一种高铁照明对临近并行高速公路眩光影响的评价方法与流程

本发明涉及照明测量及高速公路安全评价领域，尤其是涉及一种高铁照明对临近并行高速公路眩光影响的评价方法。
背景技术：
：国际照明委员会(CIE)对眩光的定义为：眩光是一种视觉条件。这种条件的形成是由于亮度分布不适当，或亮度变化的幅度太大，或空间、时间上存在着极端对比，以致引起观察者不舒适或降低观察重要物体的能力，或同时产生这两种现象。眩光的产生会降低人眼对目标对象的视认效果，延长视认时间。严重的甚至会导致短暂的光幕失明，并在眩光源消失后具有一定的时延特性，进而干扰到驾驶人员对车辆、路况信息的获取和处置，极易诱发公路交通事故。眩光基于心理和生理侧重点的区别，可以分为不舒适眩光和失能眩光。不舒适眩光的产生是由于来自眩光源的散射光线进入观察者眼内导致了视觉的不舒适感，并不影响分辨力和视力。而失能眩光则是由于眩光源的散射光线在视网膜上产生了视感，与目标物成像产生了重叠，导致成像的对比度下降，从而降低了视觉效能和视觉的清晰度。由于不舒适眩光并不会影响分辨力和视力，它的影响主要是长期的随时间积累的过程，所造成的危险比失能眩光较轻，本发明所提到的眩光主要是指失能眩光。到目前为止，针对室内环境、体育场馆、机动车道路等照明场合，主要有以下四种主要的眩光评价指标，各方法及其适用条件如下：(一)统一眩光值UGR目前CIE和新国标使用的计算眩光指数的公式如下，并称之为统一眩光指数UGR。其中，Lb为背景亮度，Lα为观察者眼睛方向每个灯具放光部分的亮度，ω为每个照明器发光部分对观察者眼睛所形成的立体角，P为每个照明器的古斯位置指数(视线方向的偏移)。该方法适用于简单的立方体形房间的一般照明装置设计，不适用于采用间接照明和发光天棚的房间。(二)眩光值GR眩光指数GR计算方法如下：其中，为室外照明灯光在视网膜上产生的光幕亮度，为室外照明的背景在视网膜上产生的光幕亮度。本方法适用于常用条件下，满足照度均匀度的室外体育场地的各种照明布灯方式。(三)道路照明眩光评价的阈值增量TI阈值增量是失能眩光的度量。表示为存在眩光源时，为了达到同样看清物体的目的，在物体及其背景之间的亮度对比所需要增加的百分比。在背景亮度范围为0.05cd/m2<Lav<5cd/m2时，阈值增量TI的计算公式可近似为：其中，TI为相对阈值增量，Lv为等效光幕亮度，Lav为路面平均亮度，平均亮度为路面亮度的总体水平。(四)道路照明中的眩光控制等级G道路照明中，驾驶员所感受到的不舒适眩光，可以用眩光控制等级G来度量。G值与灯具本身的性质及布置情况有关。眩光控制等级共分为1、3、5、7、9这五级，级数越小表示眩光越厉害。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种原创性、方法完整、判断科学、适用性广的高铁照明对临近并行高速公路眩光影响的评价方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：与现有技术相比，本发明具有以下优点：一、原创性：现有的眩光影响技术中并没有研究高铁线路列车对邻近并行高速公路眩光的影响，本发明创新性地提出了一种定量评价高铁照明对临近并行高速公路的眩光影响方法，解决了高铁线路列车对邻近并行高速公路眩光的实际问题。二、方法完整：本发明是一种包括光源特征提炼、光源强度预估、眩光综合评价的完整的眩光影响评价体系。三、判断科学：本发明深入分析高速铁路列车光源对高速公路光环境的改变、科学地研究光环境变化对驾驶员视觉工作的影响，对提高高速公路驾驶员夜间驾车的安全性具有非常重要的意义。四、适用性广：本发明基于高铁列车光源、高速铁路与高速公路空间几何关系提出的眩光评价方法，适用于不同高铁列车光源和不同高铁与高速并行情况，实验方法具有普适性，实验结果所示规律可应用于一般高速铁路与高速公路并行情况下的眩光影响评价。附图说明图1为高铁照明对临近并行高速公路的眩光影响评价方法的原理图。图2为高铁列车的光源照度沿高铁与高速公路相对高差的衰减变化图。图3为高铁列车的光源照度沿高铁与高速公路横向距离的衰减变化图。图4为高铁列车的光源照度沿高铁与高速公路纵向距离的衰减变化图。图5为在高铁列车在单独前照灯眩光源条件下的空间计算示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图1所示，本实施例的高铁照明对临近并行的高速公路的眩光影响评价方法，具体实施步骤如下：步骤一：根据高铁列车的前照灯和车厢灯两种光源的光源参数资料提炼其光源特征高铁列车光源可分机车灯和车厢灯两大类。机车灯，主要包括前照灯、辅助照明灯、标志灯。前照灯，又名车头灯，位于机车前部，其形状和功能与探照灯相似，有照明和警示作用。辅助照明灯位于机车前部缓冲梁上方两侧，协助前照灯，用于近处照明。标志灯也位于机车前部缓冲梁上方两侧，用红色(或白色)灯光显示列车运行线路和方向。辅助照明灯和标志灯一般比前照灯功率小的多，可以不作考虑。车厢灯包括车厢内使用的各种灯具，如棚顶灯、壁灯、镜前灯和尾侧灯等。本发明在分析高铁照明引起的眩光影响时主要考虑前照灯和车厢灯这两种主要的光源。1)前照灯前照灯的光源特征参数主要包括基准轴上的光强度及照射距离、水平方向和垂直方向的相对光强度分布。高铁列车前照灯主要使用的光源有卤钨灯光源和气体放电光源两种，前照灯的特征参数基准轴上的光强度及照射距离如表1所示，水平方向和垂直方向的相对光强度分布如表2所示。表1基准轴上的光强度及照射距离表2水平方向和垂直方向的相对光强度分布这两种高铁前照灯光源各有特点。对于本实施例而言，气体放电光源虽然聚光性很好、不易发散，但是光强度高，有可能因为其强度高造成眩光。而卤钨灯光源虽然光强度略低，但是它的发散性高，相对更容易由高速铁路照射到临近并行高速公路上。因此，气体放电光源和卤钨灯光源的影响都需要进行考虑评价。2)车厢灯我国高铁列车的车厢灯目前采用的都是日光色荧光灯照明，本实施例参考“和谐号”动车组一等车厢和“蓝箭号”特快列车二等车厢的内室设备状况及照度水平，顶部和行李架的荧光灯参数如表3所示。表3内室设备状况及照度水平位置光源颜色照度(lx)主次寿命(h)顶部荧光灯日光色300‐600主光源5000行李架荧光灯橙黄色100‐300辅助光5000(注：照度指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒克斯(lx))。步骤二：进行高铁列车眩光现场测量前照灯和车厢灯耦合作用造成眩光程度规律试验，主要探究高铁列车光源对高速公路驾驶员眩光程度的相关影响因素，主要分为观测点与高铁列车横向(垂直于高铁线方向)距离、计算点与高铁列车纵向距离(平行于高铁线方向)以及高铁与高速公路相对高差对眩光程度的影响三个方面。高铁列车车厢灯对临近并行的高速公路的驾驶员的影响不可忽视。根据国际铁路联盟的规定，以荧光灯为照明灯的运行客车，其室内照度水平为150lx左右。假设高铁列车每列编组12辆，包括两节动力车和十节动力车，则一列高铁列车的车厢灯光照度约为1800lx。事实上，车厢灯光线非常发散，火车本身也具有一定长度，在眩光评价计算点由高铁列车车厢灯引起的光照度很难进行确切估计。在实际工况中，高速公路驾驶员接收的光线是前照灯和车厢灯耦合作用的结果，不能进行简单的叠加。为了定量评价实际的前照灯和车厢灯耦合作用造成的眩光程度，需要对高铁眩光影响进行现场的试验测量，具体包括以下步骤：1)选取空间开阔、观测高铁光源的视野条件较好的试验场地；选取天气状况良好的夜晚为试验时间；准备照度仪三台、摄像机一台、50m皮尺、5m可伸长钢尺及固定装置等试验仪器；2)在高铁光源测量开始前先测量路面的平均亮度值；3)观测点与高铁列车纵向距离和横向距离对眩光程度的影响：选取纵向方向依次间距20m的三个观测点，由三位试验人员手持三台照度仪分别立于三个观测点处，测量至少4列列车经过时的数据，得到光照度与纵向距离的关系。然后改变距离高铁列车的横向距离，但保持三位试验人员各自距离高铁列车的纵向距离与初始相同，只进行横向移动，测量与高铁列车横向距离分别为25m、30m、35m的照度仪数据，并记录数据；4)高铁桥墩与高速公路高差对眩光程度的影响：选取一个与高铁高程差相对较小的观测点，将两台照度仪固定在升高架上，尽可能地固定在较高位置；测量两者的离地距离，用这两个照度仪测量同一个高铁经过时的光照度，改变照度仪的固定位置，再测三组数据；5)表4给出了观测点与高铁列车纵向距离和横向距离对眩光影响试验数据。图2给出了本实施例中用试验数据得到光源照度沿相对高差的衰减变化图示例。光源照度随横向距离的衰减变化图则如图3所示，光源照度随纵向距离的衰减变化图如图4所示。由此可初步分析高铁光源的照度特性，距离高铁高度平均每减小1m,高铁光源强度大致增加0.2367Lx；沿着与高铁列车垂直的横向方向，光源照度随距离增大平均每5m大致衰减0.024Lx；在横向距离不变时，沿着高铁列车的纵向方向，光源照度随距离增大平均每20m大致衰减0.232Lx。表4纵向距离和横向距离对高速公路眩光影响步骤三：选取眩光影响最不利位置，提取高铁列车前照灯和车厢灯在此最不利位置情况下随纵向距离变化的光源强度规律。本发明中，高铁眩光影响评价最不利位置点的选择主要考虑高速铁路与高速公路的平面距离和相对高差两个因素。为保守估计，假定高速铁路与高速公路最小横向距离和最小相对高差两种不利情况同时存在，并定义为最不利位置点。如图5所示，最不利位置点具体的定位方法如下，图中，P1为最不利位置点，P2为前照灯和车厢灯耦合作用下的眩光评价点，P3为高铁眩光源，P4为辅助参考点：S1根据高速铁路与高速公路的平面关系图确定二者横向距离最短的位置点；S2根据步骤S1中的位置点处的高速铁路与高速公路的横向断面图确定横向距离值，该距离值即为高速铁路与高速公路的最小横向距离；S3根据高速铁路与高速公路的纵断面图确定二者的最小相对高差值；S4为保守估计，假设最小横向距离值和最小相对高差值这两种不利情况同时存在，为最不利位置点。根据此最不利位置点的横向距离、相对高差和表1、表2，分别计算在此最不利情况下，气体放电光源和卤钨灯光源光强度随纵向距离变化规律，分别计算纵向距离为100m、200m、300m、400m时的照度值，选取两种光源中最大照度值作为前照灯眩光影响评价的照度值。另外，根据本实施例中步骤二得到的前照灯和车厢灯耦合作用下光源照度随横向距离、相对高差的变化规律，计算此最不利位置情况下的照度值(最不利位置选取方法同上)，并根据步骤二得到的前照灯和车厢灯耦合作用下光源照度随纵向距离的变化规律，分别计算纵向距离为100m、200m、300m、400m时的照度值，选取最大值作为高铁列车前照灯和车厢灯耦合作用下眩光影响评价照度值。步骤四：采用道路照明眩光评价的阈值增量TI方法进行眩光评价。运用失能眩光评价方法，采用道路照明眩光评价的阈值增量TI指标进行高铁列车对临近并行高速公路驾驶员的眩光影响评价。根据步骤三中确定的仅前照灯作用下的最大照度值对应的纵向距离以及最不利位置点情况下的高铁与高速公路横向距离值，计算视线与眩光源的入射光线防眩的夹角，代入式(4)可得高铁列车前照灯引起的等效光幕亮度值，再根据式(3)计算高铁列车前照灯引起的眩光对眩光评价点的阈值增量值TI，与眩光限制阈值增量TI的最大初始值20％比较，根据国际发光照明委员会(CIE)对夜间眩光限制的建议指标：在背景亮度范围为0.05cd/m2～5cd/m2时，眩光限制阈值增量TI的最大初始值20％，当大于20％时，说明高铁前照灯对高速公路有眩光影响，反之，则没有眩光影响。式中，Lv是等效光幕亮度(cd/m2)；ECI是眩光源在观察者眼中，位于垂直于视线的平面上产生的照度(lx)；θ是视线与眩光源光线入射方向的夹角；K是常数，取决于θ的单位，当θ用角度表示时，K＝10，用弧度表示时，K＝3×10-3，再采用式(3)计算阈值增量TI。根据步骤三中的最不利位置点的确定方法，确定最小横向距离l和最小相对高差h，则前照灯和车厢灯耦合作用下最不利位置点处的初步照度值EP1的计算公式为：EP1＝EO-λ1lmin-λ2hmin其中，EO为已知照度参考点的照度值，λ1为横向距离衰减率，本发明中，λ1＝4.8×10-3Lx/m(如图3)，λ2为相对高差衰减率，本发明中，λ2＝0.2367Lx/m(如图2)，lmin为最不利位置点对应的横向距离，hmin为最不利位置点对应的相对高差。如图5，眩光评价点P2的最终照度值EP2由初步照度值EP1和眩光评价点距高铁光源的纵向距离L决定，其计算公式为：EP2＝EP1-λ3L其中，EP2为眩光评价点照度值，λ3为纵向距离衰减率，本发明中，λ3＝0.0116Lx/m(如图4)，L为眩光评价点距高铁光源的纵向距离。根据公式(4)，代入计算所得的眩光评价点的照度值，计算前照灯和车厢灯耦合作用下眩光评价点的等效光幕亮度和阈值增量TI，判断高铁前照灯和车厢灯耦合作用对该眩光评价点是否存在眩光影响。高铁列车前照灯作用或高铁列车前照灯和车厢灯耦合作用，二者中任意一者通过眩光影响评价判定为有眩光影响，则最终可判定为该高铁照明对临近并行高速公路有眩光影响。此时，为保证高速公路驾驶员夜间行车安全，需要采取一定的防眩措施。当前第1页1 2 3