车灯情况下反光材料辅助隧道灯具节能照明试验研究

张鹂

摘 要：本文通过在静态车灯和动态车灯照射情况下，模拟不同车灯类型的照射试验效果，并对实测结果进行对比分析，得出对不同车灯情况下反光材料辅助隧道灯具的照明质量的效果评价。由此得出，反光材料辅助隧道灯具照明更加节能，本研究成果可為隧道及道路照明设计标准提供参考。

关键词：不同车灯；反光材料；隧道节能照明

中图分类号：U453.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0035-02

1 引言

现有的隧道照明设计方法中通常只考虑了隧道灯具的照明作用，忽略了车灯光源或车灯与隧道灯组合光源对照明指标的影响[1]。本文通过静态测量法和动态测量法对车灯组合隧道灯具、反光材料的照明质量进行评价。静态测量通过研究车辆静止状态下路面均匀度、墙面均匀度等指标的变化，分析车灯光源对不同照明指标的增效，为反光面和光学诱导标志的布设方式提供建议[2]。动态测量通过研究行驶状态下照明指标的变化规律，得到了不同类型车辆、不同隧道灯具光源、不同墙面、不同相对距离和不同位置上的照度变化规律，结合障碍物的颜色与视距的关系，对行驶状态下的车灯照明质量进行了评价。

本试验研究中提出的两种车灯测量方法侧重于工程应用方面，适合用于直接评价车灯影响下的隧道照明质量，具有很强的实用性和创新性，研究成果可为制订更合理的隧道照明设计规范提供参考[3]。

2 试验方法

在车灯照射情况下进行照明质量的测量时，从试验的可行性出发，通过在对典型车辆车灯尺寸进行调研的基础上制定一套自制车灯模型，并在支座上预留导轨，可任意调整车灯位置以模拟不同类型真实车辆的照射效果。通过改变试验车灯类型，可分别模拟远光灯或近光灯的照射效果。

2.1 静态车灯照明测量

在车灯的照射效果下隧道照明质量发生了变化，由于车灯发出的光通量大量落在车辆前方的路面上，路面或墙面的亮度将有所提高。与此同时，车灯发出的光通量和隧道灯具发出的光通量在路面和墙面上进行叠加后，将改变路面和墙面原有的亮度分布规律，即均匀度随之改变。

评价车灯光源对照明指标增效大小，需将车灯光源下的测量结果与无车灯、仅有隧道灯具光源下的测量结果相对比，即在隧道光源、灯具布设方法、墙面材料类型等参数完全固定的情况下研究添加车灯光源后照明指标的变化情况。在进行静止状态下的车灯试验时，将车灯模型置于右行车道中心线上，根据车灯在道路前方的照射范围确定模型与测量区域中心线之间的相对距离，打开车灯并将直流电源调整至规定大小后进行测量，测点的布置情况与无车灯情况下的测点布置是相同的。

2.2 动态车灯照明测量

在进行运动状态下的车灯试验时，采用TES-1336A数位式照度计自带的light metre软件进行测量。由于实验室的环境限制，车灯模型的行驶速度不可能达到真实隧道中车辆的行驶速度，因此可使用等效替代法测量真实车速下的车灯照明质量，其测量原理如下：light metre软件中可自动记录下任意时刻的照度值，其采样频率最低可设为1s。若车灯从距离测点30m处以1m/s的速度开始移动，则将得到30个有效测值；若车灯从距离测点30m处以3m/s的速度开始移动，则将得到10个有效测值，而这10个测量值在数值上应等于1m/s时记录下的第1个、第4个、第7个……第30个测值。以此类推，车速越低，测值数量越多，所得到的照度变化曲线精度越高；车速越高，测值数量越少，得到的照度变化曲线精度越低。因此，在light metre软件采样频率存在限制的情况下，只要将车灯模型的行驶速度尽量降低，就能得到等同于真实隧道中较高车速行驶下车灯与隧道照明光源共同作用下的照度变化曲线图。动态车灯的测点共4个，分别在道路中心线上、车道中心线上、路肩处、0.5米墙高处。试验使用车灯模型得到了大量测量数据，与真实车辆行驶时的测量数据进行对比，发现其规律性是相同的，从而验证了车灯模型数据的有效性。

3 试验结果分析

3.1 静态车灯对路面照明指标的影响

通过表1分析结果表明，间距采用3-7米时，虽然车灯照射下会降低路面整体均匀度，但不会明显改变路面纵向均匀度的大小。根据车灯在路面上的照射范围可以看出，车灯发出的光通量在路中线上附近较为集中，因此这部分区域车灯照明的增效较大，路面纵向均匀度亦无明显变化；但车灯对左右两端靠近路肩的区域照射作用较弱，路面照度增效在测量区域上各处分布的不均匀性导致了路面整体均匀度的下降。分析路面纵向均匀度在数值上的大小，所有数据能满足规范的要求。这也从另一个角度说明了灯具安装角度选择为30°是合理的。

3.2 静态车灯对墙面照明指标的影响

通过表2分析结果表明，除高压钠灯光源下部分数据存在一定误差之外，其余数据规律性均较好。在没有车灯的情况下，墙面上越靠近灯具的区域通常亮度越大，若亮度过大、与其他区域亮度相差太明显则会在墙面形成光斑效应影响视觉的舒适性；墙面上越低的地方，亮度越低，测量发现墙面照度最小值通常在墙趾附近。而车灯在墙面上照射范围通常在1.5米墙高以下，正好是原来墙面照度最小的地方。因此，车灯光源将提高墙面均匀性，增强了司机对墙趾、检修道区域隧道尺寸轮廓的辨别能力，有助于缓解墙效应给心理上带来的压抑感。

3.3 动态车灯对照明指标的影响规律研究

对真实行驶状态下的车灯照明质量进行测量，将车辆静止于距30米处，调试好仪器和测试软件后，示意司机启动车辆，并同时开始记录数据。车辆行驶时应换至1档，较低的行驶速度下测点数较多、得到的曲线图较为精确。依次采集路中线测点、车道中心线测点、路缘处测点和0.5米墙高处测点的照度，并改变车辆类型、光源类型和墙面材料类型。由于试验中灯具间距不是关键性变量，因此将灯具间距统一固定为3米。

对所有动态车灯试验结果综合对比分析，可以得出以下几个结论[4]：

（1）不同光源的路面初始照度不同，不同車灯发出的光通量经叠加作用后，测得的照度值变化规律随之不同。在低照度的情况下车灯照度变化趋势较为剧烈，在高照度的情况下车灯照度变化趋势较为平缓。

（2）不同车辆车灯照射效果在空间分布上各有差异。对小轿车而言，车灯对路缘测点和墙面测点的照射效果不佳，对路中线的照射范围为5米-15米，对车道中心线的照射范围为5米-20米。对大货车和大客车而言，车灯照射范围通常在10米以内，但对墙面和路缘照射效果很好。

（3）墙面涂刷反光材料后，能少量提高车灯照射下的各测点照度。排除试验误差和部分离散数据的影响后对结果进行分析，可以认为在路缘和车道中心线上墙面采用自发光涂料时的测值普遍要比水泥砂浆墙面时的测值大2%左右，在墙面和路中线上墙面采用自发光涂料时的测值普遍要比水泥砂浆墙面时的测值大1%左右。差值的大小说明了车灯光线照射到墙面上、经反射作用后重新照射到测点上的反射亮度的大小，可以认为这部分反射亮度对隧道照明质量的影响很小。因此，反光材料对车灯情况下照明指标的影响主要在于其良好的光学诱导性和能见度，而反射亮度对照明质量的贡献并不大。

（4）根据物体颜色与能见度的关系，隧道中开灯行驶的司机能发现某种颜色物体的距离较大，但能确定某种颜色物体的类型和移动方向的距离很小，最难辨认的黑色移动物体的能见度距离为9.6米，与车灯的照射范围大致相当。车辆在高速行驶时，在该距离下司机发现移动物体并及时作出有效反应的可能性很小，因此应结合墙面反光材料考虑布设部分光学诱导装置如反光道钉等，以增加司机对隧道轮廓和前方障碍物的辨别能力和能见度。

4 结论与建议

本章通过车灯模型辅助真实车辆的试验方法，涂刷不同的反光材料，结合不同的光源类型和灯具布设方案，提出合理实用的静态和动态车灯测量方法，在大量实测数据的基础上进行对比分析，对车灯情况下反光材料辅助隧道灯具的照明质量进行了深入研究，结果表明：车灯辅助灯具照明利用照度叠加理论分析，车灯将不同程度的提高路面和墙面上各点的照度，但普遍会降低均匀度指标。车灯在灯具间距较大、原始照度水平较低的情况下增效较大，墙面涂刷反光材料后照明指标会进一步增加。此外，根据实际车灯在照明效果上的缺陷和车灯反射亮度的大小，认为在设计亮度较低的情况下可采用反光材料结合光学诱导构造物的方式增加路面的能见度。

参考文献

[1]陈仲林，孙春红.公路隧道照明设计研究[J].灯与照明，2007，31（3）：32-35.

[2]殷颖，陈仲林，崔璐璐.隧道入口段亮度计算方法比较研究[J].灯与照明，2008， 32（2）：20-24.

[3]周正兴，魏雅萍. 特长隧道节能措施分析[C]// 江苏宁淮高速公路老山隧道环保型建设技术暨大跨径隧道建设技术学术研讨会.2006.

[4]梁波，潘国兵，皮宇航，等.反光材料辅助隧道节能照明的视觉功效试验研究[C]//中国土木工程学会年会，2012.