CN107044606A - 一种低位灯及其在道路照明上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低位灯及其在道路照明上的应用，其中低位灯适于安装在道路两侧，用于夜间照明，所述低位灯的色温为3000‑4000K，显色指数≥70，亮度≥0.5cd/m²；当所述低位灯安装在道路两侧时，所述低位灯距离地面的垂直高度为0.6‑1.2m。本发明的低位灯安装在道路两旁的护栏上时，光照均匀、无眩光和闪烁，照明光效高，寿命长，驾驶人在该光源照射下行车舒适性高，视认快速准确，安全性高。

Description

一种低位灯及其在道路照明上的应用

技术领域

本发明涉及道路照明技术领域，具体涉及一种低位灯及其在道路照明上的应用。

背景技术

现有技术中，高架桥、桥隧相连桥梁、大型立交枢纽、隧道出入口引道、自救匝道、城市道路等的照明大多采用高杆灯，一般是在15～45m的高杆灯架上布置多个或单个大功率照明光源。这种照明方式存有以下技术缺陷；1)造价高；根据交通部发行的交通工程项目投资估算，公路互通区域的高杆灯，一座30m高高杆灯的造价约为1.5万元，高杆照明不但一次造价高，后期养护费用也很高；2)光污染严重；隧道群的连接路段、桥梁、隧道出入口引道照明采用高杆灯后，灯杆林立，使人眼花缭乱，上跨桥梁与下穿道路之间灯光互相交叉干扰，很难保证照度功能，容易产生眩光，影响行车安全；3)光利用率低；高杆灯的大部分光通量落入不需照明的区域，由于装灯高度高，其光通量对于路面照度而言只有装灯高度的平方分之一，即一盏灯高十米、功率为1000瓦的灯落在路面照度只有10瓦乘以其灯的光通量；4)养护维修困难；互通区域的高杆灯，一般都设置在绿化地中央，高架维修车无法进入，所以一旦损坏，灯盘放不下来，唯一办法只能人工搭30m以上的脚手架来修理，费用高。

中国专利文献CN205331951U公开了一种防眩光的全密封型护栏灯，其安装在道路两旁的护栏内，用于在夜间为道路照明。该专利文献中的护栏灯能够解决现有技术中高杆灯造价高、光污染严重以及光利用率低的技术缺陷，然而发明人发现，上述现有技术缺少对护栏灯发光光源特性以及光环境质量的考虑。

发明人经研究发现，护栏灯所发出光的光源质量以及光环境质量的好坏对于驾驶员能否准确快速视认目标物，能否减缓视觉疲劳，能否符合驾驶人在夜间行车的人体生理节律，以及能否提高行车安全性非常重要。夜间公路亮度很低，驾驶员一直处于一个黑暗且单调的行车环境中，在行车过程中注视点绝大多数时间停留在前方车灯照亮的路面上，从人体非视觉光生物效应角度来说，外界光源的质量对于驾驶员的夜间视认能力有着较强的相关性。在不同的光源特性环境下，驾驶员视觉感受不同，对目标物视认需求也存在差异。发明人认为，为满足路面照度、均匀度并达到节能目的，需要从驾驶员的夜间视认功能需求层面(准确快速视认目标物，减缓视觉疲劳，符合人体生理节律方面)来进行照明灯具配光。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的护栏灯没有在满足路面照度、均匀度以及节能目的的前提下，使护栏灯的光源特性和光环境质量与驾驶员的夜间视认功能需求相匹配，因而难以满足驾驶员夜间驾驶舒适性以及节能目的的技术缺陷，从而提供一种能够满足驾驶员在夜间驾驶的舒适性以及节能目的的低位灯。

本发明还提供一种上述低位灯在道路照明上的应用。

为此，本发明提供一种低位灯，适于安装在道路两侧，用于夜间照明，所述低位灯的色温为3000-4000K，显色指数≥70，亮度≥0.5cd/m²；

当所述低位灯安装在道路两侧时，所述低位灯距离地面的垂直高度为0.6-1.2m。

作为一种优选方案，所述低位灯的色温为3200-3800K，显色指数≥75，亮度≥1cd/m²。

作为一种优选方案，所述低位灯的色温为3500K，显色指数≥75，亮度≥2cd/m²。

作为一种优选方案，所述低位灯包括：

灯罩，具有安装空间；

灯，安装在所述安装空间内部；

透明窗，设置在所述灯罩上，用于透光；

安装结构，用于固定安装所述灯罩；

所述低位灯固定安装后，所述灯发出的透过所述透明窗的光线有超过80％照射在行车道上。

作为一种优选方案，沿道路行车方向，所述灯通过所述透明窗发出的光线向着道路行车的方向照射。

作为一种优选方案，所述安装结构前方的高度小于所述安装结构后方的高度，从而使所述灯通过所述透明窗发出的光线向着道路行车的方向照射。

本发明还提供一种低位灯在道路照明上的应用，所述低位灯为上述任一项所述的低位灯。

作为一种优选方案，两个相邻所述低位灯的安装间隔为4-12米。

作为一种优选方案，两个相邻所述低位灯的安装间隔为5-10米。

本发明提供的低位灯及其在道路照明上的应用，具有以下优点：

1.本发明的低位灯，发明人在现有技术的基础上，对低位灯的发光质量进行了持续研究，在考虑驾驶员夜间动态驾驶视认需求和人体非视觉光生物效应的前提下，选定了对发光质量有显著影响的色温、显色指数和亮度水平三个指标，并对其取值进行了大量的研究；经过研究，发明人选定低位灯的色温为3000-4000K，显色指数≥70，亮度≥0.5cd/m²，当将具有以上发光质量的低位灯安装在道路两侧、并使低位灯距离地面的垂直高度为0.6-1.2m时，光照均匀、无眩光和闪烁，照明光效高，寿命长，驾驶人在该光源照射下行车舒适性高，视认快速准确，安全性高；

人体非视觉光生物效应是指人体视网膜上的第三种感光细胞--视网膜神经节感光细胞，可以将非视觉光信号传递到下丘脑的松果体中参与生物钟的调节。也即光照参与和调节了人体的很多生化反应，尤其是对人体生物节律的调节，包括昼夜节律、激素分泌和警觉程度等。发明人考虑了人体在不同时段对光源光色(色温和显色指数)的需求应符合自然光色的变化规律，从而将低位灯的色温设计为3000-4000K，显色指数设计为≥70，亮度≥0.5cd/m²，从而改善人体的视觉环境质量，提高视觉效率，并进一步提高照明效果，同时节约能源，实现绿色照明；作为优选技术方案，还可以将低位灯的色温设置为3200-3800K，显色指数设置为≥75，亮度设置为≥1cd/m²。

2.本发明的低位灯，包括灯罩、透明窗、灯以及安装结构，透明窗和安装结构配合设置，使得灯发出的透过透明窗的光线有超过80％照射在行车道上；本发明的这种设计，使得灯光不会向外照射，不会产生光污染，对周围居民影响小，而且也更加节能；

低位灯安装在远离驾驶员视野的护栏上，不会与道路上的汽车尾灯相互干扰，低位灯由于装灯高度低，极大的减小了城市高架对市民住宅的光污染，且不会产生眩光。在原高架、大型立交枢纽高杆大功率灯具采用低位灯具后，行驶的路线和边界更为清盺，提高照明效率，减少了对特定行驶区域的眩光，提高了安全行车系数。

3.本发明的低位灯，沿道路行车方向，安装结构前方的高度小于安装结构后方的高度，以使得灯通过透明窗发出的光线向着道路行车的方向照射，这样的设置使得光线不会直射驾驶员，因而更有利于驾驶员的舒适性驾驶。

4.本发明的低位灯，有效地解决了光线损耗问题，使照明光效更高，比常规路灯照明节能，减少了电费支出；同时无需传统的电线杆，大大节省运输、安装等费用，而且维护人员只需在路面上就可完成灯具、电源等方面的维修，提高工作效率和安全性，并节约了后期维护费用。以满足不同光环境下驾驶员的视认需求。另外，光污染问题得到彻底解决，不会再引起投诉。由于LED灯寿命长，工作可靠性大大提高，免维护使用期可达五年以上，日后养护维修也十分便利，减少对大型灯具的维护成本。不需要高架车等大型设备参与，也不存在重体力维修项目，更不至于引起人身安全事故，避免维护工作困难而危险的弊端。在桥隧相连桥梁采用低位灯后，不仅能有效提高夜间隧道口的亮度和可视性，而且能够起到边界诱导作用；尤其当在雨雾天气或多雾路段，低位灯具采用低色温光源，通过合理的调光控制可大大提高驾驶员的视认能力，减少隧道出入口与桥梁路段的交通事故。低位灯照明还可以在公路特大桥、变坡路段、隧道出入口段以及其他需要照明的路段进行推广。

5.本发明还提供一种低位灯在行车诱导功能方面的应用，将本发明的低位灯安装在道路两侧，能够提升驾驶人的行车舒适性和安全性。

6.本发明低位灯在道路照明上的应用，两个相邻低位灯的安装间隔为4-12米，不仅能够满足驾驶人的舒适性驾驶，还能节约能源。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术或本发明具体实施方式中的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式描述中所使用的附图作简单介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种样式低位灯的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明另一种样式低位灯的结构示意图。

图4是低位灯的纵向光线透射图。

图5是低位灯的横向光线透射图。

附图标记：1-灯罩，2-透明窗，3-灯，4-安装结构。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行描述，显然，下述的实施例不是本发明全部的实施例。基于本发明所描述的实施例，本领域普通技术人员在没有做出其他创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种低位灯，适于安装在道路两侧，用于夜间照明，所述低位灯的色温为3000K，显色指数为70，亮度为0.5cd/m²；当所述低位灯安装在道路两侧时，所述低位灯距离地面的垂直高度为1m。

本实施例的低位灯，发明人在现有技术的基础上，对低位灯的发光质量进行了持续研究，在考虑驾驶员夜间动态驾驶视认需求和人体非视觉光生物效应的前提下，选定了对发光质量有显著影响的色温、显色指数和亮度水平三个指标，并对其取值进行了大量的研究；经过研究，发明人选定低位灯的色温为3000-4000K，显色指数≥70，亮度≥0.5cd/m²，当将具有以上发光质量的低位灯安装在道路两侧、并使低位灯距离地面的垂直高度为0.6-1.2m时，光照均匀、无眩光和闪烁，照明光效高，寿命长，驾驶人在该光源照射下行车舒适性高，视认快速准确，安全性高。作为优选技术方案，还可以将低位灯的色温设置为3200-3800K，显色指数设置为≥75，亮度设置为≥1cd/m²。作为最优技术方案，所述低位灯的色温为3500K，显色指数≥75，亮度≥2cd/m²。

本实施例中，所述低位灯包括：灯罩1，具有安装空间；灯3，安装在所述安装空间内部；透明窗2，设置在所述灯罩1上，用于透光；安装结构4，用于固定安装所述灯罩1；所述低位灯固定安装后，所述灯3发出的透过所述透明窗2的光线有超过80％照射在行车道上，且行车道中心照度最大。本发明的这种设计，使得灯光不会向外照射，不会产生光污染，对周围居民影响小，且节能。

作为优选技术方案，沿道路行车方向，所述安装结构前方的高度小于所述安装结构后方的高度，以使得所述灯3通过所述透明窗2发出的光线向着道路行车方向照射，这样的设置使得光线不会直射驾驶员，避免眩光，因而更有利于驾驶员的舒适性驾驶。

低位灯具有一个向前照射角度，且安装高度低，这样就避免了来车方向的眩光对司机的眩光影响。也可同时附加行车诱导设计，使照明舒适性大大提高。低杆低位灯也在护栏上具有主动诱导功能，使驾驶员可有效的识别自救匝道的边界轮廓。

本实施中的低位灯样式如图1-2所示，可用于安装在波形板上；低位灯还可以设置成图3的样式，用于安装在桥梁水泥护栏上。本领域的技术人员不拘于上述两种设计，可设置多种多样样式的低位灯，然而不论使用了何种设计，只要低位灯的色温为3000-4000K，显色指数≥70，亮度≥0.5cd/m²，就属于本发明的保护范围。

低位灯的光强利用率高，无眩光，灯具外型与波型板一致，安装维护方便，能提高道路线形及路面边界警示，没有光污染。

为证明本发明低位灯色温、显色指数、亮度对于驾驶人视认的影响，发明人做证明实验如下：

一、不同光环境特性下驾驶员视觉功效实验方案

驾驶员的视认在动态和静态条件下是有差异的，但是驾驶员动态的视认需求是以保证静态视认需求为前提的照明光源条件，而且光源特性的静态视认优劣排序和光效能耗与动态视认条件下是一致的，实验在招商局重庆交通科研设计院有限公司1:1实体实验隧道内进行。隧道全长200m、宽9.8m、高7.14m。隧道洞口朝北，路面为沥青混凝土路面，隧道墙面涂料高3.5m，其余墙面为混凝土。

实验采用浙江生辉公司提供的可变色温灯具作为照明光源，光源特性参数设为：可变色温范围3000K-6000K，显色指数70。光源灯具采用两侧对称布设方式，布灯高度5.0m，距离洞口10m位置开始布灯，不同色温显色指数光源灯具功率、数量及布设间距如表1所示。

表1布灯方式及数量

色温

显色指数

光效

功率

灯具数量

布灯间距

布设距离

3000K-6500K

70

90lm/w

160w

26

2m

52m

1.实验对象

根据实验目的，采用现场随机抽样方法，抽取身体健康的12名小客车驾驶员进行静态视认实验，要求被试驾驶员实验前无饮酒、用药等不良情况，休息良好、反应正常，被试驾驶员两眼裸视力达到视力表4.9以上，无色盲、色弱等眼部疾病。

2.实验目的

通过营造具有不同光源特性的隧道光源环境，证明驾驶员在本发明选定光源特性的光源环境下视认速度和准确率要明显优于其他光源特性的光源环境。

3.实验光源

为了使照明光源可控，方便实验操作，本次实验选择目前隧道中应用较普遍的LED光源作为实验光源。为了提高实验数据的有效性和覆盖面的普遍性以及市场生产的可能性，本次实验光源的色温选取了3000K，4000K，5000K，5700K等4类色温水平作为实验代表光源。从视认舒适性及减小运营成本的角度考虑，本次实验显色指数选取了60，70，80，90等4种显色指数。将4种色温水平和4种显色指数进行正交实验设计，共得到12组实验方案。如表2所示。为了提高测量数据的有效性和覆盖面的普遍性，本次实验选取了1.5cd/m²，2.0cd/m²，2.5cd/m²，3.0cd/m²，3.5cd/m²，4.0cd/m²，4.5cd/m²，5cd/m²等8种亮度水平。

表2LED光源色温显色指数表

表中：-代表无此数据。

4.实验内容

本实验欲营造具有不同光源特性的隧道中间段照明环境，通过控制调整被试驾驶员和目标物处LED光源色温、显色指数、亮度参数指标来营造隧道内不同视认光环境。分析12名被试驾驶员在不同照明光环境下的视认需求特性，建立亮度与光源色温、显色指数之间的关系，并根据视认结果对视认光源进行综合优化排序。

目标物选取尺寸为20cm×20cm×20cm，反射率为20％的灰色立方体作为视认目标物。鉴于实验场地实际有效距离为45m，不能提供足够的观测距离，根据视网膜成像原理，目标物尺寸与被试驾驶员目高按公式1和公式2进行等比例缩减计算，得到具体实验中驾驶员的实际目高与目标物尺寸，如表4所示。

表3不同设计速度对应的安全停车视距

设计速度(km/h)	60	80	100	120
					停车视距(m)	75	110	160	210

式中：L——目标物与被试驾驶员的距离，本次实验L＝45m；

Ds——停车视距，单位：m；

a——目标物的尺寸，单位：cm；

h——驾驶员目高，单位：m。

表4静态实验中不同安全停车距离对应的小目标尺寸与目高换算

5.实验方法及步骤

(1)每次实验时首先在实验环境中安装一种光源，调试均匀的光色环境，确定驾驶员及目标物的位置，将驾驶员目高调整为如表4中的现场目高值，并用照度计测量目标物放置处的色温、显色性指数(根据实际实验条件而定)，用亮度计测试目标物放置处的亮度。

(2)工作人员为被试驾驶员佩戴ETG眼动仪，并进行ETG眼动仪校准(采用五点校准法)。眼动仪校准后，开始录制视频，工作人员用黑布遮挡被试驾驶员前方场景，随机摆放视认目标物。

(3)工作人员放下黑布，同时被试驾驶员开始进行视认目标物。结束视认后停止视频录制，让被试驾驶员回答以下问题：

①是否存在目标物；

②目标物的形状；

③目标物的颜色；

(4)在每组光源特性环境中重复上述实验过程，直至12个驾驶员视认完毕。安装下一组光源，重复上述过程，直至12组光源全部实验完毕。

6.实验样本量

为扩大样本量以提高测量数据精确度和有效性，实验过程中对不同驾驶员在同一实验环境下进行重复实验，以剔除驾驶员个体差异给实验结果带来的误差，实验样本量共计1308个。

二、不同光源特性条件下目标物视觉功效分析

通过对实验数据整理，把12个驾驶员在不同的色温、显色指数光源下视认目标物反应时间即视认帧数取平均值如表5所示。

表5不同色温显指光源不同亮度下视认时间(帧数)

对实验结果进行数据分析可知，在一定的亮度水平下，随着光源的色温增加，即从3000K、4000K、5000K到5700K变化时，随着光色由黄光向白光的变化过程中，驾驶员视认目标物的时间随之增加。驾驶员在低色温3000K、4000K两组光源下对目标物的视认时间较短，视觉功效较好。在环境亮度水平较低时，不同光色环境下非彩色目标物与其背景环境颜色对比度不同，目标物与背景环境颜色差异增加了驾驶员对目标物的视敏度。因此，在一定的亮度水平下，低色温3000K、4000K黄色光源较高色温的白色光源增加了视认目标物与背景环境的光色对比度，在一定程度上增加了驾驶员视认目标物的视觉敏锐度，提高了驾驶视认的视觉功效，有利于驾驶员对目标物的视认。

本试验还可看出，显色指数高的光源能提高对灰色目标物的视觉功效。因此可以得到，在光源的亮度和色温一定的条件下，提高光源显色指数，可以提高驾驶员对非彩色目标物视认的视亮度，即可以提高非彩色目标物的视觉功效。

通过实验分析12名驾驶员在模拟隧道路段不同光环境特性下的视认需求，比较了不同光环境条件下驾驶员对目标视认能力的差异特性，得出：随着光源亮度水平和显色指数的提高，驾驶员对目标物的视觉功效提高，证明了在实际工程中，要增加视觉可见度而又不增加光源功率，提高光源显色性为一种有效的节能方法；在环境亮度水平较低时，不同光色环境下非彩色目标物与其背景环境颜色对比度不同，目标物与背景环境颜色差异增加了驾驶员驾驶过程中对目标物的视敏度，低色温3000K、4000K两组黄光光源较高色温的白光光源增加了视认目标物与背景环境的光色对比度，从而提高了驾驶员在视认过程中对目标物的视敏度，即提高了驾驶员视觉功效。因此低杆低位灯指标选取现在色温为3000-4000K，显色指数：Ra≥70。

《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01—2014)中规定，洞外引道设置亮度不宜低于下表所示值。

设计速度	亮度(cd/m2)
		120	2.0
100	2.0
		80	1.0
60	0.5
		20～40	0.5

因此，低位灯布设在桥隧之间和光通量：550-800lm(路面亮度≥2cd/m²)。

实施例2

本实施例提供一种低位灯在道路照明上的应用，所述低位灯为实施例1中所述的低位灯。

本实施例中，两个相邻所述低位灯的安装间隔为4-12米。作为优选方案，两个相邻所述低位灯的安装间隔为5-10米。

如图4-5所示，通过控制低位灯的发光角度，能有效地将光投射到路面行车道中心区域，达到路面亮度需求，避免了将光投射到天空中或路面以外的其它地方，有效保证路面亮度及亮度均匀度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种低位灯，适于安装在道路两侧，用于夜间照明，其特征在于：所述低位灯的色温为3000-4000K，显色指数≥70，亮度≥0.5cd/m²；

当所述低位灯安装在道路两侧时，所述低位灯距离地面的垂直高度为0.6-1.2m。

2.根据权利要求1所述的低位灯，其特征在于：所述低位灯的色温为3200-3800K，显色指数≥75，亮度≥1cd/m²。

3.根据权利要求2所述的低位灯，其特征在于：所述低位灯的色温为3500K，显色指数≥75，亮度≥2cd/m²。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的低位灯，其特征在于：所述低位灯包括：

灯罩(1)，具有安装空间；

灯(3)，安装在所述安装空间内部；

透明窗(2)，设置在所述灯罩(1)上，用于透光；

安装结构(4)，用于固定安装所述灯罩(1)；

所述低位灯固定安装后，所述灯(3)发出的通过所述透明窗(2)的光线有超过80％照射在行车道上。

5.根据权利要求4所述的低位灯，其特征在于：沿道路行车方向，所述灯(3)透过所述透明窗(2)发出的光线向着道路行车的方向照射。

6.根据权利要求5所述的低位灯，其特征在于：所述安装结构前方的高度小于所述安装结构后方的高度，从而使所述灯(3)通过所述透明窗(2)发出的光线向着道路行车的方向照射。

7.一种低位灯在道路照明上的应用，其特征在于：所述低位灯为权利要求1-6中任一项所述的低位灯。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：两个相邻所述低位灯的安装间隔为4-12米。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：两个相邻所述低位灯的安装间隔为5-10米。