道路照明基本理論與計算

1、 道路照明基本理論與計算 第一部分 道路照明基本概念第二部分 道路照明燈具第三部分 道路照明計算 第四部分 道路照明測量 第一部分 道路照明基本概念 一、光的度量 1、 光通量光源在單位時間內(nèi)發(fā)出的光量稱為光通量，符號，單位是lm（流明）。 2、 光強（度）光源在給定方向的單位立體角中發(fā)射的光通量被定義為光源在該方向的光強（度），符號為I，單位為坎德拉（cd）。 I=d/d（為立體角） 3、 （光）照度表示表面被照明程度的量稱為（光）照度，它是每單位面積上接受到的光通量數(shù)，符號為E，E=d/ds，單位為lx（勒克斯），1lx即1lm/m2。 一些實際情況下的（光）照度值 情 況 照度值(lm)

2、 情 況 照度值(lm) 夜間在地面上產(chǎn)生的 （光）照度 310-4 晴朗的夏日在采光良好的室內(nèi)的（光）照度 100500 滿月在地面上產(chǎn)生的 （光）照度 0.2 太陽不直接照到的露天地面的（光）照度 103104 工作場地必需的光照度 20100 正午露天地面的 （光）照度 105 4、 （光）亮度光源在某一方向上的單位投影面在單位立體角中發(fā)射的光通量，稱為光源在某一方向的（光）亮度，符號為L，L=dI/ds，單位為cd/m2（過去常用單位為nt(尼特)，1nt=1 cd/m2）。 5、 發(fā)光效率 （1） 光源發(fā)光效率指一個光源所發(fā)出的光通量與該光源所消耗的電功率P之比，即：=/P。 （2）

3、 燈具效率指在規(guī)定條件下測得的燈具發(fā)射的光通量值與燈具內(nèi)所有光源發(fā)出的光通量的測定值之和的比值。 6、對比感受性 視覺認(rèn)知的基本條件：亮度對比和顏色對比（在此忽略）。 亮度對比是視野中目標(biāo)和背景亮度差與背景（或目標(biāo)）亮度之比，符號C，即： C = | L0 Lb | 式中：L0目標(biāo)亮度（nt）； Lb背景亮度（nt） Lb人眼剛剛能夠知覺的最小亮度比，稱為閾限對比，符號C 。閾限對比的倒數(shù)，即表示人眼的對比感受性，也稱為對比靈敏度，符號Sc，即： Sc = 1 式中：Sc對比感受性； C 閾限對比 C Sc顯然不是一個固定不變的常數(shù)，它的變化與以下因素有關(guān)： 1、 照明條件； 2、 觀察目標(biāo)的

4、大小； 3、 觀察目標(biāo)呈現(xiàn)的時間。 在理想條件下，視力好的人能夠分辨0.01的亮度對比，即人的對比感受性最大可達(dá)100。 由圖中可以看出，Sc隨Lb而上升，到大于100 nt 以后即接近最大值，之后，盡管Lb在絕對數(shù)值上仍有比較大的上升，但Sc已無大的上升空間，相反，當(dāng)Lb大于 1000以后，Sc反而有所下降，這主要是由于背景亮度過大而產(chǎn)生眩光的緣故。 特別要提醒大家的是：照度是一個客觀值，而亮度是一個主觀值。 對比感受性與背景亮度關(guān)系圖 橫軸Lb， 縱軸Sc 二、關(guān)于道路照明的幾個術(shù)語：（參見新版城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)） 1、 燈具的安裝高度燈具的光中心至路面的垂直距離，符號為h。 2、 燈具

5、的安裝間距沿道路的中心線測得的相鄰兩個燈具之間的距離，符號為s。 3、 懸挑長度燈具的光中心至鄰近一側(cè)緣石的水平距離，即燈具伸出或縮進(jìn)緣石的水平距離，符號為O。 4、 道路有效寬度與道路的實際寬度、燈具的懸挑長度和燈具的布置方式等有關(guān)的理論距離，符號為weff。 當(dāng)燈具采用單側(cè)布置方式時，道路有效寬度為實際路寬減去一個懸挑長度。 當(dāng)燈具采用雙側(cè)（包括交錯和對稱）布置方式時，道路有效寬度為實際路寬減去二個懸挑長度。當(dāng)燈具在雙幅路中間分車帶上采用中心對稱布置方式時，道路有效寬度就是道路實際寬度。 道路有效寬度計算示意圖 5、 環(huán)境比車行道外邊5米寬的帶狀區(qū)域內(nèi)的平均水平照度與相鄰的5米寬車行道上平

6、均水平照度之比，符號為SR。 6、 （道路）照明功率密度單位路面面積上的照明安裝功率（包括鎮(zhèn)流器功耗），符號為LPD，單位為W/m2。 三、道路照明的質(zhì)量評價指標(biāo) 1、 路面平均亮度（Lav）或照度（Eav） 在道路上行駛時駕駛員觀察路面障礙物的背景主要是駕駛員前方的路面，因此，障礙物本身的表面和路面之間至少要有一定的、最低限度的亮度對比，駕駛員才能觀察到障礙物。路面平均亮度越高則眼睛的對比靈敏度越高，駕駛員覺察路面障礙物的可靠性越高。路面平均亮度水平也直接影響到駕駛員的視覺舒適程度。平均亮度越高（但需限制在產(chǎn)生眩光的亮度水平以下），駕駛員就越舒適。 2、 路面亮度（或照度）均勻度 路面亮度（

7、或照度）均勻度包括亮度（或照度）總均勻度和亮度（或照度）縱向均勻度。 (1)總均勻度（U0） 道路照明設(shè)施，即使能為路面提供良好的平均亮度，但也很可能在路面上的某些區(qū)域產(chǎn)生很低的亮度，因而在這些區(qū)域里對比值（C）低、閾限對比（C）高。同時，視場中大的亮度差，也會導(dǎo)致眼睛的對比靈敏度（Sc）下降和引起所謂瞬時適應(yīng)問題（視覺疲勞），結(jié)果是駕駛員的視看能力的下降。為了保證駕駛員對路面上各個區(qū)域都有足夠的視看能力，就需要確定路面上最小亮（照）度與平均亮（照）度之間的允許差值。 亮度（或照度）總均勻度定義：路面上最小亮（照）度和平均亮（照）度之比，即 U 0 = L min ，式中： Lmin路面上的最

8、小亮度值； Lav路面上的平均亮度值 （2）縱向勻度（UL） 當(dāng)駕駛員在路面上行駛時，一般情況下總是沿著某一條車道行駛，而在駕駛員前方路面上反復(fù)相間出現(xiàn)的亮暗區(qū)對駕駛員的干擾（即所謂的“斑紋”效應(yīng)）很大。因此，為了減少這種干擾，就必須限制沿車道中心線上最高區(qū)和最暗區(qū)的亮度差，以提高駕駛員的視覺舒適感。 亮度（或照度）縱向均勻度定義：路面上通過觀察者位置并且平行于路軸的直線上（即車道中心線上）最小亮（照）度和最大亮（照）度之比，即 UL = Lmin ，式中： Lmin車道中心線上的最小亮度值； Lmax車道中心線上的最大亮度值 注意：道路有N條車道就有N個UL值（評價時用其最小值）。 3、眩光

9、限制 是一項十分重要的評價指標(biāo)，分為兩類： （1） 失能眩光損害視看物體的能力，直接影響到駕駛員覺察障礙物的可靠性，影響行車安全。 （2） 不舒適眩光引起不舒適感覺和視覺疲勞，影響到駕駛員的舒適度。 平時往往不予足夠的重視，有也只是定性的評價，實際是可以通過計算來定量分析的（尤其是新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出了具體的數(shù)值要求）。 （1）失能眩光（生理眩光） 眩光導(dǎo)致視覺能力的損失，是由于光在眼睛里發(fā)生散射而造成的。 沒有眩光時，直接視場里的景物的清晰圖象聚焦在眼睛的視網(wǎng)膜上，引起的視感覺與景物的亮度成正比； 有眩光時，眩光源的光線在眼睛里不聚焦，發(fā)生散射，在視網(wǎng)膜方向上的散射會起到光幕作用疊加在清晰的圖象上

10、。 這層光幕可以看作有一等效亮度，強度與視網(wǎng)膜方向的散射 程度成正比。 視感總強度=景物亮度+等效光幕亮度 由于眩光而引起的光在眼睛里的散射圖研究發(fā)現(xiàn)等效光幕亮度取決于眩光源在眼睛上產(chǎn)生的照度（Eeye）以及觀察方向和從眩光源來的光線入射方向之間的角度（）。 通常情況下，道路照明中路面亮度在0.05cd/m25cd/m2，一般在1.560（對駕駛員而言是20）范圍內(nèi)，等效光幕亮度可以用以下經(jīng)驗公式計算： EeyeLv =K q2 式中：Lv等效光幕亮度（cd/m2）； Eeye眩光源在觀察者眼睛上（在垂直于視線（不完全水平）平面上）所產(chǎn)生的照度（lx）； 視線和從眩光源來的光線入射方向之間的角

11、度； K比例常數(shù)，當(dāng)以度為單位時K=10，當(dāng)以弧度為單位時，K=310-3 在實際應(yīng)用中，視場中往往出現(xiàn)多個眩光源，這時總的等效光幕亮度等于各個眩光源所產(chǎn)生的等效光幕亮度的疊加，即 nLv = Lvi i=1把等效光幕亮度加在背景亮度和目標(biāo)亮度兩者之上后，一方面，由于背景亮度增加而引起閾限對比減小即對比 靈敏度增加；另一方面，對比又減小了。但是，對比靈敏度 C = | L0 Lb | 增加的正效應(yīng)還不足以補償對比減小的損失。這意味著，沒有眩光時一個剛剛以看見的物體，在有眩光時就看不見了，除非增加實際對比，稱為閾值增量，定義：在眩光條件下又能剛剛看見物體所需增加的額外對比除以有效對比。（它是一個

12、百分比） 對于道路照明中路面亮度在0.05cd/m25cd/m2，閾值增量可用下式計算： TI = 65 Lv L0av.8式中：TI相對閾值增量（%）； Lv等效光幕亮度（cd/m2），假定觀察者總是以與水平線成1夾角注視與路軸平行的正前方（即一直注視著前方90 m路面上的一點）； Lav路面上的平均亮度 我國即將重新頒布的城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于快速路、主干路和次干路，TI應(yīng)小于10%，對于支路，TI應(yīng)小于15%。 （2）不舒適眩光（心理眩光） 可以用眩光控制等級（G）來度量駕駛員所感受到的不舒適眩光，主要取決于特定燈具指數(shù)和道路照明設(shè)施的特性。眩光控制等級（G）可以用以下經(jīng)驗公式計

13、算： I 801/2I 80G=13.843.31lgI80+1.3(lg) 0.08 lg+1.2lgF+0.97lg Lav+4.41lgh1.46lgP+c 式中：I80、I88燈具在和路軸行的平面內(nèi)，與下垂軸形成80、88夾角方向上的光強值（cd）；該值可以通過燈具的光強表查得，適用范圍50I807000（cd）； 1I80/ I8850； F燈具在和路軸平行的平面內(nèi)，投影在 76角方向上的發(fā)光面積（m2）；該值可以通過實際采用的燈具計算而得，適用范圍710-3F410-1（m2）； Lav路面上的平均亮度（cd/m2）；0.3Lav7(cd/m2）； h水平視線（1.5m）距燈具的高

14、度（m）；5h20(m)； P每公里安裝燈具數(shù)目；20P100； c光源顏色修正系數(shù)，對低壓鈉燈c=+0.4，對其它光源c=0。 舉例：以寧波燎原燈具NBDD18為例 燈具尺寸圖該燈具的總尺寸為875 m m373 m m，計算可得（更可以實際測量）發(fā)光面積為372 m m260 m m，近似為0.09 m2，76投影面積為0.087 m2（sin76）； 不舒適眩光感覺和G值的關(guān)系表 G值 眩光感覺程度 評價 1 不可忍受 不好 3 感到煩惱 不足 5 剛剛可以接受 尚好 7 感到滿意 好 9 感覺不到眩光 很好 4、誘導(dǎo)性重要性很突出，但它是一個定性評價指標(biāo)。 （1） 視覺誘導(dǎo)采用誘導(dǎo)輔助

15、設(shè)施，如路面中線、路緣、或路面標(biāo)志、應(yīng)急路欄。 （2） 光學(xué)誘導(dǎo)通過燈桿和燈具排列、燈具式樣、燈光顏色或其強度變化。 舉例：1）在設(shè)置連續(xù)照明的道路上，燈具排列整齊；雙幅路上將燈桿設(shè)置在分車帶中央；曲線路段燈桿設(shè)在外側(cè)；在T型交叉路口在道路終端對面設(shè)燈等。 2）根據(jù)需要，通過改變照明系統(tǒng)、改變光源顏色、改變燈具的樣式或安裝高度、改變燈具的布置方式來獲取良好的誘導(dǎo)性。 機動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值（2005新版） 道路級別 路面亮度 路面照度 眩光限制 TI(%) 最大初始值 環(huán)境比 SR 最小值 平均亮度 Lav(cd/m2) 維持值 總均勻度 Uo 最小值 縱向均勻度 UL 最小值 平均照度 E

16、av(lx) 維持值 均勻度 UE 最小值 快速路 1.5/2.0 0.4 0.7 20/30 0.4 10 0.5 主干道、迎賓路、通向政府、大型公共建筑的主要道路、市中心或商業(yè)中心的道路 1.5/2.0 0.4 0.7 20/30 0.4 10 0.5 次干道 0.75/1.0 0.4 0.5 10/15 0.35 10 0.5 支路 0.5/0.75 0.4 8/10 0.3 15 注：1、表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相應(yīng)降低30%。 2、表中各項數(shù)值僅適用于干燥路面。 3、表中對每一級道路的平均亮度或平均照度給出了兩檔標(biāo)準(zhǔn)值，由XX/XX表示，

17、“/”的左側(cè)為低檔值，右側(cè)為高檔值。 道路照明標(biāo)準(zhǔn)（1991老版） 級別 道路類型 亮 度 照 度 眩光限制 誘導(dǎo)性 平均亮度 Lav(cd/m2) 均勻度 Lmin/Lav 平均照度 Eav(lx) 均勻度 Emin/ Eav 快速路 1.5 0.4 20 0.4 嚴(yán)禁采用非截光型燈具 很好 主干道及迎賓路、通向政府機關(guān)和大型公共建筑的主要道路、市中心或商業(yè)中心的道路、大型交通樞紐等 1.0 0.35 15 0.35 嚴(yán)禁采用非截光型燈具 很好 次干道 0.5 0.35 8 0.35 不得采用非截光型燈具 好 支路 0.3 0.3 5 0.3 不宜采用非截光型燈具 好 主要供行人和非機動車通

18、行的居住區(qū)道路和人行道 12 采用的燈具不受限制 注：表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相應(yīng)降低2030%。 表中各項數(shù)值僅適用于干燥路面。 5、（道路）照明功率密度（適應(yīng)綠色照明要求2005新版標(biāo)準(zhǔn)提出的新的指標(biāo)） （1） 定義單位路面面積上的照明安裝功率（包括鎮(zhèn)流器功耗），符號為LPD，單位為W/m2。 （2） LPD的計算方法 1） 照明安裝功率（W） 包括鎮(zhèn)流器功耗，若無法了解鎮(zhèn)流器的準(zhǔn)確功耗值，可以按照占燈功率的15%計算，如400W高壓鈉燈，其總功率為400(1+15%)=460W。 2） 計算面積(S) S=WL 路寬W:分別根據(jù)道路斷面(幾幅

19、路、有無分車帶等)、路燈布置方式確定。 如 單幅路，W為整個路寬； 雙幅路，有中央分車帶，且很寬，兩側(cè)對稱布燈，原則上分車帶不照亮，則按照兩條道路來處理。 雙幅路，中央分車帶很窄，兩側(cè)或中央布燈，分車帶也照亮，則按照一條道路來處理。 間距L:單側(cè)布置：兩燈桿距離。 中心對稱布置：兩燈桿距離。 雙側(cè)對稱布置：兩燈桿距離。 雙側(cè)交錯布置：同一側(cè)兩燈桿距離的1/2。 計算功率密度： 功率密度LPD=PN/S (其中：P為每臺燈具中的光源功率與鎮(zhèn)流器功率之和； N為系數(shù)，雙側(cè)對稱布置時N=2，其他布置時，N=1) 各級機動車交通道路的照明功率密度值 道路級別 車道數(shù) (條) 照明功率密度(LPD)值(

20、W/m2) 對應(yīng)的照度標(biāo)準(zhǔn)(lx) 快速路主干路 6 1.05 30 6 1.25 6 0.70 20 6 0.85 次干路 4 0.70 15 4 0.85 4 0.45 10 4 0.55 支路 2 0.55 10 2 0.60 2 0.45 8 2 0.50 注：本表僅適用于高壓鈉燈，當(dāng)采用金屬鹵化物燈時，應(yīng)將表中對應(yīng)的LPD值乘以1.3。 第二部分 道路照明燈具 燈具的作用是把光源發(fā)出的光按需要重新加以分配，以提高光源光通量的利用率，并使路面獲得良好的均勻度。 一、道路照明燈具的基本性能與分類 1、基本性能 光學(xué)性能、機械強度、防塵防水、耐腐蝕、耐熱、電氣絕緣以及重量、安裝、維護(hù)和外觀

21、要求。 （1）光學(xué)性能 1） 合理的配光是基本要求。配光：燈具在空間各個方向上的光強分布狀態(tài)。 合理配光：有一定的布光角度，以保證燈具所發(fā)出的光在路面上有一定的覆蓋范圍。越大越好？不是的，太大了會產(chǎn)生眩光。光分布不應(yīng)有明顯的突變，配光曲線比較光滑，以確保路面上的均勻度。 燈具的合理配光和不合理配光圖 1 合理配光；2不合理配光 2） 燈具效率要比較高。燈具效率：燈具發(fā)出的光通量與燈具內(nèi)點燃的光源所發(fā)出的光通量之比。城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)未對選用燈具時的效率指標(biāo)作出明確規(guī)定，但在一般情況下，常規(guī)道路照明燈具的效率不應(yīng)低于60%，這一指標(biāo)來源于對大量國產(chǎn)燈具的實測結(jié)果。 同時必須指出，60%這一要求

22、不適用于泛光燈具，因為泛光燈具的效率通常要低一些。 （2） 機械強度 （3） 防塵防水和耐腐蝕性能 （4） 耐熱性能 （5）電氣絕緣性能 （6）重量、安裝、維護(hù)和外觀 2、分類 （1） 按用途分類功能性燈具：燈具內(nèi)裝有控光部件（反光器），以便重新分配光源光通量，使配光符合道路照明要求，光的利用率得以提高，眩光也受到限制。包括常規(guī)路燈頭、泛光燈具，適用于一般道路、大型廣場、停車場、立交橋等場所。 裝飾性燈具：采用裝飾性透光部件圍繞光源組合而成，以造型美觀、美化環(huán)境為主，適當(dāng)兼顧效率和眩光限制等要求。包括庭院燈頭、裝飾燈頭等，適用于庭院、商業(yè)街道、人行道、景觀廣場等場所。 （2） 按燈具的光強分布

23、分類 1）1965年國際照明委員會建議根據(jù)燈具在最大光強方向以及在90和80角方向上的光強值（即眩光控制程度）分類。 燈具按光強分布分類（CIE，1965） 燈具類型 最大光強方向 在90和80角方向上所發(fā)出的光強最大允許值 90 80 截光 065 10 cd /1000lm（注） 30 cd /1000lm 半截光 075 50 cd /1000lm（注） 100 cd /1000lm 非截光 1000 cd 注：不論光源發(fā)出多少光通量，光強最大值不得超過1000 cd。 目前，我國的城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)就是按照本辦法對燈具進(jìn)行分類。 2）1977 年國際照明委員會提出了根據(jù)燈具的三個屬性

24、即射程(throw)、擴散(spread)和控制(control)的新的分類方法。 原因：1965年的分類方法是基于評價燈具在一個平面或一維方向上的配光，而沒有考慮其它方位角上的配光。 射程：表示燈具發(fā)出的光沿著道路縱方向投射的范圍， 由燈具光束中心的高度角max所決定。它等于通過最大光強I max的平面內(nèi)2個90%I max方向的高度角之平均值。 “射程”的定義示意圖 擴散：表示燈具發(fā)出的光在道路橫方向的擴散的程度?？梢援?條與路軸平行且剛好與90%I max在路面上的輪廓線相切的直線，取離燈具最遠(yuǎn)的一條，這條線的位置用so 表示，即是在垂直于路軸的平面內(nèi)向下垂線與從燈具到該線的方向之間的夾

25、角。 “擴散”的定義”示意圖 控制：表示燈具對眩光的控制程度。它由燈具的特征指數(shù)決定。（尚未找到有關(guān)該方面的詳細(xì)論述）。 燈具按光強分布分類（CIE，1977）射程：max60為短射程；60max70為中射程；max70為長射程。擴散：so45為窄擴散；45so55為平均擴散；so55為寬擴散。 控制：SLI2為有限控制；2SLI4為中等控制；SLI4為嚴(yán)格控制。 （3）按燈具的防塵防水性能分類 我國的燈具外殼防護(hù)等級分類（GB700186）標(biāo)準(zhǔn)分類如下： 1、燈具的防塵性能分級 2、燈具的防水性能分級 1級：防大于50mm的固體異物； 1級：防垂直落下的雨滴； 2級：防大于12mm的固體異物

26、； 2級：防以最大15的傾斜角落下的雨滴。 3級：防大于2.5mm的固體異物； 3級：防淋水； 4級：防大于1.0mm的固體異物； 4級：防濺水； 5級：防塵； 5級：防噴水； 6級：塵密。 6級：防猛烈海浪； 7級：防浸水影響也稱“水密”； 8級：防潛水影響也稱“加壓水密”。 通常所說的IP65就是要求該燈具為塵密并防噴水。 二、道路照明燈具的光學(xué)特性道路照明燈具的光學(xué)特性數(shù)據(jù)是正確進(jìn)行道路照明設(shè)計、計算的依據(jù)。 燈具生產(chǎn)廠商都應(yīng)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)（現(xiàn)實情況是大多數(shù)相對規(guī)模較小的燈具生產(chǎn)廠商都不能提供）。光學(xué)特性數(shù)據(jù)分為兩類：基本數(shù)據(jù)光強分布（非常重要） 導(dǎo)出數(shù)據(jù)利用系數(shù)曲線圖、等照度曲線圖、等

27、亮度曲線圖和亮度產(chǎn)生曲線圖等。 1、基本數(shù)據(jù)光強分布 在試驗室內(nèi)用分布光度計測量而得。道路照明常規(guī)燈具的光強分布通常采用c坐標(biāo)系統(tǒng)。 測量道路照明常規(guī)燈具光強分布的c坐標(biāo)系統(tǒng)圖 該坐標(biāo)系統(tǒng)的中心與燈具的光學(xué)系統(tǒng)中心重合，系統(tǒng)的垂直軸從燈具的光中心向受照平面作的垂線。垂直半平面繞軸轉(zhuǎn)動，平行于路軸c=0和c=180，垂直于路軸c=90（車道側(cè)）和c= 270（人行道側(cè)）。在每一個c平面內(nèi)，高度角用表示，垂直向下=0，垂直向上=180。顯然，空間的任意一個方向都可以由c和來確定，確定路面這一參照平面后，路面上的任意一點的c和都是確定的。 1） 光強表（I表） 光強表是利用計算機進(jìn)行照明計算的必備參

28、數(shù)表。 光強表格式示例（cd/1000 lm） 需要給出光強值的角和c角 由該表可以查出燈具指向路面上任意一點的光強值（結(jié)合使用內(nèi)插法）。按照國際照明委員會（CIE）建議，常規(guī)燈具應(yīng)列出1872對c和（36個角56個c角）所對應(yīng)的光強值。一般情況下，燈具的配光是對稱的，所以只需972對即可。 2） 光強分布（配光）曲線 一般以通過光中心的幾個垂直平面上的極坐標(biāo)光強分布（配光）曲線圖和等光強曲線圖的方式給出。按CIE建議需給出光強分布曲線的垂直平面包括： （1） 包含最大光強的垂直平面，稱為主垂直平面。（標(biāo)明c角） （說明與反光器形狀的關(guān)系），從該圖中可以查得包括Imax、max等參數(shù)，并且可以

29、大致了解I80和I90。 （2） 平行于路軸的垂直平面（c=0）。 （在該平面內(nèi)的最大光強的方向） （3） 垂直于路軸的垂直平面（c=90）。 （在該平面內(nèi)的最大光強的方向） （4） 主圓錐表面 概念：通過最大光強方向，=常數(shù)的圓錐表面稱為主圓錐表面。圖中=65。 主垂直平面上的 平行于路軸的垂直平面 垂直于路軸的垂直平面 主圓錐表面上的光強分布曲線 上的光強分布曲線 上的光強分布曲線 光強分布曲線 索恩Civic2的光強分布曲線圖 GE（SKY.GEN）的光強分布曲線和利用系數(shù)曲線圖 3）等光強（曲線）圖 等光強（曲線）圖可以表示燈具在空間各個方向上的光強分布狀況。 天頂?shù)让娣e網(wǎng)等光強圖注意

30、：需要考慮燈具仰角的不同，若仰角為0，則可以直接讀數(shù)（或內(nèi)插）；若仰角不是0，則需要用透明圖的辦法讀取數(shù)值。（順時針旋轉(zhuǎn)） 坐標(biāo)系變換。 （2）直接由光強表讀取數(shù)值（可以用計算機計算）。 計算路面上任意一點的照度的另外一種方法是使用等照度曲線圖，實際上計算的過程就是讀圖的過程。（在等照度曲線圖上標(biāo)出P點的位置，考慮3個燈具） 2、路面平均照度計算 （1） 根據(jù)點照度計算數(shù)值計算（按照測量的布點方法） 計算式：Eav = Ei / n i=1式中：Eav路面平均照度； Ei第個計算點上的照度； n計算點的總數(shù)。 （2） 按照利用系數(shù)曲線圖進(jìn)行計算目前使用比較多的一種計算方法 hM 計算公式：Ea

31、v = ws式中：利用系數(shù)。根據(jù)道路的寬度和燈具的安裝高度、懸挑長度和仰角，從燈具的利用系數(shù)曲線圖中查得（方法后面舉例說明）； M維護(hù)系數(shù)，隨燈具的密封程度、使用環(huán)境條件及維護(hù)狀況的不同而不同，一般為建議按道路照明指南的方法確定數(shù)值；（例題中介紹） 光源光通量； w路面寬度； s燈間距。 3、照度均勻度計算 照度均勻度g=Emin/Eav，有時還需要考察Emin和Emax的比值。 （1） 如果是采用的點照度計算的方法，則Eav、Emin和Emax都是現(xiàn)成的，易于計算。 （2） 如果是采用的利用系數(shù)法計算的Eav，那么此時Emin和Emax是不知道的，而手工計算許多點的照度值，然后在從中選出最大

32、值和最小值是不現(xiàn)實的，下面介紹簡單確定最大值和最小值所在位置的方法。 1） 最大照度值點，一般情況下，燈具的光強分布滿足不等式I0Icos3（其中I0為燈具垂直向下光強，I為高度角等于方向上的光強），則最大照度點通常就在燈下；若在某一垂直截面上出現(xiàn)I0Icos3，則可以預(yù)計最大照度值就在這個平面附近，且這種情況很少出現(xiàn)。 一般我們就認(rèn)為最大照度值在燈下。 、為燈具的位置； A、B、C為最小照度值點可能出現(xiàn)的位置 最小照度值點可能出現(xiàn)的位置圖 2） 最小照度值點， 需要計算圖中A、B、C各點的照度值后確定。（還是需要按照前面所述的點照度的計算方法，通過等光強曲線圖、光強表或等照度曲線圖進(jìn)行計算，

33、一個繁瑣的過程）。 4、照度計算舉例例一、一條單幅道路，路寬w=10m，采用單側(cè)布燈，燈具安裝高度h=10m，燈桿間距s=20m，燈具仰角為 0。提供燈具仰角為0時的相對等照度曲線圖，采用NG250高壓鈉燈光源（光通量22500lm，求圖中P點的照度。 道路幾何尺寸、燈具布置和計算點的位置圖解：（1）確定自燈具排列線到P點的橫向距離（以安裝高度的倍數(shù)表示）： d=6m=6/10=0.6h 在等照度曲線圖上畫一條與縱軸平行、距燈具排列線（0線）為0.6h的直線AA。 （2）確定每個燈具到計算點P的縱向距離（以安裝高度的倍數(shù)表示）： L1到P l1=25m=25/10 h=2.5h L2到P l2

34、=5m=5/10 h=0.5h L3到P l3=15m=15/10 h=1.5h 沿AA線，根據(jù)計算所得的各個燈具到P點的縱向距離l1、 l2、l3，標(biāo)出P點相對于各個燈具的位置L1、L2、L3。（注意圖中的位置標(biāo)出是不嚴(yán)密的，如果燈具配光是完全對稱可以按圖中的標(biāo)出，否則應(yīng)嚴(yán)格按照P點與各個燈具的相對位置標(biāo)出）。（3）讀出在這3個點上的相對照度值，計算P點上的總照度： 燈具仰角為0時的相對等照度曲線圖 EL1=Emax3%（大約），EL2=Emax53%（大約），EL3=Emax13%（大約） EP=EL1+EL2+EL3=Emax69%，其它燈具對P點照度的貢獻(xiàn)忽略不計。按照圖中的計算公式E

35、max =0.187/h2=0.18722500/102=42.1lx 則EP=0.6942.1=29lx 例二、一條單幅道路，路面寬度為15m，采用左側(cè)單排布燈方式，安裝高度12m，燈間距36m，懸挑長度2m，仰角5，提供所采用燈具的仰角為5時的利用系數(shù)曲線圖，采用NG250高壓鈉燈光源，光通量為22500lm，維護(hù)系數(shù)假定按0.6取定。要求左側(cè)半寬路面的平均照度；右側(cè)半寬路面的平均照度；整個路面的平均照度。 所采用燈具的仰角為5時 的利用系數(shù)曲 道路幾何尺寸、燈具布置圖 解（1）求左側(cè)半寬路面的平均照度 人行道側(cè) w/h=2/12=0.167 查圖得1=0.035； 車行道側(cè) w/h=5.

36、5/12=0.24 查圖得2=0.24 h總M0.275 0.6 22500總利用系數(shù)總=1+2=0.035+0.24=0.275； Eav= = =13.8lx ws7.5 36（2） 求右側(cè)半寬路面的平均照度 車行道側(cè) w/h=13/12=1.08 查圖得1=0.35； 車行道側(cè) w/h=5.5/12=0.46 查圖得2=0.24 h總M0.11 0.6 22500總利用系數(shù)總=12=0. 350.24=0.11； Eav= = =5.5lx ws 7.5 36（3） 求整個路面的平均照度 人行道側(cè) w/h=2/12=0.167 查圖得1=0.035； 車行道側(cè) w/h=13/12=1.0

37、8 查圖得2=0.35 h總M0.385 0.6 22500總利用系數(shù)總=1+2=0.035+0.35=0.385； Eav=9.6lx ws15 36或Eav=(13.8+5.5)/2=9.6lx 由本計算示例可以看出，裝燈一側(cè)的平均照度比未裝燈一側(cè)的平均照度要高很多，均勻度比較差。 例三、假定有一條混合交通的單幅道路，柏油路面，寬度 12m，假定擬采用燈具的等光強曲線圖和利用系數(shù)曲線圖如提供所示，并且應(yīng)采用高壓鈉燈。路面照度需要達(dá)到主干路的水平，請進(jìn)行道路照明設(shè)計和計算。 擬采用燈具的等光強曲線圖 擬采用燈具的利用系數(shù)曲線圖解：1、道路照明設(shè)計 1） 根據(jù)城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（老版），主干

38、路要求維持平均照度水平達(dá)到15lx。 2） 因路面寬度僅為12m，考慮采用單側(cè)布燈的設(shè)置方式。 3） 該燈具的最大光強角在=50附近（小于65），而且在80和90角的光強值大約分別為10cd （小于30cd）和4cd（小于10cd），符合截光型燈具要求，應(yīng)按截光型燈具確定安裝高度（h）和道路的有效寬度（weff）以及燈間距（S）與安裝高度（h）的關(guān)系（hweff，S3h）。 4） 因采用單側(cè)布燈，為保證路面有較好的照度均勻度，需要有一定的懸挑，結(jié)合燈型考慮選擇懸挑長度O=2m，則有 安裝高度 h=weff=122=10m 間距 s =310=30m 仰角=0、或5 、10、15待進(jìn)行計算以后再

39、予確定。 2、道路照明計算 （1）路面平均照度計算 1） 由利用系數(shù)曲線圖查利用系數(shù) 人行道側(cè) w1=2m， 則w1/h=0.2；車行道側(cè) w2=10m，則w2/h=1 若仰角為0時，可查得1=0.14（約），2=0.29（約）；則0=0.14+0.29=0.43。 若仰角為5時，可查得1=0.1（約），2=0.353（約）；則5=0.1+0.353=0.453。若仰角為10時，可查得1=0.06（約），2=0.40（約）；則10=0.06+0.40=0.46。 從計算結(jié)果可以看出 0510，所以從利用系數(shù)的角度考慮，燈具的仰角應(yīng)該選10或更大一些，但實際情況是當(dāng)燈具的仰角大于10以后，總的利

40、用系數(shù)已不再上升（15時和10時的總的利用系數(shù)基本是一樣的），而且如果繼續(xù)增加仰角，總的利用系數(shù)反而會下降。結(jié)合燈型選擇考慮，假定選擇燈具仰角為5。 2） 確定維護(hù)系數(shù)參考城市道路照明指南 燈具在使用期間，由于光源光通量會逐漸衰減；燈具內(nèi)外表面會堆積灰塵及其他污物，燈具反光板受到腐蝕，引起其效率逐漸降低，光輸出逐漸減少(其他減光因素未予以考慮)。從而導(dǎo)致路面上的照明水平逐漸下降。為了保證在整個運行期間，路面上均能維持不低于所規(guī)定的最低亮度(照度) 值，在進(jìn)行照明設(shè)計計算時，就必須引入維護(hù)系數(shù)。道路照明燈具的維護(hù)系數(shù)(M)等于光源光通量的維護(hù)系數(shù)(M1)與燈具本身維護(hù)系數(shù)(M2)之乘積，即M=

41、M1 M2。 光源光通量的維護(hù)系數(shù)值和光源的種類、功率及其質(zhì)量有關(guān)。確定方法推薦如下： 光源光通量的維護(hù)系數(shù)(M1) 光源類型 維護(hù)系數(shù) 點燃4000小時時 點燃6000小時時 高壓汞燈 0.85 0.80 低壓鈉燈 0.97 0.92 高壓鈉燈 0.88 0.82 燈具本身的維護(hù)系數(shù)和下列因素有關(guān)：（1）燈具的密封程度；（2）空氣的污濁程度；（3）清掃周期和每次清掃的徹底程度。其值應(yīng)通過實際測量來確定。參考有關(guān)資料，確定方法推薦如下： 燈具的維護(hù)系數(shù)(M2) 清掃周期 無透光罩燈具 有透光罩燈具 空氣污濁程度 一般 干凈 一般 干凈 半年 0.6 0.7 0.75 0.8 一年 0.55 0

42、.6 0.7 0.75 一年半 0.5 0.55 0.65 0.7 表注：（1）透光罩與殼體應(yīng)無明顯縫隙，每次清掃應(yīng)比較徹底，否則達(dá)不到表中數(shù)值。 （2）空氣特別污濁地區(qū)如化工廠、鋼鐵廠、煤廠等燈具維護(hù)系數(shù)還要降低。 即將頒布實行的05版城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)推薦，根據(jù)目前國內(nèi)所使用的光源和燈具的品質(zhì)及環(huán)境狀況，按照每年對燈具進(jìn)行一次擦拭的前提，維護(hù)系數(shù)可選為： 0.7（防護(hù)等級高于IP54的密閉燈具）； 0.65（防護(hù)等級低于IP54的密閉燈具） 本例中假定采用有透光罩燈具并每年清掃一次，維護(hù)系數(shù)M=0.880.75=0.66 3） 假定選250W高壓鈉燈，光通量 =22500lm hM0.4

43、53 0.66 225004） Eav=18.7lx15lx，設(shè)計方案可行。 ws12 305） 更合理的方法是按照所需達(dá)到的照度值來計算需要的光源光通量 Eavws1512 30= = =18061lm，由此再選擇光通量為22500的NG250光源，再計算平均照度值。 hM 0.453 0.66通過計算可以看出，拉開一些間距還可以使平均照度更接近于要求的15lx，但拉開間距是要犧牲均勻度的。一般不推薦這種做法。 （2）假定要求計算所進(jìn)行照明設(shè)計的道路路面上P點的水平照度。 對于精度要求不是很高的一般計算（尤其是手工計算），只要考慮P點周圍L1、 L2和L3 3個燈具的貢獻(xiàn)即可。 1） 確定P

44、點相對于L1、L2和L3的坐標(biāo)（c1，1）、（c2，2）和（c3，3）。對L1 tg1= (30 4)2 + 42 /10 = 26.3/10 = 2.63 1=69 cos c1=26 / (30 4)2 + 42 = 26/ 26.3 = 0.9886 c1=8.7 對L2 tg2= 42 + 42 /10 = 5.656/10 = 0.5656 2=29.5 tgc2= 4/ 4 = 1 c2=18045135 對L3 tg3= (30 + 4)2 + 42 /10 = 34.234/10 = 3.423 3=73.7 cos c3=34 /(30 + 4)2 + 42 =0.993 c

45、3=1806.7173.3 2） 從等光強曲線圖讀出L1、L2和L3指向P點的光強值。 因為燈具仰角為5，所以需要把透明覆蓋圖順時針旋轉(zhuǎn)5，按照新的坐標(biāo)系統(tǒng)可以讀得 （c角減5即可在原圖上直接讀出）IL1=120cd；IL2=195cd；IL3=80cd。 n 3 ILi3 gi 3） 計算P點的照度值為EP =EPi =2 cos i=1i=1 h而cos13=0.0460；cos23=0.6592；cos33=0.0221； EP=(120/100)0.0460+(195/100)0.6592+(80/100)0.0221 =0.0552+1.2854+0.0177=1.3583 當(dāng)=22

46、500lm M=0.66時，EP=1.3583(22500/1000)0.66=20lx 道路幾何尺寸、燈具布置和 計算點P的位置圖二、亮度計算 1、路面上任意點的亮度計算 （1）根據(jù)等光強曲線圖和r表進(jìn)行計算 亮度系數(shù)（q）的概念：表示路面反光性能的一個系數(shù)，為路面上某點的亮度和該點的水平照度之比，即 q=L/E。它除了與路面材料有關(guān)外，還取決與觀察者和光源相對于路面所考察的那一點的位置，即q=q （,）。其中為光的入射平面和觀察平面之間的角度，為入射光線的投射（高度）角。 一個燈具在P點上產(chǎn)生的亮度計算式： LP = EPq 3 ghh h確定路面亮度系數(shù)的角度圖 式中：（c，）計算點（P

47、）相對于燈具的坐標(biāo)； I（c，）指向P點的光強值； r（，）簡化亮度系數(shù)，查表可得； h燈具安裝高度。 從上式中可知，要進(jìn)行亮度計算，關(guān)鍵是要知道路面亮度系數(shù)（q）或簡化亮度系數(shù)（r）。 實際路面的 q 或 r 只有通過實測才能獲得，且非常復(fù)雜。目前通常采用國際照明委員會（CIE）和道路代表大會國際常設(shè)委員會（PIARC）共同推薦的簡化亮度系數(shù)表： 簡化亮度系數(shù)表1 簡化亮度系數(shù)表2 說明： 表1適用于瀝青路面，表2適用于混凝土路面。 n個燈具在P點上產(chǎn)生的總亮度計算式： LP = EPq = i=n1I (ci2,gi) cos3 gi q(bi,gi) = nI (chi2,gi) q(b

48、i,gi)cos3 gi = i=n1I(chi2,gi) r(bi,gi) hi=1注意，計算路面上某一點的亮度時，需要考慮位于計算點前方（向觀察位置一方）5 倍安裝高度、后方（遠(yuǎn)離觀察位置一方）12（書中有誤，應(yīng)該是 2）倍安裝高度、兩側(cè)各 5 倍安裝高度范圍內(nèi)的燈具對計算點的亮度貢獻(xiàn)。 （2）根據(jù)路面等亮度曲線圖計算 依據(jù)燈具的光度測試報告中的等亮度曲線圖。 其計算的過程就是一個讀圖的過程，與照度計算相類似；但也有區(qū)別，因為等亮度曲線圖是對于平行于路軸并經(jīng)過燈具的垂直平面（c=0），在路面上距離燈具的垂直投影點為10 h的觀察者進(jìn)行計算和繪制的。所以，使用該圖的方法與觀察者的實際位置有關(guān)

49、，可以分為兩種情況考慮。 1） 觀察者位于燈具排列線上 觀察者位于燈具排列線上示意圖由于此時觀察者的位置和計算、繪制等亮度曲線圖時所依據(jù)的條件一致，可以直接讀圖。 即在圖上標(biāo)出計算點相對于各燈具的位置，就可以讀數(shù)了。注意，由于等亮度曲線圖是對距離燈具投影點10h的觀察者而作的，當(dāng)對第一個燈具的距離是準(zhǔn)確的時，對第二、第三個燈具的距離就肯定是不正確的，即人為地移動了觀察者的位置，但這樣做的誤差很小。把讀得的結(jié)果疊加，再進(jìn)行簡單的換算就可以求得計算點的亮度值。 2） 觀察者位于燈具排列線外 由于等亮度曲線圖是對位于燈具排列線上的觀察者計算繪制的，嚴(yán)格說來不能直接應(yīng)用于觀察者位于燈具排列線以外的情況。但基于以下情況，可以把燈亮度曲線圖切成兩部分來應(yīng)用： 燈具后面這一部分的等亮度圖事實上與觀察者的位置無關(guān)，所以還可以按原方法使用； 燈具前面（面向觀察者）這一部分的等亮度圖主要取決于道路表面的反光特性，和燈具光分