半定向立交桥道路高杆照明失能眩光评价指标限值研究

宋佳音，郭鹏飞，王立雄

(天津大学建筑学院，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津　300072)



半定向立交桥道路高杆照明失能眩光评价指标限值研究

宋佳音，郭鹏飞，王立雄

(天津大学建筑学院，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津300072)

城市立交桥多采用高杆照明方式解决夜间通行问题，其多层次的立体空间结构可以实现车辆的连续多方向行驶，对缓解交通压力起到了重要作用。但目前仍缺乏针对立交桥照明失能眩光评价指标相关研究，本文旨在提出适合于国内立交桥道路失能眩光的评价指标及其限值，这将对立交桥道路夜间行车安全具有重要意义。针对实测和模拟中TI、GR值普遍高于标准值的情况，本文采用语义差别法对实测的34个立交桥高杆照明场景进行主观评价研究。研究结果表明，TI与GR均与主观评价失能眩光感受具有高度相关性，说明阈值增量和眩光值都可以作为立交桥道路高杆照明方式失能眩光评价指标。主线和跨线部位适宜采用阈值增量TI作为其失能眩光评价指标，而匝道部位则更适合采用眩光值GR作为其失能眩光评价指标。

半定向立交桥；高杆照明；失能眩光；阈值增量TI；眩光值GR

引言

城市立交桥是城市快速路的重要交通枢纽，具有形式丰富、通行高效、起伏频繁的特点，其照明安全性非常重要。国际照明委员会(CIE)相关出版物和我国《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2006)以及在2016年6月1日开始生效的《城市道路照明设计标准》(CJJ45—2015)[1,5,6，11]中，对一般道路照明的各项指标都做出了具体规定，但鲜见针对城市立交桥道路照明的要求。本研究试图弥补这一问题。

本研究在前期采用高动态范围图像技术提取道路照明参数信息工作的基础上，提出采用计算机模拟的方法进行补充研究[2-4]。研究中首先建立符合立交桥设计原型的模拟模型，之后利用计算机的易控性、可变性等优点，真实模拟各种立交桥照明的状况，深入地分析立交桥照明的亮度及照度均匀性、眩光值等。最后在实验室中再现所测试的立交桥道路照明场景，采用视觉主观评价方法，得出适用于国内立交桥道路照明的眩光评价指标限值。

1　典型立交桥高杆照明计算机模拟及眩光值计算

立交桥眩光感受的程度会随着立交桥和高杆灯的不同而发生变化，立交桥种类、灯杆位置、灯杆高度、光源选择、灯具角度都会影响眩光对驾驶员所造成的影响。所以模型的建立对于今后研究和设计都具有典型意义，可以更灵活地对每个立交桥进行研究。

1.1模型构建

作为基金项目研究的一部分，本研究对象为半定向立交桥，所建模型为完全对称布局四层结构半定向立交桥，主要参数设置如下。

1)高杆灯设置。首先确定主线与跨线桥的中心点，以此交点连接右转匝道中心点为直径做圆，圆心处设置高杆灯1、3。为照顾到最上层左转匝道照明需求，高杆灯2、4的位置适当远离立交桥中心点。在立交桥主线和跨线桥单侧分别放置一盏高杆灯，用以弥补立交桥外围道路的照明需求。1～4号高杆灯高度为40m，5～8号为30m，9～12号为25m，见图2。

2)灯具数量及模拟结果。本模拟中40m高杆灯采用1000W高压钠灯光源，25m和30m高杆灯采用400W高压钠灯光源，灯具仰角设置为60°。根据计算：需要1000W投光灯个数为61盏；400W投光灯个数为94盏。经模拟计算得到立交桥各部分照度值，见表1。

图1　高杆灯位置示意图Fig.1　Position of high mask

表1　典型立交桥各部分照度值

表中主线的照度均匀度和亮度均匀度均远小于标准值，这是因为跨线桥和匝道对主线的遮挡，造成遮挡部位的照度约为5lx，亮度约为0.3cd/m2，远小于主线未被遮挡部位。主线未被遮挡部位的照度均匀度和亮度均匀度均较好。

3)观察者设置。观察者的位置需要遵循最不利原则，即观察者需要设置在立交桥可能产生最大眩光的位置。根据前期研究结果分别在本模型中设置5个最容易产生眩光测试点，如图2所示。本文所研究的典型立交桥采用旋转对称的高杆照明布置方式，前后左右的光源都直接或间接对驾驶员造成影响，结合人眼的基本视野和直接视野考虑，本文主要研究前方180°范围内的灯光影响。

图2　观察者位置及视看方向Fig.2　Location and direction of

1.2眩光值GR及TI计算

根据立交桥匝道交通特点发现：在机动车行驶过程中，驾驶员视线方向变动极大，甚至会超过360°。根据这一特点，课题组将评价场地眩光的参数GR值引入到本研究中，以此得到5个观察者位于立交桥的各个部位时的眩光GR值[10]。

通过计算机模拟及人工计算分别得到5个观察者GR及TI的眩光参数[7]，如表2所示。

表2　阈值增量TI与眩光值GR

从结果中可以看出：在满足立交桥道路照明设计标准的前提下，无论是眩光值GR还是阈值增量TI均高于普通道路眩光限制标准值。眩光值GR高于标准4.0%～26.7%，阈值增量TI高于标准77.0%～536.0%。针对眩光值普遍高于标准值的情况，课题组采用主观评价的方法获得立交桥高杆照明失能眩光评价指标的建议值。

2　立交桥高杆照明主观评价实验

本文主观评价采用语义差别法(SD法)，统计被试对象对立交桥高杆照明路面亮度及灯具失能眩光的主观感受，通过研究统计数据，得到立交桥高杆照明失能眩光评价指标建议值。

2.1实验对象

实验评价对象即为在立交桥高杆照明环境现场提取的数字图像。反复比对现场环境与提取的数字图像，确定最接近实际的曝光时间为1/8s～1/2s，所以选择曝光时间为1/4s的数字图像作为测试对象。由于测试对象数量众多，将.CR2格式的数字图像另存为.jpeg格式，以提高实验效率。

2.2实验问卷及语义差别量表

实验中针对高杆照明方式对人是否会造成影响设置三个问题：

A．该场景整体照明环境舒适度感受怎样？

语义差别量表如表3所示。

表3　问题1语义差别量表

B．光源亮度与道路亮度是否存在极端亮度对比，而影响观察前方道路状况？

语义差别量表如表4所示。

表4　问题2语义差别量表

C．场景中高杆光源的眩光程度如何？

语义差别量表如表5所示。

本实验问卷采用两级尺度，即以一对反义词作为评价尺度的两端进行评价，可将尺度划分为3段、5段、7段、9段等。尺度的段数是以实验的精确程度而定。一般采用5段或7段尺度，本文采用7段尺度评价法。例如问题1中，“-3”表明整体照明环境很差，已经到达人们所能接受的极限程度，使人眼感觉非常不舒适；“3”则代表光源亮度适宜，使人感觉与道路环境协调舒适。

表5　问题3语义差别量表

问题1主要是评价整体高杆照明环境给驾驶员的心理感受。

问题2是由失能眩光的定义出发，判定立交桥区失能眩光主观感受与失能眩光评价指标(TI、GR)实地测量值的相关程度。

问题3目的是限定被试者可以接受的眩光程度，利用与之相对应的失能眩光评价指标测量值得出立交桥不同部位失能眩光评价指标限值，为立交桥高杆照明提供设计依据。

本实验共发放问卷20份，回收20份，经过对调查问卷的整理和分析确定，20份问卷均为有效问卷。

主观评价根据实地调研，共有34个评价场景，按照调研时间排序并编号，经过Excel文档随机乱序，重新编排场景放映次序，减少连续类似场景对主观评价造成的影响。经过统计得到34个场景失能眩光计算值与主观评价结果统计表，见表6。

3　结论

本文采用DIALux照明设计软件主要针对半定向式立交桥进行了计算机模拟，结合本课题上一阶段成果对苜蓿叶式立交桥的模拟，基本完成了三种典型形式立交桥的参数模型构建。模拟结果表明，在满足立交桥道路照明标准的前提下，TI值和GR值均大于普通道路标准值。

表6　场景失能眩光计算值与主观评价结果统计表(场景数34个，样本量20个)

注：表6中，评价值的平均值中，加深的数据为大于或等于0的数据，即主观感受良好的数据。

针对实测和模拟中TI、GR值普遍高于标准值的情况，本文采用语义差别法对实测的34个立交桥高杆照明场景进行主观评价研究。研究结果表明，在立交桥主、跨线部位，TI与主观评价失能眩光感受具有高度相关性，相关性为0.872；GR与主观评价失能眩光感受具有中度相关性，相关度为0.765。在立交桥匝道部位，TI和GR均与主观评价失能眩光具有高度相关性，相关度分别为0.853和0.876。说明阈值增量和GR值都可以作为立交桥道路高杆照明方式失能眩光评价指标，主线和跨线部位更适宜采用阈值增量TI作为其失能眩光评价指标，其限值为46%，比普通道路眩光指标高36%(《城市道

路照明设计标准》(CJJ 45—2006)中规定，主干路的眩光限值阈值增量TI(%)最大初始值为10%)。而匝道部位则适合采用眩光值GR作为其失能眩光评价指标，限值为51，比正常交通的最大眩光值指标GRmax高6(CIE112—1994技术文件中，规定“正常交通”的最大眩光等级为45；“缓慢行驶的交通”的最大眩光等级为50)。

[1] 城市道路照明设计标准:CJJ 45—2006[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2] 陈仲林,翁季，胡英奎，等.道路照明测量方法研究[J].灯与照明，2005，30(2)：7-12.

[3] 刘锡成.用数码相机测量道路照明失能眩光参数方法研究[J].灯与照明，2007，31(1)：20-24.

[4] 牛盛楠.城市立交桥高杆灯照明干扰光研究[D].天津：天津大学，2007.

[5] Recommendations for the Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic：CIE 115—1995. Vienna:CIE,1995.

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[8] 程玉红.基于数字模拟的城市立交桥高杆照明失能眩光研究[D].天津：天津大学，2013.

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[11] 城市道路照明设计标准：CJJ 45—2015[S].

Research on Disability Glare Evaluation Index Limit of Semi-directional Overpasses with High Mast Lighting

SONG Jiayin， GUO Pengfei， WANG Lixiong

(SchoolofArchitecture,TianjinUniversity,TianjinKeyLaboratoryofArchitecturalPhysicsEnvironmentandBionomicTechnique,Tianjin300072，China)

Urban overpass often use high mast lamp to deal with night traffic problems. Its multi-level structures allow multi-direction traffic, so it is important to ease urban traffic pressure. But domestic and foreign still lacks of research on disability glare of overpass lighting. This article put forward the evaluation index of disability glare of overpass lighting on domestic, which is significant for safe driving at night of overpass road. According to the situation that TI and GR values are generally higher than the ordinary road standard value, this paper adopts the semantic differential method based on 34 measured overpass high mast lighting scene for subjective evaluation research. The research results shown that TI and GR were highly correlated with subjective evaluation of disability glare feeling, it is said that the increment threshold and glare rating can be used as the overpass road disability glare evaluation index. TI is more suitable to evaluate main road and overline, while GR is more suitable for the ramp of overpass.

semi-directional overpass; high mast lighting; disability glare; threshold Increment; glare rating

国家自然科学基金资助项目(基于高动态图像技术的城市立交桥照明安全研究，项目编号：51178299)

王立雄，E-mail:wlixiong0011@sina.com

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2016.02.020