[发明专利]一种中灯位多维道路照明方式

说明书

技术领域

本发明是发明人系列发明——“多维道路照明体系”的第五部分，涉及一种新型道路照明方式，具体是一种中灯位多维道路照明方式。

背景技术

市政道路的特点之一是不完全封闭，部分路段人车混行、时有拥堵。目前，市政道路普遍采用的照明方式是高灯位路灯，光源为HPS或MH，安装高度10m左右，安装间距30m左右，单灯功率250W左右，这构成了目前主流照明方式。这种照明方式技术成熟，但是由于灯位高，单灯功率大，存在以下问题：

1、眩光问题

道路照明设计规范要求采用截光、半截光型路灯来减少眩光。这一措施，可以限制眩光但无法消除眩光。产生眩光的原因是：以截光型灯具(包括HPS、MH灯和LED灯)为例，其光路主要照射部分并不投射到机动车驾驶员眼中，从这个意义上说，截光型灯具基本避免了直接眩光。但是，该型灯具总是存在一个亮度很高的发光面，由于该发光面与驾驶员之间存在高度差H，则总存在视角α使得驾驶员可直视该发光面，感觉到来自前上方的路灯发光面的眩光(见附图1)。这一眩光不是传统意义上的直接眩光，但仍然属于失能眩光。

该眩光存在的充分条件是：α＞0。

要改变α大于0，有两种措施。其一是把灯具倾斜放置，使灯具的发光面与驾驶员向前上方的视线平行(见附图2)，从而使α角为0。但机动车在运动时α角的大小在时刻变化，故这种方法无法消除本行车方向但不同位置的车辆的眩光；同时，这一倾斜的“发光面”会照射到对面行车方向，反而加强了对面行车方向的眩光，因此不可取。

另一种措施是降低路灯高度，当路灯高度与驾驶员眼高相同时，使α角为0。但这会带来配光等一系列问题，特别是将现有的250W-400W的HPS、MH路灯高度降至驾驶员眼部高度显然是不可行的。

因此，采用主流照明方式的道路都存在来自行车方向前上方的失能眩光。

另外，主流照明方式下的高灯位路灯不也都不可避免地存对于临近住宅的光污染。

2、无效照明问题

为提高照度均匀度，高灯位照明方式将光源以下空间尽可能均匀照亮，形成如附图3所示的光幕区。

对于封闭的快速道路，机动车驾驶员仅需观察路面及道路前方情况而不需要同时观察道路内外的目标情况。因此，道路照明并不需要路面上方接近10m高的光幕空间，其光幕空间可降低至一半甚至更低，驾驶员识别道路路面和前方障碍物主要依靠这一光幕空间内的照明，我们将这一高度内的光幕空间称为有效光幕区域，只有有效光幕区内的照明才有意义。显然，现行高灯位照明方式存在大比例的无效光幕区。

同时，根据余弦定律，可以证明，即使在有效光幕区域内，现行高灯位照明方式也存在大比例的无效照明分量。

事实上，只有有效光幕区域内的有效照明分量是有效照明。无效照明包括无效光幕区的照明及有效光幕区域内的无效照明分量。

另一方面，根据平方反比定律，现行高灯位照明的照度垂直分布规律是上亮下暗。这使得处于上部的无效光幕区的照度会高于位于下部的有效光幕区的照度。这显然与驾驶员观察所需要的上暗下亮的照明基本需求相悖。

因此，高灯位照明方式都存在大比例无效照明及违背照明基本需求的问题。

3、可见度低下问题

高灯位路灯的安装间距30m左右，这使得机动车行进方向的垂直照度难以均匀(此非水平照度意义上的“斑马线”)。有研究指出，在部分区域的垂直照度非常弱，甚至接近于零。

我们知道，前方目标物表面亮度与垂直照度存在准线性正相关关系，而亮度与前方目标可见度在中间视觉范围亦分段的呈现正相关关系，见附图4。

从图4中可以看出，当平均亮度降到0.1至0.5cd/m²时，可见度将降至20％以下。

这表明高灯位路灯照明方式下，存在可见度特别低的区域。

垂直照度不均匀还将导致行车方向前方空间亮度不均匀(忽明忽暗)，亦会降低前方目标的可见度RP值，如附图5所示。垂直照度的不均匀，一方面将导致部分暗区可见度较低，同时也引起整体可见度的降低。

4、树木遮挡问题