公路隧道照明特點及《公路隧道LED照明燈具》標(biāo)準(zhǔn)

公路隧道照明特點及《公路隧道LED照明燈具》標(biāo)準(zhǔn)淺析

主要內(nèi)容公路隧道照明散射光幕研究2行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》

43335基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求公路隧道照明應(yīng)用現(xiàn)狀公路隧道照明淺議311.公路隧道照明淺議

截止2012年底，全國公路總里程達423.75萬公里，其中等級公路里程360.96萬公里，高速公路里程達9.62萬公里。（1）我國公路運輸安全形勢1.公路隧道照明淺議公路隧道的建設(shè)不僅能夠縮短兩地間車程，提高公路通行能力，還具有節(jié)約用地、保持生態(tài)環(huán)境等作用，是建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型交通的重要措施之一，在現(xiàn)代公路路網(wǎng)運輸中起著不可替代的作用。

全國公路隧道10022處、805.27萬米，其中特長隧道441處、198.48萬米，長隧道1944處、330.44萬米。交通運輸安全的現(xiàn)狀卻不容樂觀2005年以來交通事故和死亡人數(shù)已呈下降趨勢；統(tǒng)計數(shù)據(jù)總量依舊驚人。1.公路隧道照明淺議為提高公路安全通行能力，交通運輸部門在優(yōu)化工程建設(shè)，改善安全條件方面投入了巨大的人力、物力，公路隧道工程就是研究、建設(shè)的重點之一。區(qū)別于一般道路，隧道作為公路特殊構(gòu)造物，其管狀空間結(jié)構(gòu)及半封閉特性使得隧道交通事故往往具有以下特點：事故多發(fā)路段；易導(dǎo)致二次事故；事故對公路通行影響較大。1.公路隧道照明淺議1.公路隧道照明淺議公路隧道照明的主要功能就是為駕駛?cè)藛T提供良好的視覺條件，保障交通安全，其功能主要體現(xiàn)在以下三方面：幫助駕駛?cè)藛T適應(yīng)隧道內(nèi)外強烈的亮度差異；提供識別公路線形，發(fā)現(xiàn)路面異常的必要環(huán)境亮度；緩解駕駛?cè)藛T在隧道封閉空間內(nèi)行駛的視覺疲勞和壓迫感。1.公路隧道照明淺議（2）公路隧道照明的作用隧道方案在公路建設(shè)過程中被廣泛采用，截止2012年底共建設(shè)公路隧道10022處、總長805.27萬延米。公路隧道建設(shè)規(guī)模

與此同時，隧道照明能耗問題日益突出，對部分省份隧道管理部門的調(diào)查表明，照明能耗已成為公路隧道運營中最主要的開支。1.公路隧道照明淺議（3）公路隧道照明的問題1.公路隧道照明淺議1.公路隧道照明淺議（4）公路隧道照明的出路新產(chǎn)品新技術(shù)理論研究標(biāo)準(zhǔn)化研究四者的關(guān)系：相輔相成共同實現(xiàn)公路隧道照明的安全性、經(jīng)濟性、節(jié)能性平衡發(fā)展2.公路隧道照明應(yīng)用現(xiàn)狀（1）公路隧道照明特點

區(qū)別于一般道路照明，公路隧道照明具有如下特點：24h不間斷照明

白天照明條件的要求比夜間照明更為復(fù)雜。分時、分段照明設(shè)置隧道內(nèi)照明亮度需與洞外亮度平緩過渡，一般采用分段照明的形式。半封閉照明環(huán)境對駕駛員產(chǎn)生心理壓迫感，

在長隧道中尤其明顯。2.公路隧道照明應(yīng)用現(xiàn)狀（2）公路隧道照明光源公路隧道常用照明光源包括高壓鈉燈、白光LED、無極燈等，白光LED光源具有如下優(yōu)點：電光轉(zhuǎn)換效率高動態(tài)響應(yīng)特性好使用壽命長綠色環(huán)保技術(shù)提高、成本降低的潛力巨大2.公路隧道照明應(yīng)用現(xiàn)狀（3）公路隧道照明控制方式公路隧道照明節(jié)能要以保證行車安全為前提，在此條件下常采取的節(jié)能措施包括實施節(jié)能控制、改善燈具配光結(jié)構(gòu)等，LED燈具良好的動態(tài)響應(yīng)特性和配光設(shè)計使其在節(jié)能應(yīng)用中如魚得水。常見的節(jié)能控制措施主要有：分級控制通過開啟或關(guān)閉照明配電回路的方式減少控制工作燈具數(shù)量。動態(tài)調(diào)光控制通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）的方法調(diào)節(jié)LED光源亮度。以上節(jié)能措施可根據(jù)洞口亮度、車流量時間分布的統(tǒng)計結(jié)果進行編程控制，也可通過光度傳感器和車輛檢測器獲得實時數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。3.公路隧道照明散射光幕研究《規(guī)范》中規(guī)定了一定照明條件下某點的亮度值計算方法，公式如下所示Lpi——燈具i在計算點p點產(chǎn)生的亮度，cd/m2；Lp

——p點總亮度，cd/m2；Β——觀察面與光入射面間角度，°；γ——p點對應(yīng)的燈具光線入射角，°；Icγ——燈具在計算點p的光強值，cd；

r（β，γ）——簡化亮度系數(shù)。亮度計算示意圖簡化亮度系數(shù)水泥混凝土路面簡化亮度系數(shù)表瀝青路面簡化亮度系數(shù)表3.公路隧道照明散射光幕研究檢測中存在的問題：

受到隧道路面材質(zhì)不同，坡度、磨損等情況差異的影響，上述換算系數(shù)往往不能準(zhǔn)確的反應(yīng)路面平均照度和平均亮度的關(guān)系。水泥混凝土路面簡化亮度系數(shù)表瀝青路面簡化亮度系數(shù)表3.公路隧道照明散射光幕研究在現(xiàn)場測試過程中采用影像式亮度計對區(qū)域路面的亮度值進行了多點同步測試，原始圖片如下圖所示，其中圖右側(cè)標(biāo)尺表示了色彩與亮度指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。隧道出口、引道亮度測試圖隧道入口亮度測試影像3.公路隧道照明散射光幕研究選擇測試區(qū)域

模板選擇幾何還原后的區(qū)域選擇亮度總均勻度計算公式亮度縱向均勻度計算公式3.公路隧道照明散射光幕研究成因：車輛通行排的尾氣帶起的揚塵氣流不暢影響：非常容易形成高濃度的煙塵，影響隧道內(nèi)照明質(zhì)量，干擾駕駛?cè)藛T視認(rèn)能力的重要因素。

就組成本質(zhì)而言，公路隧道內(nèi)的煙塵同樣屬于霧霾的一種，且濃度指標(biāo)遠高于一般環(huán)境水平。3.公路隧道照明散射光幕研究瑞利散射：瑞利(Rayleigh)散射是由于大氣分子(O2和N2等分子)引起的散射消光，當(dāng)大氣分子的微粒直徑小于光波長的時候，表現(xiàn)為瑞利散射，瑞利散射的消光系數(shù)正比于

-4，因此可以得出短波的瑞利散射效應(yīng)要比長波嚴(yán)重。

公路隧道內(nèi)主要消光因素示意圖米氏散射：米氏(Mie)散射是由于大氣中氣溶膠、塵埃和飄塵引起的消光散射，當(dāng)氣溶膠微粒的大小遠大于發(fā)射光的波長的時候，將會產(chǎn)生米氏散射，它的消光系數(shù)可由數(shù)學(xué)公式表達：

3.公路隧道照明散射光幕研究亮度對比是指視看對象和其背景之間的亮度差異。差別越大，可見度越高。我們通常用亮度對比系數(shù)C來表示亮度對比度，它等于視野中目標(biāo)物和背景的亮度差與背景亮度的比值。最小察覺對比度Cm的推薦值，為0.28。4.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求4.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求（1）照明光源光譜對視亮度的影響

明視覺、中間視覺、暗視覺以及桿狀細胞和錐狀細胞對應(yīng)的亮度區(qū)域人眼明視覺光譜效率函數(shù)和暗視覺光譜效率函數(shù)的比較被試光源：高壓鈉燈（HPS）、白光LED和熒光燈（FL）0.471.721.994.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求計算順序公式表示

以為基礎(chǔ)，通過測試得到光源輻照強度光譜分布即可得到中間視覺條件下的總光通量由于在其他條件相同的情況下，總光通量與亮度的數(shù)值成正比，則可以得到中間視覺相對于明視覺的等效亮度計算公式4.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求光源1高壓鈉燈顯色指數(shù)：19.2光源2金屬鹵化物燈顯色指數(shù)：99.2光源3白光LED顯色指數(shù)：72.4視覺反應(yīng)時間測試系統(tǒng)示意圖照明反應(yīng)時間實驗流程圖背景亮度，cd/m20.5,1,1.5,2,2.5,3亮度對比度0.3,0.5,0.8視標(biāo)偏心角0o,15o,30o（2）基于反應(yīng)時間的照明亮度需求4.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求背景亮度，cd/m20.51.01.52.02.53.0HPS，ms525422333301297270MH，ms461402325296283260LED，ms410326285275252248三個光源在不同背景亮度下的反應(yīng)時間圖0.55cd/m21.01cd/m21.12cd/m24.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求不同光源反應(yīng)時間隨視標(biāo)對比度變化曲線對比度C0.30.50.8HPS，ms504460438MH，ms416371360LED，ms381316308不同光源反應(yīng)時間隨視標(biāo)偏心角變化曲線視標(biāo)偏心角0°15°30°HPS，ms460488493MH，ms371412452LED，ms3163353604.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求按照計算行車速度40km/h條件下，公路隧道中間段照明亮度1.5cd/m2進行分析，在高壓鈉燈照明條件下，測試的反應(yīng)時間為330ms，而在相同反應(yīng)時間條件下，金鹵燈所需的照明亮度約為1.45cd/m2，白光LED所需的照明亮度約為0.95cd/m2。4.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求反應(yīng)時間，ms亮度平均值，cd/m2高壓鈉燈金鹵燈白光LED3301.51.450.9530321.871.262992.51.911.69根據(jù)相同的分析方法，在高壓鈉燈照明亮度分別為1cd/m2，2cd/m2和2.5cd/m2的情況下，具備相同反應(yīng)時間的金鹵燈和白光LED照明亮度如圖所示。4.基于反應(yīng)時間的隧道基本段亮度需求5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》交通運輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路LED照明燈具》

交科教發(fā)【2008】162號下達標(biāo)準(zhǔn)項目（計劃

號JT2008-06

交通運輸部公路科學(xué)研究院承擔(dān)了此標(biāo)準(zhǔn)的

編寫任務(wù)。

歸口單位，全國交通工程設(shè)施（公路）標(biāo)委會5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》范圍本部分規(guī)定了公路隧道LED照明燈具的組成、分類與型號、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則以及標(biāo)志、包裝、運輸和貯存。本部分適用于公路隧道LED照明燈具，其他隧道照明燈具可參照使用。

5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》術(shù)語及定義

超短投射配光ultrashortlightingdistribution燈具配光的最大光強落在小于1.0縱向距高比的區(qū)間內(nèi)稱為超短投射配光。5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》燈具分類公路隧道LED照明燈具按環(huán)境溫度適用等級分為S2型、A型、B型三種：a)S2型為常溫型，適用溫度范圍-5℃～+55℃；b)A型為低溫型，適用溫度范圍-20℃～+55℃；c)B型為超低溫型，適用溫度范圍-40℃～+50℃。公路隧道LED照明燈具按照調(diào)光類型分為調(diào)光型LED照明燈具（T）和非調(diào)光型LED照明燈具（F）。

材料要求產(chǎn)品的外殼、機架等結(jié)構(gòu)件在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件下,宜采用符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的輕質(zhì)材料,以減少產(chǎn)品自身重量。發(fā)光二極管在Ts溫度為85℃時的使用壽命不小于50000h,其它電子元器件的平均無故障時間MTBF不小于30000h。5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》功率允差在額定工作條件下，公路隧道LED照明燈具實測功率不超過額定功率的100%±5%。功率因數(shù)公路隧道LED照明燈具在額定工作條件下的功率因數(shù)值應(yīng)不低于0.9。

老煉試驗公路隧道LED照明燈具產(chǎn)品進行1000h的老煉試驗，環(huán)境溫度為25℃±3℃。穩(wěn)定狀態(tài)燈具點亮后，15min內(nèi)光通量變化小于0.5%指達到穩(wěn)定狀態(tài)。5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》公路隧道LED照明燈具初始光效等級相關(guān)色溫在CIE(1960)均勻色度空間內(nèi)，光源色度坐標(biāo)與距離普朗克軌跡最近處對應(yīng)的黑體輻射的絕對溫度值，稱為該光源的相關(guān)色溫。5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》相關(guān)色溫公路隧道LED照明燈具在額定工作條件下的相關(guān)色溫應(yīng)在3000K~5500K范圍內(nèi)，且滿足表1的要求。

名義值(K)目標(biāo)值(K)容差范圍邊界點名稱邊界點色品坐標(biāo)xy30003045±175中心點0.43380.4030右上點0.45620.4260左上點0.42990.4165左下點0.41470.3814右下點0.43730.389335003465±245中心點0.40730.3917右上點0.42990.4165左上點0.39960.4015左下點0.38890.3690右下點0.41470.381440003985±275中心點0.38180.3797右上點0.40060.4044左上點0.37360.3874左下點0.36700.3578右下點0.38980.371645004503±243中心點0.36110.3658右上點0.37360.3874左上點0.35480.3736左下點0.35120.3465右下點0.36700.357850005028±283中心點0.34470.3553右上點0.35510.3760左上點0.33760.3616左下點0.33660.3369右下點0.35150.3487等級初始光效lm/W額定相關(guān)色溫≤3500K3500K<額定相關(guān)色溫≤5500KⅠ100110Ⅱ90100Ⅲ8590公路隧道LED照明燈具初始光效等級公路隧道LED照明燈具初始光效等級5.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道LED照明燈具》老化時間，h光通量維持率3000≥96%6000≥92%10000≥86%燈具配光分布公路隧道LED照明燈具采用中投射、短