影响道路照明舒适度的因素

姚梦明 邓云塘 朱晓燕

(1.飞利浦 (中国)投资有限公司，上海 200000;2.飞利浦亚洲研究院，上海 200000)

1 道路照明舒适度影响因素

社会经济的发展伴随着更多的夜间户外活动，道路夜间各种交通行为增多、持续时间更长，交通行为人包括各类机动车和非机动车驾驶员、行人对道路照明的要求不仅仅局限于夜间的可见度，越来越期望道路照明舒适度的提升可以让自己身心放松，缓解视觉疲劳和精神紧张。

夜间道路照明的质量可以从可见度和舒适度两方面考量，决定可见度的指标在《城市道路照明标准》CJJ45—2006中都有很明确的定量要求 (表1)［1］，其中平均亮度、纵向均匀度和环境比同时也是舒适度指标，除此之外，不舒适眩光和光源色温、显色性也是影响舒适度的重要因素。

照明的舒适度是一个主观概念，其评价方法是建立测试模型或在实际照明安装条件下，在静止或动态的观察条件下，请观察者评估不同影响因素下自己感知的眩光大小或照明舒适度优劣，一般采用De Boer评分系统 (表2)［2］，用1～9分来表示照明水平从差到优异和眩光从不可忍受到几乎注意不到的变化。

表1 机动车交通道路照明标准值Table 1 Road Lighting Standard for motor vehicle traffic

表2 道路照明舒适度评分系统Table 2 Road lighting comfort rating system

根据De Grijs和 De Boer的研究，主干道路面平均亮度应大于2cd/m2、次干道路面平均亮度应大于1.2 cd/m2，才能评为“好”的亮度水平 (图1);据Economopoulos 1978年的研究成果，车道纵向均匀度从0.77下降到0.5，舒适度评分下降一个等级 (图2)。

图1 亮度评分图Fig.1 Luminance rating figure

环境比是指车行道外边5米宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的5米宽车行道上平均水平照度之比。充分的环境照明，可以降低驾驶员视野内不同区域的亮度对比，可以缓解视觉疲劳，但如果过度环境照明则会造成能源浪费和光污染风险，标准建议环境比在0.5可以平衡舒适度和能源消耗，同时避免光污染。

图2 纵向均匀度评分图Fig.2 Longtitudinal uniformity rating figure

2 国内外道路照明视觉舒适度研究成果

目前，全球和我国的路灯保有量中，高压钠灯的占比都在62%左右，近年随着金属卤化物灯和LED等白光光源在道路照明领域的应用增多，对该领域白光和黄光应用的对比研究与不同色温白光应用的对比研究都在增加，研究方向涵盖可见度和舒适度两大部分，下文集中介绍视觉舒适度方面的研究成果。

2.1 法国里昂公共照明试验

法国里昂公共照明部联合飞利浦照明、EDF和ADEME分两期实地测试了不同光源照明下的表现，第一期针对INSA的学生，第二期是在里昂第六街区针对本地居民。测试的光源包括普通高压钠灯、荧光高压钠灯、汞灯、荧光灯、4200K金卤灯、3000K陶瓷金卤灯和2850K Cosmo，问卷调查结果发现［3］，最多的人偏好暖白光的3000K陶瓷金卤灯和2850K Cosmo，喜欢荧光灯和无汞钠灯的人最少，暖白光光源得到更多人认可的原因是因为其光色舒适度和显色性。

2.2 荷兰Apeldoorn LED街道照明试验

2010年，在荷兰Apeldoorn进行了一个专门针对LED街道照明的试验，一个街区内安装了8种不同类型的 LED街道照明灯具，色温有3200K、5600K和7500K三种。调查发现，最受被访者欢迎的三个街道都是由3200K色温LED照明，而感受舒适的主要原因是这些照明“营造温暖、友好、安全的氛围，视觉清晰”;两个被认为不舒适的街道都是由5600K色温LED照明的。

2.3 苏州吴越路照明试验

2009年，苏州吴越路安装了150W高压钠灯、140W Cosmo和120W 4000K LED路灯各6套，GOAL(照明应用全球组织)对此进行了调查研究，目的主要调查人们对不同色温的喜好和在三种光源照明道路上人们安全感、舒适感和显色性的评价。研究报告称［4］:在30个受访者中，63%的人最喜欢2850K暖白光的Cosmo，多数人觉得4000K的LED有点暗或太冷白;80%的人满意Cosmo的照明环境，多数人感觉这样的照明最舒适，最有安全感，认为Cosmo比4000K的LED更自然，而钠灯照明无法区分颜色。

3 LED道路照明舒适度实验研究与结果分析

3.1 实验研究介绍

眩光是影响照明舒适度的重要因素。眩光是由于视野中的亮度分布或者亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察目标或细部能力的视觉现象。失能眩光降低视觉对象的可见度，但不一定产生不舒适感觉，可以定量计算。不舒适眩光则更多是一种主观评价，可以采用表2方法来评估。

由于LED是一种表面亮度极高的点光源，近年大量用于道路照明，许多业主和业内专家都对LED路灯的眩光产生疑虑。根据笔者的工作经验，合理的配光设计可以避免LED路灯应用中的失能眩光超出表1的国标要求，但不舒适眩光的限制则很难规范。飞利浦亚洲研究院联合复旦大学对此课题做了一些工作［5］。该课题分为两部分，一是相同或近似配光不同色温LED的不舒适眩光差别研究，二是不同配光LED路灯的不舒适眩光差别研究。

不同色温LED的不舒适眩光研究方法分安装道路的实地调研和实验室模型两种，实地调研方法在前述荷兰和苏州的试验中已有结果，这里主要考虑实验室模型。实验模型如图3所示:①为眩光源 (模拟LED路灯)，②为均匀照明背景板(模拟路面)，③为视线落点，④为背景板投影仪，⑤为头部靠板，⑥为照度计。本实验测试了3000K和6000K两种色温，眩光源亮度分别为25 000 cd/m2，50 000 cd/m2和100 000 cd/m2三种，眩光源位置分别为视线中心和偏离视线10°两种，36名测试对象按照年龄分为两组:20～40岁的年轻组和50～60岁的年老组。测试对象对不同色温、不同亮度、不同位置的眩光源分别进行不舒适程度的评分，同时实验人员对测试对象的瞳孔直径变化进行测量。

图3 不舒适眩光评估实验模型Fig.3 Discomfort glare evaluation experiment model

3.2 实验结果分析

实验结果如图4、图5所示。研究报告发现，不论测试对象年龄和眩光源亮度和视角，3000K色温比6000K色温的LED产生的不舒适眩光更小，评分更高;对测试对象瞳孔直径变化程度的测量也表明，3000K比6000K LED眩光源导致的测试对象瞳孔直径收缩程度更小，这客观上也验证了测试对象的主观评价。

不同配光LED灯具在实际安装条件下的不舒适眩光研究部分，主要是考量驾驶员在行驶过程中视野里所有眩光源的叠加影响，研究发现不舒适眩光的产生与驾驶员的适应亮度有关。考虑到驾驶员的视线方向和视角大小，对适应亮度而言对不舒适眩光起主要作用的是灯具γ70°以上的光强分布 (图6)。如果灯具在γ80°以上缺失光强分布，则驾驶员视野中的眩光源数量少，周围视觉适应亮度低，感受到的不舒适眩光就大，反之则小。所以，LED路灯的配光设计应强调在大γ角上的光强柔和过渡，不应过分利用其光控性能做成锐利截光型配光，如此可以降低LED道路照明的不舒适眩光。

图4 测试对象主观评分Fig.4 Subjective grading of testers

图5 测试对象瞳孔直径收缩幅度Fig.5 Pupil diameter contraction amplitude of testers

图6 γ70°以上光强对不舒适眩光的影响Fig.6 Effect of light intensity above γ70°on discomfort glare

3.3 Xceed系统LED路灯介绍

新近开发的Xceed系列LED路灯，采用Lumileds 3000K Luxeon R暖白光大功率芯片，多芯片平面式排布成阵列，半截光路灯配光，能够营造安全的照明环境，舒适度更高，眩光更小;其85lm/W的系统光效，通过专业照明设计满足《城市道路照明设计标准》各项指标，兼具很好的节能性，能满足用户对道路照明安全和舒适的多重要求。

［1］CJJ45—2006，城市道路照明设计标准.中华人民共和国建设部，2006.

［2］W.J.M.van Bommel，J.B.de Boer.Road Lighting(Philips Technical Library).Macmillan P，1980.

［3］里昂公共照明部.公共照明不同类型放电灯评估报告.

［4］ Wendy Qiang.GOAL Report on White Light Research.

［5］Zhu Xiaoyan. Perception study on discomfortglare evaluation in LED road lighting.