LED路灯室外照明特性与室内模拟关系研究

李景照, 阚子雄, 陈振强, 朱思祁， 任 豪, 王巧彬

(1. 顺德职业技术学院 电子与信息工程学院, 广东 佛山 528300;2. 暨南大学 光电工程研究所, 广东 广州 510632; 3. 广州市光机电技术研究院, 广东 广州 510632)



LED路灯室外照明特性与室内模拟关系研究

李景照1,2*, 阚子雄2, 陈振强2, 朱思祁2， 任 豪3, 王巧彬3

(1. 顺德职业技术学院 电子与信息工程学院, 广东 佛山 528300;2. 暨南大学 光电工程研究所, 广东 广州 510632; 3. 广州市光机电技术研究院, 广东 广州 510632)

为了检验软件模拟道路照明特性的可行性，从几种不同配光曲线的LED路灯的仿真结果出发，按照规范的方法实测了它们的路面照度。比较发现，同一路面上各点的照度与仿真值之间有着相同的比值。进一步计算发现，两者的照度均匀度相等。这表明仿真软件能比较准确地反映路灯的路面照明效果。另外，还研究了路灯的光衰性能，发现散热性能好的灯具光衰更慢，寿命更长。

LED路灯； 道路照明； 照度均匀度； 光衰性能

1 引 言

路灯的照明光效和照明均匀性始终是道路照明领域的研究重点[1-2]。在经历了白炽灯、荧光灯、水银灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、冷阴极荧光灯等发展过程之后[3]，LED灯具因其高效节能、抗震耐用、启动性能好、无频闪、色温范围宽等优点而逐步受到道路建设部门的重视[4]。但是，LED灯具应用于城市道路照明方面存在着发光效率低于高压钠灯、散热性能差、亮度不均匀、行业标准体系不完善等问题[5-9]。封装工艺、芯片质量、电源驱动设计、散热设计及二次光学设计等因素[10-11]导致了LED路灯性能不统一，产品存在差异，进而影响了灯具配光曲线的统一性，加大了道路照明设计的困难[12-13]。

为了解决上述难题，我们之前已经进行了相关的理论研究[14]，利用Dialux[15]软件模拟了几种实际的LED灯具在道路上的照明情况。对比发现，灯具的配光曲线决定着道路照明的均匀性。为了验证仿真结果是否符合实际的道路照明情况，本文给出了可行的测量方案，并对几种LED路灯进行了现场测量。通过仿真结果与现场照度数据的比较，分析了模拟结果与实际数据的差异及其原因，证明了软件仿真的准确性和可行性。另外，还研究了路灯的光衰性能及其影响因素，为路灯的选取提供依据。

2 路面照明的Dialux仿真

不同厂家的LED灯具因不同的光学设计而具有不同的配光曲线，在道路上的照明效果也就不一样。2012年，我们用Dialux软件成功模拟了4个不同厂家LED灯的道路照明效果[14]，得到图1所示的道路照明效果图和图2的路面照度分布数据。

3 照度的现场测量

上述模拟结果对应的是广州市开发区连云路LED示范道路，全程2.5 km，宽14 m，双向4车道，是一条城市次干路。按照城市道路照明设计标准[16]分路段安装了4种厂家的LED路灯，道路单侧布灯，灯杆间距30 m，高度10 m，臂长1.5 m(伸出路面部分约0.9 m)，安装仰角约10°，且每个厂家的路灯各选择5盏，沿着道路连续安装。道路两侧没有树木遮挡，以保证照明效果不受客观因素影响。为了检验仿真的准确性，需先获得道路的现场照明数据。测量现场照明数据的基本流程是制定测量方案、封路、布点、测试、记录整理。

测量采用车道中心线布点法，如图3所示。在相隔30 m的两路灯间，测试点均匀分布在4条车道的中心线上，每条中心线有10个测试点，测量前临时封闭测试路段，根据照明测量方法[17]中有关现场布点的规定对路面进行喷漆描点。

用数字照度计逐一测量并记录各测试点的照度，整理数据得到4张表(表1～4)，分别对应4个厂家的LED路灯。将每张表的照度数据作平均，求得路面平均照度值，再用表中最小的照度值除以平均照度值，便可得到照度均匀度[18]。这是表征路面照明效果的物理量[19]。

为了了解照度随使用时间的衰减情况，多次测量同一测试点在不同时间的照度值，最终得到4种路灯随时间的光衰数据，如表5所示。

表1 A厂LED灯的路面照度测量值

表2 B厂LED灯的路面照度测量值

表3 C厂LED灯的路面照度测量值

表4 D厂LED灯的路面照度测量值

表5 各厂家LED的光衰数据

4 结果分析

把上面4种LED路灯的仿真数据(图2)和实测数据(表1～4)中的平均照度与照度均匀度列成表6，可见，实测的平均照度均大于模拟值，而两者的照度均匀度则很接近。计算实测值与模拟值的比值，会发现各厂家的实测平均照度均为模拟的1.25倍左右。这是因为在仿真软件中有一个光损耗系数用于表示灰尘、温度、湿度等因素引起的光强衰减，本仿真取0.8，即仿真照度值=实际照度×0.8，所以实际照度/仿真照度=1.25。然而实际上，道路环境引起的光损耗会随时间、天气、粉尘等因素而变化，很难保证仿真中的光损耗系数与实际一致。但相同路段同一时间的不同测试点的光损耗是相等的，因此路面上各点的照度值与模拟值之间存在相同的比例系数。

表6中另外一个参数——照度均匀度，其实测值与模拟值很接近，比值约为1。这是因为照度均匀度是路面上最小的照度值除以平均照度值，两个照度相除抵消了相同的光损耗系数，因此实测的照度均匀度与模拟的基本一致。以上分析说明通过照明设计软件Dialux能够模拟灯具道路的现场照明效果，证实了软件模拟现场照明的可行性，为路灯的设计和安装提供了便捷的方法。

表6 测量值与模拟结果的对比

对表5的光衰数据做进一步处理，以第1次照度值为基准，把每次照度值写成百分比，最后画出图4所示的各厂家LED随时间的光衰曲线。可见，不同的LED灯具有着不一样的光衰曲线，衰减速度有快有慢。理论上，光衰速度与散热设计有关，散热性能越好，光衰速度越慢，寿命越长。图中B厂和D厂的LED灯的光衰速度最慢，这是因为它们均为由多颗LED组成的大功率路灯，多颗LED比单颗集成具有更大的散热面积，散热性能更好，灯光的衰减自然就更慢。

5 结 论

本文从不同厂家路灯的Dialux仿真出发，根据规范的道路照明测量方法，实测了它们的现场照度数据。通过比较发现，由于同一路段上不同点的光损耗系数相等，仿真结果与实测照度之间存在着相同的比值，因此用照度最小值除以平均值得到的照度均匀度在仿真时的结果等于路面实测值。这证明了Dialux模拟的准确性，说明了软件仿真优化路灯设计方案的可行性。另外，研究了几种LED灯的光衰性能，发现光衰速度与散热设计有关，散热面积大的多颗LED比集成单芯型LED具有更好的散热性能，光衰更慢，寿命更长。

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李景照(1983-)，男，广东佛山人，硕士，讲师，2009年于暨南大学获得硕士学位，主要从事LED设计和固体激光器的研究。

E-mail: ljzhemail@163.com

Relationship Between Indoor Simulation and Outdoor Illumination Properties of LED Road Luminaries

LI Jing-zhao1,2*, KAN Zi-xiong2, CHEN Zhen-qiang2, ZHU Si-qi2, REN Hao3, WANG Qiao-bin3

(1.CollegeofElectronicsandInformationEngineering,ShundePolytechnic,Foshan528300,China;2.InstituteofOptoelectronicEngineering,JinanUniversity,Guangzhou510632,China;3.GuangzhouResearchInstituteofO-M-ETechnology,Guangzhou510632,China)

In order to verify the feasibility of the software simulation on road lighting characteristics, the road illuminations of several kinds of LED street lamps with different light distribution curve were measured, according to their simulation results and standard methods. By comparison, it is found that the ratios of actual illumination to simulation value are equal for different test points on the same road. Further calculations indicate that the both illuminance uniformity are the same. These results show that simulation software can accurately reflect the road lighting conditions. Besides, the luminous decay performance of the road lamps was also studied. The results show that the lamps with better heat dissipation performance decay more slowly and work longer.

LED street lamps; road illumination; illuminance uniformity; luminous decay performance

1000-7032(2016)11-1422-06

2016-05-05；

2016-07-20

广东省新型特色研究院建设项目(2014B090903014)； 佛山市科技创新专项资金(2013AG100063)资助项目

TN312.8

A

10.3788/fgxb20163711.1422

*CorrespondingAuthor,E-mail:ljzhemail@163.com