1、第五章 照明系统提纲概述 视觉可靠性3 13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明概述照明的必要性在夜间为交通用户创造良好的视看环境，保障交通用户安全，在夜间为交通用户创造良好的视看环境，保障交通用户安全，减少交通事故，提高交通运输效率减少交通事故，提高交通运输效率防止犯罪活动防止犯罪活动美化城市环境美化城市环境照明1 .光通量光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为称为光通量光通量，用符号，用符号表示，单位为流明（表示，单位为流明（lm）。）。每消耗每消耗1W功率所发出的光通
2、量，称为功率所发出的光通量，称为发光效率发光效率，简称简称光效光效。这是光源性能的重要参数。这是光源性能的重要参数。光学的基本物理量光学的基本物理量亮度概念的理解亮度概念的理解LUMINANCE (路面亮度路面亮度)对于相同的能量利用,在考察道路照明的能见度时,使用亮度比照度更科学3.亮度: 观察者在某一方向接受到的指定表面的明亮程度.单位是坎德拉/平方米(cd/m2)2.照度：某一表面上入射光通量与表面积的比值，单位:lux=lm/m24 发光强度单位立体体内的光通量称为单位立体体内的光通量称为发光强度发光强度，用符号，用符号I表示，表示，单位为坎德拉（单位为坎德拉（cd）。）。发光强度是表
3、示光源发光强弱程度的物理量。发光强度是表示光源发光强弱程度的物理量。照明的基本概念提纲概述 视觉可靠性3 13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明视觉可靠性视功能(可见能力)人在视场内察觉物体细微变化的能力。人在视场内察觉物体细微变化的能力。视舒适人在给定光环境下感到视觉舒适，长时间维持良好人在给定光环境下感到视觉舒适，长时间维持良好的视觉。的视觉。视觉可靠性道路照明评价指标路面平均亮度（路面平均亮度（Lav）路面亮度均匀度路面亮度均匀度总均匀度（U0）纵向均匀度（Ul）眩光限制（眩光限制（TI）失能眩光不舒适眩光环境比（环境比（SR
4、）诱导性诱导性视觉可靠性路面平均亮度汽车行驶中，驾驶员汽车行驶中，驾驶员借助障碍物和路面之借助障碍物和路面之间的间的亮度对比亮度对比来察觉来察觉前方道路上是否有障前方道路上是否有障碍物存在。只有当亮碍物存在。只有当亮度对比度大于阈值才度对比度大于阈值才能察觉障碍物。能察觉障碍物。背景亮度与阈值的对比关系亮度不同路面的照明效果亮度不同路面的照明效果视觉可靠性路面亮度均匀度路面上亮度分布的均匀程度称之为路面上亮度分布的均匀程度称之为均匀度均匀度。即使平均亮度很高，但即使平均亮度很高，但亮度分布亮度分布相差大的地方，使发现障碍物相差大的地方，使发现障碍物变得困难。变得困难。使驾驶员不舒适。使驾驶员不
5、舒适。道路照明的均匀度分为两类：道路照明的均匀度分为两类：一是影响发现障碍物的总均匀度二是影响驾驶员视觉舒适性的纵向均匀度。视觉可靠性总均匀度总均匀度低，发现较总均匀度低，发现较暗暗区域区域里的障碍物就困难，里的障碍物就困难，需要需要提高平均亮度提高平均亮度来补来补其不足。其不足。为了使路面上各个区域为了使路面上各个区域里的各点都有足够觉察里的各点都有足够觉察率，就需用确定率，就需用确定路面上路面上最小亮度和平均亮度之最小亮度和平均亮度之间的允许差值即亮度总间的允许差值即亮度总均匀度均匀度。视觉可靠性纵向均匀度当驾驶员在路面上行驶时，如果当驾驶员在路面上行驶时，如果在其前方路面上反复相继出现明
6、在其前方路面上反复相继出现明显的亮带和暗带，即显的亮带和暗带，即“斑马线效斑马线效应应”，会造成驾驶员的眼睛不停，会造成驾驶员的眼睛不停地调节适应，影响驾驶舒适性。地调节适应，影响驾驶舒适性。因此必须限制沿车道中心线上最因此必须限制沿车道中心线上最亮区和最暗区的亮度差即亮度纵亮区和最暗区的亮度差即亮度纵向均匀度。向均匀度。它定义为它定义为通过观察者位置并平行通过观察者位置并平行于道路中心线上的最小亮度和最于道路中心线上的最小亮度和最大亮度的比值大亮度的比值。视觉可靠性眩光限制失能眩光失能眩光当强光入射到驾驶员的眼球内之后，发生散射而引起了一种光幕光幕（等效光幕）。该光幕会使障碍物与背景亮度的对
7、比降低很多。失能眩光损害视看物体的能力，直接影响到驾驶员觉察物体的可靠性。降低眩光的常用方法有：限制灯具的仰角、增加灯具的安装高度、限制灯具的仰角、增加灯具的安装高度、选用截光型或半截光性灯具选用截光型或半截光性灯具。不舒适眩光不舒适眩光舒适眩光通常不会降低目标的可见度，但会引起不舒适感觉和疲劳，直接影响到驾驶员的舒适程度。视觉可靠性环境比道路照明不但要照亮道路本身，而且也要兼顾道路道路照明不但要照亮道路本身，而且也要兼顾道路周围环境的照明，使驾驶员容易发现从车道边缘的周围环境的照明，使驾驶员容易发现从车道边缘的状况，提高驾驶安全性。状况，提高驾驶安全性。环境比环境比5m 5m SR 50%路
8、边环境5米宽区域平均亮度与路边向路中心5米宽区域内平均亮度的比值视觉可靠性诱导性诱导性分为视觉诱导和光学诱导。诱导性分为视觉诱导和光学诱导。光学诱导光学诱导 通过灯杆和灯具的排列、灯具式样、灯光颜通过灯杆和灯具的排列、灯具式样、灯光颜色或其强度的变化，标志着道路走向的改变或将要接近色或其强度的变化，标志着道路走向的改变或将要接近交叉路口等特殊地点。交叉路口等特殊地点。视觉诱导视觉诱导 即通过道路的诱导辅助设施，如路面中线、即通过道路的诱导辅助设施，如路面中线、路缘或路面标志、应急路栏等使驾驶员明确自身所在的路缘或路面标志、应急路栏等使驾驶员明确自身所在的位置和道路前方的走向。位置和道路前方的走
9、向。道路照明设施不但起光学诱导作用，也起视觉诱导作用。道路照明设施不但起光学诱导作用，也起视觉诱导作用。视觉可靠性中国道路照明设计标准视觉可靠性美国道路照明设计标准视觉可靠性日本道路照明设计标准视觉可靠性英国道路照明设计标准视觉可靠性提纲概述 视觉可靠性3 13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明照明设备光效（lm/w）输入电功率转换成光通量的比例，单位输入电功率转换成光通量的比例，单位lm/w光通量(lm)功率和光效的乘积，光效为功率和光效的乘积，光效为85的的100w的光源，光通的光源，光通量为量为8500lm平均寿命(h)光源的
10、平均使用寿命光源的平均使用寿命照明设备光通维持率光源运行一段时间，现有光通量和原始光通量的比例光源运行一段时间，现有光通量和原始光通量的比例显色性(Ra)物体的真实颜色与某一标准光源下所显示的颜色关系物体的真实颜色与某一标准光源下所显示的颜色关系 功率(w)和亮度(cd/m2)根据其由电能转换光能的工作原理不同，大致可分为热辐射光源和气体放电光源两大类。热辐射光源热辐射光源是利用物体通电加热而辐射发光原理，是利用物体通电加热而辐射发光原理，如白炽灯、卤钨灯等。如白炽灯、卤钨灯等。气体放电光源气体放电光源是利用气体放电时发光的原理，如荧是利用气体放电时发光的原理，如荧光灯、荧光高压汞灯、高压钠灯
11、、霓虹灯、氙灯和光灯、荧光高压汞灯、高压钠灯、霓虹灯、氙灯和金属卤化物灯等。金属卤化物灯等。照明光源照明设备 汞灯 金属卤化物灯 钠灯白炽灯标准反射PAR卤钨低压卤钨主电压卤钨低压 汞灯TLPLSLQL高压汞灯HPL-NHPL ComfortML(自镇流)金卤灯HPIMHDMHNCDMMastercolourMHN/W高压钠灯SON (Plus)SON-HSon ComfortSON-T DecoSDW-T(白钠)低压钠灯SOXSOX-E紧凑型 H.I.D.传统光源气体放电光源白炽灯:光效15lm/W;Ra100;寿命2000h卤素灯:光效25lm/W;Ra100;寿命3000h荧光灯(高压汞
12、灯,低压汞灯)光效:80lm/W;Ra80;寿命8000h钠灯(高压钠灯,低压钠灯)光效:120lm/W;Ra23;寿命12000h金属卤化物光效:85lm/W;Ra90;寿命8000hQL灯: 光效:70lm/W;Ra85;寿命60000h照明光源常见的光源常见的光源1 1、白炽灯、白炽灯 （1 1）原理）原理最早出现的光源。属第一代光源，最早出现的光源。属第一代光源，将灯丝加热到白炽程度，将灯丝加热到白炽程度，利用热辐射发出可见光。利用热辐射发出可见光。（2 2）特点）特点 显色性好，结构简单，瞬时点燃，无频闪现象，可调光，价格便宜。显色性好，结构简单，瞬时点燃，无频闪现象，可调光，价格便
13、宜。常用的照明光源（3 3）种类）种类普通型、磨砂型、漫射型、反射型、普通型、磨砂型、漫射型、反射型、 装饰型、局部照明灯泡、水下灯泡装饰型、局部照明灯泡、水下灯泡常用的照明光源2 2、卤、卤 钨钨 灯灯 （1） 原理 白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁。为了减白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁。为了减缓这种进程，通常在灯泡内充以惰性气体以抑制钨丝的蒸发。缓这种进程，通常在灯泡内充以惰性气体以抑制钨丝的蒸发。 常用的照明光源在充填的惰性气体中加入微量的在充填的惰性气体中加入微量的卤素物质，利用卤钨的再生循环卤素物质，利用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成作用，被
14、蒸发的钨与卤素结合成卤化钨，因灯管内壁具有很高的卤化钨，因灯管内壁具有很高的温度而不能附着其上，通过扩散温度而不能附着其上，通过扩散或对流到高温的灯丝附近又被分或对流到高温的灯丝附近又被分解为卤素和钨，其中钨吸附在灯解为卤素和钨，其中钨吸附在灯丝表面，卤素又和蒸发出来的钨丝表面，卤素又和蒸发出来的钨反应，防止管壁发黑。反应，防止管壁发黑。 常用的照明光源（2 2）特点）特点 与白炽灯比较，光效提高与白炽灯比较，光效提高30，寿命增长，寿命增长50%。体积小、功率大、能够。体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性好。瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性
15、好。常用的照明光源3 3、荧光灯、荧光灯 （1 1）原理）原理 属第二代光源，低压汞蒸气放电。属第二代光源，低压汞蒸气放电。常用的照明光源（2 2）特点）特点 表面亮度低，表面温度低，光效高表面亮度低，表面温度低，光效高，寿命长，显色性较好，光通分布均，寿命长，显色性较好，光通分布均匀。匀。 广泛用于精细工作、照度要求高或广泛用于精细工作、照度要求高或进行长时间紧张视力工作的场所。进行长时间紧张视力工作的场所。 开关频繁时，使灯丝所涂发射物质开关频繁时，使灯丝所涂发射物质很快耗尽，缩短了灯管的使用寿命，很快耗尽，缩短了灯管的使用寿命，因此不适宜开关频繁的场所。因此不适宜开关频繁的场所。 常用的
16、照明光源4 4、高、高 压压 汞汞 灯灯 常用的照明光源特点特点 光效高、耐震、耐热、寿命长等特点。启动时间较长，不宜于作室光效高、耐震、耐热、寿命长等特点。启动时间较长，不宜于作室内照明光源。多用于道路、广场的室外照明。内照明光源。多用于道路、广场的室外照明。 高压汞灯的寿命通常是按每启动一次点燃高压汞灯的寿命通常是按每启动一次点燃5小时计算的，如果开关小时计算的，如果开关频繁则寿命缩短。频繁则寿命缩短。 常用的照明光源5 5、高、高 压压 钠钠 灯灯 常用的照明光源特点特点光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、光通维持性好、耐震，但显色性光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、光通维持性好、耐震，但
17、显色性差。广泛用于道路照明，与其它光源混光后，可用于照度要求高的高大差。广泛用于道路照明，与其它光源混光后，可用于照度要求高的高大空间场所。空间场所。 常用的照明光源6 6、金、金 属属 卤卤 化化 物物 灯灯 属第三代光源，它与高压汞灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢属第三代光源，它与高压汞灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢气外，还加充发光的金属卤化物（以碘化物为主）。气外，还加充发光的金属卤化物（以碘化物为主）。 金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短。金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短。（1）镝灯）镝灯（2）钠铊铟灯）钠铊铟灯常用的照明光源提纲概述 视觉可靠性3
18、13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明主车道道路照明必要性观察道路几何线形观察道路几何线形前方道路上是否有障碍物前方道路上是否有障碍物路面状况（事故多发路段）路面状况（事故多发路段）道路特殊场所及位置道路特殊场所及位置改善道路交通条件，保障道路交通安全主车道道路照明影响道路照明的因素道路特征：沿线地形，道路线性，路面状况，立交道路特征：沿线地形，道路线性，路面状况，立交数量，桥长和航道净空。数量，桥长和航道净空。交通流特征：路段高峰小时交通量，车型组成，最交通流特征：路段高峰小时交通量，车型组成，最高车速。高车速。安全要求：事故多发
19、路段和场所。安全要求：事故多发路段和场所。经济效益：经济效益：主车道道路照明主车道广泛采用杆柱式常规照明。照明器布置形式（P301）单侧式双侧交错式双侧对称式隔离带对称式横向悬索式提纲概述 视觉可靠性3 13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明大桥照明照明要求中小型桥梁与主车道照明技术要求相同。大型桥梁照明比主车道照明技术要求高些。特大型桥梁需专门照明。大桥照明大型桥梁辨认路面状况，且不感到过分疲劳，以保证行车安辨认路面状况，且不感到过分疲劳，以保证行车安全全 。道路照明光源及灯具的选用要与大桥的装饰性照明道路照明光源及灯具的选用要与
20、大桥的装饰性照明协调。协调。桥梁主干道水平、垂直照度应与入桥公路照度过渡、桥梁主干道水平、垂直照度应与入桥公路照度过渡、衔接良好衔接良好。 大桥照明桥下有航道桥墩设置装用指示照明，凸显桥墩形状和位置。桥墩设置装用指示照明，凸显桥墩形状和位置。避免产生眩光。避免产生眩光。必须选用具有透雾性能的光源。必须选用具有透雾性能的光源。大桥照明特大型桥梁照明应包含引桥。引桥部分应有亮度过渡桥，桥面照明应包含引桥。引桥部分应有亮度过渡桥，桥面照度高于车道路面。照度高于车道路面。立体照明。立体照明。桥下通航照明需特殊处理。桥下通航照明需特殊处理。提纲概述 视觉可靠性3 13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照
21、明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明隧道照明1.黑洞现象进入隧道前的视觉问题进入隧道前的视觉问题由于隧道内外的亮度差异由于隧道内外的亮度差异大，从隧道外部去看，驾驶员视觉出现大，从隧道外部去看，驾驶员视觉出现“黑洞现象黑洞现象” 。隧道照明2.适应滞后进入隧道后出现的视觉问题进入隧道后出现的视觉问题汽车由明亮的外部汽车由明亮的外部进入隧道以后，要经过一定时间（进入隧道以后，要经过一定时间（4-9秒）秒）才能看清才能看清隧道内部的情况。隧道内部的情况。隧道照明3.能见度变化隧道内部的视觉问题隧道内部的视觉问题隧道内汽车排出的尾气无隧道内汽车排出的尾气无法迅速消散而形成法迅
22、速消散而形成烟雾烟雾，将车灯和照明灯具发出的，将车灯和照明灯具发出的光吸收和散射，光吸收和散射，降低能见度降低能见度。隧道照明4.亮洞现象隧道出口的视觉问题隧道出口的视觉问题由于外部亮度较高，出现由于外部亮度较高，出现极强的眩光，驾驶员看不清外面道路的线型及路上极强的眩光，驾驶员看不清外面道路的线型及路上的障碍物。的障碍物。隧道照明5.频闪效应隧道照明灯具排列不连续导致司机受到明暗变化的隧道照明灯具排列不连续导致司机受到明暗变化的刺激，产生的视觉不适。刺激，产生的视觉不适。由于隧道内灯具安装受几何尺寸的限制，特别在灯由于隧道内灯具安装受几何尺寸的限制，特别在灯具在安装高度偏低时，产生频闪效应，
23、严重影响司具在安装高度偏低时，产生频闪效应，严重影响司机的视觉功能，使司机心烦意乱，危及行车安全。机的视觉功能，使司机心烦意乱，危及行车安全。隧道照明人眼适应：由于人眼适应新环境需要一个过程，如果隧道出入口内外光强度相差较大，会让汽车驾驶员出现短暂视盲短暂视盲，容易导致交通事故。照明的动态调节：隧道的照明系统比普通交通照明系统要更复杂。它需要根据隧道外的光强度隧道外的光强度和隧道内的车速隧道内的车速，车流量车流量等参数来随时调节隧道内的照明，以利于汽车驾驶员进出隧道时，能最快的适应隧道内外的不同光照情况，最大限度的避免交通事故。隧道照明对策洞外路段设置专用减光设施分区短设置不同亮度设置不同亮度
24、隧道照明对策洞外路段设置专用减光设施设置减光设施（百叶天棚、锯齿墙、遮光棚、高大设置减光设施（百叶天棚、锯齿墙、遮光棚、高大树木等），使隧道出入口光线缓慢变化，增加亮度树木等），使隧道出入口光线缓慢变化，增加亮度过渡变化的路段长度和视觉适应时间。过渡变化的路段长度和视觉适应时间。适用于适用于50-100m的隧道。的隧道。隧道照明对策分区段设置不同亮度亮度水平引入段适应段过渡段基本段出口段隧道照明对策分区段设置不同亮度引入段：引入段：隧道入口前的部分路面。亮度适应的方法采用L20方法，在进入区的起点以驾驶员的视线为中心的20的视角范围内四周、天空及路面的平均亮度。隧道照明对策分区段设置不同亮度适
25、应段适应段区域的长度等于刹车距离。在开始部分时亮度要求保持不变并跟外部亮度L20值和交通状况有关。后面部分可以使亮度快速下降，到结束时可以下降到初始值的40 。刹车距离是发现障碍物到刹车停止的距离，通常与车速有关。 隧道照明对策分区段设置不同亮度过渡段过渡段区域亮度不断下降直到跟基本段相同为止，但亮度变化的比率不得超过1：3。基本段基本段区域在过渡段和出口段之间，通常是隧道最长的部分。它的亮度水平要求通常决定于车速和交通状况，通常CIE设计标准如表所示。隧道照明对策分区段设置不同亮度出口段出口段照明水平由外部亮度决定，通常这一区域的长度在50m左右，亮度为基本段的5倍。隧道照明灯具布置要求要求
26、路面平均照度和均匀度到达各段要求的指标。隧道侧壁应有足够的照度。灯具的光轴应指向路面的轴线。尽可能抑制眩光和频闪。布置方式，见布置方式，见p310图图5-16顶棚中心布置顶侧交错布置壁侧对称布置提纲概述 视觉可靠性3 13 23 3 照明设备大桥照明 隧道照明3 53 63 7 立交照明和广场照明3 4主车道道路照明立交照明具体要求照明范围广照明范围广光通量不仅局限于车道路面，需提供全局照明。光学诱导性强光学诱导性强照明应提供立交造型、弯道半径、道路前进方向、坡度等信息。要求眩光控制要求眩光控制尽量控制灯具的投光角度。立交照明全局照明：采用高杆灯具立交照明高杆灯具特点照明水平高照明水平高提供全局范围照明视舒适性好视舒适性好泛光灯具，亮度高，均匀性好，组合照明，控制眩光视像清晰完整视像清晰完整组合照明，灯光显色性好维修方便维修方便造价高，能耗大造价高，能耗大广场照明照明要求：大范围，照明均匀（0.4-0.5），无明显光斑，普遍采用高杆高杆照明，便于摄像头成像。收费广场收费广场服务区服务区停车场停车场本章结束谢谢！74谢谢！谢谢！
