胡英奎，張青文，陳仲林，黃 珂，張晟鵬

(1．重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶400045;2．西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，綿陽621010;3．重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司，重慶400024)

隨著“十城萬盞”工程的全面推進(jìn)，LED光源逐漸在照明工程中得到普及應(yīng)用，特別是在隧道、城市道路等室外場所得到了大量應(yīng)用。雖然LED光源在工程實(shí)踐中已經(jīng)得到大量應(yīng)用，但我國相應(yīng)的設(shè)計(jì)和測量標(biāo)準(zhǔn)還不健全，現(xiàn)行的城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和照明測量方法中均未對(duì)LED應(yīng)用進(jìn)行專門的規(guī)定。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)LED光源應(yīng)用于城市道路照明的效果，筆者以某城市次干道LED光源照明效果的測量為例，探討了城市機(jī)動(dòng)車交通道路LED路燈照明效果的測量方法。

1 照度測量

我國現(xiàn)行CJJ 45―2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的城市機(jī)動(dòng)車交通道路中次干道的平均照度Eav維持值為低檔 10 lx、高檔 15 lx，照度均勻度UE為0．35。

GB/T 5700—2008《照明測量方法》規(guī)定道路照度測量的路段范圍:在道路縱向應(yīng)為同一側(cè)兩根燈桿之間的區(qū)域;在道路橫向，當(dāng)燈具采用單側(cè)布燈時(shí)，應(yīng)為整條路寬，對(duì)稱布燈、中心布燈和雙側(cè)交錯(cuò)布燈時(shí)，宜取二分之一的路寬。所測試的城市次干道采用對(duì)稱布燈的方式，因此測試路段選擇典型的縱向上為兩根燈桿之間的區(qū)域，橫向取二分之一路寬。

照度測量的布點(diǎn)方法，按照 GB/T 5700—2008《照明測量方法》的規(guī)定，當(dāng)兩根燈桿間距小于50 m時(shí)，宜沿道路(直道和彎道)縱向間距10等分;當(dāng)兩根燈桿間距大于50 m時(shí)，宜按每一網(wǎng)格邊長小于或等于5 m的等間距劃分。在道路橫向宜將每條車道三等分。所測試的城市次干道兩根燈桿間距為28 m，布點(diǎn)時(shí)沿道路方向每2．8 m布置測點(diǎn)。照度測量時(shí)采取四角布點(diǎn)法測量各測點(diǎn)的照度。照度測量布點(diǎn)方法如圖1所示。

圖1 測點(diǎn)布點(diǎn)示意圖

照度測量應(yīng)采用不低于一級(jí)的光照度計(jì)，對(duì)于道路的測量應(yīng)采用分辨力≤0．1 lx的光照度計(jì)。本路段的照度測量儀器選用經(jīng)過標(biāo)定的XYI－Ⅲ型全數(shù)字照度計(jì)，該照度計(jì)的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 XYI－Ⅲ型全數(shù)字照度計(jì)的技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測、計(jì)算得到該測試路段路面平均照度值Eav為20．1 lx，達(dá)到了我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)次干道照度標(biāo)準(zhǔn)值的要求(該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平均照度低檔值為10 lx，高檔值為15 lx);計(jì)算得到的路面照度均勻度UE為0．62，超過了CJJ 45—2006規(guī)定的次干道路面照度均勻度0．35的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 亮度測量

我國現(xiàn)行CJJ 45―2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的城市機(jī)動(dòng)車交通道路中次干道的路面平均亮度 Lav維持值為低檔 0．75 cd/m2、高檔1．0 cd/m2，照度總均勻度UO最小值為0．4，縱向均勻度UL最小值為 0．5。

GB/T 5700—2008《照明測量方法》規(guī)定道路亮度測量的路段范圍:在道路縱向應(yīng)為從一根燈桿起100 m距離以內(nèi)的區(qū)域，至少應(yīng)包括同一側(cè)兩根燈桿之間的區(qū)域;對(duì)于交錯(cuò)布燈，應(yīng)為觀測方向左側(cè)燈下開始的兩根燈桿之間的區(qū)域。所測試的城市次干道采用對(duì)稱布燈的方式，因此測試路段選擇典型的縱向上為兩根燈桿之間的區(qū)域。

亮度測量的布點(diǎn)方法，按照GB/T 5700—2008《照明測量方法》的規(guī)定，在道路的縱向，當(dāng)兩根燈桿間距小于50 m時(shí)，通常應(yīng)在兩根燈桿間等間距布置10個(gè)測點(diǎn);當(dāng)兩根燈桿間距大于50 m時(shí)，應(yīng)按兩測點(diǎn)間距小于或等于5 m的原則確定測點(diǎn)數(shù)。在道路橫向，在每條車道橫向布置5個(gè)測點(diǎn)，中間一點(diǎn)位于車道的中心線上，兩側(cè)最外面的兩個(gè)點(diǎn)應(yīng)分別位于距每條車道兩側(cè)邊界線的1/10車道寬處。當(dāng)亮度均勻度較好或測量的準(zhǔn)確度要求較低時(shí)，在每條車道橫向可布置3個(gè)點(diǎn)，其中間一點(diǎn)位于車道的中心線上，兩側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)分別位于距每條車道兩側(cè)邊界線的1/6車道寬處。考慮所測路段的實(shí)際情況和要求，所測試的城市次干道兩根燈桿間距為28 m，布點(diǎn)時(shí)沿道路方向每2．8 m布置測點(diǎn);在每條車道橫向可布置3個(gè)點(diǎn)，即采用與照度測量相同的布點(diǎn)方法，如圖1所示。

亮度測量應(yīng)采用不低于一級(jí)的亮度計(jì)。本測量的亮度測量儀器選用經(jīng)過標(biāo)定的LM–3瞄點(diǎn)式亮度計(jì)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 LM-3瞄點(diǎn)式亮度計(jì)技術(shù)參數(shù)

根據(jù)各測點(diǎn)的路面亮度值可以計(jì)算得到測試路段路面平均亮度值Lav為1．86 cd/m2，達(dá)到了我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)次干道亮度標(biāo)準(zhǔn)值的要求(該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平均亮度低檔值為 0．75 cd/m2，高檔值為 1．0 cd/m2);計(jì)算得到的路面亮度總均勻度UO為0．42，超過了CJJ 45—2006規(guī)定的次干道路面亮度總均勻度0．4的標(biāo)準(zhǔn)值。

3 發(fā)現(xiàn)距離的測量

對(duì)于LED路燈照明效果還可以利用安全停車視距法評(píng)價(jià)駕駛員對(duì)小目標(biāo)物的發(fā)現(xiàn)距離進(jìn)行測量。所謂發(fā)現(xiàn)距離是指駕駛員駕車時(shí)在距離小目標(biāo)多遠(yuǎn)的位置可以發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)。如果發(fā)現(xiàn)距離較短，駕駛員發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)后可能來不及采取必要的規(guī)避措施，可能發(fā)生交通事故。一般情況下，如果發(fā)現(xiàn)距離大于一個(gè)停車視距，駕駛員則有充分的時(shí)間采取規(guī)避障礙物的措施以保證交通安全。

駕駛員駕車行駛時(shí)發(fā)現(xiàn)路面上障礙物的距離難以直接測量，但利用iView X眼動(dòng)儀可以記錄駕駛員駕車過程中的視覺行為和駕駛員觀察到的視覺環(huán)境，利用配套的視覺行為分析軟件BeGaze可以分析出駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)刻t1及汽車經(jīng)過障礙物的時(shí)刻t2，如果還知道汽車的行駛速度v，即可利用時(shí)間與速度的乘積計(jì)算得到駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的距離S。

由于駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)刻t1和汽車經(jīng)過障礙物的時(shí)刻t2都可以利用視覺行為分析軟件BeGaze讀取，確定汽車行駛的速度即成為測定發(fā)現(xiàn)距離的關(guān)鍵。作為指導(dǎo)道路照明設(shè)計(jì)的駕駛員對(duì)障礙物的發(fā)現(xiàn)距離，應(yīng)該是汽車按照道路的設(shè)計(jì)速度通過時(shí)的發(fā)現(xiàn)距離，所以實(shí)際測試時(shí)，只需駕駛員按照道路的設(shè)計(jì)速度通過道路即可，上述的 v也取道路的設(shè)計(jì)速度。

駕駛員駕車過程中的視覺行為和觀察到視覺場景用德國SMI公司生產(chǎn)的iView X HED眼動(dòng)儀記錄。眼動(dòng)儀系統(tǒng)由頭盔和一臺(tái)筆記本電腦組成，頭盔上安裝了2個(gè)攝像頭，1個(gè)攝像頭通過記錄駕駛員眼睛的數(shù)據(jù)來記錄駕駛員的視覺行為，另外1個(gè)攝像頭記錄駕駛員觀察到的場景，攝像頭記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線利用筆記本電腦的USB接口傳輸?shù)焦P記本電腦中，筆記本電腦中安裝有設(shè)備專用的數(shù)據(jù)記錄軟件。眼動(dòng)儀的佩戴見圖2。

圖2 iView X眼動(dòng)儀的佩戴

測試用車使用本田CR-V，測試用車車況良好，前擋風(fēng)玻璃及前排車窗清潔無污染，雖有貼膜但不影響駕駛員的安全駕駛。

被測人員要求具有一定的代表性，駕駛員應(yīng)對(duì)測試用車的車況及操作較熟悉。被測人員均無色盲、色弱，矯正視力均在5．0以上。

由于駕駛員對(duì)障礙物的發(fā)現(xiàn)距離難以直接測量，本研究采用記錄駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到駕車經(jīng)過障礙物的時(shí)間，并根據(jù)該時(shí)間和汽車的行駛速度計(jì)算發(fā)現(xiàn)距離的方法間接測量發(fā)現(xiàn)距離。具體測試步驟如下:

1)對(duì)參加測試的駕駛員進(jìn)行交底，告知他們測試的目的、測試過程中需要注意的問題，以使駕駛員了解測試的過程，消除其緊張感，使測試獲得的數(shù)據(jù)更具有代表性。駕駛員要將汽車的行車速度保持在道路的設(shè)計(jì)行車速度40 km/h。

2)駕駛員按照正常的駕駛姿勢坐在汽車駕駛座位上，戴上眼動(dòng)儀頭盔，調(diào)整頭盔和頭盔上的攝像頭，使駕駛員感到舒適且攝像頭能正常工作;眼動(dòng)儀操作人員坐在汽車駕駛員后面的座位上，以確保操作人員的工作不會(huì)影響駕駛員的駕駛操作;將眼動(dòng)儀的數(shù)據(jù)線連接到操作人員操作的計(jì)算機(jī)上，開啟眼動(dòng)儀的操作軟件對(duì)眼動(dòng)儀進(jìn)行調(diào)整和校正。

3)測試人員將模擬障礙物的小目標(biāo)隨機(jī)地放在測試路段路面的任意位置，并確保駕駛員在駕車經(jīng)過之前不知道障礙物放置的位置。

4)為確保汽車能以設(shè)計(jì)的行車速度40 km/h接近并通過障礙物，駕駛員從距測試路段200 m以外的地方啟動(dòng)汽車，并盡快將汽車加速至40 km/h，保持該行車速度按照正常行車狀況駕車接近測試路段;汽車啟動(dòng)后，眼動(dòng)儀操作人員操作軟件開始記錄駕駛員的視覺行為;為減小測試誤差，駕駛員在駕車接近測試路段的過程中，發(fā)現(xiàn)路面上的障礙物后可以采取躲避障礙物的操作，但不得降低汽車的行駛速度;駕駛員駕車經(jīng)過障礙物后，眼動(dòng)儀操作人員停止記錄眼動(dòng)儀的數(shù)據(jù)。

5)在測試過程中，每換一名駕駛員，都要進(jìn)行一次眼動(dòng)儀的調(diào)整和校準(zhǔn)工作;眼動(dòng)儀校準(zhǔn)好后若頭盔在駕駛員的頭上發(fā)生了移動(dòng)，也要重新進(jìn)行校準(zhǔn)。

從眼動(dòng)儀記錄的數(shù)據(jù)文件中讀取駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到駕車經(jīng)過障礙物的所經(jīng)歷的時(shí)間，可以使用以下3種方法。

1)使用通用視頻處理軟件逐幀分析視頻數(shù)據(jù)。

根據(jù)駕駛員在發(fā)現(xiàn)障礙物前后視覺行為的明顯不同，利用通用視頻處理軟件逐幀讀取視頻圖像，可以讀出駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)刻t1，并能讀出駕駛員駕車通過障礙物的時(shí)刻t2，據(jù)此即可計(jì)算出駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到駕車通過障礙物所經(jīng)歷的時(shí)間。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，不需要專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件即可完成;但該方法也存在明顯的缺點(diǎn):駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)刻依靠數(shù)據(jù)處理人員的人為判斷，數(shù)據(jù)處理人員的經(jīng)驗(yàn)、心情等主觀因素對(duì)結(jié)果的影響較大。

2)利用BeGaze軟件的grid AOI功能處理數(shù)據(jù)。

該方法操作過程簡單，數(shù)據(jù)分析結(jié)果能以數(shù)據(jù)的形式精確表達(dá)。但該方法需要用到專業(yè)的視覺行為分析軟件BeGaze，且所用的grid AOI功能只有該軟件的專業(yè)(Professional)授權(quán)版本才具備。由于該方法主要通過分析受試者視覺關(guān)注點(diǎn)的變化來確定駕駛員發(fā)現(xiàn)路面上障礙物的時(shí)刻，如果路面上還有其他能吸引駕駛員注意力的視覺目標(biāo)，則可能造成判斷駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)刻出錯(cuò)。

3)利用BeGaze軟件的動(dòng)態(tài)AOI功能處理數(shù)據(jù)。

該方法操作過程簡單，雖然也需要用到BeGaze軟件，但分析過程中用到的軟件功能是非專業(yè)(Professional)授權(quán)版本也具備的。用該方法分析數(shù)據(jù)得到的結(jié)果也能以精確數(shù)據(jù)的形式顯示出駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)刻。

在對(duì)各種數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性進(jìn)行對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，測試?yán)肂eGaze軟件的動(dòng)態(tài)AOI功能對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，測試路段駕駛員的對(duì)小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離為55～67 m，遠(yuǎn)大于40 km/h的停車視距26 m。因此，從測試數(shù)據(jù)來看，該測試路段安裝LED路燈的照明效果能保證正常行車的交通安全。

4 小結(jié)

文章通過工程實(shí)例探索了LED光源應(yīng)用于城市機(jī)動(dòng)車交通道路照明時(shí)的照明效果評(píng)價(jià)方法，其中照度和亮度的測量采用我國現(xiàn)行GB/T 5700—2008《照明測量方法》中規(guī)定的方法。在照度和亮度指標(biāo)之外，提出了對(duì)小目標(biāo)發(fā)現(xiàn)距離這一評(píng)價(jià)指標(biāo)，并提出了該指標(biāo)的測量方法，該指標(biāo)可以直接評(píng)價(jià)照明效果對(duì)行車安全的影響，在進(jìn)行照明效果評(píng)價(jià)時(shí)可以作為照度和亮度指標(biāo)的補(bǔ)充。

［1］ 科技部啟動(dòng)“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程試點(diǎn)［EB/OL］．(2009－05－11)［2011－12－06］．http://www．gov．cn/gzdt/2009 －05/11/content_1310133．htm

［2］ CJJ 45—2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006

［3］ GB/T 5700—2008照明測量方法［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008