船舶照明系统的发展趋势

张源深，黄 欢

（1. 海装沈阳局驻大连地区第一军事代表室，辽宁大连 116001；2. 上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

船舶具有航行时间长，内部空间受限，周围环境单调等特点。船员长期处于这样狭小、封闭的环境中，会对生理和心理造成一定的影响。传统固定照度、固定色温的照明模式已经不再适用现代船舶的需求。随着照明系统的发展，各使用方对船舶照明系统不断提出新的要求：从光环境的概念，到远程智能控制、操纵照明一体化，再到健康与智能照明的概念，可见使用方对船舶照明系统的需求更趋于智能化、系统化，更加关注照明对人体生理和心理健康的影响。这些需求由上而下推动了照明系统的总体设计，形成需求和技术进步的良性循环。

1 光源的发展趋势

光源的发展经历了自然光、人工光，到全光谱LED光的过程，如图1所示。在人造光源出现之前，太阳光是唯一光源。先祖们日出而作日落而息，太阳光不仅是地球的照明和能量来源，而且对人类的生物学、心理、人体产生影响。

传统的船舶照明光源主要有白炽灯、荧光灯、高压钠灯和高压汞灯。总体来说传统光源有以下几个缺点：光源寿命短，有些灯罩内含有毒素，玻璃罩壳易碎；有些会辐射紫外线、红外线及静电，有些光源温度还比较高，对船员的身心健康会造成一定的影响；而且传统光源色温不调节，容易引起视觉疲劳。虽然荧光灯能够避免紫外线和红外线对人体的影响，但由于荧光粉的余辉作用和人眼有滞留特性，其闪烁特性也能伤害着船员的眼睛和视觉神经。

图1 光源的发展

新型光源LED 的出现，加速了照明产品的发展。 因其更加节能、可靠性高、寿命长、抗震能力强等优点，已经普遍取代传统光源[1]。又因其光电特性，为灯具的调光调色创造了可能，对人们个性化的需求创造条件。

对于船舶类特殊应用场景，除考虑到照明产品的可靠性、安全性外，还应满足船员的心理和生理需求。普通LED 光谱如图2 所示，其中蓝光波段范围相对较大。过量的蓝光以及照明灯具的不当使用会造成视觉损伤。蓝色光线会抑制褪黑素的分泌，可能会导致失眠[2]。全光谱LED 光源光谱图如图3所示。它不但降低了蓝光光谱的能量而且能补全缺少的短波紫光、青光、短波绿光、长波红光光谱。这增强了光谱的连续性、完整性，使得色域更广泛，与太阳光光谱更加接近。对于在船舶工作环境的人员来说，很少获得太阳光的照射，而全光谱的意义就在于模拟太阳光谱，提供舒适的照明环境，体现了“人本照明”的新理念。

图2 普通LED 光源光谱图

图3 全光谱LED 光源光谱图

2 灯具的发展趋势

照明灯具从独立于舱室内装产品，逐步趋于舱室一体化设计。过去只注重产品功用，而现在更关注美观性、和周围环境的融合性以及与人员的联动性。

起初灯具直接安装于舱室顶部，形成高亮度发光面，如图4 所示。船舶内部空间紧凑，导致舱室高度普遍偏低，使光线容易照射入船员的视线中。为了追求照射面的高亮度，灯具的功率普遍偏大，加剧了眩光感。为了消除人眼的不舒适性，达到见光不见灯的效果，已经有一些舱室采用内嵌式侧发光灯具，如图5 所示，可以给船员提供更舒适的照明环境。作为船舶照明，不仅仅局限于提供生理的舒适性，也体现在心理的安慰上。比如图6 所示的智能天窗-室内阳光模拟系统。此类产品能够模拟阳光通过天窗照入室内的照明场景，拥有逼真的蓝天白云和明亮阳光，并能模拟日升日落的光色变化。这有助于调节人体生物钟，强调人与自然的联系。同时可以提升工作效率，缓解工作中带来的压力及疲劳感。此类灯具的开发将为船舶照明带来新的亮点。

3 控制方式的发展趋势

图4 顶装灯具

图5 内嵌式侧发光灯具

图6 室内阳光模拟系统

图7 人体的温度、皮质醇、褪黑素变化节律图

LED 照明光源的普遍应用使智能照明发展迅速。它以信息技术应用为主线，并与其他资源要素优化配置共同发生作用，实现最优化的照明效果。智能照明能够自主捕获需求、进行逻辑判断、输出照明效果，实现节能、舒适等要求。另外，智能照 明对光源的仿自然光能力也比较突出，通过不同光色的配比，实现较高的显色指数和太阳光谱拟合度。通过时钟的自动指令，模拟早中晚的晨昏变化。通过灯具位置信息，可模拟当地纬度的日照强度。通过场景的手动指令，模拟晴天、多云、阴雨等多种自然气候。

随着人们对生物钟系统的深入认识，发现人类经过长时间的进化，体温、皮质醇、褪黑素会随时钟有规律地改变，称为生物节律，如图7 所示。国际照明委员会在文献[3]这一报告中提出，人们正逐渐把关注重点从可见性照明转移至具有更广泛意义的照明品质上，包括人体需求、结构整合和经济约束（包括耗能），如图8 所示。其中，人体需求包括保持良好健康状态的照明系统，以及可见性、任务效能、人际沟通和美学欣赏方面的照明系统。此报告详细介绍了关于照明对于人类生理、情绪和行为所产生影响。此报告的研究引导了照明市场的发展方向。

仿真照明系统的意义在于调节人体内的生物钟系统，影响人体的生理节律，缓解因长期得不到日光的照射而产生的不舒适感。通过对照表1，在不同时间段设置对应的色温、照度和显色指数，可以实现仿真照明。智能照明系统除仿自然光外，还可 以制定自定义模式、预设场景模式等，满足不同舱室及场景需求。

图8 照明品质[3]

表1 仿真照明参数表

人们不仅关注到照明对健康的影响，更关注到灯具作为一个广泛存在的载体，可以被赋予更丰富的作用。将多个独立的灯具个体组成一个集中控制的网络，并通过个性化的定制，选择不同的智能模块集成，可以实现监测、报警、通信等功能。当LED灯具为满足高性能调光要求而配置总线逻辑控制模块后，灯具就可实现软件程序调光功能。监测类的信号借助LED 照明灯具为平台，通过总线反馈数据，进行灯具智能调光调色；当船舶各区安装环境参数传感器时，船舶各区的温度、湿度、气压视频音频等信号搜集就可显示至照明主控板，整体将形成船舶大环境综合显控系统，便于集中化监控管理；当利用总线式照明系统接入火警探元件，一旦发生火情，主控面板便可产生声光报警提示；照明系统不仅可以集成各种传感装置，可见光还可实现无线通信，即利用电信号控制发光二极管（LED）发出的肉眼看不到的高速闪烁信号来传输信息；可见光定位技术可以极好地辅助指挥人员实时获取各人员位置信息。当处于作战状态时，指挥官可以不受嘈杂和恶劣的环境的影响，宏观清晰地调配人员，提高指挥效率，增强战斗力。照明系统的网络化具备更智能的人机互联特性，符合当今船舶的发展趋势。

此外，安全性、可靠性、低成本始终是船舶用照明系统重要的评价指标。

4 结论

本文通过对光源、灯具和控制方式的发展趋势的分析，总结出船舶照明系统正向着人性化、智能化、网络化的方向发展。其中，照明与人体健康、人机交互越来越受到人们的专注。当灯具与其他智能模块集成后，可以实现照明系统的网络化，使其具备监测、报警和通信的功能，符合船舶照明系统的发展趋势。本文可以为船舶的照明设计提供参考。