道路照明设计.pptx
16.1 概述 照明与交通安全 道路照明的目的 相关概念第1页/共89页2照明与交通安全 （1）车辆前照灯局限性 纵向：标准车辆远光灯照射范围100120m，近光灯30 50m。侧向：远光灯通常向正前方照射，近光灯有些偏左/右。第2页/共89页3照明与交通安全 （2）一些研究结论：照明设施设计不好或维护很差的道路上，事故率明显上升。道路照明可以使夜间交通事故数量降低30%以上。道路照明使事故量降低2070%不等。第3页/共89页4道路照明的目的 提供良好的夜间交通环境。为长的地下道或隧道提供全日照明。减少夜间街上的犯罪活动。美化城市环境。第4页/共89页5相关概念（1）视觉可靠性：指司机为了安全地控制汽车，对呈现在眼前的部分视觉信息进行选择和处理的能力。本能的，因人而异。视觉可靠性能够改善，事故率一定会降低。由两个影响照明参数的部分组成：视功能；视舒适：第5页/共89页6概念关系第6页/共89页7（2）光一种可为肉眼察觉，产生视感的辐射能。光是一种能量；不是光源的全部辐射能；而是其中能产生视感的部分；电磁波的可见范围为280nm770nm。第7页/共89页8（3）光通量（F）光源在单位时间内向四周空间发射的产生视感的辐射能（光）值。单位：流明（lmlumen）。只与光源本身特性有关；表示辐射的可见能量的大小。第8页/共89页9（4）发光强度（I）（光强）光源在指定方向单位立体角内辐射的光通量。单位：坎德拉（cdcandela）;立体角用sr表示，球的立体角为4，1 cd=1 lm/sr光源的平均光强I=F/4只与光源本身特性有关，表示光通量在光源四周的分布第9页/共89页10（5）照度（E）被照面单位面积上的光通量。面积A上的平均照度Eav=F/A 单位：勒克斯（lxlux）1lx=1lu/m2。0.1 lx能大体看清周围的物体；2030 lx工作场所的适宜照度；200 lx感觉最舒适，视觉不易疲劳，相当于太阳光不直接照射的露天地面上的照度。第10页/共89页11（6）亮度（L）发光表面在一定方向的发光强度（反射光强度）与沿该方向的投影面积之比。L=I/Scos。单位：cd/m2。反映了人眼主观视觉强烈程度，与照明器特性、被照点几何位置和路面的反射特性有关。第11页/共89页12（7）照度E与亮度L的关系 L=Eq q被照面亮度系数；反映被照面朝观察者方向反射光数量多少的一个系数，表示路面的反光性能；相关因素：道路表面特性；观察者、光源相对于考察点的位置，即 q=q(,)光的入射平面和观察平面之间的角度；入射光线的垂直角。第12页/共89页13（8）反射率被照表面反射出来的光通量与发射到该表面的光通量之比。与道路表面特性、观察角度有关。=Mv/EE表面照度；Mv光出射度，即被照表面在所有方向（2立体角）反射总光通量除以被照面面积。=0,1 沥青路面，=0.10.6；水泥路面，=0.210.40。第13页/共89页14（9）发光效率（光效）通常，电光源消耗的电功率只有很小一部分转变成光能，相当大一部分转变成了热能。发光效率指光源发出的全部光通量与其消耗的电功率之比，=F/P（lm/W）。第14页/共89页15(10)配光曲线在极坐标上标出各方位的光强值，连成的曲线。表明了光源的光强空间分布情况，并给出最大光强值点。第15页/共89页16（11）利用系数到达工作面（路面）上的光通量与光源内发射的光通量的比值。（12）维护系数照明设施使用一段时间后，系统照度水平会降低，因为：光源老化，光通量衰减；灯具因灰尘、挥发物等污染引起光通量折减。照明设计中，初始值要比维持值（标准中的值）高出3050%。第16页/共89页17（13）色表人眼直接观察到的光源的颜色。（14）显色性表征被照物体颜色的失真程度。用显色指数定量表示。显色性好：物体受照后效果和标准光源（日光或火焰光）的照射效果相似；显色指数大。显色性差：受照物体颜色失真；显色指数小。所有灯没有一种对人的色彩感受有实质性的影响第17页/共89页186.2道路照明标准主要内容 我国道路照明标准 视功能 视舒适 诱导性第18页/共89页19我国道路照明标准城市道路第19页/共89页20视功能评价指标及设计定量参数（1）能见距离（2）察觉几率（3）显示能力（4）超阀限能见度（5）反应功能（6）相对运动的察觉功能评价指标设计定量参数（1）平均亮度Lav（照明水平）（2）总均匀度U0（均匀度）（3）阀值增量TI（失能眩光）关系试验研究第20页/共89页21设计定量参数平均亮度Lav：均匀度U0：阀值增量TI：衡量眩光使视功能下降的程度。其中Lv等效光幕亮度，Lv=有眩光后的亮度-原有亮度第21页/共89页22试验研究结论 视功能的改善密切依赖于照明水平(Lav)的提高,Lav应1cd/m2，(对应于中等亮度均匀度和眩光限制，即U0=0.4,TI=10%左右)。为提高视功能，Lav范围应在210 cd/m2之间（U0、TI中等水平）。均匀度或照明设施的眩光限制出现任何降低水平，会导致视功能的明显恶化。Lav、U0、TI之间存在一定的内在关系，即U0、TI的降低导致的视功能的恶化可通过提高Lav而得到改善，反之亦然。纵向均匀度对视舒适有影响，也影响司机的反应功能。第22页/共89页23视舒适 利用主观评价法，建立主观评价与照明设计参数之间的函数，进行定量分析。照明设计参数：平均均匀度Lav（照明水平）纵向均匀度Ul（均匀度）眩光控制等级G（不舒适眩光）主观评价常使用“九点表”第23页/共89页24“九点表”第24页/共89页25设计定量参数纵向均匀度Ul车道轴向中心线上，最小亮度和最大亮度的比值 Ul=Lmin/Lmax。眩光指数G:H从眼睛水平线到灯具的垂直距离；P每公里灯具数；SLI特定灯具指数，由灯具供应商提供。第25页/共89页26一般性结论 亮度水平的主观评价与道路类型有关，如：评价为“好”，主要道路,Lav2cd/m2，次要道路Lav1cd/m2。“好”Ul0.7，要求灯具间距40m。Lav、Ul、G间存在一定的内在关系，每一项在某些范围内都受次要参数的影响，如Ul由0.77下降到0.50，亮度水平主观评价单位下降1单位。“满意”G=7。第26页/共89页27诱导性 诱导性的分类 视觉诱导利用道路的诱导辅助设施或专门的诱导设施。光学诱导利用灯杆和灯具的排列，灯具式样、灯光颜色或其强度的变化。第27页/共89页28（1）设置连续照明的道路 合理选择照明装置的设置方式 整齐的灯具排列两块板道路，灯杆设置在中央分隔带上；曲线段设置在外侧。第28页/共89页29（2）通向交叉口的道路，相邻的道路，类别、功能不同的道路 改变照明系统通向交叉口的道路（常规）和交叉口（高杆）采用不同的照明系统 改变光源颜色交叉口的主/次路采用颜色不同的光源城市道路照明规划时，不同等级的道路有计划地采用不同的光源 改变灯具的式样或安装高度通向停车场、加油站的道路采用和主路式样不同灯具或不同的安装高度 改变灯具的安装布置方式中心对称布置的灯具在接近交叉口时采用双侧对称布置第29页/共89页306.3光源与灯具光源（1）根据发光原理第30页/共89页31（2）常见光源特点及适用性白炽灯 显色性好，使用方便，价格低；光效低，寿命短（卤钨灯有所改善）；多用于住宅照明；新型道路照明系统不宜采用。第31页/共89页32荧光灯 发光面积大，光线柔和，照度较均匀，接近自然光；光通量输出值有限（16000lm），需要镇流器，低温时比其它光源更难触发；多用于隧道内部照明和交通标志照明；新的道路照明系统中不再采用。第32页/共89页33高压汞灯 光效高，寿命长，色表好（兰-白）；初期投资高；早些年用来取代白炽灯，近年被高压钠灯取代。第33页/共89页34高压钠灯HPS 光效高，寿命长，眩光小，色表及显色性适于量大面广的道路照明；需特殊镇流器提供启动时的高压；近年来逐渐取代汞灯，许多国家认为它是道路照明光源的发展方向。第34页/共89页35低压钠灯LPS低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光，用于对光色没有要求的场所，但它的“透雾性”表现得非常出色，特别适合于高速公路、交通道路、市政道路、公圆、庭院照明，能使人清晰地看到色差比较小的物体。低压钠灯也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种，应用场所也在不断扩大。光效最高，光通量长期稳定；显色性差；商业区.居住区用的较多。第35页/共89页36混光灯 放电管与白炽灯灯丝串联而得名；光效比白炽灯高1倍，寿命是其5倍；不需要镇流器；可直接更新现用的白炽灯。第36页/共89页37第37页/共89页38（3）光源选择 总体要求：光效高、寿命长、有适当的显色性。道路照明应采用气体放电灯，不应采用白炽灯；具体地：快速路、对颜色识别要求不高的市郊道路采用低压/高压钠灯；主干/次干路高压钠灯；支路、居住区道路小功率高压钠灯或小功率高压汞灯；市中心、商业中心等可采用金属卤化物灯或中/高显色性高压钠灯。第38页/共89页39灯具（1）组成与作用灯具包括：光源器件、反射和折射装置、支撑和固定光源的灯座、接线柱、外罩。作用：在保证总光效的前提下，调整光通量的分布，尽量把光分配到必要的方向，即调整配光。第39页/共89页40（2）分类 按安装位置与光的投射方向 常规灯具：安装在灯杆、墙壁、拉线上，光的主要部分平行道路走向；链式灯具：悬挂在钢丝上，光的主要部分垂直于道路走向；投光灯具：光的投射方向完全自由，可以固定地朝任何方向。第40页/共89页41（2）分类 按配光特性 截光型（限制眩光型）：光线分布在060角内，纵向间距小，适于周围较黑的高速、城市干道。半截光型（半限制眩光型）：光线分布在070角内，适于周围环境明亮的城市道路。非截光型（非限制眩光型）：光线分布在080角内，间距大、经济，只用于胡同、小巷。第41页/共89页42灯具的选择（1）机动车道应采用功能性灯具：快速路、主干路必须用截光型、半截光型；次干路、支路应采用半截光型。装饰性灯具禁止机动车通行的商业街道，居住区道路，人行地道，人行天桥，有必要单独设灯的非机动车道宜采用装饰性和功能性结合得好的灯具或具有较高机械强度的装饰性灯具。第42页/共89页43灯具的选择（2）高杆照明宜选用泛光灯。照明标准高、环境污染严重、维护困难的道路和场所宜采用防尘防水级别较高的灯具。空气中酸碱等腐蚀性气体含量高的地区或场所宜采用耐腐蚀性好的灯具。发生强烈振动的场所宜采用带减振措施的灯具。第43页/共89页446.4道路照明系统布局照明方式道路及与其有关的特殊场所的照明方式分为：常规照明高杆照明链式照明第44页/共89页45照明方式常规照明（1）灯具布置基本形式第45页/共89页46第46页/共89页47第47页/共89页48（2）灯具的安装高度、间距、悬挑、仰角第48页/共89页49灯具的配光类型、布灯方式与安装高度、间距的关系 H越小，总投资越低，但眩光会增大；安装间距S与H有关，H越大，S越大；纵向均匀度、车速一定的条件下，增大S可减小路面亮度的变化，改善驾驶员视觉特性和视觉舒适感。第49页/共89页50悬挑决定了路灯照射的有效宽度，不宜过长以导致人行道照度/亮度过低，一般lc不大于H/4。为提供良好的诱导性，应使灯具排列在整齐、光滑的一条线上，为此，可在道路边缘凹凸不平的路段，适当调整悬挑长度。如：港湾式停靠站第50页/共89页51仰角 设置仰角的目的：在H一定的条件下，增加路面的照射范围。仰角过大（特别在弯道上），产生眩光的机会增加。不超过15。第51页/共89页52照明方式高杆照明 通常指一组灯具安装在高度20m的灯杆上，进行大面积照明的方式。多用于大型平面交叉口、立交区、大型广场、公共停车场等。第52页/共89页53（1）灯具配置方式平面对称 灯具对称地配置在垂直对称面两侧的一个或几个水平面上。主要适用于宽阔道路的照明。第53页/共89页54（1）灯具配置方式径向对称 灯具沿径向对称地布置在一个或几个水平面上。主要适用于大面积广场、环形交叉口和布置得比较紧凑的简单立交。第54页/共89页55（1）灯具配置方式非对称 灯具按实际需要配置，分别瞄准一定的区域。主要适用于大型、多层、复杂立交或道路分布很广、很分散的立交。第55页/共89页56（2）高杆照明的特点 优点：照明质量好：均匀度、眩光效应、视舒适；提供大区域的整齐清晰的图像；灯杆少，减少撞杆事故；造型美观，有美化城市的作用。缺点：造价较高；采用液压高架车维修（升降式除外）；光通量利用率低，能耗大。第56页/共89页57（3）高杆照明设计注意问题 合理选择上部灯架和灯杆的结构形式。灯架：固定式、升降式；灯杆：单柱式、多柱式。合理选择灯具配置方式。处理好功能和美观的关系。正确选择杆位。合理选择灯具和光源：泛光灯具、大功率高压钠灯。合理确定灯具的投光角度和杆距。合理确定照明标准。进行科学的设计计算和经济分析比较。第57页/共89页58照明方式链式照明在中央分隔带上设置间距很大的灯杆（60100m），之间为拉紧的钢索，灯具悬挂在钢索上。沿道路横向设出大部分的光，灯具必须设得紧密一些。具有出色的视觉诱导性和均匀度，引起普遍重视。第58页/共89页59照明供电与控制（1）照明供电城市道路 宜由10KV配电线路上专用路灯变压器或公用三相变压器供电(低压供电)。条件许可时可采用10KV电压等级的专用线路供电(高压供电)。重要道路和区段的照明宜采用双电源供电。低压照明线路的末端电压不应低于额定电压的90%或不应低于始端电压的95%。可触及的金属灯杆和配电箱等金属照明设备均需保护接地，接地电阻应小于10。第59页/共89页60（1）照明供电公路 电源一般引自沿线布置的专用配电站，配电站一般布置在需要照明路段的中心，照明电压均采用220V，放射式供电。线路延伸超过1km时，需增大导线截面以保证路线压降在10%以内。变压器二次线圈中性点接地。灯具底座利用地脚螺栓或另打专用接地极作重复接地。电源引出端上方在低压配电屏内设置小型断路器，灯具进线端一般装熔断器进行保护。第60页/共89页61（2）照明控制 控制类型：定时控制、光电控制。定时控制所采用的器件为定时钟或微型计算机控制仪；光电控制所采用的器件为光控开关。应根据自身条件，选择一种或结合起来使用。采用低压供电时宜用控制线或单电源控制方式。也可采用单灯控制方式。道路的开灯、关灯照度水平宜为210LX。第61页/共89页62照明供电线路布置 路灯供电网络设计应符合规划的要求并留有余地。在技术经济条件许可时，宜采用地下电缆线路供电。采用两相10KV线路供电时，从路灯高压架空线引出的电缆不宜过长。第62页/共89页63公路电缆直埋。平行路缘埋在土路肩中；埋深0.7m；每隔50m立标志柱。线路横穿道路必须预埋钢管直径一般80mm壁厚4mm；钢管端部应伸入手孔井或人孔井。立交中，需要垂直布置电缆时，应设置电缆竖井。第63页/共89页64节能措施 进行照明设计时，应提出多种都能符合照明标准要求的照明方案，进行分析比较，从中选取既技术先进、经济合理又节约能源的最佳方案。具体措施：（1）应合理选择照明器材：采用常规道路照明灯具时，灯具效率低于60者不应选用；采用泛光灯时，灯具效率低于55者不应选用；应选用耗能低的镇流器。第64页/共89页65（2）功率因数补偿：气体放电灯应加电容补偿，补偿后的功率因数应不小于0.8。（3）实行半夜灯：（居住区道路和少数街道除外）可采用双光源灯具，下半夜关掉一盏灯 可采用下半夜能自动降低灯泡功率的镇流器，以降低灯泡消耗的功率；关掉不过半数的灯具，但不允许关掉沿道路纵向相邻的两盏灯具。第65页/共89页66（4）加强维护：应制订严格的维护计划，认真进行灯具等照明设施的维护和清扫，提高光源光通量利用率。此外，采用定时控制时应根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定路灯的停,开时间，且应采用可靠性和一致性好的控制器件。第66页/共89页676.5 照明设计与计算设计原则 安全可靠 技术先进 经济合理 节省能源 维修方便 式样美观第67页/共89页68应收集的资料 道路等级 道路平面图和横断面图 周围环境（建筑、绿化、环境污染等）及发展规划 路面材料及反光特性 可供选择的光源、灯具及其附件的型号、规格、光电特性、价格等 可供选择的供电、线路敷设及控制方式等第68页/共89页69设计内容 确定照明标准 确定灯具的布置方式；确定光源、灯具的类型和规格；确定灯具的安装高度、间距、悬挑和仰角；确定灯杆、灯台及其它照明器材的类型和规格。第69页/共89页70设计步骤第70页/共89页71照明计算第71页/共89页72（1）计算点的选取 路段：交叉口：网格法第72页/共89页73（1）计算点的选取CIE推荐 计算区域：单侧相邻两灯之间的区域；计算网格：灯距S50m，点排数n=10；S50m，n=为给出d 5的最小整数；横向点数：每条车道横方向上应布置5个点，其中一个位于车道中心线上；均匀度好的场合可取3点。第73页/共89页74（2）观察者的位置 眼睛高度：1.5m；纵向位置：计算网格前约60m；TI例外，按最不利情况计算司机的纵向张角（水平线与视线上限的夹角）为20。横向位置：纵向均匀度车道中线；其它近侧路缘1/4车道宽度处。第74页/共89页75（3）公式法点光源在任意点的照度符合三个基本定律：余弦定律 光能叠加原理 点光源的距离平方反比定律第75页/共89页76a.余弦定律 点光源向各个方向发出的光强度随着该方向与表面法线夹角的余弦而变化，即：Ip=Iccos第76页/共89页77b.光能叠加原理 若一个表面受到几个光源同时照射，该表面接收到的光通量等于各个光源射到该表面的光通量之和，即：若该表面面积为A，则其照度为：第77页/共89页78c.点光源的距离平方反比定律 点光源在一个表面上产生的光照度与光源至表面距离的平方成反比，即：第78页/共89页79某一点的照度单个光源产生的：多个光源产生的：第79页/共89页80某一点的亮度 单个光源产生的亮度：其中 ，称为简化亮度系数，可直接查表。第80页/共89页81（4）灯具光度数据的图表法单点照度等照度曲线第81页/共89页82应用方法 选取计算点;明确计算点在图中的位置(3-4个灯具);对每个灯具查出照度值,并累加;照度转换;乘以维护系数.第82页/共89页83例题 某路采用交错排列布灯，安装高度H=6m，灯距S=25m，伸出道路1m，道路宽度W=6m。采用JTY19型乳白色敞口式灯罩，其等照度曲线见下图。光源为125W荧光高压汞灯，其光通量为4750lm，计算灯1、2、3对A点产生的照度。第83页/共89页84平均照度利用系数曲线计算一直线路段上的平均照度最容易、最迅速的方法是采用灯具光度测试报告中给出的利用系数曲线图，通过下面公式进行计算：利用系数。根据道路的宽度和灯具的安装高度、悬挑长度和仰角，从灯具的利用系数曲线图中查出；F光源光通量；K维护系数，随灯具的密封程度、使用环境条件及维护状况的不同而异，一般为0.50.7；N与灯具排列有关的数值，单侧/交错取1，对称取2；W路面宽度；S灯杆间距。第84页/共89页85单侧布置路灯利用系数曲线图第85页/共89页86平均亮度亮度产生曲线图 相对于灯具排列线的三种观察者位置的亮度产生图：A为从左侧距排列线1h，B为在灯具排列线上，C为从右侧距排列线1h。对于图示的道路断面和观察者位置：L人行道侧=0.18 L车道侧=0.26 L总=0.44第86页/共89页87平均亮度亮度产生曲线图式中:L亮度产生系数，根据道路几何尺寸、灯具安装条件、观察者的位置，由灯具的亮度产生曲线图查出；F光源的光通量（lm）；s灯具安装间距（m）；W路面宽度（m）；Q0路面的平均亮度系数（cd/m2/lx）。第87页/共89页88眩光指数G式中：h从眼睛水平线到灯具的垂直距离；P每公里灯具数；SLI特定灯具指数，由灯具供应商提供。第88页/共89页第6章 道路照明设计89感谢您的观看！第89页/共89页
