．86 cd/m2，達到了我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對次干道亮度標(biāo)準(zhǔn)值的要求(該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平均亮度低檔值為 0．75 cd/m2，高檔值為 1．0 cd/m2);計算得到的路面亮度總均勻度UO為0．42，超過了CJJ 45—2006規(guī)定的次干道路面亮度總均勻度0．4的標(biāo)準(zhǔn)值。

3 發(fā)現(xiàn)距離的測量

對于LED路燈照明效果還可以利用安全停車視距法評價駕駛員對小目標(biāo)物的發(fā)現(xiàn)距離進行測量。所謂發(fā)現(xiàn)距離是指駕駛員駕車時在距離小目標(biāo)多遠(yuǎn)的位置可以發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)。如果發(fā)現(xiàn)距離較短，駕駛員發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)后可能來不及采取必要的規(guī)避措施，可能發(fā)生交通事故。一般情況下，如果發(fā)現(xiàn)距離大于一個停車視距，駕駛員則有充分的時間采取規(guī)避障礙物的措施以保證交通安全。

駕駛員駕車行駛時發(fā)現(xiàn)路面上障礙物的距離難以直接測量，但利用iView X眼動儀可以記錄駕駛員駕車過程中的視覺行為和駕駛員觀察到的視覺環(huán)境，利用配套的視覺行為分析軟件BeGaze可以分析出駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時刻t1及汽車經(jīng)過障礙物的時刻t2，如果還知道汽車的行駛速度v，即可利用時間與速度的乘積計算得到駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的距離S。

由于駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時刻t1和汽車經(jīng)過障礙物的時刻t2都可以利用視覺行為分析軟件BeGaze讀取，確定汽車行駛的速度即成為測定發(fā)現(xiàn)距離的關(guān)鍵。作為指導(dǎo)道路照明設(shè)計的駕駛員對障礙物的發(fā)現(xiàn)距離，應(yīng)該是汽車按照道路的設(shè)計速度通過時的發(fā)現(xiàn)距離，所以實際測試時，只需駕駛員按照道路的設(shè)計速度通過道路即可，上述的 v也取道路的設(shè)計速度。

駕駛員駕車過程中的視覺行為和觀察到視覺場景用德國SMI公司生產(chǎn)的iView X HED眼動儀記錄。眼動儀系統(tǒng)由頭盔和一臺筆記本電腦組成，頭盔上安裝了2個攝像頭，1個攝像頭通過記錄駕駛員眼睛的數(shù)據(jù)來記錄駕駛員的視覺行為，另外1個攝像頭記錄駕駛員觀察到的場景，攝像頭記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線利用筆記本電腦的USB接口傳輸?shù)焦P記本電腦中，筆記本電腦中安裝有設(shè)備專用的數(shù)據(jù)記錄軟件。眼動儀的佩戴見圖2。

圖2 iView X眼動儀的佩戴

測試用車使用本田CR-V，測試用車車況良好，前擋風(fēng)玻璃及前排車窗清潔無污染，雖有貼膜但不影響駕駛員的安全駕駛。

被測人員要求具有一定的代表性，駕駛員應(yīng)對測試用車的車況及操作較熟悉。被測人員均無色盲、色弱，矯正視力均在5．0以上。

由于駕駛員對障礙物的發(fā)現(xiàn)距離難以直接測量，本研究采用記錄駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到駕車經(jīng)過障礙物的時間，并根據(jù)該時間和汽車的行駛速度計算發(fā)現(xiàn)距離的方法間接測量發(fā)現(xiàn)距離。具體測試步驟如下:

1)對參加測試的駕駛員進行交底，告知他們測試的目的、測試過程中需要注意的問題，以使駕駛員了解測試的過程，消除其緊張感，使測試獲得的數(shù)據(jù)更具有代表性。駕駛員要將汽車的行車速度保持在道路的設(shè)計行車速度40 km/h。

2)駕駛員按照正常的駕駛姿勢坐在汽車駕駛座位上，戴上眼動儀頭盔，調(diào)整頭盔和頭盔上的攝像頭，使駕駛員感到舒適且攝像頭能正常工作;眼動儀操作人員坐在汽車駕駛員后面的座位上，以確保操作人員的工作不會影響駕駛員的駕駛操作;將眼動儀的數(shù)據(jù)線連接到操作人員操作的計算機上，開啟眼動儀的操作軟件對眼動儀進行調(diào)整和校正。

3)測試人員將模擬障礙物的小目標(biāo)隨機地放在測試路段路面的任意位置，并確保駕駛員在駕車經(jīng)過之前不知道障礙物放置的位置。

4)為確保汽車能以設(shè)計的行車速度40 km/h接近并通過障礙物，駕駛員從距測試路段200 m以外的地方啟動汽車，并盡快將汽車加速至40 km/h，保持該行車速度按照正常行車狀況駕車接近測試路段;汽車啟動后，眼動儀操作人員操作軟件開始記錄駕駛員的視覺行為;為減小測試誤差，駕駛員在駕車接近測試路段的過程中，發(fā)現(xiàn)路面上的障礙物后可以采取躲避障礙物的操作，但不得降低汽車的行駛速度;駕駛員駕車經(jīng)過障礙物后，眼動儀操作人員停止記錄眼動儀的數(shù)據(jù)。

5)在測試過程中，每換一名駕駛員，都要進行一次眼動儀的調(diào)整和校準(zhǔn)工作;眼動儀校準(zhǔn)好后若頭盔在駕駛員的頭上發(fā)生了移動，也要重新進行校準(zhǔn)。

從眼動儀記錄的數(shù)據(jù)文件中讀取駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到駕車經(jīng)過障礙物的所經(jīng)歷的時間，可以使用以下3種方法。

1)使用通用視頻處理軟件逐幀分析視頻數(shù)據(jù)。

根據(jù)駕駛員在發(fā)現(xiàn)障礙物前后視覺行為的明顯不同，利用通用視頻處理軟件逐幀讀取視頻圖像，可以讀出駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時刻t1，并能讀出駕駛員駕車通過障礙物的時刻t2，據(jù)此即可計算出駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到駕車通過障礙物所經(jīng)歷的時間。該方法的優(yōu)點是簡單易行，不需要專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件即可完成;但該方法也存在明顯的缺點:駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時刻依靠數(shù)據(jù)處理人員的人為判斷，數(shù)據(jù)處理人員的經(jīng)驗、心情等主觀因素對結(jié)果的影響較大。

2)利用BeGaze軟件的grid AOI功能處理數(shù)據(jù)。

該方法操作過程簡單，數(shù)據(jù)分析結(jié)果能以數(shù)據(jù)的形式精確表達。但該方法需要用到專業(yè)的視覺行為分析軟件BeGaze，且所用的grid AOI功能只有該軟件的專業(yè)(Professional)授權(quán)版本才具備。由于該方法主要通過分析受試者視覺關(guān)注點的變化來確定駕駛員發(fā)現(xiàn)路面上障礙物的時刻，如果路面上還有其他能吸引駕駛員注意力的視覺目標(biāo)，則可能造成判斷駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時刻出錯。

3)利用BeGaze軟件的動態(tài)AOI功能處理數(shù)據(jù)。

該方法操作過程簡單，雖然也需要用到BeGaze軟件，但分析過程中用到的軟件功能是非專業(yè)(Professional)授權(quán)版本也具備的。用該方法分析數(shù)據(jù)得到的結(jié)果也能以精確數(shù)據(jù)的形式顯示出駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時刻。

在對各種數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)缺點及適用性進行對比分析的基礎(chǔ)上，測試?yán)肂eGaze軟件的動態(tài)AOI功能對試驗數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，測試路段駕駛員的對小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離為55～67 m，遠(yuǎn)大于40 km/h的停車視距26 m。因此，從測試數(shù)據(jù)來看，該測試路段安裝LED路燈的照明效果能保證正常行車的交通安全。

4 小結(jié)

文章通過工程實例探索了LED光源應(yīng)用于城市機動車交通道路照明時的照明效果評價方法，其中照度和亮度的測量采用我國現(xiàn)行GB/T 5700—2008《照明測量方法》中規(guī)定的方法。在照度和亮度指標(biāo)之外，提出了對小目標(biāo)發(fā)現(xiàn)距離這一評價指標(biāo)，并提出了該指標(biāo)的測量方法，該指標(biāo)可以直接評價照明效果對行車安全的影響，在進行照明效果評價時可以作為照度和亮度指標(biāo)的補充。

［1］ 科技部啟動“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程試點［EB/OL］．(2009－05－11)［2011－12－06］．http://www．gov．cn/gzdt/2009 －05/11/content_1310133．htm

［2］ CJJ 45—2006城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006

［3］ GB/T 5700—2008照明測量方法［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008