LED隧道灯的配光测试和照明计算.pdf

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LED隧道灯的配光测试和照明计算何铁锋复旦大学照明与工程系（指导老师：

刘木清教授摘要100md上隧道必颇有照明隧道照明的质量是由隧道照明灯具质量和整体照明设计万案采共同保证的为T满足隧道运行的要求，隧道灯具应适应隧道使用特点，保证行车安全，舒适，并能有赦进行营运管理白光LED是近几年研制投产的新型照明光辑，与传统的光鼎相比，具有抗震性强功耗低、可靠-陛高、寿命长等优董，是一种符合环保节能的绿色照明光辉本论文研究的主要内容为：

首先介绍灯具测试和隧道照明相关要求的内容然后通过运用DIALux光学辅助软件对现有的几款LED样品灯进行方囊设计比较，“期得到各个光电参数都比较满意的设计方案，再经过现场测试，对LED样品灯具组的照明效果进行评估，井对发现的问题试图进行解释；最后就是对有争议的一些问题进行探讨和研究关键词隧道照明LED光度测试隧道灯具测试DIALux照明计算软件引言隧道照明是公路隧道照明的一个分支，任何长度的隧道都必须提供克足的夜间照明但与一般公路照明要求相异长度大干一定值的隧道还需提供昼间照明。

从隧道照明的整体设计规划上考虑，隧道照明主要分为夜间和昼间照明两个部分。

隧道的夜间照明作为夜间公路的延伸应为驾驶员提供一个兼具视觉舒适性和导向性的环境使得驶员能够及时发现路面障碍物、认清行车方向保证正常行驶和避免交通事故的发生；隧道的昼间照明是对长隧道（即：

长度大于100米的隧道）提出的特殊要求。

在长隧道的昼间照明设计巾既要考虑到应满足以上隧道照明的基本要求外还需考虑到观察者进人隧道前后的视觉适应性，以期为隧道行乍的安全运行提供有力可靠的保障。

从实现隧道照明的具体方法E看，隧道照明灯具在配光和质量上的优劣直接决定r整体的照明质量。

一、隧道照明的照明要求出于照明设计需要，长隧道（即长度太于100米的隧道）需要进行分段照明一般将其分成5个区段：

接近段、人口段、过渡段、中间段和出口段（如图1）每个区段均有相麻的视觉问题。

罔l隧值的分段其中，人口段照明和出口段照明是隧道照明中撮翦要的部分。

入口段照明是指驾驶员从适应野外的高照度到适应隧道内的明亮度，保证视觉所必须的照明。

它由临界部、变动部和缓和部等=个小部分的照明组成。

临界部是为消除驾驶员在接近隧道时产生的“黑洞效应”所采取的照明措施。

变动部是照度逐渐下降的区间。

缓和都是为驾驶员从进人隧道到习惯基本照明的亮度适应亮度逐渐下降的区间。

出口段照明与人口段照明相类似，差别只在于出口段照明是为了保证驾驶员在从隧道内的低照度行驶到洞外高照度的瞬间视觉能得到良好的过渡，而不出现所谓的“白洞效应”。

南于这个适应过程一般只需几秒钟，所以出口段照明比人口段照明要简单容易地多，只需在出口段设置一个加强照明就行了。

解决好出A口段的照明要求，其他区段的照明就可以根据照明规范的要求，并结台实际路况以及节能环保等要求再妥善布置设计，一个隧道照明的设计方案的雏形就基本完成了这里虽然寥寥数字，但是实际的工程以及应考虑的因素却是相当地多，并没有想象的那样简单。

二、隧道灯具的参数测试一个灯具有许多光度参数，诸如光通量、光强、光照度和光亮度等。

然而在如此诸多的光度参数中光通量是最基础的因为其他的几个参数理论上均可由光通量推导而出。

对光通量的测试常用的有积分球和分布光度计两种方法但在实际测量过程中，由于积分球测量需要一个标准光源，测得的结果是一个相对值，而且在测量过程中还存在探测器的灵敏度R（x）和光谱视见甬数v（x）不匹配、积分球内物体的自吸收和散热不理想等缺点，分布光度计不但测得的是光源的绝对光通量，而且在测得总光通量的同时，还能得到光源的配光曲线，所以，本人在测量隧道灯具光逋量时使丌j的足分布光度”i测壁法。

三、LED隧道灯具的节能特性LEDj豫便I。

光学设计的特性决定了LED灯具的灯见效率要远高r拭它道路照明光源灯具。

进而决定J它显著的删羽甘能特电。

估算双向81公里隧道巾间段采用LED隧道的灯雕毁醚咀分析LED在甘能J一的优势汁黛所得如丧1所爪。

表lLED灯具与荧光灯灯具的节能比较蛭光灯2x36W说岍数【也，J客世n耗ru赫“每X开灯24小时计“每度电Jn电贽2757f兀073兀计年一n费100375i兀四、长江隧道案倒分析应用LED隧道灯的隧道照明整体方案长江隧道主体为两7L双向六牟道盾构法隧道；主隧道全长约为8100m，行车设计时速为80公里仆时。

在术隧道的建筑设计罔纸上灯具的安装高度为6米，但是实际的安装高度一般是5米多点，用DIALux来软件模拟时，我H取50m乇为一个试验段来进行再根据宴际设置好各表面材质的反射率。

之后本人取了其巾的一款LED样品灯进行软件模拟（配光fIIi线的得到是在分布光度计测试值自0基础上依据IESNA协议导出es文件再导人），灯具的布置采用双侧对称布灯方式，并捌整设置好其各项参数，使照明效果达到堆佳。

下喵是软件模拟样品灯整体方案的各效果罔：

险罔3怿M灯目模拟等Hn度罔向向龆2m2m，I，目4样；灯具的模I：

【点M度罔rl托16015012158u嚣175174e3目54号样晶灯具的横拟测光结果接下来是本人在现场用照度计测量另一款LED样品灯具所得到的数据。

这些数据是从07年12月29号起到08年5月5号止，这段时间内每膈一星期或者半个月在同一时间点测得的，测试的时间均为当天晚上19：

50。

对这些数据的变化统计结果见罔6。

南图6的统计罔可很明显地看出，由某公司提供的这救LED灯具，所照射的路面初始平均光照度很高，但是在之后的半个月内路面平均光照度就衰减了541x，其衰减率竞选到了25之多，这是一个很令人吃惊的数字!

虽然在08-1-14这一测试时间点之后的几次测试数据显示灯具所提供的路面平均光照度已经达到了相当稳定的水平，但是在起初的半个月内衰减得如此之多，这不得不引人戈注，发人深思。

试探其原闻，可能与维护系数有戈，与起始时间内环境的污染有密切的联系。

而影响维护系数可能的冈素有二：

一种是刚生产出来的灯具，其密封外镜面会留有定的静电，正是这残余的静电会吸附一部分的灰尘；另一个因素则是由微观物体间作用力原理可知，由于外镜面一般是抛光的，在加工后新生表面能量高，急待吸附一层物质达￥稳悉其吸附过程首先是周同物质粒子以范德华力物理吸附在表面。

而此时隧道正在施工，里面的尘土是很多的所以在刚装上去的一段时间，镜面很容易将灰尘吸附在上面等到在表面形成薄薄一层时一方面对静电有一定的屏蔽作用另一方面，再能量达到馥怎之后，灰尘将很难再吸附堆积上去，除非使用时间久了以后，上面附有油渍等污染物。

而且由于这种吸附力是很弱很迟缓的，等到在镜面外表面布满一层灰尘或者达到动态平衡大概也差不多要半个月左右，这至少在时间上与真实的情况很接近。

五、结果分析和讨论司黜侣城371匦4冬擦嬉懈雠隧旧密g：

I=期螺匿咯妻Q1口陋o寸ao寸Ioo寸ICboo寸C）卜oo寸寸oooC）C）U_）raDC）ooC）ooCoC）寸oDf、CoooUooU）o1卜UU）I寸CoaD寸UoC）C、|C、|寸CbfqlCoooUoo卜CoLl_）c、I卜ooUC）1P寸Cqf、|寸UrIoD寸o寸ooCUtCq_oDCoU）of、|卜rCDCo之NCoCq1P=，陬髅tI、现场测量巾的亮度和照度测量亮度是指光源在某方向上的单位投影面在单位立体角中所发射的光通量对于受照路面来讲，其也可看成是二次光源，此时路面的亮度不仅与路面上投射的光的多少有戈系，还与路面的反射特性有关系。

不同路面的反射特性不一样；而照度则表示每单位表面所接受到的光通量，它没有方向性。

道路表面的亮度对能否清晰看到目标起非常重要的作用，随着亮度的提高，眼睛的对比灵敏度也提高了，而且视功能也得到了改善，目标能见度也就越高。

选择机动车交通道路照明的质量评价指标。

最为普遍采用的方法是基于亮度概念，虽然在以前，照度为某些国家所采用，但与亮度相比，照度只相当于是描述了一个客观存在的现象，即在单位路面上投射到的光通量，他的作用线的尽头仅仅只是到了路面，至于从路面如何再到达人眼，还剩多少光通量能通过人眼引起人的视觉感受他是无法表现出来的，这中间影响的冈素还有路面的材料、人眼的观察角度等，这些都只能通过亮度来反映，而对于路面照明的评价正是评价路面的照明效果对人眼视觉的影响，而且实践经验也告诉我们照度不是令人满意的评价指标。

运用亮度概念，其目的是提供明亮的路面，以它为背景看见物体的剪影。

因此，采用路面亮度水平和均匀度以及眩光控制作为质量评价指标。

然而，因为亮度具有方向性，要真正地测量一个物体的亮度，过程是相当的繁琐，也挺困难的，而测量一个物体表面的照度却是简单易行，相当的方便，所以在实际的工程研究领域，多用照度作为测试指标量，取代亮度来衡量道路照明效果。

但是照度并不能脱离亮度来进行评价一个路面的照明效果，我们引进亮度系数将两者联系起来。

亮度系数是用来说明路面的反射特性的，其表示某一点上亮度与该点上照度的比值，即q（a，13，丫）=L（0【，f3，lr）E、2、关于频闪问题的探讨当一个司机通过隧道的时候，悬挂在天棚上或墙壁上形成规则间隔行列光源对他的眼睛形成一个烦人的闪光。

这个闪光的形成，一方面是由于光源本身射出的光，它在司机的眼睛巾反复出现和不出现；另一方面，也由于光源射在光滑的表面上反射出来的微弱闪光，如他自己锷驶的汽车车罩和他前面跟着的任何汽车车身上发出来的闪光。

这样的闪光对一个司机的干扰程度主要是根据以下几个因素：

每秒钟出现德闪光次数（频率）；相对其背景的光源亮度（振幅）；司机视野里的平均亮度；光372源相对间距长度；以及频闪的持续程度。

闪光频率是由穿行隧道的速度和光源间距决定的。

在公路隧道通风照明设计规范中规定的布灯间距应使在设计时速的闪烁频率满足大于iSHz&b于25Hz的范围内应该是相对于点光源而青的，或者是单个光源。

而史劳特（1964）也得出了明确的论证，提出：

在某一既定频闪现象中，当光源长度，间距的比值增大时，对人的烦躁程度将会降低。

在实践经验巾，对于线状光源来说，我们认为当灯具长度与相邻两灯具中心点长度的比值大于115时，频闪对人眼的干扰在可以接受的危险范围内。

我们现在使用的灯具是LED灯具组，应该是属于一种面光源，形状参数间于单个光源和线状光源之间，所以对其闪烁频率的要求应该也在对这两种情况下的要求之间，即没有像规范中那样高的要求，当然也不能低于对线状光源的要求。

以设计时速80公里小时计算。

要满足规范要求，其布灯间距应为大于89m&b于15m，这是相当苛刻的要求，小于15m的话，工程成本将会很高，而且会导致光照度的严重浪费；而大于89m对所有光源几乎都不能达到，即使勉强达到了，其最后的纵向照度均匀度也会很差，造成很明显的斑马效应”。

而另一方面，对于灯具组的线状特性，在现场观测时大概估计了某公司的灯具组面光源的尺寸为60cmx40cm，如果以这个尺寸来计算，将它当作线状光源的话，那它满足条件的布灯间距为小于24m，然而，正因为它即不是点光源，也不是线光源，所以，其满足要求的布灯间距应该在24m89m之间的某个范围内。

在这之间还有一个大于44m可以作为参考点。

当然我这里只是提供了一个思路，并没有一个很严谨的推理过程，在以后的学习和工作中，我也会继续研究下去，希望能找到一个真正有说服力的契合点。

参考文献1cJJ,45-2006-城市道路照明设计标准2JTJ0261-1999（公路隧道