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1、道路照明能見度的計算模型研究WENGJi,HUYingKui&YINGWen摘要：能見度是道路照明中影響駕駛員視線可靠性的綜合評價指標，也是影響道路照明安全和節(jié)能的重要因素。本文介紹了道路照明能見度的概念及其影響因素。也解釋了道路照明設計的小目標能見度計算模型，并從視覺可靠性和駕駛員視覺舒適度的角度描述了制定城市道路照明能見度標準的意義。關鍵字：道路照明，能見度，計算模型，設計標準1、引言城市道路照明的目的是確保交通安全，減少交通事故的發(fā)生，提高交通運輸效率，為在夜間出行的機動車和非機動車駕駛員以及乘客建立一個良好的視覺
2、環(huán)境。根據中國城市道路照明設計標準[1]，道路基于其功能被分為四類，即快速路，主干路，次干路和支路。同時，評估道路照明的相應指標還包括平均路面亮度、整體均勻度、縱向均勻度、失真炫光限制和環(huán)繞比（SR）。另外，道路照明標準還需要良好的引導。研究[2]表明，能夠影響道路照明質量的各種影響因素，即平均路面亮度、環(huán)繞比和失真炫光之間存在著某些內在的關系。它們對道路駕駛員的視覺功能具有全面的影響，也就是說，把這些個別道路照明質量指標和目標亮度結合起來，共同決定了道路照明的能見度條件。能見度是一個能夠全面評價影響駕駛員的視覺可靠性的
3、指標，這對于道路照明安全和節(jié)能來說具有重要意義。為了充分發(fā)掘道路照明的功能，我們可以根據國際道路照明標準的發(fā)展趨勢，結合中國道路照明的現(xiàn)狀，對道路照明技術指標進行深入研究，從而制定出一個更加實用、更加科學、更加具有前瞻性和先進性的道路照明亮度標準。能見度測量的范圍是人眼識別現(xiàn)有對象或形狀的困難程度，它是一個心理物理學測量，用來描述人眼觀測和識別目標物時主觀感受[3]。對于道路照明，路面照明亮度本身不足以確保駕駛員對道路目標物的準確識別，必須提高目標物背景的亮度差，使其大于可以識別的最小值。因此，能見度指標通常被表示為可視
4、水平[2]，即一個表示觀測目標物亮度和背景亮度之間的差值與亮度差閾值的商的系數：（1）這里，VL表示能見度水平；ΔL表示觀測目標與背景亮度之間的差值，即ΔL=Lt-Lb；ΔL0表示目標剛好可以被識別時觀測目標與背景之間的亮度差，即閾值亮度差，也就是ΔL0=Lt0-Lb。從上述公式可以看出，目標物亮度和其相鄰的背景亮度以及閾值亮度差都是影響能見度水平的主要因素。研究[4]表明，閾值亮度差的重要因素是對相鄰環(huán)境和失真眩光的亮度適應、目標對象的存在時間、觀測者年齡和負對比度校正（目標物的亮度低于背景亮度）。為了更合理的道路照明
5、設計，小目標能見度（STV）的設計標準按照美國道路照明標準RP-8-00[5]的推薦。這個標準中，為直干單行道的清晰表面計算出了STV，是在識別時間和視場角分別為0.2s和7.45’，并且駕駛員年齡為60歲以上、眼睛高度為1.45m的不利條件下。在計算過程中，駕駛員被要求觀測20個垂直放置的規(guī)格為0.18m*0.18m的小目標漫反射板（表面反射率為0.5），距離駕駛員正前方83.07m。然后計算每個均勻布置在兩個燈柱兩行之間的小目標能見度水平，使它們的加權作為STV。標準RP-8-00中指定的小目標能見度計算模型是相當復
6、雜的。為了更方便的計算道路照明能見度，本文利用閾值亮度測試和廣義韋伯-費希納定律來簡化一定計算條件下的計算模型。2、計算目標物和背景亮度的模型2.1目標物亮度Lt假設目標物的表面反射遵從朗伯定律[6]，可以來源于平方反比定律（2）其中，Ltp表示單個燈具照射下的目標物亮度；c，γ表示燈具相對P點的角關系，參見圖1；I表示角γ和c處的發(fā)光強度；LLF表示燈具的光損耗因子；H表示燈具的高度；ρ表示目標物的反射率；h表示目標物的高度。目標物亮度Lt是所有燈具對目標物貢獻亮度的總和。圖1亮度計算的坐標圖2.2背景亮度Lb某點P在
7、一個燈具照射下生成的路面亮度如下[7]：（3）點P在n個燈具照射下的亮度總和如下【7】：（4）其中，ci，γi表示點P相對于燈具i的坐標；I（ci，γi）表示燈具i在P點產生的光強度；γ（βi，γi）表示簡化的亮度系數，可以從標準路面的γ表中獲得，標準路面對應于實際路面；H表示燈具的安裝高度；LLF表示燈具的光損耗因子；MF表示r表的生產系數，通常為10000。在能見度的計算中，目標物的背景亮度（Lb）應該選擇為相對目標物上邊界和下邊界（Lb1和Lb2，如圖2）中間的平均亮度【6】，即（5）其中，Lb1是目標物上邊界的背
8、景亮度，即在目標物后11.77m處的路面亮度，由公式（3）計算的得出；Lb2是目標物下邊界的背景亮度，即目標物正下方的路面亮度。(a)俯視圖（b）側視圖圖2計算目標物的背景亮度的位置圖3、閾值亮度差相關參數的計算模型3.1等效光幕亮度Lv等效光幕亮度是由眩光源對人眼產生的照度（Eθi），以及觀測方向與光線從眩光源處入
