沪宁高速公路多种光源照明应用及检测分析

程大千 李辉 杨晓阳 王宏伟 施刚

摘 要：文章通过对沪宁高速公路照明试验段中采用的LED灯、高压钠灯和COSMO灯等光源进行定期检测，并对其数据进行分析得出：LED光源的照明参数及其变化情况基本满足照明设计标准，节能性能优于高压钠灯和COSMO灯；此外，针对高速公路照明检测的实际情况与存在问题，文章提出了高速公路照明参数实时检测系统，并进行了相关测试与分析，其满足高速公路现场测试的相关要求。

关键词：高速公路；光源；LED；数据分析；动态测试

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0082-03

1 概 述

为了降低夜间交通事故率，提升对应急事件的响应与处理能力，确保高速公路安全、有序、畅通，沪宁高速公路已完成了照明试验段的建设，对所应用的各种光源的照明效果进行定期监测，可为沪宁高速公路全线应用绿色照明光源提供科学的参考依据，进一步提升运营服务水平，推进其绿色发展具有重要的现实意义和显著的社会效益。

由于照明试验段为已通车路段，在前三次照明检测中采用封道抽样静态测试，但在实际测试过程中，受到外界干扰较为严重，且检测效率低、人员安全不能保障等情况，对测试结果造成一定的影响[1]；鉴于以上原因，参考国内外动态照明测试成果[2-4]，研发出了一套针对高速公路照明参数动态测试的系统，并进行了相关测试，效果良好。

2 现场检测概况

2.1 参考标准及依据

本文参考标准及依据包括《照明测量方法》（GB/T 5700-2008）[5]、《ROAD LIGHTING CALCULATIONS》（CIE 140-2000）[6]和沪宁高速照明试验段的照明设计标准[7]，见表1。

2.2 检测范围

本文主要针对照明试验段的主线三种光源（LED灯、高压钠灯和COSMO灯）的全功率现场照明效果（照度、亮度）进行定期测试。本文针对2013年7月、9月和2014年3月、9月进行了4次现场测试结果进行研究。其中前三次采用静态人工测试，第4次为动态照明测试。

3 检测结果与分析

3.1 检测结果

本文只针对主线三种光源非开口带的检测数据进行处理；针对第四次检测数据将受跨线桥梁、可变情报板、大货车阴影等情况影响和主线开口处的路段除去后，可得到该次检测结果。该4次检测结果汇总，见表2。

3.2 检测数据分析

3.2.1 照明设计标准与现场检测结果比较

由表1与表2对比可知，苏州段主线中分开口带的照度均差、亮度总均匀度和亮度纵向均匀度最小值，以及2014.9的非开口处的亮度总均匀度和亮度纵向均匀度最小值低于照明设计标准之外，其余路段的照明参数均满足该设计标准。

造成上述原因较复杂，主要体现在以下几个方面：

①主线中分开口带采用3盏LED灯对称布置，由于两灯杆间距较宽（平均为54 m）、灯具仰角选用10 °或5 °、灯具自身配光曲线差异等原因，导致该处的照度或亮度均匀度较差；

②选择检测范围的不同，前三次检测为抽样检测与第四次路段全覆盖的检测相比，其检测结果会存在一定的范围波动；

③动态检测提高了数据采样频率，其获得的峰值比原人工检测更能反映真实情况；

④该试验段已正常运行近2年，灯具本身系统损耗，会造成其照明效果具有一定的衰变；

⑤第3～5车道受到周围车辆的影响，导致该车道的照度或亮度均匀度较差；

⑥不同电光源特性的影响，尤其是高压钠灯的频闪效应[8]或声谐振特征[9]，导致实际测试结果存在明显地波动，如图1和图2所示。

3.2.2 四次现场检测结果比较

前三次现场检测结果的照明参数变化率基本在±3%之内进行波动，基本符合照明设计标准要求[1]，而第四次现场检测结果中的照度均匀度（均差）、亮度总均匀度和亮度纵向均匀度最小值等参数出现明显的降低，其变化率达到了10%～30%，造成此情况除了2.2.1节中的原因之外，还受到灯杆阴影、实际检测车辆与测试路段实际里程偏差、灯具配光情况等因素的影响。

3.2.3 不同光源的照明效果和节能性能分析

不同光源节能性能比较一览表见表3，可知，三种光源的平均照度和平均亮度均基本满足照明设计标准，其排序为高压钠灯>LED灯>COSMO灯；而照度均匀度和亮度均匀度则出现一定的波动，其稳定性排序为COSMO灯>LED灯>高压钠灯。通过对比三种光源的等照度或等亮度曲线可知，不同光源的照度和亮度分布均不相同，按分布光滑性和均匀性排序为无锡段LED灯>COSMO灯>苏州段LED灯>高压钠灯，其中无锡段LED灯的照度和亮度分布较好，而苏州段LED灯的照度分布较差，造成这种情况的原因可能是由于光源供电特性引起的[10]。

考虑到试验路段采用光源类型、灯具功率和路面照度不同，采用单位功率密度的路面照度值作为反映不同光源节能性能的指标，其单位为lx/W/m2[11]。根据此指标计算2014.9检测结果中非开口带LED灯、高压钠灯和COSMO灯的节能性能，见表3。

LED灯的照度-功率密度指标分别为67.09 lx/W/m2和 50.45 lx/W/m2，节能性能比高压钠灯提高了37.71%和3.55%，比COSMO灯提高了62.72%和22.36%。

综上所述，目前LED光源在满足照明设计标准的同时，其出色的节能特性，使其在道路照明应用中具有明显优势。

4 高速公路照明参数实时检测系统简介

针对抽样人工照明检测存在的诸多问题，如需要封闭车道、效率低、易受外界干扰等，本文通过研究分析国内外动态照明测试现状[2-4]，提出了一种适合高速公路的照明参数实时检测系统，如图3所示。

本系统已通过南京市计量监督检测院的校准鉴定，其中照度和亮度测量结果相对不确定度分别为1.4%和2.4%。

在实际测试过程中，针对高速公路适用性进行了试验研究，其在60 km/h、80 km/h和100 km/h等三种车速下的照度/亮度测量值基本一致，其中照度值偏差在±5%，亮度值偏差在±3%，属于探测器示值误差范围内。

由于受外界干扰的影响，本系统需对实际采集数据进行后期处理的研究，一方面尽量减少外界干扰对照明结果的影响，另一方面将干扰路段的照明检测结果进行还原呈现。

5 结论与建议

本文通过对沪宁高速照明试验段进行为期近2年的跟踪监测，将实际检测数据进行整理分析可知：

LED光源在基本满足照明设计标准的同时，与高压钠灯和COSMO灯相比，其具有更好的节能性能；

本文提出并研制出一种照明参数实时检测系统，其最高时速可达100 km/h，满足高速公路现场测试的要求；

建议针对高速公路照明应用和检测过程中出现的灯具配光、光源频闪及声谐振特性、以及动态照明数据的后处理等问题进行后续深入研究。

参考文献：

[1] 李辉，程大千.沪宁高速公路LED光源现场照明效果测试分析[J].中国 交通信息化，2014，（8） .

[2] DB 3502/Z 005-2010，道路照明现场动态测量方法[S].

[3] 秦大为.一种车载式道路照明检测系统：中国，CN203132691U[P].2013.

-08-14.

[4] 黄珂.道路照明测量方法研究[D].重庆：重庆大学，2006.

[5] GB/T 5700-2008，照明测量方法[S].

[6] CIE 140-2000， ROAD LIGHTING CALCULATIONS[S].

[7] 臧正保.沪宁高速公路照明光源分析[J].中国照明电器， 2014，（1） .

[8] 林梅芬.电光源的频闪问题[J].中国高新技术企业， 2008，（19）.

[9] 雷芳.程为彬，宋久旭.高压钠灯的声谐振特征及混沌抑制[J].电源学

报，2014，（3）.

[10] 杨光.基于不同驱动条件下白光LED照明频闪问题的研究[J].照明工 程学报，2011，（6） .

[11] 王继芳.LED灯在道路照明中的实际效果测试分析[J].中国路灯，

2012，（2）.