高校校園交通監(jiān)控補(bǔ)光照明的眩光調(diào)查
——以重慶大學(xué)為例

何 滎,邱卓濤

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院；重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

引言

隨著高校校園機(jī)動(dòng)車流量的日趨增大，部分駕駛?cè)藛T不顧校園特定環(huán)境，違反校園中限速規(guī)定，超速行駛，致校園交通事故呈多發(fā)態(tài)勢(shì)。尤其在教職員工上下班和學(xué)生上下課特定時(shí)段，機(jī)動(dòng)車超速已成為校園中重大的安全隱患。為進(jìn)一步加大校園綜合整治力度，維護(hù)校園交通環(huán)境，杜絕校園機(jī)動(dòng)車超速現(xiàn)象，近年來(lái)部分高校在校園重點(diǎn)路段設(shè)置機(jī)動(dòng)車超速監(jiān)控裝置，通過(guò)道路監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)交通管理，協(xié)調(diào)處理突發(fā)性交通事件，改善交通狀況，為了滿足監(jiān)控?cái)z像機(jī)在夜間清晰捕捉到汽車及車牌信息，就應(yīng)對(duì)監(jiān)控目標(biāo)設(shè)置補(bǔ)光照明設(shè)備[1]，并需要在距離監(jiān)控20 m左右的地方獲得足夠的補(bǔ)光照度。由于大多數(shù)監(jiān)控設(shè)備指向車行駛方向，相應(yīng)的補(bǔ)光照明也直接投向車行駛方向，高亮度的監(jiān)控補(bǔ)光光源給駕駛員帶來(lái)了強(qiáng)烈的直接眩光，嚴(yán)重影響了機(jī)動(dòng)車交通安全[2]。重慶、杭州、海南、上海及貴陽(yáng)等地媒體先后報(bào)道交通監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光問(wèn)題[3]，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。校園內(nèi)的監(jiān)控補(bǔ)光燈也存在這樣的問(wèn)題，且由于校園內(nèi)道路照明水平通常不高，眩光影響更加明顯，安全隱患更加突出。為了了解校園監(jiān)控補(bǔ)光燈設(shè)置現(xiàn)狀及對(duì)駕駛員的影響，為監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光控制提供依據(jù)，以重慶大學(xué)為例，對(duì)校園重要道路監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光進(jìn)行調(diào)研研究。

1 道路監(jiān)控補(bǔ)光照明眩光研究基礎(chǔ)

1)道路監(jiān)控照明設(shè)置要求。為了不影響道路交通安全，橫跨道路的道路監(jiān)控裝置安裝高度不應(yīng)低于車道信號(hào)燈的高度，其安裝高度與地面的垂直距離應(yīng)大于等于6 m。道路監(jiān)控補(bǔ)光照明主要通過(guò)提高夜間或低照度氣候條件下目標(biāo)物照度值，以獲得良好的視屏及圖像采集效果。我國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)道路監(jiān)控補(bǔ)光照明分別頒布了《道路交通信息監(jiān)測(cè)記錄設(shè)備設(shè)置規(guī)范》(GB/T 1047—2013)[4]和《交通技術(shù)監(jiān)控成像補(bǔ)光裝置通用技術(shù)條件》(GB/T 1202—2014)[5]。規(guī)范中規(guī)定補(bǔ)光照明可采用LED光源或氣體放電光源，也可采用其他光源，其補(bǔ)光方式有持續(xù)點(diǎn)亮方式、頻閃方式和脈沖方式。目前道路監(jiān)控照明設(shè)置廣泛應(yīng)用的是持續(xù)點(diǎn)亮方式和頻閃方式，脈沖方式由于其較強(qiáng)的眩光干擾被禁止在夜間使用。

2)交通監(jiān)控照明眩光。盡管人們也意識(shí)到交通監(jiān)控補(bǔ)光照明眩光對(duì)交通安全帶來(lái)的不利影響，但是由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限制及眩光控制技術(shù)的缺失，導(dǎo)致對(duì)眩光的控制缺乏有效手段與措施。而目前針對(duì)交通監(jiān)控補(bǔ)光照明的研究主要集中在補(bǔ)光照明系統(tǒng)燈具的應(yīng)用、設(shè)計(jì)與眩光測(cè)試方法等[6-12],國(guó)內(nèi)外鮮見道路交通監(jiān)控補(bǔ)光照明眩光對(duì)機(jī)動(dòng)車交通的影響研究。

盡管關(guān)于交通監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光對(duì)道路安全影響的研究鮮見，但國(guó)內(nèi)外對(duì)眩光的研究已具有較長(zhǎng)的歷史。科研工作者對(duì)眩光評(píng)價(jià)進(jìn)行了深入的研究，先后發(fā)展了四種主要的眩光評(píng)價(jià)表達(dá)式，分別為用于室內(nèi)環(huán)境的統(tǒng)一眩光指數(shù)(UGR)、用于室外體育場(chǎng)地的眩光值(GR)、用于道路照明的閾值增量(TI)和道路照明眩光控制等級(jí)(G)[10,11]。

交通監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的眩光危害，對(duì)道路交通安全帶來(lái)了極大的隱患。由于道路監(jiān)控補(bǔ)光燈亮度較高，對(duì)機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T造成了嚴(yán)重的眩光影響，并在人眼中形成的光幕，光幕的存在降低了目標(biāo)物與背景的對(duì)比度，影響了駕駛員視功能，帶來(lái)了安全隱患。因此，交通監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光是一種失能眩光，而用于室外的眩光評(píng)價(jià)方法中，眩光值(GR)和眩光控制等級(jí)(G)均是不舒適眩光評(píng)價(jià)法，只有道路照明閾值增量(TI)是用于評(píng)價(jià)失能眩光，且其眩光形成機(jī)理與道路照明眩光相類似，為此可采用道路照明閾值增量(TI)來(lái)評(píng)價(jià)監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光影響。

3)閾值增量(TI)評(píng)價(jià)方法。閾值增量(threshold increment,TI)是失能眩光的度量。為了抵消等效光幕亮度對(duì)視感覺(jué)的影響，恢復(fù)物體與環(huán)境在人眼中的對(duì)比度，就要提高物體亮度，這種亮度增量叫閾值增量(TI)。CIE技術(shù)報(bào)告推薦了道路眩光閾值增量的評(píng)價(jià)與計(jì)算的方法[13,14]，我國(guó)相關(guān)科研工作者也在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了研究[15,16]。通常在道路照明亮度為0.05～5 cd/m2范圍內(nèi)時(shí)，閾值增量可采用式(1)計(jì)算。

(1)

式中Lv為眩光在眼睛中形成的等效光幕亮度(cd/m2)；Lav為路面平均亮度(cd/m2)。其中等效光幕亮度可以用式(2)計(jì)算：

(2)

式中Eeye為眩光源在垂直于觀察者眼睛視線上所產(chǎn)生的照度(lx)；θ為視線和從眩光源來(lái)的光線入射方向之間的角度。K為比例常數(shù)；當(dāng)θ以度為單位時(shí)，K=10。

2 校園監(jiān)控分布

為了營(yíng)造良好的交通環(huán)境，重慶大學(xué)A、B校區(qū)在整體交通環(huán)境整治的基礎(chǔ)上，對(duì)主要路段設(shè)置了道路交通監(jiān)控設(shè)施，其中A校區(qū)7處、B校區(qū)5處(圖1、表1)，道路監(jiān)控的設(shè)置對(duì)改善校園交通環(huán)境，控制校園超速行為起到了良好的作用，由于校園道路較窄，因此每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)均只設(shè)置了一臺(tái)監(jiān)控設(shè)備。同時(shí)為了滿足監(jiān)控夜間監(jiān)控效果，對(duì)相應(yīng)監(jiān)控設(shè)置均設(shè)置了夜間補(bǔ)光設(shè)備，補(bǔ)光設(shè)備包含了常亮與爆閃，常亮的在夜間正常工作，爆閃由于眩光太強(qiáng)，并未投入使用，且照射方向指向天空(圖2)。盡管只有常亮補(bǔ)光燈照明，但是夜間眩光依然非常嚴(yán)重(圖3)。

序號(hào)監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控?cái)?shù)量補(bǔ)光燈類型爆閃常亮其他1A區(qū)大門111有路燈照明,爆閃指向天空2A區(qū)辦公樓101有路燈照明3A區(qū)圖書館111有路燈照明,爆閃指向天空4A區(qū)研究生院101有路燈照明5A區(qū)風(fēng)雨操場(chǎng)111有路燈照明,爆閃指向天空6A區(qū)電影學(xué)院101有路燈照明7A區(qū)后門111路燈照明差,爆閃指向天空8B區(qū)大門112有路燈照明,爆閃指向天空9B區(qū)足球場(chǎng)111有路燈照明,爆閃指向天空10B區(qū)二綜111路燈照明差,爆閃指向天空11B區(qū)隧道101無(wú)路燈照明12B區(qū)后門111路燈照明弱,爆閃指向天空

圖2 重慶大學(xué)A、B校區(qū)監(jiān)控補(bǔ)光設(shè)置狀況Fig.2 Monitor fill light settings of Chongqing university A and B campus

圖3 重慶大學(xué)A、B校區(qū)交通監(jiān)控夜間工作狀況Fig.3 Traffic monitor working conditions of Chongqing university A and B campus in night

3 道路監(jiān)控補(bǔ)光照明眩光測(cè)試

重慶大學(xué)A、B校區(qū)道路多為雙向兩車道，監(jiān)控路燈的監(jiān)控探頭設(shè)置于道路中部，可監(jiān)控雙向來(lái)車。校園道路大多采用單側(cè)照明，道路照明效果一般，且受到良好綠化樹木的遮擋。由于道路狹窄，且受地形地貌的影響，校區(qū)內(nèi)機(jī)動(dòng)車道路蜿蜒曲折，進(jìn)入道路交通監(jiān)控路段并看到監(jiān)控眩光補(bǔ)光燈的路段較短；為此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，測(cè)試研究交通監(jiān)控補(bǔ)光燈50 m范圍內(nèi)的眩光影響。

3.1 測(cè)試方法

按閾值增量理論計(jì)算方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要對(duì)不同眩光源分別點(diǎn)亮測(cè)試觀察者眼睛上的照度值，并分別測(cè)量視線與眩光源射入眼睛中光線的夾角，進(jìn)而算的每個(gè)眩光源在人眼中形成的，最終求和，計(jì)算出閾值增量。該測(cè)試方法精度高，但是操作過(guò)于復(fù)雜，且在現(xiàn)實(shí)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)眩光源單獨(dú)開閉控制，為此在光環(huán)境較為復(fù)雜的場(chǎng)景中不具有可操作性。此外，由于現(xiàn)場(chǎng)光環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)控路段除了受到監(jiān)控補(bǔ)光燈影響外，還受到道路照明的影響。為了研究監(jiān)控補(bǔ)光燈的眩光影響，消除道路照明環(huán)境光的影響，采用兩次測(cè)量法來(lái)消除眩光，具體測(cè)試方法如下：

1)測(cè)試點(diǎn)位于道路行車車行道的右側(cè)靠左1/4道路寬度處，模擬駕駛員行車的路線及視線(圖4)。照度計(jì)探頭水平向前架設(shè)，高度為1.2 m，與水平線夾角為1°，當(dāng)監(jiān)控補(bǔ)光燈處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，測(cè)出觀察者眼睛(照度計(jì))上的總照度Eeye1；

2)利用黑色擋板遮擋監(jiān)控補(bǔ)光燈，再重復(fù)以上步驟，測(cè)試沒(méi)有監(jiān)控補(bǔ)光燈情況下觀察者眼睛(照度計(jì))上的總照度Eeye2，兩者相減即得到監(jiān)控補(bǔ)光燈在人眼產(chǎn)生的總照度Eeye=Eeye1-Eeye2；

3)利用激光測(cè)角儀測(cè)出照度計(jì)探頭和監(jiān)控補(bǔ)光燈中心連線與視線的夾角；

4)利用經(jīng)過(guò)定標(biāo)的數(shù)碼相機(jī)測(cè)試路面平均亮度值Lav；

5)由式(1)計(jì)算得到該位置的閾值增量(TI)近似值；為了獲取不同位置監(jiān)控眩光的影響，每隔5 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。

W——道路路寬圖4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖Fig.4 Field test schematic diagram

3.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試時(shí)間為2018年4月23日、24日，為了減少交通干擾，測(cè)試時(shí)間為凌晨12點(diǎn)以后，此時(shí)校園機(jī)動(dòng)車數(shù)量較少。測(cè)試按照表1所列監(jiān)控點(diǎn)順序進(jìn)行。最終測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)輸入預(yù)先編制好的程序中進(jìn)行計(jì)算，獲得每個(gè)測(cè)點(diǎn)的眩光閾值增量(TI)近似值，比較每個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)控補(bǔ)光燈產(chǎn)生的眩光TI值，并選擇其中最大的眩光TI作為該監(jiān)控補(bǔ)光燈的眩光TI(表2)。

表2 監(jiān)控點(diǎn)眩光閾值增量最大值Table 2 Maximum threshold increment of glare in monitor point

由于監(jiān)控設(shè)置建設(shè)時(shí)間不同，且各區(qū)域功能照明設(shè)置不同，使得最終眩光閾值增量(TI)值有明顯不同。由表2可看出，目前重慶大學(xué)A、B校區(qū)道路監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光指數(shù)最高的達(dá)到241%，最低也有22%，這樣的眩光水平大大超過(guò)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)中次干道眩光閾值增量10%的限值。此外，監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光閾值增量最嚴(yán)重的區(qū)域在距離監(jiān)控補(bǔ)光燈20～35 m處，基本分布在補(bǔ)光燈光軸附近。

4 討論

本次調(diào)研是在消除路燈影響及忽略汽車前照燈的情況下獲得的結(jié)果，如果考慮路燈的眩光問(wèn)題，則眩光影響會(huì)更加嚴(yán)重，并會(huì)給機(jī)動(dòng)車交通安全帶來(lái)了極大的安全隱患，因此監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光對(duì)道路安全性的影響不容忽視。

從眩光閾值增量的原理來(lái)分析，要想減弱眩光閾值增量，可從兩個(gè)方面入手，即減弱人眼等效光幕亮度或加大路面平均亮度(不同范圍的路面平均亮度使用不同的計(jì)算公式)。

等效光幕亮度受到視線方向的影響，而受到監(jiān)控?cái)z像拍照要求垂直照度的影響，在設(shè)備性能大幅度提升之前無(wú)法做出較大幅度的降低。因此只能通過(guò)增加值來(lái)減弱眩光影響，改變監(jiān)控補(bǔ)光燈掛高及傾斜角度是一種可行的方法，但是還需要在后期進(jìn)行深入研究。

路面亮度的提升也會(huì)減弱眩光閾值增量，為此可增加監(jiān)控路段功能照明設(shè)施，提升整體路面亮度，減弱監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光影響。

由于缺乏監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光與駕駛員視覺(jué)反應(yīng)之間的理論研究支撐，交通管理部門無(wú)法對(duì)監(jiān)控眩光進(jìn)行有效的控制與整改，使得監(jiān)控眩光問(wèn)題依然廣泛存在。因此,未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)道路監(jiān)控眩光對(duì)駕駛員視覺(jué)反應(yīng)影響機(jī)理及效應(yīng)的基礎(chǔ)研究，為眩光控制提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐；同時(shí)還應(yīng)對(duì)監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光評(píng)價(jià)方法進(jìn)行深入研究，尋找簡(jiǎn)便易用的評(píng)價(jià)方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)重慶大學(xué)A、B校區(qū)監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光進(jìn)行的調(diào)研分析可知，目前校園內(nèi)設(shè)置的道路監(jiān)控補(bǔ)光燈存在嚴(yán)重眩光問(wèn)題，具有較大的安全隱患，應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性的處理。為了改善交通監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光對(duì)交通的影響，未來(lái)應(yīng)對(duì)交通監(jiān)控補(bǔ)光燈眩光與機(jī)動(dòng)車駕駛員視覺(jué)反應(yīng)機(jī)理及效應(yīng)進(jìn)行研究，為交通監(jiān)控補(bǔ)光照明眩光的控制提供支撐。