特约专稿丨详解道路照明动态测量方法

　　【中国半导体照明网特约专稿】（作者：叶荣南 中国北方工业厦门公司）道路照明动态测量方法及设备一直都是业界重点关注和研究的方向之一。近年来，路面测量相关标准都有新进展，其中，对道路照明现场亮度均匀度和眩光指标，如何通过动态测量软件、技术设备实现动态测量？具体到驾驶过程，又该如何应用？本期文章，叶荣南教授将从人因工效学的原理出发，详解《道路照明的动态测量方法》，并以驾驶员的观察姿态来进行全过程、全方位地检测路面照明质量。也希望给业界同仁带来启发与思考。

　　1、道路照明的测量指标应该是路面亮度和眩光而非照度。

　　1.1、路面照度人眼根本无法感受，人眼感受到的是路面亮度和眩光。

　　1.2、路面上一点只有一个照度值，却具有多个亮度值，它与观察者的位置及视角有关。同样，也具有多个眩光值。所以，应该全方位、全过程进行测量。

　　1.3、标准上规定在某一特定点测量整个路面亮度，并以此代表路面照明质量是不够严谨的，是以偏概全。应该全方位、全过程进行测量。

　　1.4、路面照度和路面亮度不具有简单的换算关系，标准上的相关提法也是不严谨的。应该直接测量路面亮度和眩光。

　　1.5、近年来，路面测量相关标准的进展：

　　1.5.1． 国际照明委员会技术文件

　　CIE115-2010[机动及人行交通道路照明]中指出:”目标的可见度与路面亮度水平和亮度分布有关，路面亮度水平决定眼睛的适应程度，总体而言，由背景亮度引起的眼睛适应程度越高，眼睛就越敏感,因而视觉表现越好。路面是最重要的背景，其亮度而不是照度决定眼睛的适应程度。因此，路面亮度是很重要的照明质量指标。”

　　CIE115-2010 还指出; “选择机动车道路照明的质量指标的方法通常是基于亮度概念，一些国家仍使用照度，但经验已经表明这不是一个令人满意的指标。在应用亮度概念时，目的是提供一个明亮的路面，在此背景下，目标轮廓可见，因此使用路面亮度水平、亮度均匀度和眩光作为质量指标。”

　　CIE115-2010还指出:”提供好的路面亮度和均匀度，同时充分的眩光控制的评价方法已经被国家和国际标准所接受。数十年来使用这些指标的经验表明他们提供了一个令人满意的道路照明设计基础。”

　　上述可见， CIE在2010年已经明确指出：道路照明应该用亮度，亮度均匀度和眩光作为评价指标。

　　1.5.2． 我国的相关标准

　　4年后，我国JTG/T D70/2-01—2014【公路隧道照明设计细则】所提的照明指标只提路面亮度及其相关指标，不提路面照度指标。这是完全符合人因工效学的理念。由上可见，我国在对道路照明的认识是紧跟世界潮流的。

　　而后，CJJ45-2015【城市道路照明设计标准】关于道路照明评价指标中指出：“规定把亮度作为道路照明的评价系统，即以亮度为依据制定道路照明标准。这是由于机动车驾驶员行车作业时，眼睛直接感受到的是路面亮度，因此以亮度为依据制定标准更为科学合理。目前国际照明委员会和世界上多数国家也都是以亮度为依据制定道路照明标准。”

　　CJJ45-2015【城市道路照明设计标准】还指出“规定的亮度评价系统的各项评价指标与CIE相关文件中的规定相同，包括平均亮度、亮度总均匀度、亮度纵向均匀度和环境比等指标，眩光限制采用阈值增量指标。这样的规定能够全面反映机动车道路照明的效果评价”

　　其实，早在2009年，厦门十城万盏专家组就提出了“道路照明现场动态测量方法”并申请发明专利，于2012年获得授权。2010年制定厦门市规范“道路照明现场动态测量方法”；嗣后， 2016年国家半导体产业联盟组织制定 “道路照明现场动态测量方法”行业标准，于2017.9公布实施。

　　2、道路照明测量应契合人因工效学原理，

　　2.1、从人因工效学考虑: 道路照明主要是为驾驶员服务的,驾驶员感受到的是路面亮度及其均匀度和眩光而非照度，见图1和图2：

　　2.2、从人因工效学考虑，应该按照驾驶员的驾驶姿势（CIE规定：驾驶员观察视线距地1.5m高，眼朝正前方向下-1°），仿照其行驶路线对道路照明进行测量。

　　2.3 从人因工效学考虑，应该全过程、全方位地测量路面亮度和眩光；因为在不同车道、不同位置测得的路面亮度和眩光都不一定一样。

　　2.4、采用道路照明现场动态测量方法是当前较为先进也是较合理的道路照明测量方法，它契合人因工效学原理，契合驾驶员的视觉感觉。

　　1、道路照明动态测量具体是什么概念？

　　它实质上是将成像亮度计置于测量车内指定的位置，并以标准观测姿态；仿照驾驶员的坐姿、观察视线及按照其驾驶路线行驶，以一定的步长连续拍摄路面照明图像；同时，将路面照明信息传输至信息处理系统；处理系统依据有关标准的相关规定进行取值、计算；给出路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面亮度纵向均匀度，眩光之阈值增量和亮度环境比等等。必须指出的是，这是全过程，各个方位测量路面照明的亮度指标，而不是在某一位置测量路面的亮度指标（静态测量位置只是动态测量中诸多测量位置中的一个）；更不是测量照度指标（路面照度驾驶员根本感受不到）。

　　2、道路照明动态测量的优缺点：

　　4.1、优点：

　　4.1.1、动态测量方法契合人体工效学的需求；符合驾驶员的视觉感觉：

　　动态测量方法提出了模仿驾驶员的观察姿态，观察路线对道路照明指标进行全过程地现场动态测量的方法，从而，可以全过程地动态地记录下驾驶员观察到的路面亮度及其均匀度；还可以记录下驾驶员感觉到的最大眩光在何处？有多大？

　　4.1.2、测量客观、准确、可靠：

　　动态测量方法比逐点测量法和定点测量法客观，大大减少主观因素的影响，提供的是全过程、不同观察位置的测量数据，因而全面、准确、可靠的多。

　　4.1.3、快速，不必封锁道路：

　　往常好几个小时的工作量，动态测量每条车道只要几十秒钟就可以，大大降低光环境随时间变化的影响；而且，不必封锁道路或隧道，人身安全，而且大大节约时间、节约社会成本。

　　4.1.4、解决了全路面、全方位、连续地测量路面亮度及其均匀度的难题；

　　4.1.5、解决了全路面、全方位、连续地测量眩光的难题；

　　4.1.6， 提供的信息量比往常测量提供的信息量多得多，利于客观、完整地评价路面照明质量，为今后开展道路照明的评价研究及灯具的光学设计提供客观的依据。

　　4.2、缺点：

　　4.2.1，.由于采用成像亮度计，因此需要额外的供电电源。

　　4.2.2，相机为制冷型相机，因此在测量前需要预热一段时间。

　　4.2.3，测量设备还包含陀螺稳定平台和测量车等，价格昂贵。

　　4.3. 道路照明动态测量的难题

　　4.3.1．需要解决动态测量与静态标准的差异：

　　4.3.2．动态测量需要提供全过程、全方位的路面照明信息：

　　4.3.3．低亮度背景下的动态测量，如何解决“拖影’问题。

　　4.3.4．如何保障现场动态测量的精度。

　　动态测量需要解决的难题和他的优点一样突出。 难题的解决就是创新的所在。

　　为满足驾驶员的需求，动态测量除了提供定点测量中符合相关标准要求的数据外，还要提供模仿驾驶员的观测视线在经过测试路段所看到的全过程、全方位路面照明信息，用以提供更全面、更完整地评价路面照明。

　　3、技术成熟度：

　　5.1、原理清晰：

　　如本文第3节所述，它是将成像亮度计置于测量车内指定的位置，并呈现标准观测姿态；仿照驾驶员的坐姿、观察视线及按照驾驶路线行驶，以一定的步长连续拍摄路面照明图像；同时，将路面照明信息传输至信息处理系统；系统依据有关标准的相关规定进行取值、计算，得出我们所需的路面照明信息。这个原理十分清晰。—模仿驾驶员的观察姿态，观察路线及其感受对路面照明进行全过程，全方位地测量。它契合人因工效学原理，契合驾驶员的真实感受。

　　5.2、动态测量方法的 CSA 标准已制定并公布实施：

　　从十城万盏初期，厦门市就制定了“道路照明现场动态测量方法”规范文件，用来指导城市路灯照明改造工作；

　　经过多年实践，“道路照明现场动态测量方法”已逐渐成熟而成为CSA 标准。并于2017.9.12发布实施，标准编号为：CSA044-2017 道路照明现场动态测量方法

　　5.3、动态测量软件已开发成功：

　　这是完全按照“道路照明动态测量方法”的要求，按照CIE、JTG、CJJ等相关标准要求开发的软件。

　　5.4、关键设备精度已具备：

　　关键设备有：成像亮度计，照度计，彩色照度计，稳定平台及承载汽车等。

　　5.4.1.成像亮度计的亮度测量精度已达：≤3%；

　　5.4.2.照度计的照度测量精度已达：≤1.6%；

　　5.4.3.彩色照度计的照度测量精度已达：≤1.6%；

　　5.4.4.稳定平台的稳定性已达：不确定度 RMSE ≤ 0.05°

　　综上结果：道路照明车载动态测量设备的测量不确定度可达到：RMSE ≤ 10%