苏州市区夜间道路光环境影响因素分析

韩　兵，陈亢利

(苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏 苏州　215011)



苏州市区夜间道路光环境影响因素分析

韩兵，陈亢利

(苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏 苏州215011)

机动车远光灯、监控探头补光灯、LED显示屏产生的眩光是影响夜间道路光环境的重要因素。由于苏州近几年对城市进行亮化改造，导致路面亮度整体偏高，且眩光发生区域驾驶员的视线是变化的，所以TI法已经不能准确地对这三种眩光进行评价，采用GR公式来计算这三种光源的眩光值。通过对这三种光源的数据进行测量、计算得出相应的等效光幕亮度，结合路面亮度得出眩光GR值，将计算结果与CIE规定的最大值相比较，得出各光源产生的眩光对道路光环境的影响程度。为了降低眩光对光环境的影响，提出加高绿化高度或安装防眩板、调整补光灯安装角度以及显示屏的高度和亮度等措施。

市区；道路；光环境；影响因素；眩光

引言

市区夜间道路上产生的眩光污染主要是由机动车远光灯、监控探头补光灯、LED显示屏产生的。本文对这三种眩光进行评价，通过眩光GR值来表示其对道路光环境影程度的大小，同时针对三种眩光污染提出相应的解决途径。

1　测量对象及方法

1.1测量对象

调研对象为苏州市区具有代表性的道路、机动车远光灯及道路两旁LED显示屏，对道路和显示屏进行编号，调研对象见表1。共计道路34条，显示屏15块。

表1　测量对象

1.2测量方法

1.2.1道路亮度测量方法

道路亮度的测量方法依据《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)[1]中相关测量方法进行测量，亮度计选取L88亮度计。测量时间选在夜间9点至10点。

1.2.2机动车远光灯照度测量方法

调研时，记录十分钟内经过的车辆数和乱用远光灯数，记录时间为晚上8点至9点之间。机动车选择普通的大众轿车，车灯距地面75 cm，照度计的高度为1.5 m。设机动车左面的车灯为A，右面的车灯为B，两灯之间距离为1 m。照度计选用TES-1332A。将车停在周围无光的试验场地，打开机动车远光灯，同时用黑色罩子罩住机动车B灯，根据对向机动车与驾驶员的可能距离，在横向距离机动车A灯1 m、2 m、3 m处布点，纵向每1 m布点一个，共45个点，测量布点上的垂直照度，然后用黑色罩子遮住A灯，移开B灯罩子，测量布点上的垂直照度，测量点位见图1。

图1　测量点位Fig.1　Measurement points

图2　眩光源与视线之间的夹角Fig.2　The angle between glare source and sight

1.2.3补光灯测量方法

常亮式监控探头补光灯是易对驾驶员产生眩光的补光装置，其指向性较强，一般设置在交会区路口。在调研的34条道路中，道路5、8、12、13、29的补光灯为常亮式，照射方向为迎着行车方向，安装高度为6 m，人眼高度1.5 m。布点位置选在补光灯正下方，由于机动车的遮光角为20°，距离补光灯水平距离13 m(4.5/tan20°)～30 m范围每1 m布一个测点，测量布点上的垂直照度，在同一条道路其他路段相似的布点位置测量没有补光灯影响的垂直照度，相减即为补光灯产生的垂直照度。

1.2.4LED显示屏测量方法

亮度计所在位置与显示屏底端中间位置的连线垂直于显示屏底端，且距离30 m[2]，亮度计正对显示屏中心，距离地面1.5 m。测量时间为150 s，每5 s记录一次，获得瞬时亮度数据，同时测量背景载体亮度。通过瞬时亮度值和亮度计到显示屏中心与显示屏法线的夹角可以计算出显示屏的平均亮度值。亮度计选取L88亮度计。

2　眩光评价方法

失能眩光的评价方法有TI和GR两种方法，一般用阈值增量TI来评价道路失能眩光，它的适用范围为路面平均初始亮度Lav处于0.05～5(cd/m2)之间，且1.5°<θ(视线方向与眼睛到光源中心方向的夹角)<60°时才可以用[3]。但是由于近几年苏州对城市进行了亮化改造，根据2012年苏州路面亮度的数据来看，主干路的路面亮度有很多都是大于5(cd/m2)的[4]。而且在眩光发生区域驾驶员的视线是变化的，灯具也不是现行排列，高度也不符合TI的使用标准，所以TI这种评价方法已经不能准确的来评价失能眩光。评价方法GR适用于户外区域照明，而且对不舒服眩光和失能眩光都适用，所以采用GR来对这三种光源产生的眩光进行评价。光源与视线之间的夹角θ见图2。机动车远光灯和监控探头补光灯在人眼产生的照度Eglare可以通过照度计测量垂直于人眼水平方向的垂直照度得到，LED显示屏在人眼产生的照度可以通过显示屏的平均亮度、面积、高度及测点到显示屏的位置计算得出[7]，然后根据CIE相应的计算方法计算出各自眩光GR值[5-6]。对于眩光的评价标度我们采用九点眩光评价表来进行评价[6]。CIE规定机动车道路眩光GR值应小于45[8]，人眼对眩光的感受从侧面反映出眩光对道路光环境的影响程度。

造成空驶的不合理运输主要有以下几种原因：①没有充分利用社会化的运输体系，只依靠自备车送货提货，这往往会出现单程重车，单程空驶的不合理运输方式。②企业由于工作计划不周，造成货源数量不真实，车辆空去接近空回，形成几乎双程空驶。③由于车辆过分专用，无法搭运其他回程货，只能单程满载车，单程回空周转运输[8]。

3　测量、试验结果

3.1道路亮度

道路亮度平均值见图3，12、13、15、16号道路为LED路灯，其余均为高压钠灯。从结果我们可以看出苏州34条道路中有18条道路的平均亮度高于5cd/m2。

图3　道路亮度平均值Fig.3　The average value of road luminance

3.2机动车远光灯测量结果

34条道路十分钟内乱用远光灯数和机动车总数为531和2754，乱用远光灯数占总数的19%，每条道路上都有乱用远光灯的机动车。在距离机动车1m宽处，A灯在人眼产生的垂直照度标记为E(A，1)(lx)，A、B灯在距离机动车1 m宽处产生的等效光幕亮度标记为L(AB，1)(cd/m2)，通过监测得到不同车灯在不同位置产生的垂直照度见图4，通过计算得到A、B灯在不同位置产生的等效光幕亮度见图5。由图4可知，在纵向距45 m内，离机动车1 m、2 m、3 m宽的处的照度值随着纵向距离的增加是先上升再降低的，横向照度值随着横向距离的增大而减小。由图5可知，在距离机动车横向1 m、2 m、3 m处，纵向距离机动车20～30 m范围内，A灯和B灯在这个区域内对人眼产生的等效光幕亮度较大，不同横向距离的最大光幕亮度值分别为31.2(cd/m2)、9.3(cd/m2)、3.9(cd/m2)。GR最大值发生在路面亮度最小的科源路上，距离机动车1 m宽的位置，眩光GR值为93.4，远大于CIE规定的最大值45。驾驶员已经处于不可忍受状态，容易使驾驶员产生短暂失明，引发生交通事故。改装灯的远光灯一般为疝气灯，其亮度比一般远光灯还要亮，所以产生的眩光更为严重。

图4　不同车灯在不同位置产生的垂直照度Fig.4　Vertical illuminance of different lights in different positions

图5　A、B灯在不同位置产生的等效光幕亮度Fig.5　Equivalent veiling luminance caused by A light and B light in different positions

3.3监控探头补光灯测量结果

《交通技术监控成像补光装置通用技术规范》要求基准轴与补光车道的车道分界线所成的空间角度大于20°[9]。5条道路补光灯基准轴与车道分界线所成的空间角度分别为12.1°、13.5°、12.7°、14.2°、12.9°，均低于最小值。通过监测得到5条道路补光灯产生的垂直照度见图6，通过计算得到的等效光幕亮度见图7。由图7可知5条道路在距离补光灯20 m～25 m区域内等效光幕亮度较大，等效光幕亮度最大值分别为2.35(cd/m2)、3.16(cd/m2)、1.76(cd/m2)、0.87(cd/m2)、1.29(cd/m2)，5条道路GR最大值依次是50.9、58.4、49.4、47.1、45.1，均超过了CIE规定的45。根据九点眩光评价法，道路8的补光灯对驾驶员产生的眩光接近烦恼的状态，影响驾驶员观看前方路况，而且还会对驾驶员的心理产生影响，容易引发交通事故，评价结果与实际人眼感受基本一致。

图6　补光灯产生的垂直照度Fig.6　Vertical illuminance of flash

图7　补光灯产生的光幕亮度Fig.7　Veiling luminance of flash

图8　显示屏及载体亮度值Fig.8　Brightness value of display and its supporter

3.4LED显示屏测量结果

15块显示屏平均亮度及载体亮度见图8，平行路轴的显示屏对驾驶员基本不会产生眩光，但交会区的显示屏对驾驶员产生的眩光危害较大，结合所在路面亮度、显示屏高度、面积及显示屏到亮度计的距离计算出交会区显示屏眩光GR值见图9。苏州还没有出台有关LED显示屏的亮度及安装标准，深圳在刚编制完成的《深圳市户外LED显示屏设置专项规划》中规定夜间最大允许亮度为500 cd/m2。在调研的15块显示屏中有6块平均亮度值低于500 cd/m2，其余9块均高于规定值，占总数的60%。其与载体亮度值的亮度比均在几十甚至上百，容易产生眩光[10]。8块交会区显示屏中有3块GR值超过CIE要求的最大值45，显示屏眩光GR最大值为3号屏，数值为52.5，根据九点眩光评价法，显示屏的眩光处于可以忍受的状态。虽然该显示屏亮度平均值没有超过标准值，但是其安装的位置过低，容易分散驾驶员注意力，对行车安全有一定的影响。评价结果与主观感受基本一致。

图9　交会区显示屏眩光GR值Fig.9　GR value of display glare at junction

4　解决对策及建议

4.1远光灯

从三种光源的GR值来看，远光灯对驾驶员同时也是对道路光环境影响最大。《苏州市道路交通安全条例》规定，夜间路灯照明良好时，不得使用远光灯。由调研结果可知，市区内道路照明良好，交警部门应该定期开展市区道路违规使用远光灯和改装灯的专项整治活动，通过电视公益广告使人们懂得如何正确使用灯光。有隔离带路段，加高绿化高度或者隔离栏上增设防晕眩板，遇到对向有开着远光灯的机动车时，距对方20～30 m时要尤其警惕，可采取提前减速或驶入其他车道等增加横向距离的方法来降低远光灯对驾驶员产生的眩光影响。在道路条件许可情况下加大与对向车道间的横向距离，减轻眩光对道路光环境的影响。

4.2监控探头补光灯

监控探头对于城市的治安和交通管理有着很重要的作用，越来越多的道路开始安装监控探头，但是较亮的补光灯容易引发交通事故。根据计算结果可知调研的5处监控探头补光灯对道路光环境的影响程度在三种光源中排在第二位。根据CIE相关计算公式及规定的道路GR最大值45，我们可以通过调低补光灯照度和增大安装角度，使补光灯在5条道路等效光幕亮度最大处的Eglare和θ2的比值控制在0.134、0.072、0.087、0.115、0.127以下，同时补光灯基准轴方向与水平方向的夹角应大于20°。在距离补光灯20～25 m的区域内要特别注意，提前减速慢行。在既不影响监控探头清楚的拍到驾驶员面部的情况下，又使对驾驶员产生的眩光降到最低。对于非采集驾驶员面部信息的监控探头补光灯应尽可能将拍摄方向设置为拍摄车尾的位置。

4.3LED显示屏

LED显示屏在三种容易产生眩光的光源中对道路光环境影响最小。交会区是事故多发地区，为了避免显示屏干扰驾驶员的行车判断，应该优先降低交会区LED显示屏亮度或增加安装高度，使显示屏的眩光值低于CIE许可的最大值45，我们根据CIE提出的GR计算公式及图3，可以把3号显示屏的高度调整为至少3.7 m，将4、12号屏的亮度分别调整为684(cd/m2)和746(cd/m2)以内，对于面积超过10 m2，亮度大于500(cd/m2)的显示屏，路面亮度为5(cd/m2)，根据CIE公式得出最低安装高度为3.6 m。苏州应该根据自身道路亮度制定本市LED显示屏的设置规划，对设置亮度和安装高度做出规定，降低LED显示屏对道路光环境的影响。

5　总结

本文对机动车远光灯、监控探头补光灯及LED显示屏这三种光源进行眩光评价，采用GR公式来计算眩光值。通过对测量数据的计算和分析，得出对道路光环境影响程度由大到小依次是机动车远光灯、监控探头补光灯和LED显示屏。针对远光灯产生的眩光，提出了加强远光灯管理、在有隔离带路段加高绿化高度或者隔离栏上增设防晕眩板、有条件路段增加与对向车道间的横向距离等措施；针对补光灯产生的眩光，提出将补光灯基准轴方向与水平方向的夹角设置为大于20°。对于非采集驾驶员面部信息的监控探头补光灯应尽可能设置在拍摄车尾的位置；针对LED显示屏产生的眩光，提出将面积大于10 m2、亮度大于500(cd/m2)的LED显示屏安装高度设置为至少3.6 m，并尽快出台苏州户外LED显示屏设置规划。

[1] 照明测量方法：GB/T 5700—2008[S].北京：中国标准出版社，2009.[2] 袁有无.城市户外 LED 显示屏亮度与设置评价研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[3] Collection on Glare：CIE 146/147—2002[S].CIE，2002.

[4] 姚兴霞,陈亢利.苏州高新区夜间光环境现状分析[J].环境科学与管理，2010，35(9)：123-127.

[5] Road Lighting Calculations:CIE 140—2000[S].CIE,2000.

[6] Glare Evaluation System for Use Within Outdo or Sports and Area Lighting:CIE 112—1994[S].CIE,1994.

[7] 夏军.户外LED显示屏设立标准和眩光研究[J].照明工程学报，2015,26(4)：91-93.

[8] Road Transport Lighting for Developing Countries:CIE 180—2007.CIE,2007.

[9] 交通技术监控成像补光装置通用技术条件:GA/T 1202—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[10] 刘刚，于婷婷，党睿.夜间天津城市道路交会区户外LED 显示屏照明现状调研及分析[J].照明工程学报，2012，23(3)：72-73.

Analysis on Factors Affecting Road’s Light Environment at Night of Urban District in Suzhou

HAN Bing，CHEN Kangli

(School of Environmental Science and Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou215011, China)

The road’s light environment are affected by three main factors: brightness of LED displays, flash of monitors and glare produced by headlights of motor vehicles.As lightening projects are implemented by Suzhou government these years, road surface luminance becomes high. Also driver’s sight in area glare happening is changeable, then these 3 glare sources can’t be accurately evaluated with TI. So GR is chosen to calculate glare value. After measuring and analyzing brightness of these three glare light sources based on roadway luminance, value of glare is gotten. The obtained results shall be compatible with each other and CIE standard value, then influence degree of these three glare light sources to road’s light environment can be concluded.In order to minimize the impact of glare, methods, like installing anti-glare board, adjusting install degree of fill flash and changing height and brightness of display screen.

urban；road；light environment；factors；glare

TM923

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.008