[科普中國]-道路照明

道路照明（road lighting），在道路上設(shè)置照明燈具為在夜間給車輛和行人提供必要的能見度。道路照明可以改善交通條件，減輕駕駛員疲勞，并有利于提高道路通行能力和保證交通安全，此外，還可美化市容。

發(fā)展概況道路最初是用點燃木材照明，后來逐步發(fā)展為用油燈、汽燈、電弧燈、碳絲白熾燈、高壓汞燈，現(xiàn)今道路照明主流光源為高壓鈉燈?；谌蛐怨?jié)能減排政策，部分新型節(jié)能光源（如LVD無極燈、LED燈和新型索明氙氣路燈）也已逐步應(yīng)用到道路照明工程中，并發(fā)展迅速。1558年巴黎街道上設(shè)置了裝有松脂或木條的容器，天黑時點燃松脂或木條照明。1667年冬季，在一些街道上改用油燈。1806年，美國巴爾的摩城的街道用汽燈照明。1842年，巴黎出現(xiàn)電弧燈，不久就將這種燈應(yīng)用于街道上。1878年，英國人J.W.斯旺首先提出用碳絲白熾燈。1932年，荷蘭人開始在街道上用低壓鈉燈照明。1935年，發(fā)明了高壓汞燈。1965年，高壓鈉燈問世，并用于道路照明。中國最早是1865年在上海南京路上安裝了10盞煤氣燈；1882年在上海外灘安裝10盞電弧燈；1890年上海開始在街道上使用白熾燈。各國除在城市道路上采用沿路設(shè)燈連續(xù)照明和在部分高速公路或交通量很大的公路上采用連續(xù)照明外，在一般公路上，由于經(jīng)濟效益問題，多不采用連續(xù)照明。

視覺駕駛員在夜間是借助于障礙物及其作為背景的路面兩者的亮度對比來察覺前方道路上有無障礙物。路面平均亮度升高，察覺障礙物所必要的亮度對比變小，障礙物容易被發(fā)現(xiàn)。路上的物體、行人等的亮度如果比背景暗，駕駛員就只能見到它們的輪廓，即為輪廓辨認。駕駛員在行車過程中，只關(guān)心前方有無行人或障礙物，無須辨認出是誰或何物，所以道路照明一般只需使路面具有一定亮度，增大物體與路面亮度差，駕駛員能輪廓辨認人或物即可。若物體的亮度比路面亮度大，駕駛員在較暗的背景里可見到一個明亮的物體，即為逆輪廓辨認。路上的導(dǎo)流交通島，需要便于駕駛員辨認，所以增加其表面亮度，使能逆輪廓辨認。當物體向著視線的一側(cè)亮度較大時，駕駛員只能辨認該側(cè)表面細部。要提高駕駛員對細部的辨認能力，可通過道路照明增大物體表面亮度或使亮度變化。 城市道路是城市的動脈。主照明為路燈，滿足行人、車輛夜間行動。庭園燈、景觀燈與路燈形成立體的照明模式，增強道路裝飾效果，美化城市景觀，也可彌補路燈照度的不足。

質(zhì)量標準通常用規(guī)定的路面平均照度和均勻度兩個指標。前者的單位是勒克斯，即每一平方米水平照射面積上，均勻分布一流明的光通量。后者是最小水平照度與平均水平照度的比值。實際上，路面的亮度分布與照度分布有相當大的差別。采用路面照度作為道路照明指標不能給出視感條件的真實情況。因此，國際照明委員會建議道路照明的質(zhì)量用路面亮度、均勻度、眩光和誘導(dǎo)性四個指標衡量。亮度是道路表面單位面積上反射出的光量，用cd/m2作單位。均勻度是路面上亮度分布的均勻程度。影響駕駛員視覺舒適感的均勻度等于行車線上路面最小亮度與平均亮度之比。即使平均亮度較高，但亮度分布不均勻的路面，在明暗相差很大的地方,障礙也難以發(fā)現(xiàn)。眩光是強光直射駕駛員的眼睛,使眼睛不舒適，產(chǎn)生視覺障礙，看不清物體的現(xiàn)象。眩光使眼睛不舒適的程度用表示主觀感覺的眩光指數(shù)G評定。國際照明委員會推薦：G=1，無法忍受；G=3，有干擾；G=5，允許的極限； G=7，比較滿意；G=9，無影響。眩光與光源的亮度、視線與光源的夾角、路面平均亮度等因素有關(guān)。誘導(dǎo)性是用照明告知駕駛員有關(guān)前方道路線形、起伏、交叉、車流分合的有關(guān)信息。國際照明委員會建議，城市干道、高速公路的路面亮度取2cd/m2，縱向均勻度取0.7，G=6。日本已采用路面亮度作為道路照明指標。美國等多數(shù)國家仍用照度作道路照明標準。照度和亮度可以互相換算。路面P點的亮度等于該點的照度乘該點的亮度系數(shù)。

照明布置道路照明用的照明器有高壓鈉燈、低壓鈉燈、無極燈、金鹵燈、熒光燈、新型索明氙氣路燈等。白熾燈、高壓汞燈、低壓鈉燈由于光源性能缺陷已逐漸被淘汰。照明器要合理使用光能，防止眩光。照明器發(fā)出的光線要沿要求的角度照射，落到路面上呈指定的圖形，光線分布均勻，路面亮度大，且眩光小。為減少眩光，可在最大光強上方予以配光控制。

道路照明用的照明器大體可分為截光、半截光和不截光三種類型。①截光型：照明器照射到路幅外的光線不超過光源額定流明的10%，控制光線沿路分布，產(chǎn)生的眩光小。適用于主要街道、干線公路和高速公路。②半截光型：照明器照射到路幅外的光線不超過光源額定流明的30%，控制光線沿路分布。適用于一般等級的街道。③不截光型：照明器對最大光強上方的光通量不加限制，眩光大，只適用于周圍環(huán)境明亮的街道或交通量很少的次要街道。照明器的射程,由光束的仰角決定，用從照明器到最大燭光束照射到路面的距離長短區(qū)分，可分為短射程、中射程、長射程三種。

根據(jù)道路斷面形式、寬度、車輛和行人的情況，照明器可采用在道路兩側(cè)對稱布置、兩側(cè)交錯布置、一側(cè)布置、分隔島雙叉布置和路中央懸掛布置等形式。道路交匯區(qū)采用高桿照明方式。一般說來，寬度超過20米的道路、迎賓道路，可考慮兩側(cè)對稱布置；道路寬度超過15米的，可考慮兩側(cè)交錯布置；較窄的道路可用一側(cè)布置。在道路交叉口、彎道、坡道、鐵路道口、人行橫道等特殊地點，一般均布設(shè)照明器，以利于駕駛員和行人識別道路情況，其亮度標準也較高。在隧道內(nèi)外路段和從城區(qū)街道到郊區(qū)公路的過渡路段的照明，則要考慮駕駛員的眼睛對光線變化的適應(yīng)性。照明器的功率、安裝高度、縱向間距是配光設(shè)計的重要參數(shù)。組合好這三個因素，可得到滿意的照明效果。

照明作用在城市的機動車交通道路上設(shè)置照明的目的是為機動車駕駛?cè)藛T創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境，以求達到保障交通安全、提高交通運輸效率、降低犯罪活動和美化城市夜晚環(huán)境的效果。在人行道路以及主要供行人和非機動車使用的居住區(qū)道路上設(shè)置照明的目的是為行人提供舒適和安全的視覺環(huán)境，保證行人能夠看清楚道路的形式、路面的狀況、有無障礙物；看清楚同時使用該道路的車輛及其行駛情況和意向，以便能了解車輛的行駛速度和方向、判斷出與車輛之間的距離；行人相遇時，能及時地識別對面來人的面部特征并判斷其動作意圖，方便人們交流，并能夠有效防止犯罪活動；此區(qū)域的道路照明還能對居住區(qū)的特征和標志性景觀以及住宅建筑的樓牌樓號進行適當?shù)妮o助性照明，有助于行人的方向定位和尋找目標需要；另外，居住區(qū)的道路照明有助于創(chuàng)造舒適宜人的夜晚環(huán)境氛圍。

照明質(zhì)量1、照度判據(jù)

照度是一個客觀的物理量，表示路面上單位面積內(nèi)被照射到的光通量。由此可見，照度的數(shù)值與觀察者的一切特性(如視力、觀察角度、年齡等)及道路表面的性狀都沒有關(guān)系，僅與燈具選擇、燈具布置和路面寬度等情況有關(guān)。顯然，它是一個眼睛看不到的量。有時照度很高，但表面顏色很深，看上去反而很暗，而不及照度低但顏色淺淡的表面那么亮，容易產(chǎn)生錯覺和誤導(dǎo)；從另一方面講，它的計算和測量非常簡單并容易進行。

計算：采用余弦的反三次方定論就可計算它的大??；測量：用照度計可十分方便地測量。

也正因為有這樣的特點，在行人道和非機動車輛的道路上目標眾多、觀察方向和對象不定、觀察者年齡和高度不定的情況下，就用它作為評價指標應(yīng)該是客觀的、適用的。為此各國對非機動車道和人行道路都用它作為照明質(zhì)量水平考核的技術(shù)參數(shù)。

2、亮度要求

機動車道的視覺對象就是小車駕駛員，看到的是 路面和路面上的亮度，以它為判據(jù)是一個比較接近眼 睛看到實際情況的客觀的物理量。 路面上某點的亮度與諸多岡素有關(guān)，總體而言與 駕駛員距離觀察點的位置、眼睛高度和視線觀察方向、 視角及路面材料(的反射特性)和路面上的潮濕情況 等因素有關(guān)，這些因素的狀態(tài)或數(shù)據(jù)都影響了路面的 亮度數(shù)據(jù)與主觀感覺，是一個遠比照度復(fù)雜的物理量。 它更真實地反映眼睛看到的情況，表達眼睛的感 覺。

因此，世界各國在道路照明的評價中都采用亮度 作為指標加以測量和計算，為此，將上述的各種變數(shù) 加以統(tǒng)一或規(guī)格化，目的是為了產(chǎn)生統(tǒng)一的評價和計 算方法。1

光源選擇道路照明的電光源選用，首先應(yīng)滿足道路等級對照度(或亮度)的要求下，再滿足高光效、長壽命，在一般道路或廣場，不考慮顯色指數(shù)與色溫度。

從光效角度選用電光源，其排列順序為低壓鈉燈、高壓鈉燈、高壓汞燈、自鎮(zhèn)流高壓汞燈、白熾燈。從壽命角度選用電光源,其排列順序為高壓汞燈、高壓鈉燈、(外觸發(fā)高壓鈉燈和內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈)、低壓鈉燈、自鎮(zhèn)流高壓汞燈、白熾燈。

氣體放電燈中光效最高的是低壓鈉燈，它的光效150 lm/W，而高壓汞燈只有50 lm/W，高壓鈉燈100 lm/W。可見，如用低壓鈉燈替代高壓汞燈可節(jié)電66%。低壓鈉燈的適用場合很多，一般較宜用在郊區(qū)公路上，如ND18的燈泡能制成任意向點燃，并與阻抗式鎮(zhèn)流器配合，在北京使用的平均壽命已達4000h以上，以取代大量使用的白熾燈泡，是很有前途的并更為適用。自鎮(zhèn)流高壓汞燈因壽命短，光效低等缺點，不宜作道路照明光源，在各種場合應(yīng)嚴格限制生產(chǎn)與使用。

LED照明存在問題(1)LED在道路照明應(yīng)用標準的問題。

作為一種新光源，LED的道路照明標準，目前在國內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的強制標準，但這不是意味著道路照明應(yīng)用沒有標準。機動車道路照明是為駕駛員的視覺作業(yè)設(shè)計的，LED道路照明應(yīng)該選用《城市道路照明設(shè)計標準》cJJ45—2006中的“亮度標準”，即路面平均亮度、路面亮度總均勻度、縱向均勻度、眩光限制、環(huán)境比和誘導(dǎo)性作為評價指標。有半導(dǎo)體專家和路燈企業(yè)大肆宣傳LED路燈的照度均勻性、矩形光斑形成均勻照度等，廣為擴散，造成錯誤引導(dǎo)，浪費了大量的人力、財力和物力，事實上是沒有真正理解道路照明需求的本質(zhì)。

(2)LED在道路照明中的顯色指數(shù)和色溫問題。

傳統(tǒng)光源的顯色指數(shù)i乎ftr指標CRI其實是不適#f：Rtr高色飽和度LED光源的。LED光源CRI的數(shù)值低而光色品質(zhì)可以非常好。相反CRI數(shù)值高不一定保證色光品質(zhì)好。對于LED道路照明，傳統(tǒng)照明基于黑體輻射理論制定的顯色性評價標準CRI有很大局限性。

(3)LED的光譜對人類健康與安全性的問題。

LED發(fā)出的藍光特別多，而人眼對藍光吸收性差且容易感到眩光。同時藍光可能抑制人體制造幫助人們?nèi)胨耐屎谒亍Ｍ屎谒厥欠浅Ｖ匾纳窠?jīng)內(nèi)分泌激素，可以調(diào)節(jié)人的生理節(jié)律(生物鐘)，使人適應(yīng)外界環(huán)境的變化，還有如鎮(zhèn)靜、催眠、免疫、興奮、抗衰老、抗腫瘤等作用正在研究中。因此，對照明光源質(zhì)量的評價不能只以視覺認知為標準，要從視覺認知和非視覺感知兩個方面評價，深入研究非視覺的影響大小。

(4)LED道路照明產(chǎn)品的惡性競爭及實際節(jié)能問題。

LED道路照明市場是每個LED企業(yè)眼中的香餑餑，但一段時期應(yīng)用者盲目低價采購的沖動行為，正在付出慘痛的代價。不少LED應(yīng)用企業(yè)盲目投資、急功近利，只是買來模件組裝，談不上創(chuàng)新。一些有研發(fā)投入的應(yīng)用企業(yè)開展的也都是對散熱、光學(xué)、結(jié)構(gòu)、電學(xué)等技術(shù)上的重復(fù)性研發(fā)，而對照明科學(xué)，光對人的影響的研究更是無從涉及。眾多企業(yè)普遍對共性技術(shù)上的重復(fù)研發(fā)，導(dǎo)致資源浪費，產(chǎn)品成本居高不下，進而“惡性循環(huán)”影響應(yīng)用市場開拓。劣質(zhì)LED產(chǎn)品充斥市場，很多企業(yè)無法用心去提高科技含量，在拼價格的過程中導(dǎo)致我國LED行業(yè)走下坡路。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)