CN103377302A - 一种基于状态指数数学模型的道路照明优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于状态指数数学模型的道路照明优化设计方法。其目的是通过建立状态指数数学模型，从测试途径得到道路照明的照明参数、布灯参数优化设计的方法。本发明可以测试不同布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型和光源功率下的照明参数，从而对照明效果进行计算和有效评估；可以用于对目前常见的光源和照明方式进行照明效果计算和评估，还可用于新的光源和照明方式的开发，并提供依据；也可广泛应用于各类道路的照明领域，在满足人们使用和安全需要的条件下，达到节省电力能源的效果，或者是在能源耗费相同的条件下能提供更均匀、更高和更安全的照明。

Description

一种基于状态指数数学模型的道路照明优化设计方法

技术领域

本发明涉及照明领域，具体地，是关于提出了一种基于状态指数数学模型的道路照明优化设计方法，可以通过建立状态指数数学模型，从测试途径得到道路照明的照明参数、布灯参数优化设计的方法。

背景技术

随着国民经济的不断发展，国内各大中小城市都把整治“有路无灯、有灯不亮”作为一项重要任务来抓，并已经取得了良好的社会效益和经济效益。许多城市对道路的照明提出了更高的要求，目前城市照明正朝着功能化、艺术化的方向发展。大多数城市路灯设计部门和工作者，更注重灯具的选用、灯杆的设计、照明方式和照明控制来达到城市路灯功能化艺术化、人性化的要求。路灯的美化功能受到充分重视，并在不断发展。但在路灯设置方面，还缺乏必要的和定量的参数计算来进行科学和合理的路灯排布设计。目前大部分城镇里马路上和高速公路上的路灯在采用单侧布灯时，路灯间距常常根据经验或则一些不太全面的设计方法来确定，也未曾意识到这样的路灯排布无形中隐含着很大的电力资源的浪费。这样的设计，常导致路面照度过高、或过低、或不均匀。当路面照度过高时，一方面形成严重的光污染(如影响天文观测)和能源的浪费；当路面照度过低时，会影响司机驾驶行车安全和行人安全。所以，如何有效评估照明效果、选择合理灯距和照明方式等成为道路照明设计的关键所在。

发明内容

本发明提出的是一种基于状态指数数学模型的道路照明优化设计方法，可以通过建立状态指数数学模型，从测试途径得到道路照明的照明参数、布灯参数优化设计的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种道路照明优化设计的状态指数数学模型，状态指数用来表征照明系统中因布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型和光源功率等布灯参数的不同所分别对应的状态品质，状态指数越高，表明照明系统状态品质越好，反之，则越差。照明状态指数是多变量函数，包括多个照明参数的平均值、均匀度、可见度和照明功率密度，其数学模型表达式为：

$\mathrm{LI}=\frac{A_{\mathrm{rms}}\×U_{\mathrm{rms}}}{\mathrm{LPD}}=\frac{\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(W_i{A}_i\right)}^2}\×\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(W_i{U}_i\right)}^2}}{P\×N/S}$

式中，LI为状态指数；

A_rms为多参数平均值加权均方根；

U_rms为多参数均匀度加权均方根；

LPD为照明功率密度；

A_i为第i个参数的均匀度；

U_i为第i个参数的均匀度；

W_i为权重系数，为第i个参数与可见度的相关度；

n为参数的个数；

P为每台照明灯具的总功率；

N为系数，两侧布灯时N＝2，其他布灯方式时N＝1；

S为面积，是路宽和路灯间距之积。

其特征在于，还包括：

所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其中，所述布灯方式包括单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、中心对称布置、横向悬索布置和两种及以上的组合布置方式。

所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其中，所述灯距为大于或等于1米。

所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其中，所述灯杆高度为大于或等于0.3米。

所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其中，所述光源类型包括白炽灯、节能灯、低气压放电灯、高强度气体放电灯、LED光源、OLED光源。

所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其中，所述光源功率大于或等于1瓦。

所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其中，所述多个照明参数为从可见度、水平亮度、垂直方向上的亮度、水平照度和垂直方向上的照度参数中选取的至少一个参数。

根据实现上述目的，本发明还提供了一种道路照明优化设计的方法，其特征在于，包括：

步骤一，根据CJJ45-2006确定道路类型及其相应的照明功率密度的取值，并计算不同布灯方式情况下的最小灯距和最大光源功率；

步骤二，参照GB/T5700-2008，以中心点法或四点法现场测量不同布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型和光源功率组合状态下的各个照明参数；

步骤三，分别计算每种组合状态的各照明参数的平均值，然后以各个参数与可见度的相关度作为权重，计算其平均值的加权均方根；

步骤四，分别计算每种组合状态的各照明参数的均匀度，然后以各个参数与可见度的相关度作为权重，计算其均匀度的加权均方根；

步骤五，计算每种组合状态的照明功率密度；

步骤六，分别计算每种组合状态的状态指数，进行由大到小的排序；

步骤七，汇总前三名的所有数据得到优化的各个照明参数范围和布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型、光源功率参数范围，测试终止。

本发明的有益技术效果在于：

本发明通过建立一种基于状态指数数学模型的道路照明优化设计方法，可以测试不同布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型和光源功率下的照明参数，从而对照明效果进行计算和有效评估。

本发明不仅可以用于对目前常见的光源和照明方式进行照明效果计算和评估，还可用于新的光源和照明方式的开发，并提供依据。

本发明可广泛应用于各类道路的照明领域，在满足人们使用和安全需要的条件下，达到节省电力能源的效果，或者是在能源耗费相同的条件下能提供更均匀、更高和更安全的照明。

附图说明

以下结合附图对本发明进一步说明：

附图是本发明方法的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。

在一段采用单侧布灯的布灯方式和3.3米的灯杆高度的次干路类型道路上，选取可见度、水平亮度、水平照度和柱面照度等4个照明参数，对8种灯距和5种光源功率的道路照明进行优化设计的方法如下：

1、根据CJJ45-2006确定该次干路类型道路的LPD值为0.85瓦/平方米，并计算出单侧布灯时的最小灯距为6米和最大光源功率为120瓦；

2、参照GB/T5700-2008，以中心点法现场测量不同灯距和光源功率组合状态下的各个照明参数值；

3、分别计算每种组合状态的各照明参数的平均值；然后以各个参数与可见度的相关度作为权重，计算其平均值的加权均方根；

4、分别计算每种组合状态的各照明参数的均匀度；然后以各个参数与可见度的相关度作为权重，计算其均匀度的加权均方根；

5、计算每种组合状态的照明功率密度；

6、分别计算每种组合状态的状态指数，进行由大到小的排序；

7、汇总前三名的所有数据得到采用单侧布灯的布灯方式和3.3米的灯杆高度的次干路类型道路上优化的各个照明参数范围为平均水平亮度0.9~1.1坎德拉/平方米、平均水平照度值为8～12勒克斯、平均柱面照度值为12~15勒克斯；灯距、光源功率参数范围为灯距14~16米、单灯功率70～85瓦，设计完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改，甚至等效，但都将在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种道路照明优化设计的状态指数数学模型，状态指数用来表征照明系统中因布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型和光源功率等布灯参数的不同所分别对应的状态品质；照明状态指数是多变量函数，包括多个照明参数的平均值、均匀度、与可见度的相关度和照明功率密度，其数学模型表达式为：

$\mathrm{LI}=\frac{A_{\mathrm{rms}}\×U_{\mathrm{rms}}}{\mathrm{LPD}}=\frac{\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(W_i{A}_i\right)}^2}\×\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(W_i{U}_i\right)}^2}}{P\×N/S}$

式中，LI为状态指数；

A_rms为多参数平均值加权均方根；

U_rms为多参数均匀度加权均方根；

LPD为照明功率密度；

A_i为第i个参数的均匀度；

U_i为第i个参数的均匀度；

W_i为权重系数，为第i个参数与可见度的相关度；

n为参数的个数；

P为每台照明灯具的总功率；

N为系数，两侧布灯时N＝2，其他布灯方式时N＝1；

S为面积，是路宽和路灯间距之积。

2.根据权利要求1所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其特征在于，所述布灯方式包括单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、中心对称布置、横向悬索布置和两种及以上的组合布置方式。

3.根据权利要求1所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其特征在于，所述灯距为大于或等于1米。

4.根据权利要求1所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其特征在于，所述灯杆高度为大于或等于0.3米。

5.根据权利要求1所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其特征在于，所述光源类型包括白炽灯、节能灯、低气压放电灯、高强度气体放电灯、LED光源、OLED光源。

6.根据权利要求1所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其特征在于，所述光源功率大于或等于1瓦。

7.根据权利要求1所述的道路照明优化设计的状态指数数学模型，其特征在于，所述多个照明参数为从可见度、水平亮度、垂直方向上的亮度、水平照度和垂直方向上的照度参数中选取的至少一个参数。

8.一种是用权利要求1所述状态指数数学模型进行的道路照明优化设计方法，其特征在于，包括：

步骤一，根据CJJ45-2006确定道路类型及其相应的照明功率密度的取值，并计算不同布灯方式情况下的最小灯距和最大光源功率；

步骤二，参照GB/T5700-2008，以中心点法或四点法现场测量不同布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型和光源功率组合状态下的各个照明参数；

步骤三，分别计算每种组合状态的各照明参数的平均值，然后以各个参数与可见度的相关度作为权重，计算其平均值的加权均方根；

步骤四，分别计算每种组合状态的各照明参数的均匀度，然后以各个参数与可见度的相关度作为权重，计算其均匀度的加权均方根；

步骤五，计算每种组合状态的照明功率密度；

步骤六，分别计算每种组合状态的状态指数，进行由大到小的排序；

步骤七，汇总前三名的所有数据得到优化的各个照明参数范围和布灯方式、灯距、灯杆高度、光源类型、光源功率参数范围，测试终止。

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