光源光色与光生物效应对隧道照明影响的研究

By | 2020年7月24日

  0 引言


  公路地道因为具备缩短里程、进步交通运输效率、节流用地以及无利于维护生态环境等优点,正在公路尤为是高速公路建立中被宽泛采纳。跟着地道建立的规模及数目愈来愈年夜,地道照明设备的经营电费以及保护用度也愈来愈高,照明节能以及交通平安的抵牾也愈来愈突出。为理解决好照明节能以及交通平安成绩,就必需对地道照明进行新的实践以及技巧钻研。


  1 地道照明特性


  地道照明的目的是与路线照明相反的,均是为了给驾驶员提供精良的视觉环境,保证交通平安,进步运输效率等。然而,地道的双侧以及顶部是关闭的,结构比拟非凡,会孕育发生地道独有的人眼明顺应以及暗顺应,尤为是白天的视觉成绩。正在白天,驾驶员进入地道时会孕育发生以下的视觉成绩:刚靠近长地道时,驾驶员看到的是一个黑洞,这是”黑洞”景象;假如地道较短,则会孕育发生”黑框”景象;因为洞外亮度年夜,进入地道后,人眼需求顺应工夫,即孕育发生”顺应的滞后景象关于长地道的两头段,汽车废气会构成烟雾,影响驾驶员的可见度;正在地道进口,会孕育发生-个很亮的洞口,构成激烈的眩光,升高驾驶员的可见度,这就是”亮洞”景象,这时候会令人只能看到阻碍物的影子,而地道线型、构造、路面情况看没有清,间隔不克不及判别等。以是地道照明必需正当处理好地道照明独有的视觉成绩,发明出精良的视觉环境。


  今朝我国现行的《都会路线照明设计规范》以及《公路地道透风照明设计标准》均未思考路线以及地道照明光源的光谱功率散布对驾驶员的视觉效用的影响,即均未思考光源光色对反响工夫的影响;并且均是以1924年CIE保举的正在2°视野内由闪动法于非黑白光前提下,锥状感光细胞正在明视觉时的光度学零碎进行较量争论的,这与citopic(司辰视觉)的实际状况没有相符,即未思考光生物效应的影响。因而,相应的规范值是无益于照明节能的。


  2 光源的光色对地道照明的影晌


  人们眼中所反映出的色调,不只取决于物体自身的特点,并且还与照明光源的光色有着间接的关系。光源的光色有双重含意:一是人的视觉察看光源时所看到的外表颜色,用色温来定量形容;另外一个是指光源照正在物体上所出现的颜色的主观成果,叫光源的显色性。


  因为没有同色调给民气理以及生理上的影响,正在没有同色温的光源照明环境下,地道路面会孕育发生没有同的视觉成果以及作用。人们对指标物作出的反响也会随之没有同。


  正在夜间驾驶进程中,反响工夫对保证路线交通平安有首要的实际意思。正在驾驶进程中,反响工夫快就象征着视觉效率高以及交通事变的缩小。日本对于交通闹事次数与反响工夫的关系考察数据标明,闹事次数与驾驶员反响工夫是非成反比关系,见表1。


  表1 事变次数与反响工夫关系



  因而,为了保障交通平安,驾驶员发现后方路面上阻碍物的反响工夫的是非是至关首要的。从反响工夫与交通事变的关系能够看出,将”反响工夫”作为评估地道照明光源光色及其光效的参数,长短常首要也长短常须要的。


  现行的地道照明设计规范,均不思考光源的光谱散布,也就是光色的影响。另外,正在实际地道照明前提下,会发作正在亮布景下察看暗指标的状况,即正在负比照前提下人眼更无利于察看指标。而今朝的地道照明钻研均采纳的是正比照,以是需求进行正在负比照前提下的地道照明钻研,使提出的地道照明设计规范更合乎驾驶行车时的实际状况。当指标的亮度、亮度比照以及视角相反时,人眼视觉效用优劣是由睡孔巨细确定的:假如正在照明光源的辐射光谱中蓝绿色光的成份多,则会令人眼的睡孔膨胀患上多,视看指标就感应明晰,昏黄感少,可见度较好;反之,可见度就差。为了正确评估正在光源辐射光谱中蓝绿色光成份对视觉效用的影响,正在明视觉时,可采纳睡孔亮度来评估;因为地道两头段均匀亮度普通小于4cd/nf ,正在属于两头视觉范围的照明前提下,确定适合的反响工夫表白式是值患上深化钻研的,这样可扭转现行的地道照明评估目标没有思考光源光色对视觉的影响,并可依据人眼中第3种感光细胞的光谱呼应特点,从新钻研以及扫视现行地道照明评估目标体系的正当性。


  3 光生物效应答地道照明的影晌


  3.1 光生物效应


  光生物效应是2002年世界上十年夜发现之一,它能对进入人眼的光辐射孕育发生生物效应而取得对外界的意识,它能管制人的生物节律以及强度,而且影响人眼瞌孔巨细,从而对人的视看程度以及反响工夫等孕育发生首要影响。


  150多年来,人们不断以为人眼中只有锥状感光细胞以及杆状感光细胞两种感光细胞。然而,2002年,美国布朗(Brown)年夜学的DavidBerson等学者正在人眼视网膜上发现了第3种感光细胞逐个神经节细胞,它对没有同波长光的敏感度是没有同的,峰值位于490nm, 并称为citopic(我国暂译为司辰视觉)。光生物效应尽管是一种非映像的视觉效应,却管制了人的生物节律以及强度,而且影响人眼睡孔巨细。对睡孔巨细变动的钻研标明,瞠孔巨细是跟着照耀正在被试眼睛上的照度巨细以及光谱散布没有同而变动的。


  光生物效应进程与视觉进程没有尽相反,尽管它们一样是由人眼开端的,然而其实不把影像信息间接通报到脑后皮层视区,而是由视网膜上神经节细胞将光旌旗灯号通报到下丘脑通路(RHT),再进入到视神经穿插上核(SCN)、脑室外神经核(PVN)以及上部颈神经节,最初通报到松果体腺。视神经穿插上核是内源性振荡器,是生物钟,振荡周期为24.5h。正在失常状况下,次要是依托光的剌激调整生物钟,天天凌晨,光照把苏醒以及就寝周期调整患上与白昼以及黑夜周期分歧。而正在暗的前提下,松果体腺分解褪黑激素,并由血液排汇带至满身,无利于人们劳动睡觉。除了了褪黑激素出现出日夜节律外,另有人体的体温、人体的机警水平以及激素皮质醇等也具备日夜节律。


  3.2 光生物效应正在地道照明中的使用钻研


  采纳没有同的照明光源,会孕育发生没有同的光生物效应,从而对驾驶员的机警水平等孕育发生影响,即对发现阻碍的反响工夫孕育发生影响,并会影响交通平安。正在两头视觉时,人眼中视网膜上神经节感光细胞、锥状感光细胞以及杆状光细胞同时要起作用,这3种感光细胞孕育发生的视觉效用均会对交通平安孕育发生影响,尤为是人眼中第3种感光细胞一-citopic(司辰视觉)对人的机警水平等生物效应的影响。因而,正在遂道照明中岂但要思考两头视觉对交通平安的影响,并且还要思考光生物效应答交通平安的影响。


  光生物效应的光谱光效力最年夜值为38501m/W,对应的峰值波长为490nm。关于光生物效应而言,也可参正在照明视觉前提下的光通量较量争论式进行:


  (1)


  式中φc一-光生物效应光通量,单元为1m;


  Kmc—光生物效合时光效力最年夜值,其值为38501m/W;


  φe(λ)一-被钻研光源的光谱功率散布,单元为W/nm;


  Vc(λ)-一光生物效应的光谱光效率,见图1。



  图1 光生物效应、暗视觉以及明视觉的光谱光效率


  现采纳400W金属卤化物灯以及400W低压纳灯的光谱功率散布实测值,较量争论出正在没有同视觉前提下400 W金属卤化物灯以及低压饷灯的光通量,光通量与光源功率的比值,就能够算患上金属卤化物灯以及低压铀灯的发光效率,光源的光通量以及发光效率较量争论值见表2。


  表2 正在没有同视觉前提下金属卤化物灯以及低压铀灯的光通量以及发光效率



  正在人眼视网膜上神经节感光细胞对短波长的光辐射更为敏感,因为金属卤化物灯的短波长光比低压铀灯含量更多,以是由式(2)算患上的金属卤化物灯的光生物效应光通量比低压铀灯年夜患上多(见表2)。金属卤化物灯的光生物效应发光效率约为3431m/W, 而低压制灯的光生物效应发光效率约为1051m/W,前者为后者的3倍多,这会影响人眼睡孔巨细;关于地道照明来讲,睡孔增年夜,就会孕育发生聚焦以及眩光等成绩,于是就会影响驾驶员视看后方路线上阻碍物的明晰度,从而对平安、疾速、温馨运转孕育发生没有利影响。由于当光源的功率等相反时,发光效率年夜的光源辐射出光通量就会更多,孕育发生的照度也会更年夜,以是当功率同等的辐射成份中富含短波长的金属卤化物灯会比低压制灯孕育发生更年夜的照度,从而更无利于睡孔膨胀,进步可见度。


  总之,从表2中能够看出,正在没有同视觉前提下同-个光源的辐射光通量巨细没有同,并且没有同品种的光源光通量随没有同视觉的变动法则亦没有相反,这是因为没有同光源的光谱功率散布没有相反以及人眼的没有同感光细胞对光的呼应差异独特酿成的,人眼中3种感光细胞:锥状感光细胞、杆状感光细胞以及神经节感光细胞对光最敏感的波长辨别为555nm,507 nm以及490nm, 并且相应的光效力最年夜值辨别为6831m/W, 1 700 1m/W以及38501m/W。由此可知,当照明光源中富含蓝绿光成份时,有可能使暗视觉光阴通量年夜于明视觉光阴通量,对金属卤化物灯而言,暗视觉光阴通量比明视觉光阴通量简直年夜一倍,光生物效应光通量比明视觉光阴通量年夜二倍多。因而,当视觉工作需求思考光生物效合时就必需钻研照明光源的光谱功率散布的没有同所孕育发生的影响,关于地道照明来讲,必需要思考、光生物效应答聚焦等影响,这样能力达到地道照明平安与节能要求。


  4 小结


  正在地道照明钻研中,光源的光色是一个不成漠视的首要要素。正在光谱能量散布类似而色温没有同的光源中,抉择富含短波较多的光源,能够进一步进步照明成果,同时节约动力,完成绿色照明。而光生物效应答地道照明的影响,今朝国内上还处于钻研的”空缺置信跟着这方面钻研的一直深人,正在将来的地道照明设计中,肯定能够愈加片面迷信地评估地道照明光源的光效成绩,能够更好地管制地道光源光色对地道照明的影响,从而处理地道照明中节能与平安的抵牾,进步路线交通的平安性以及温馨性。


 


编纂:Cedar