道路隧道工程运营照明设计讲义.ppt
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1、第五章 道路隧道的运营照明1、概述、概述2、道路照明质量、道路照明质量3、亮度曲线的组成、亮度曲线的组成4、减光建筑与植被的减光作用、减光建筑与植被的减光作用5、照明设计、照明设计第一节 概述1、目的、目的把必要的视觉信息传递给司机,提高驾驶的安全性把必要的视觉信息传递给司机,提高驾驶的安全性和增加舒适感和增加舒适感2、隧道照明与道路照明的异同、隧道照明与道路照明的异同昼间照明(更加复杂),亮度水平昼间照明(更加复杂),亮度水平3、隧道照明设计的主要困难、隧道照明设计的主要困难隧道入口及其相邻区段需要考虑人的视觉适应过程隧道入口及其相邻区段需要考虑人的视觉适应过程第一节 概述4、照明设计应考虑
2、的问题、照明设计应考虑的问题1)隧道附近的环境)隧道附近的环境2)隧道状况)隧道状况3)交通状况)交通状况4)附属设备状况)附属设备状况5)维护管理状况)维护管理状况第一节 概述5、汽车司机从明亮的环境接近、进入、通过、驶、汽车司机从明亮的环境接近、进入、通过、驶出隧道过程中所产生的视觉问题出隧道过程中所产生的视觉问题1)进入隧道前的视觉问题(白天):)进入隧道前的视觉问题(白天):“黑洞效应黑洞效应”(长隧道),(长隧道),“黑框效应黑框效应”(短隧道),亮度(短隧道),亮度差异过分悬殊差异过分悬殊2)进入隧道后立即出现的视觉问题(白天):暗)进入隧道后立即出现的视觉问题(白天):暗适应,适
3、应,“适应的滞后现象适应的滞后现象”第一节 概述3)隧道内部的视觉问题)隧道内部的视觉问题(白天,夜间):废气形成白天,夜间):废气形成的烟雾,降低了隧道的能见度的烟雾,降低了隧道的能见度4)隧道出口的视觉问题:白天,长隧道,接近出)隧道出口的视觉问题:白天,长隧道,接近出口,口,“亮洞亮洞”,眩光,舒适性;夜间,黑洞,看,眩光,舒适性;夜间,黑洞,看不清外部道路的线形以及路上的障碍物,行车不不清外部道路的线形以及路上的障碍物,行车不安全安全第二节 道路照明质量1、司机的视觉、司机的视觉2、影响视觉的主要因素、影响视觉的主要因素3、道路照明的质量、道路照明的质量光的度量1、光通量:单位时间内光
4、辐射能量的大小,光源、光通量:单位时间内光辐射能量的大小,光源发出光的量。单位:发出光的量。单位:lm(流明),(流明),1流明是发光强流明是发光强度为度为1cd(坎德拉)的均匀点光源在(坎德拉)的均匀点光源在1sr(球面度)(球面度)内发出的光通量。在照明工程中,光通量是说明内发出的光通量。在照明工程中,光通量是说明光源发光能力的基本量。例如一只光源发光能力的基本量。例如一只220V、40W的的白炽灯的光通量为白炽灯的光通量为350lm,而一只,而一只220V、40W的荧的荧光灯的光通量为光灯的光通量为2100lm,为白炽灯的,为白炽灯的6倍。倍。光的度量2、发光强度(光强)、发光强度(光强
5、)由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀,大由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀,大小也不相等,为了表示辐射体在不同方向上光通小也不相等,为了表示辐射体在不同方向上光通量的分布特征,需引入光通量的(空间)角密度量的分布特征,需引入光通量的(空间)角密度的概念。的概念。S为点状发光体,它向各个方向辐射光通,为点状发光体,它向各个方向辐射光通,若在某方向上取微小立体角若在某方向上取微小立体角d,在此立体角内所,在此立体角内所发出的光通量为发出的光通量为d,则两者的比值即为该方向上,则两者的比值即为该方向上的光强。的光强。光的度量2、发光强度(光强)、发光强度(光强)光强的单位是坎德拉(光强的单位
6、是坎德拉(cd),国际单位制中基本),国际单位制中基本单位之一。光强用于说明光源和灯具所发出的光单位之一。光强用于说明光源和灯具所发出的光通量在空间各个方向或在选定方向上的分布密度。通量在空间各个方向或在选定方向上的分布密度。例如一只例如一只220V、40W的白炽灯的光通量为的白炽灯的光通量为350lm,它的的平均光强为它的的平均光强为28cd,若在该灯泡上面装一盏,若在该灯泡上面装一盏白色搪瓷平板灯罩,则灯的正下方的发光强度能白色搪瓷平板灯罩,则灯的正下方的发光强度能提高到提高到7080cd。如果配上一个聚焦合适的镜面。如果配上一个聚焦合适的镜面反射罩,则灯正下方的光强可达数百反射罩,则灯正
7、下方的光强可达数百cd。光的度量3、照度、照度照度是用来表示被照面上光的强弱,以被照场所照度是用来表示被照面上光的强弱,以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积光通的面积密度来表示。取微小面积dA,入射的,入射的光通为光通为d,则照度为两者的比值。平均照度,则照度为两者的比值。平均照度照度的单位为勒克斯(照度的单位为勒克斯(lx),),1lx表示在表示在1m2的面积的面积上均匀分布上均匀分布1lm光通量的照度值,或者是一个光强光通量的照度值,或者是一个光强为为1cd的均匀发光的点光源,以它为中心,在半径的均匀发光的点光源,以它为中心,在半径为为1m的球表面上,各点所形成的照度值。的球表面上,
8、各点所形成的照度值。光的度量3、照度、照度1lx的照度是比较小的,在此照度下仅能大致地辨的照度是比较小的,在此照度下仅能大致地辨认周围物体。例如,晴朗的满月夜地面照度约为认周围物体。例如,晴朗的满月夜地面照度约为0.21lx,白天采光良好的室内照度为,白天采光良好的室内照度为100500lx,晴天室外太阳散射光(非直射)下的地面照度约晴天室外太阳散射光(非直射)下的地面照度约为为1000lx,中午太阳光照射下的地面照度可达,中午太阳光照射下的地面照度可达100000lx。光的度量4、光出射度(面发光度)、光出射度(面发光度)具有一定面积的发光体,其表面上不同点的发光具有一定面积的发光体,其表面
9、上不同点的发光强弱可能是不一致的。为表示这个辐射光通量的强弱可能是不一致的。为表示这个辐射光通量的密度,可在表面任取一微小的单元面积密度,可在表面任取一微小的单元面积dA,如果,如果它发出的光通量为它发出的光通量为d,则该单元面积的平均光出,则该单元面积的平均光出射度为两者的比值。光出射度就是单位面积发出射度为两者的比值。光出射度就是单位面积发出的光通量,单位为辐射勒克斯(的光通量,单位为辐射勒克斯(lx)。光出射度和)。光出射度和照度具有相同的量纲,其区别在于光出射度表示照度具有相同的量纲,其区别在于光出射度表示发光体发出的光通量表面密度,而照度则表示被发光体发出的光通量表面密度,而照度则表
10、示被照物体所接受的光通量表面密度。照物体所接受的光通量表面密度。光的度量5、亮度、亮度光射出度只表示单位面积上发出光通量的多少,光射出度只表示单位面积上发出光通量的多少,没有考虑光辐射的方向,不能表征发光面在不同没有考虑光辐射的方向,不能表征发光面在不同方向上的光学特征。亮度就表示垂直于视线方向方向上的光学特征。亮度就表示垂直于视线方向上的单位投影面积的发光强度。亮度是一个具有上的单位投影面积的发光强度。亮度是一个具有方向性的物理量,当人眼从不同的方向观察同一方向性的物理量,当人眼从不同的方向观察同一对象时,能对象时,能 感觉到在不同观察方向上,对象的亮感觉到在不同观察方向上,对象的亮暗程度是
11、不相同的。决定亮暗程度的并不是对象暗程度是不相同的。决定亮暗程度的并不是对象在发光面上的发光强度,而是亮度。单位为尼特在发光面上的发光强度,而是亮度。单位为尼特第二节 道路照明质量质量的评价:获得的视觉信息质量的评价:获得的视觉信息良好的必要的视良好的必要的视觉条件觉条件照明设施(物理过程)、正确发挥视觉照明设施(物理过程)、正确发挥视觉生理和心理过程的作用(生理、心理过程)生理和心理过程的作用(生理、心理过程)司机的视觉1、视野、视野2、可见光:肉眼能感觉到的光、可见光:肉眼能感觉到的光3、人的视觉:、人的视觉:“亮度适应亮度适应”,“暗适应暗适应”,“亮亮适应适应”4、司机的注视范围:视觉
12、、司机的注视范围:视觉亮度,亮度,第二节 道路照明质量质量的评价:获得的视觉信息质量的评价:获得的视觉信息良好的必要的视良好的必要的视觉条件觉条件照明设施(物理过程)、正确发挥视觉照明设施(物理过程)、正确发挥视觉生理和心理过程的作用(生理、心理过程)生理和心理过程的作用(生理、心理过程)司机的视觉1、视野:、视野:人眼的视野较广,大约人眼的视野较广,大约100度范围,上度范围,上约约50、下约、下约75度度 2、可见光:肉眼能感觉到的光、可见光:肉眼能感觉到的光3、人的视觉:、人的视觉:视网膜上分布着两种感光细胞,锥视网膜上分布着两种感光细胞,锥状体和杆状体细胞,根据光强度不同进行工作。状体
13、和杆状体细胞,根据光强度不同进行工作。“亮度适应亮度适应”,(眼睛对于外界的亮度变化,能,(眼睛对于外界的亮度变化,能适当地调节锥状体适当地调节锥状体和杆状体细胞使之具有合适的和杆状体细胞使之具有合适的感度感度)“暗适应暗适应”(杆状体细胞杆状体细胞),),“亮适应亮适应”(锥状体细胞锥状体细胞)司机的视觉4、司机的注视范围:、司机的注视范围:国际照明委员会(国际照明委员会(CIE)建议:)建议:司机观察路面的平均视点高度为司机观察路面的平均视点高度为1.5m,大体相当于汽车司,大体相当于汽车司机的人眼高度,若向前注视的视角约为机的人眼高度,若向前注视的视角约为1则注视的范围约则注视的范围约为
14、正前方为正前方60160m左右,在此范围内的路面亮度分布状况,左右,在此范围内的路面亮度分布状况,对司机视觉直接起作用对司机视觉直接起作用。司机的视觉5、司机的看视条件、司机的看视条件 路面平均亮度,对隧道来说还有作为背景的墙面路面平均亮度,对隧道来说还有作为背景的墙面亮度;亮度;路面亮度均匀度路面亮度均匀度 物体的亮度;物体的亮度;物体与背景的亮度对比;物体与背景的亮度对比;观察物体时的有效时间;观察物体时的有效时间;眩光程度等。眩光程度等。司机的视觉此外,还与物体的形状,轮廓的清晰度、在视野此外,还与物体的形状,轮廓的清晰度、在视野中的位置,以及是否出现在预料的位置上,或是中的位置,以及是
15、否出现在预料的位置上,或是突然出现在非预料位置上等有关,突然出现在非预料位置上等有关,视觉是以生理视觉是以生理量度量的,受观察者的精神、视力、身体状况的量度量的,受观察者的精神、视力、身体状况的影响影响。还受气象(如雾等)和空气混浊程度的影。还受气象(如雾等)和空气混浊程度的影响。响。影响视觉的主要因素1、适宜的亮度、适宜的亮度1)亮度)亮度2)适宜的亮度是物体在视网膜上成像引起视觉的)适宜的亮度是物体在视网膜上成像引起视觉的基本条件。视觉与亮度的对数成正比关系,基本条件。视觉与亮度的对数成正比关系,“最最低亮度阈低亮度阈”,视觉上限,眩光,视觉上限,眩光影响视觉的主要因素2、对象的大小、对象
16、的大小 “对象对象”的定义就是能够看到的事物或者事的定义就是能够看到的事物或者事物的一部分。能否看清对象,除了依赖于照物的一部分。能否看清对象,除了依赖于照明条件外,还决定于对象的大小。明条件外,还决定于对象的大小。影响视觉的主要因素3、对象和背景的亮度对比、对象和背景的亮度对比1)定义(表达式)定义(表达式)在观察方向上,若对象的表面在观察方向上,若对象的表面亮度为亮度为L0,背景亮度为,背景亮度为 Lb,则对象与背景的亮度,则对象与背景的亮度对比对比C可用下式表示可用下式表示 C值表示对象与背景亮度差别的大小,值表示对象与背景亮度差别的大小,C值越大,值越大,可以识别得越清楚。可以识别得越
17、清楚。C值小到某一值以下时就不能值小到某一值以下时就不能识别对象了。识别对象了。影响视觉的主要因素4、颜色对比的影响、颜色对比的影响1)背景与对象之间应该存在颜色对比(颜色上的)背景与对象之间应该存在颜色对比(颜色上的差别)差别)2)亮度对比是识别对象的主要因素,颜色对比则)亮度对比是识别对象的主要因素,颜色对比则为辅助因素为辅助因素5、环境亮度的影响、环境亮度的影响1)照明对象以及所在的环境或对象的背景)照明对象以及所在的环境或对象的背景2)原因)原因影响视觉的主要因素 对背景亮度的要求是足以识别背景。隧对背景亮度的要求是足以识别背景。隧道内背景主要是路面和墙面,顶棚也可以是道内背景主要是路
18、面和墙面,顶棚也可以是背景。足够亮的背景,才能衬托出对象的轮背景。足够亮的背景,才能衬托出对象的轮廓和相对位置,使司机作出准确的判断,保廓和相对位置,使司机作出准确的判断,保证行车安全。证行车安全。影响视觉的主要因素6、空气对能见度的影响、空气对能见度的影响 空气对光通的衰减作用和光幕空气对光通的衰减作用和光幕 发光(或反光)物体的光通,必须经过空气才发光(或反光)物体的光通,必须经过空气才能到达人的眼睛。在传播的过程中受到吸收作用能到达人的眼睛。在传播的过程中受到吸收作用和散射作用造成光通衰减。空气的散射是造成定和散射作用造成光通衰减。空气的散射是造成定向传播的光通衰减的最主要原因。向传播的
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