LED燈在高速公路隧道照明中的應(yīng)用及評(píng)價(jià)分析

孫文婷

【摘 要】LED作為新型的光源，具有許多優(yōu)越的性能，尤其是良好的節(jié)能性，正在快速的應(yīng)用到高速公路隧道照明之中。文章對(duì)LED燈在高速公路隧道照明中的應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用評(píng)價(jià)進(jìn)行了分析，使得LED隧道燈更好服務(wù)于高速公路隧道中。

【關(guān)鍵詞】LED隧道燈；高速公路隧道；照明；應(yīng)用；評(píng)價(jià)

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

要想客觀評(píng)估LED 隧道燈在高速公路隧道照明中的可行性及應(yīng)用效果，首先要了解其評(píng)價(jià)指標(biāo)?；诟咚俟返缆匪淼赖奶厥庑?，具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括以下幾項(xiàng)：

1.1 可見(jiàn)度

可見(jiàn)度反映的是人眼辨識(shí)物體的難易程度。在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中，可見(jiàn)度主要研究背景亮度、臨近環(huán)境等對(duì)人眼視功效的綜合影響，是反映照明質(zhì)量的綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)。隨著照明條件研究的不斷深入，可見(jiàn)度指標(biāo)已被細(xì)分為路面亮度、墻面亮度、閃爍頻率等更加細(xì)致的評(píng)價(jià)指標(biāo)。這些指標(biāo)都直接影響了人們辨識(shí)物體的難易程度，可以更好地反映各個(gè)參數(shù)與照明質(zhì)量之間的關(guān)系，是反映人們?cè)谒淼乐型ㄐ袝r(shí)整體視覺(jué)感受的第一指標(biāo)。

1.2 反應(yīng)時(shí)間

高速公路隧道中所發(fā)生的交通安全事故與駕駛員的反應(yīng)時(shí)間有著密切的聯(lián)系，反應(yīng)時(shí)間即駕駛員看到障礙物到采取處理措施之間的時(shí)間間隔。國(guó)外有關(guān)反應(yīng)時(shí)間的研究表明，反應(yīng)時(shí)間與環(huán)境亮度具有一定的相關(guān)性。環(huán)境亮度不同，人們的反應(yīng)時(shí)間也不同。駕駛員在隧道中的反應(yīng)時(shí)間除受環(huán)境亮度影響外，還受光譜分布的影響，高速公路道路隧道照明設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從這兩個(gè)角度考慮如何有效縮短駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，從而降低交通事故地發(fā)生頻率。

1.3 功率密度

高速公路隧道中的照明功率密度主要指單位面積上所安裝的全部照明設(shè)備的功率之和，包括各種變壓器、鎮(zhèn)流器等。高速公路隧道不同位置、不同路段的照明水平不同。因此，所要求的照明功率密度也不同。在確定功率密度值時(shí)，要參考設(shè)計(jì)交通量和車(chē)速這兩大因素。功率密度與隧道照明的節(jié)能指標(biāo)有著緊密的聯(lián)系，為了符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，在滿足照明要求的前提下，應(yīng)當(dāng)選擇合適的照明方式，盡量采用光譜適宜的光源。這樣可以充分利用光生物效應(yīng)，從而減少隧道照明耗能。

2 高速公路隧道照明的基本要求

高速公路隧道照明設(shè)計(jì)的目的在于解決駕駛員駛?cè)牖蝰偝鏊淼罆r(shí)所產(chǎn)生的“黑洞、白洞效應(yīng)”，每個(gè)國(guó)家都有自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。綜合各個(gè)國(guó)家的隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范，可以總結(jié)出在設(shè)計(jì)要求方面的共通性：（1）隧道內(nèi)需要設(shè)置24h 運(yùn)行的基本照明裝置。（2）駕駛員在白天駛?cè)胨淼篮?，隧道亮度?yīng)當(dāng)逐漸減弱。（3）隧道出口段需要設(shè)置過(guò)渡照明，與入口段的設(shè)計(jì)要求相同，夜間時(shí)出入口不需要進(jìn)行加強(qiáng)照明。（4）隧道整體的照明梯度應(yīng)當(dāng)呈“U字型分布”，這樣可以更加符合人的視覺(jué)特性。本文就詳細(xì)分析了隧道各個(gè)區(qū)段內(nèi)的照明基本要求。

2.1 入口段

入口段是駕駛員駛?cè)胨淼篮蠼?jīng)過(guò)的第一個(gè)區(qū)段，入口段的長(zhǎng)度與隧道的最高時(shí)速有關(guān)，而且入口段長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)大于等于最高時(shí)速安全剎車(chē)距離。只有符合這一條件，才能保證駕駛員在安全剎車(chē)距離內(nèi)看到障礙物并采取緊急制動(dòng)措施，以免發(fā)生交通事故。入口段的亮度設(shè)計(jì)需要參照公式確定：Lm=kL20（S）。其中，Lm 指入口段的亮度，k 指折減系數(shù)，L20 指洞外亮度。其中，折減系數(shù)受設(shè)計(jì)交通量和行車(chē)速度的影響。如雙車(chē)道行車(chē)速度為100km/h 時(shí)，入口段的亮度折減系數(shù)即為0.045。

2.2 過(guò)渡段

過(guò)渡段是駕駛員進(jìn)入長(zhǎng)隧道之后逐漸適應(yīng)隧道內(nèi)亮度水平的重要階段，這一階段的亮度水平應(yīng)當(dāng)由高到低依次變化，具體變化需要參照GIE 適應(yīng)曲線要求。

2.3 基本段

隧道內(nèi)的污染狀況較高速公路普通道路要嚴(yán)重得多。考慮到污染這一因素，在隧道內(nèi)就應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一段亮度水平高于普通道路照明亮度的基本段。

2.4 出口段

人眼從暗環(huán)境中走出適應(yīng)明亮環(huán)境的速度較快，因此，在高速公路隧道的出口位置不需要安裝照明設(shè)備，但是要保證駕駛員在駛出隧道時(shí)有良好的后向視覺(jué)。

3 LED 燈在高速公路隧道照明中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

我國(guó)高速公路隧道照明中所采用的照明設(shè)備多為高壓鈉燈，在一些早期高速公路隧道也會(huì)采用熒光燈、白熾燈等照明設(shè)備。與其他照明設(shè)備相比，高壓鈉燈具有透霧性好、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色照明設(shè)備，在高速公路隧道照明設(shè)備市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位。由于高壓鈉燈的顯色性較差，人們正在探索一種更加優(yōu)質(zhì)的照明設(shè)備。LED 隧道燈既可以彌補(bǔ)高壓鈉燈的不足，而且還可以作為隧道引導(dǎo)燈，用途較廣。隧道照明光源可以分為定向光和散射光兩種，在市場(chǎng)上可見(jiàn)的照明設(shè)備中，只有LED 隧道燈能夠提供定向光，這也為L(zhǎng)ED 隧道燈在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用創(chuàng)造了新的契機(jī)。

以上是針對(duì)LED 隧道燈的理論性評(píng)價(jià)，下面將提出一種更加客觀的評(píng)價(jià)方法—— 層次分析法。層次分析法是一種將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等不同層次，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性、定量分析的決策方法。本次研究的具體評(píng)價(jià)方法如下：（1）選擇評(píng)價(jià)對(duì)象。選取的兩個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象分別為150W的LED 隧道燈和250W的高壓鈉燈。（2）確定判斷矩陣。評(píng)價(jià)因素包括道路參數(shù)與燈桿參數(shù)兩類(lèi)，準(zhǔn)則層B2 中包含的指標(biāo)元素只有一項(xiàng)可以略去。（3）層次排序與一次性檢驗(yàn)。根據(jù)建立的判斷矩陣可以計(jì)算出其層次單排序，再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)總排序具有滿意的一致性。（4）確定照明方案。通過(guò)一致性檢驗(yàn)可計(jì)算出LED 隧道燈的期望值為0.884，高壓鈉燈的期望值為0.772。在同等情況下，LED 隧道燈的照明效果優(yōu)于高壓鈉燈。

4 應(yīng)用案例分析

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)LED 隧道燈在高速公路道路隧道照明設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用效果，本文以某高速公路隧道為實(shí)際案例展開(kāi)了具體地分析。該高速公路隧道中所采用的LED隧道燈主要由鋼化玻璃、拉伸鋁等材料制成，表面采用烤漆處理，總通光量在3868m以上，安全防護(hù)等級(jí)為II 類(lèi)。華嶺山隧道總長(zhǎng)度為1206m，為四車(chē)道雙洞隧道，隧道寬度15m，設(shè)計(jì)最高時(shí)速為60km/h。LED 隧道燈在隧道內(nèi)的安裝高度為5.0m，兩個(gè)LED 隧道燈之間的間隔為5m，隧道兩邊的燈具呈對(duì)稱(chēng)分布。實(shí)際應(yīng)用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，采用LED隧道燈之后不僅高速公路隧道照明質(zhì)有了明顯的提高，光色也更加柔和。而且根據(jù)駕駛員反映，視覺(jué)效果更加良好。統(tǒng)計(jì)顯示，每年可有效節(jié)約55 萬(wàn)kWh 的電能。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本次研究采用層次分析法評(píng)估了LED隧道燈與高壓鈉燈的應(yīng)用效果。結(jié)果顯示，LED 隧道燈的應(yīng)用價(jià)值更高，應(yīng)當(dāng)在今后的高速公路隧道照明中繼續(xù)推廣使用。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]