第一部分：淺析道路照明的動態(tài)測量方法：

 

 

　　1.1、路面照度人眼根本無法感受，人眼感受到的是路面亮度和眩光。
 

 

　　1.2、路面上一點只有一個照度值，卻具有多個亮度值，它與觀察者的位置及視角有關(guān)。同樣，也具有多個眩光值。所以，應(yīng)該全方位、全過程進(jìn)行測量。

 

　　1.3、標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定在某一特定點測量整個路面亮度，并以此代表路面照明質(zhì)量是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模且云湃?yīng)該全方位、全過程進(jìn)行測量。

 

　　1.4、路面照度和路面亮度不具有簡單的換算關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)上的相關(guān)提法也是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?yīng)該直接測量路面亮度和眩光。

 

　　1.5、近年來，路面測量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展：

 

　　1.5.1． 國際照明委員會技術(shù)文件

 

　　CIE115-2010[機(jī)動及人行交通道路照明]中指出:”目標(biāo)的可見度與路面亮度水平和亮度分布有關(guān)，路面亮度水平?jīng)Q定眼睛的適應(yīng)程度，總體而言，由背景亮度引起的眼睛適應(yīng)程度越高，眼睛就越敏感,因而視覺表現(xiàn)越好。路面是最重要的背景，其亮度而不是照度決定眼睛的適應(yīng)程度。因此，路面亮度是很重要的照明質(zhì)量指標(biāo)。”

 

　　CIE115-2010 還指出; “選擇機(jī)動車道路照明的質(zhì)量指標(biāo)的方法通常是基于亮度概念，一些國家仍使用照度，但經(jīng)驗已經(jīng)表明這不是一個令人滿意的指標(biāo)。在應(yīng)用亮度概念時，目的是提供一個明亮的路面，在此背景下，目標(biāo)輪廓可見，因此使用路面亮度水平、亮度均勻度和眩光作為質(zhì)量指標(biāo)。”

 

　　CIE115-2010還指出:”提供好的路面亮度和均勻度，同時充分的眩光控制的評價方法已經(jīng)被國家和國際標(biāo)準(zhǔn)所接受。數(shù)十年來使用這些指標(biāo)的經(jīng)驗表明他們提供了一個令人滿意的道路照明設(shè)計基礎(chǔ)。”

 

　　上述可見， CIE在2010年已經(jīng)明確指出：道路照明應(yīng)該用亮度，亮度均勻度和眩光作為評價指標(biāo)。

 

　　1.5.2． 我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

 

　　4年后，我國JTG/T D70/2-01—2014【公路隧道照明設(shè)計細(xì)則】所提的照明指標(biāo)只提路面亮度及其相關(guān)指標(biāo)，不提路面照度指標(biāo)。這是完全符合人因工效學(xué)的理念。由上可見，我國在對道路照明的認(rèn)識是緊跟世界潮流的。

 

　　而后，CJJ45-2015【城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)】關(guān)于道路照明評價指標(biāo)中指出：“規(guī)定把亮度作為道路照明的評價系統(tǒng)，即以亮度為依據(jù)制定道路照明標(biāo)準(zhǔn)。這是由于機(jī)動車駕駛員行車作業(yè)時，眼睛直接感受到的是路面亮度，因此以亮度為依據(jù)制定標(biāo)準(zhǔn)更為科學(xué)合理。目前國際照明委員會和世界上多數(shù)國家也都是以亮度為依據(jù)制定道路照明標(biāo)準(zhǔn)。”

 

　　CJJ45-2015【城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)】還指出“規(guī)定的亮度評價系統(tǒng)的各項評價指標(biāo)與CIE相關(guān)文件中的規(guī)定相同，包括平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度和環(huán)境比等指標(biāo)，眩光限制采用閾值增量指標(biāo)。這樣的規(guī)定能夠全面反映機(jī)動車道路照明的效果評價”

 

　　其實，早在2009年，廈門十城萬盞專家組就提出了“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”并申請發(fā)明專利，于2012年獲得授權(quán)。2010年制定廈門市規(guī)范“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”；嗣后， 2016年國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織制定 “道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2017.9公布實施。

 

 

　　2.1、從人因工效學(xué)考慮: 道路照明主要是為駕駛員服務(wù)的,駕駛員感受到的是路面亮度及其均勻度和眩光而非照度，見圖1和圖2：
 

 

 

　　2.2、從人因工效學(xué)考慮，應(yīng)該按照駕駛員的駕駛姿勢（CIE規(guī)定：駕駛員觀察視線距地1.5m高，眼朝正前方向下-1°），仿照其行駛路線對道路照明進(jìn)行測量。

 

　　2.3 從人因工效學(xué)考慮，應(yīng)該全過程、全方位地測量路面亮度和眩光；因為在不同車道、不同位置測得的路面亮度和眩光都不一定一樣。

 

　　2.4、采用道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法是當(dāng)前較為先進(jìn)也是較合理的道路照明測量方法，它契合人因工效學(xué)原理，契合駕駛員的視覺感覺。

 

 

　　它實質(zhì)上是將成像亮度計置于測量車內(nèi)指定的位置，并以標(biāo)準(zhǔn)觀測姿態(tài)；仿照駕駛員的坐姿、觀察視線及按照其駕駛路線行駛，以一定的步長連續(xù)拍攝路面照明圖像；同時，將路面照明信息傳輸至信息處理系統(tǒng)；處理系統(tǒng)依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行取值、計算；給出路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度，眩光之閾值增量和亮度環(huán)境比等等。必須指出的是，這是全過程，各個方位測量路面照明的亮度指標(biāo)，而不是在某一位置測量路面的亮度指標(biāo)（靜態(tài)測量位置只是動態(tài)測量中諸多測量位置中的一個）；更不是測量照度指標(biāo)（路面照度駕駛員根本感受不到）。

 

 

　　4.1、優(yōu)點：

 

　　4.1.1、動態(tài)測量方法契合人體工效學(xué)的需求；符合駕駛員的視覺感覺：

 

　　動態(tài)測量方法提出了模仿駕駛員的觀察姿態(tài)，觀察路線對道路照明指標(biāo)進(jìn)行全過程地現(xiàn)場動態(tài)測量的方法，從而，可以全過程地動態(tài)地記錄下駕駛員觀察到的路面亮度及其均勻度；還可以記錄下駕駛員感覺到的最大眩光在何處？有多大？

 

　　4.1.2、測量客觀、準(zhǔn)確、可靠：

 

　　動態(tài)測量方法比逐點測量法和定點測量法客觀，大大減少主觀因素的影響，提供的是全過程、不同觀察位置的測量數(shù)據(jù)，因而全面、準(zhǔn)確、可靠的多。

 

　　4.1.3、快速，不必封鎖道路：

 

　　往常好幾個小時的工作量，動態(tài)測量每條車道只要幾十秒鐘就可以，大大降低光環(huán)境隨時間變化的影響；而且，不必封鎖道路或隧道，人身安全，而且大大節(jié)約時間、節(jié)約社會成本。

 

　　4.1.4、解決了全路面、全方位、連續(xù)地測量路面亮度及其均勻度的難題；

 

　　4.1.5、解決了全路面、全方位、連續(xù)地測量眩光的難題；

 

　　4.1.6， 提供的信息量比往常測量提供的信息量多得多，利于客觀、完整地評價路面照明質(zhì)量，為今后開展道路照明的評價研究及燈具的光學(xué)設(shè)計提供客觀的依據(jù)。

 

　　4.2、缺點：

 

　　4.2.1，.由于采用成像亮度計，因此需要額外的供電電源。

 

　　4.2.2，相機(jī)為制冷型相機(jī)，因此在測量前需要預(yù)熱一段時間。

 

　　4.2.3，測量設(shè)備還包含陀螺穩(wěn)定平臺和測量車等，價格昂貴。

 

　　4.3. 道路照明動態(tài)測量的難題

 

　　4.3.1．需要解決動態(tài)測量與靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的差異：

 

　　4.3.2．動態(tài)測量需要提供全過程、全方位的路面照明信息：

 

　　4.3.3．低亮度背景下的動態(tài)測量，如何解決“拖影’問題。

 

　　4.3.4．如何保障現(xiàn)場動態(tài)測量的精度。

 

　　動態(tài)測量需要解決的難題和他的優(yōu)點一樣突出。 難題的解決就是創(chuàng)新的所在。

 

　　為滿足駕駛員的需求，動態(tài)測量除了提供定點測量中符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)外，還要提供模仿駕駛員的觀測視線在經(jīng)過測試路段所看到的全過程、全方位路面照明信息，用以提供更全面、更完整地評價路面照明。

 

 

　　5.1、原理清晰：

 

　　如本文第3節(jié)所述，它是將成像亮度計置于測量車內(nèi)指定的位置，并呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)觀測姿態(tài)；仿照駕駛員的坐姿、觀察視線及按照駕駛路線行駛，以一定的步長連續(xù)拍攝路面照明圖像；同時，將路面照明信息傳輸至信息處理系統(tǒng)；系統(tǒng)依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行取值、計算，得出我們所需的路面照明信息。這個原理十分清晰。—模仿駕駛員的觀察姿態(tài)，觀察路線及其感受對路面照明進(jìn)行全過程，全方位地測量。它契合人因工效學(xué)原理，契合駕駛員的真實感受。

 

　　5.2、動態(tài)測量方法的 CSA 標(biāo)準(zhǔn)已制定并公布實施：

 

　　從十城萬盞初期，廈門市就制定了“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”規(guī)范文件，用來指導(dǎo)城市路燈照明改造工作；

 

　　經(jīng)過多年實踐，“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”已逐漸成熟而成為CSA 標(biāo)準(zhǔn)。并于2017.9.12發(fā)布實施，標(biāo)準(zhǔn)編號為：CSA044-2017 道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法

 

　　5.3、動態(tài)測量軟件已開發(fā)成功：

 

　　這是完全按照“道路照明動態(tài)測量方法”的要求，按照CIE、JTG、CJJ等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求開發(fā)的軟件。

 

　　5.4、關(guān)鍵設(shè)備精度已具備：

 

　　關(guān)鍵設(shè)備有：成像亮度計，照度計，彩色照度計，穩(wěn)定平臺及承載汽車等。

 

　　5.4.1.成像亮度計的亮度測量精度已達(dá)：≤3%；

 

　　5.4.2.照度計的照度測量精度已達(dá)：≤1.6%；

 

　　5.4.3.彩色照度計的照度測量精度已達(dá)：≤1.6%；

 

　　5.4.4.穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定性已達(dá)：不確定度 RMSE ≤ 0.05°

 

　　綜上結(jié)果：道路照明車載動態(tài)測量設(shè)備的測量不確定度可達(dá)到：RMSE ≤ 10%

 

　　具體可見各項第三方檢測報告。

 

 

　　1，國內(nèi)外同類技術(shù)設(shè)備案例；

 

　　1.1、國外涉足道路照明動態(tài)測量的廠家有：德國，美國等；其中以德國Technoteam較為成熟.

 

　　國外能夠?qū)崿F(xiàn)道路眩光的廠家主要有德國Technoteam;

 

　　Technoteam開發(fā)的LMK-mobile是基于單反相機(jī)和適馬鏡頭進(jìn)行道路眩光測量，在道路測量時可以將設(shè)備安裝在副駕駛的位置。

 

　　國外最高水平的道路照明測量設(shè)備為德國 TT公司的LMK系列產(chǎn)品：

 

 

　　1.2、我國生產(chǎn)的“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量設(shè)備”

 

　　廈門元谷節(jié)能環(huán)保集團(tuán)生產(chǎn)的道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量設(shè)備從人因工效學(xué)的原理出發(fā)，以駕駛員的觀察姿態(tài)來進(jìn)行全過程、全方位地檢測路面照明質(zhì)量。并依據(jù)CSA、CIE等標(biāo)準(zhǔn)文件的要求，通過運算給出道路照明的各項動態(tài)測量指標(biāo)。

 

　　1.3、測量案例：

 

　　1.3.1、測量系統(tǒng)示意圖：

 

　　1.3.2、道路測量：

 

 

　　測量結(jié)果圖表：

 

　　道路等級：快速路/主干路(低檔)

 

　　路面材質(zhì)：水泥混凝土路面

 

　　評估區(qū)域：35m ×7.4m

　　※還有其他測量結(jié)果如照度、色度等；（略去）

※ 還有隧道不同路段的各項指標(biāo)，共50多頁，略。

 

　　2.  國內(nèi)外設(shè)備性能指標(biāo)比較

 

　　2.1、在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面：

 

　　2.1.1. 國際上沒有專門用于“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”的標(biāo)準(zhǔn)文件，

 

　　近年來CIE文件中只是出現(xiàn)了“多個觀測點測量”的要求，如：

 

　　CIE132-1998有“要求計算多個觀察者位置的LV”；

 

　　CIE140-2000介紹亮度LV和眩光的計算之后，有“…從上述觀察者的初始位置開始計算，然后觀察者以與亮度計算相同的步長和點數(shù)向前移動，反復(fù)計算，得到一系列TI值，其中最大者即為所求的”。

 

　　由此可見，CIE在重視測量姿態(tài)之后，開始意識到需要按步長多點測量。

 

　　EN13201-4-2003【照明性能計算方法】則更進(jìn)一步提到了動態(tài)測量——“道路的照明性能可以通過動態(tài)車載測量系統(tǒng)考察。動態(tài)測量和靜態(tài)測量的主要區(qū)別為：

 

　　—動態(tài)測量的測量點更多；

 

　　—在動態(tài)測量中，觀察者和布點可能很難或無法達(dá)到EN 13201-3中的相關(guān)要求。”

 

　　顯然，歐洲專家已經(jīng)重視道路照明動態(tài)測量的問題,但對動態(tài)測量的應(yīng)用前景卻感到悲觀，這影響了動態(tài)測量的發(fā)展；

 

　　其實，在動態(tài)測量中，可以獲得全方位狀態(tài)下的照明測量信息，其中涵蓋了定點靜態(tài)測量信息,在這些信息中可以通過定位測距系統(tǒng)將這個靜態(tài)測量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的“標(biāo)準(zhǔn)點”所測得的測量值給以準(zhǔn)確地提取出來。這樣，兩種狀態(tài)（靜態(tài)與動態(tài)）的測量結(jié)果可以同時呈現(xiàn)；這種定位測距方法已有發(fā)明專利發(fā)布，可滿足其相關(guān)要求。

 

　　2.1.2. 廈門“十城萬盞”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2009年編寫了“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”，申請發(fā)明專利，2012年獲得授權(quán)。

 

　　2.1.3 . 2016年由國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織起草標(biāo)準(zhǔn)“道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量方法”，于2017.9發(fā)布實施。

 

　　可以說：我國在關(guān)于道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量這方面理論的探討在國際上是不落后的。CIE文件中只是提到多點測量，并未推廣動態(tài)測量方法；EN標(biāo)準(zhǔn)中雖然提到動態(tài)測量，但是結(jié)論是悲觀的，更無具體的動態(tài)測量方法。在國際上，在業(yè)內(nèi)普遍存在著只測路面照度不測路面亮度的現(xiàn)象；我們基于人因工效學(xué)機(jī)理，提出現(xiàn)場動態(tài)測量方法，并基于此方法研制道路照明動態(tài)測量設(shè)備，可以現(xiàn)場動態(tài)地測量（標(biāo)準(zhǔn)所要求的）亮度、眩光等指標(biāo)，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求自動評定，即時給出信息量豐富的測量報告。獲得了實質(zhì)性的應(yīng)用。

 

　　2.2. 在設(shè)備與軟件開發(fā)方面:

 

　　2.2.1， 德國 TT公司的LMK系列產(chǎn)品是國際上在道路照明測量設(shè)備的杰出代表，

 

　　其優(yōu)點如下：

 

　　1).采用單反相機(jī)作為亮度計，設(shè)備成本較低，設(shè)備方便攜帶。

 

　　2).可用平板電腦直接控制相機(jī)進(jìn)行測量，可實時觀察路面狀況。

 

　　3).公司在這一領(lǐng)域研究較早，技術(shù)實力雄厚。

 

　　缺點在于：

 

　　1).不支持動態(tài)眩光評價，只能進(jìn)行靜態(tài)眩光分析

 

　　2). 按道路眩光默認(rèn)的視場中心為CMOS圖像中心，與標(biāo)準(zhǔn)不相符（標(biāo)準(zhǔn)要求：水平向下1°），同時，眩光的取值規(guī)則與CIE要求有差別。

 

　　3). 即使是靜態(tài)眩光評價，也很麻煩，需要采用excel 進(jìn)行額外的控制分析。

 

　　4)、 沒有隧道眩光分析的功能。

 

　　5)、沒有穩(wěn)定平臺；動態(tài)測量時，視軸是不穩(wěn)定的，被測點是不確定的；測量區(qū)域在動態(tài)測量視場中隨著視軸而變化。而且其測量區(qū)域的畫法有誤。因此，宣稱“此設(shè)備可進(jìn)行道路照明動態(tài)測量”實屬勉強(qiáng)。

 

　　2.2.2，我國廈門元谷節(jié)能環(huán)保集團(tuán)有限公司開發(fā)的道路照明現(xiàn)場動態(tài)測量設(shè)備與國外相比，在設(shè)備與軟件開發(fā)上有如下改進(jìn):

 

　　改進(jìn)1.  在道路照明測量中首先引入陀螺穩(wěn)定平臺, 提出有別于航空瞄準(zhǔn)器中陀螺鎖定目標(biāo)的方法，而是采用保持“測量標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)”的方法，解決了動態(tài)測量時,測量軸的穩(wěn)定問題.。

 

　　改進(jìn)2.  在動態(tài)測量過程中解決了測距和定位問題

 

　　以上兩點的解決使道路照明的動態(tài)測量具有可靠的基礎(chǔ).

 

　　改進(jìn)3. 軟件開發(fā)能力的提升：

 

　　A，道路照明測量的軟件開發(fā)能力主要體現(xiàn)在：適用于動態(tài)測量亮度的軟件開發(fā)，尤其是適用于眩光動態(tài)測量軟件開發(fā):

 

　　B，軟件可以在保持標(biāo)準(zhǔn)觀測姿態(tài)的前提下，自動識別路面測量區(qū)域和駕駛員視線穩(wěn)定在水平向下1°方向，同時還可以一鍵實現(xiàn)靜態(tài)眩光分析。

 

　　C，軟件可以對光源識別和目標(biāo)定位，自動判斷路燈到觀察者的距離。

 

　　D，軟件可以直接依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)道路眩光的動態(tài)測量和評價。

 

　　E，軟件有隧道眩光分析的功能。能測出隧道各路段的亮度及其均勻度和環(huán)境比等。

 

 

　　我國的測量設(shè)備之動態(tài)測量性能在國際上也是先進(jìn)的。表現(xiàn)在能夠按照CIE等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行現(xiàn)場動態(tài)測量路面亮度及其均勻度；尤其是實現(xiàn)道路照明眩光的動態(tài)測量。并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求自動評定，而且，可以現(xiàn)場給出動態(tài)測量結(jié)果和圖表。