高校校园交通监控补光照明的眩光调查——以重庆大学为例

何 荥,邱卓涛

(重庆大学建筑城规学院；重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

引言

随着高校校园机动车流量的日趋增大，部分驾驶人员不顾校园特定环境，违反校园中限速规定，超速行驶，致校园交通事故呈多发态势。尤其在教职员工上下班和学生上下课特定时段，机动车超速已成为校园中重大的安全隐患。为进一步加大校园综合整治力度，维护校园交通环境，杜绝校园机动车超速现象，近年来部分高校在校园重点路段设置机动车超速监控装置，通过道路监控系统，加强交通管理，协调处理突发性交通事件，改善交通状况，为了满足监控摄像机在夜间清晰捕捉到汽车及车牌信息，就应对监控目标设置补光照明设备[1]，并需要在距离监控20 m左右的地方获得足够的补光照度。由于大多数监控设备指向车行驶方向，相应的补光照明也直接投向车行驶方向，高亮度的监控补光光源给驾驶员带来了强烈的直接眩光，严重影响了机动车交通安全[2]。重庆、杭州、海南、上海及贵阳等地媒体先后报道交通监控补光灯眩光问题[3]，引起社会各界的广泛关注。校园内的监控补光灯也存在这样的问题，且由于校园内道路照明水平通常不高，眩光影响更加明显，安全隐患更加突出。为了了解校园监控补光灯设置现状及对驾驶员的影响，为监控补光灯眩光控制提供依据，以重庆大学为例，对校园重要道路监控补光灯眩光进行调研研究。

1 道路监控补光照明眩光研究基础

1)道路监控照明设置要求。为了不影响道路交通安全，横跨道路的道路监控装置安装高度不应低于车道信号灯的高度，其安装高度与地面的垂直距离应大于等于6 m。道路监控补光照明主要通过提高夜间或低照度气候条件下目标物照度值，以获得良好的视屏及图像采集效果。我国公共安全行业标准针对道路监控补光照明分别颁布了《道路交通信息监测记录设备设置规范》(GB/T 1047—2013)[4]和《交通技术监控成像补光装置通用技术条件》(GB/T 1202—2014)[5]。规范中规定补光照明可采用LED光源或气体放电光源，也可采用其他光源，其补光方式有持续点亮方式、频闪方式和脉冲方式。目前道路监控照明设置广泛应用的是持续点亮方式和频闪方式，脉冲方式由于其较强的眩光干扰被禁止在夜间使用。

2)交通监控照明眩光。尽管人们也意识到交通监控补光照明眩光对交通安全带来的不利影响，但是由于相关标准的限制及眩光控制技术的缺失，导致对眩光的控制缺乏有效手段与措施。而目前针对交通监控补光照明的研究主要集中在补光照明系统灯具的应用、设计与眩光测试方法等[6-12],国内外鲜见道路交通监控补光照明眩光对机动车交通的影响研究。

尽管关于交通监控补光灯眩光对道路安全影响的研究鲜见，但国内外对眩光的研究已具有较长的历史。科研工作者对眩光评价进行了深入的研究，先后发展了四种主要的眩光评价表达式，分别为用于室内环境的统一眩光指数(UGR)、用于室外体育场地的眩光值(GR)、用于道路照明的阈值增量(TI)和道路照明眩光控制等级(G)[10,11]。

交通监控补光灯眩光是近年来出现的一种新的眩光危害，对道路交通安全带来了极大的隐患。由于道路监控补光灯亮度较高，对机动车驾驶人员造成了严重的眩光影响，并在人眼中形成的光幕，光幕的存在降低了目标物与背景的对比度，影响了驾驶员视功能，带来了安全隐患。因此，交通监控补光灯眩光是一种失能眩光，而用于室外的眩光评价方法中，眩光值(GR)和眩光控制等级(G)均是不舒适眩光评价法，只有道路照明阈值增量(TI)是用于评价失能眩光，且其眩光形成机理与道路照明眩光相类似，为此可采用道路照明阈值增量(TI)来评价监控补光灯眩光影响。

3)阈值增量(TI)评价方法。阈值增量(threshold increment,TI)是失能眩光的度量。为了抵消等效光幕亮度对视感觉的影响，恢复物体与环境在人眼中的对比度，就要提高物体亮度，这种亮度增量叫阈值增量(TI)。CIE技术报告推荐了道路眩光阈值增量的评价与计算的方法[13,14]，我国相关科研工作者也在此基础上进一步进行了研究[15,16]。通常在道路照明亮度为0.05～5 cd/m2范围内时，阈值增量可采用式(1)计算。

(1)

式中Lv为眩光在眼睛中形成的等效光幕亮度(cd/m2)；Lav为路面平均亮度(cd/m2)。其中等效光幕亮度可以用式(2)计算：

(2)

式中Eeye为眩光源在垂直于观察者眼睛视线上所产生的照度(lx)；θ为视线和从眩光源来的光线入射方向之间的角度。K为比例常数；当θ以度为单位时，K=10。

2 校园监控分布

为了营造良好的交通环境，重庆大学A、B校区在整体交通环境整治的基础上，对主要路段设置了道路交通监控设施，其中A校区7处、B校区5处(图1、表1)，道路监控的设置对改善校园交通环境，控制校园超速行为起到了良好的作用，由于校园道路较窄，因此每个监控点均只设置了一台监控设备。同时为了满足监控夜间监控效果，对相应监控设置均设置了夜间补光设备，补光设备包含了常亮与爆闪，常亮的在夜间正常工作，爆闪由于眩光太强，并未投入使用，且照射方向指向天空(图2)。尽管只有常亮补光灯照明，但是夜间眩光依然非常严重(图3)。

序号监控点监控数量补光灯类型爆闪常亮其他1A区大门111有路灯照明,爆闪指向天空2A区办公楼101有路灯照明3A区图书馆111有路灯照明,爆闪指向天空4A区研究生院101有路灯照明5A区风雨操场111有路灯照明,爆闪指向天空6A区电影学院101有路灯照明7A区后门111路灯照明差,爆闪指向天空8B区大门112有路灯照明,爆闪指向天空9B区足球场111有路灯照明,爆闪指向天空10B区二综111路灯照明差,爆闪指向天空11B区隧道101无路灯照明12B区后门111路灯照明弱,爆闪指向天空

图2 重庆大学A、B校区监控补光设置状况Fig.2 Monitor fill light settings of Chongqing university A and B campus

图3 重庆大学A、B校区交通监控夜间工作状况Fig.3 Traffic monitor working conditions of Chongqing university A and B campus in night

3 道路监控补光照明眩光测试

重庆大学A、B校区道路多为双向两车道，监控路灯的监控探头设置于道路中部，可监控双向来车。校园道路大多采用单侧照明，道路照明效果一般，且受到良好绿化树木的遮挡。由于道路狭窄，且受地形地貌的影响，校区内机动车道路蜿蜒曲折，进入道路交通监控路段并看到监控眩光补光灯的路段较短；为此，根据现场实际情况，测试研究交通监控补光灯50 m范围内的眩光影响。

3.1 测试方法

按阈值增量理论计算方法进行测量时，需要对不同眩光源分别点亮测试观察者眼睛上的照度值，并分别测量视线与眩光源射入眼睛中光线的夹角，进而算的每个眩光源在人眼中形成的，最终求和，计算出阈值增量。该测试方法精度高，但是操作过于复杂，且在现实中无法实现眩光源单独开闭控制，为此在光环境较为复杂的场景中不具有可操作性。此外，由于现场光环境复杂，监控路段除了受到监控补光灯影响外，还受到道路照明的影响。为了研究监控补光灯的眩光影响，消除道路照明环境光的影响，采用两次测量法来消除眩光，具体测试方法如下：

1)测试点位于道路行车车行道的右侧靠左1/4道路宽度处，模拟驾驶员行车的路线及视线(图4)。照度计探头水平向前架设，高度为1.2 m，与水平线夹角为1°，当监控补光灯处于稳定状态时，测出观察者眼睛(照度计)上的总照度Eeye1；

2)利用黑色挡板遮挡监控补光灯，再重复以上步骤，测试没有监控补光灯情况下观察者眼睛(照度计)上的总照度Eeye2，两者相减即得到监控补光灯在人眼产生的总照度Eeye=Eeye1-Eeye2；

3)利用激光测角仪测出照度计探头和监控补光灯中心连线与视线的夹角；

4)利用经过定标的数码相机测试路面平均亮度值Lav；

5)由式(1)计算得到该位置的阈值增量(TI)近似值；为了获取不同位置监控眩光的影响，每隔5 m设置一个测点。

W——道路路宽图4 现场测试示意图Fig.4 Field test schematic diagram

3.2 测试结果

测试时间为2018年4月23日、24日，为了减少交通干扰，测试时间为凌晨12点以后，此时校园机动车数量较少。测试按照表1所列监控点顺序进行。最终测试结果及数据输入预先编制好的程序中进行计算，获得每个测点的眩光阈值增量(TI)近似值，比较每个测点监控补光灯产生的眩光TI值，并选择其中最大的眩光TI作为该监控补光灯的眩光TI(表2)。

表2 监控点眩光阈值增量最大值Table 2 Maximum threshold increment of glare in monitor point

由于监控设置建设时间不同，且各区域功能照明设置不同，使得最终眩光阈值增量(TI)值有明显不同。由表2可看出，目前重庆大学A、B校区道路监控补光灯眩光指数最高的达到241%，最低也有22%，这样的眩光水平大大超过《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)中次干道眩光阈值增量10%的限值。此外，监控补光灯眩光阈值增量最严重的区域在距离监控补光灯20～35 m处，基本分布在补光灯光轴附近。

4 讨论

本次调研是在消除路灯影响及忽略汽车前照灯的情况下获得的结果，如果考虑路灯的眩光问题，则眩光影响会更加严重，并会给机动车交通安全带来了极大的安全隐患，因此监控补光灯眩光对道路安全性的影响不容忽视。

从眩光阈值增量的原理来分析，要想减弱眩光阈值增量，可从两个方面入手，即减弱人眼等效光幕亮度或加大路面平均亮度(不同范围的路面平均亮度使用不同的计算公式)。

等效光幕亮度受到视线方向的影响，而受到监控摄像拍照要求垂直照度的影响，在设备性能大幅度提升之前无法做出较大幅度的降低。因此只能通过增加值来减弱眩光影响，改变监控补光灯挂高及倾斜角度是一种可行的方法，但是还需要在后期进行深入研究。

路面亮度的提升也会减弱眩光阈值增量，为此可增加监控路段功能照明设施，提升整体路面亮度，减弱监控补光灯眩光影响。

由于缺乏监控补光灯眩光与驾驶员视觉反应之间的理论研究支撑，交通管理部门无法对监控眩光进行有效的控制与整改，使得监控眩光问题依然广泛存在。因此,未来应加强道路监控眩光对驾驶员视觉反应影响机理及效应的基础研究，为眩光控制提供理论依据与技术支撑；同时还应对监控补光灯眩光评价方法进行深入研究，寻找简便易用的评价方法。

5 结束语

通过对重庆大学A、B校区监控补光灯眩光进行的调研分析可知，目前校园内设置的道路监控补光灯存在严重眩光问题，具有较大的安全隐患，应进行针对性的处理。为了改善交通监控补光灯眩光对交通的影响，未来应对交通监控补光灯眩光与机动车驾驶员视觉反应机理及效应进行研究，为交通监控补光照明眩光的控制提供支撑。