CN111426452B - 一种模拟路灯照明环境的眩光源装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟路灯现场环境的多功能眩光源装置，包括眩光源主面板，眩光源主面板上对称设置有多组出光孔，安装了相应发光面积的均匀光源，眩光源主面板的四个侧边均倾斜安装有上挡板、下挡板、左挡板和右挡板，还公开了一种模拟路灯现场环境的多功能眩光源设计方法，本发明灯具排列完全符合透视视角原则，更贴合实际路灯环境，不仅可以校准测量阈值增量(TI)的仪器，而且可以校准测量统一眩光值(UGR)和眩光值(GR)的仪器，适用范围广，经济性高，选择高均匀性的灯具作为光源，利用眩光源主面板和四周挡板的均匀反射光模拟背景光源，保证设计精度。

Description

一种模拟路灯照明环境的眩光源装置及其设计方法

技术领域

本发明属于仪器校准技术领域，涉及一种模拟路灯照明环境的眩光源装置，还涉及一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法。

背景技术

眩光指在观察者的视野内，由于存在的照明环境超出了观察者的适应能力，从而引起了观察者的烦恼、不适感，甚至丧失视觉的一种视觉条件。眩光产生的原因有两种，一种为路面亮度不均匀分布，另一种为亮度变化幅度太大。以人眼的舒适度为标准，眩光可分为不舒适眩光和失能眩光两大类，其中失能眩光的本质是降低了视觉对比度，眩光源发射的光线在观察者的视网膜上产生了影像，与目标物所成像产生了重叠，因此减弱了观察者的视觉清晰度。眩光的主要危害表现在道路交通安全方面，据统计在一些国家夜间交通比例占25％，但夜间重大交通事故比例是白天的3倍，提供良好的道路照明可以降低20％，因此道路照明工程应该利用科学的方法对眩光加以分析和控制，将其危害尽最大努力降至最低。

目前眩光的主要测量方法分为布点式测量和成像式测量两大类，其广泛应用于道路、隧道、立交桥等不同现场环境的眩光检测中。但是眩光测量需要去道路、隧道或者立交桥等现场进行测量，这样不仅测量效率低，而且存在一定的危险性，因此开发一款模拟眩光源，在实验室提前标定眩光测量仪对道路现场环境的眩光测量具有重大意义。与此同时，眩光测量方法的对比与验证、眩光测量装置的检定与校准还需要大量的工作去评估和试验。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟路灯照明环境的眩光源装置，解决了现有技术中存在的眩光测量装置无法快速检定与精确校准的问题。

本发明的另一目的是提供一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法。

本发明所采用的技术方案是，一种模拟路灯照明环境的眩光源装置，包括眩光源主面板，眩光源主面板上对称设置多组出光孔，眩光源主面板的四个侧边均倾斜安装有上挡板、下挡板、左挡板和右挡板。

眩光源主面板、上挡板、下挡板、左挡板和右挡板上均喷涂有漫反射涂料。

眩光源主面板由四块尺寸相同的矩形面板组成。

本发明所采用的另一技术方案是，一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，设定眩光源主面板的长度为L1，宽度为L2，设定矩形面板的长度为l₁，宽度为l₂，确定测量阈值增量(TI)时的水平视角θ_TI1和垂直视角θ_TI2，确定测量统一眩光值(UGR)时的垂直视角θ_UGR；

步骤2，设定测量点X’，计算测量点X’与眩光源主面板之间的距离R’，使测量点X’在眩光源主面板上的投影点与眩光源面板的中心点重合，从而确定测量点X’的位置；

步骤3，以测量点X’在眩光源主面板上的投影点为原点，建立坐标系，同时确定现实环境中的测量点X，测量点X的两侧对称安装有路灯，通过测量路灯的位置，计算眩光源主面板上的多组出光孔的坐标和面积；

步骤4，根据测量点X’计算左挡板和右挡板的长度L3，以及左挡板和右挡板与眩光源主面板之间的夹角θ_L；

步骤5，设定测量点Y’，使测量点Y’在眩光源主面板上的投影点与眩光源面板的中心点重合，同时确定现实环境中的测量点Y，根据步骤3中出光孔的坐标和现实环境中的测量点Y，计算测量点Y’与眩光源主面板之间的距离r’，从而确定测量点Y’的位置；

步骤6，根据测量点Y’计算上挡板和下挡板的宽度L4，以及上挡板和下挡板与眩光源主面板之间的夹角θ_U；

步骤7，根据上述计算结果设置出光孔、上挡板、下挡板、左挡板和右挡板。

步骤2具体为，根据测量阈值增量(TI)时的垂直视角θ_TI2和矩形面板的宽度l₂，计算测量点X’与眩光源主面板之间的距离R’，表达式为：

步骤3具体为，

步骤3.1：确定现实环境中的测量点X，测量现实环境中路灯在垂直测量视线平面内的发光面与测量点X之间的距离R，测量点X到路灯连线之间的距离T，测量路灯在垂直测量视角平面内的发光面积S，路灯的发光面积S与路面之间的距离H，路灯之间的间距D，测量点X到路灯连线的垂线的垂足为Q，垂足Q至路灯之间的距离d；

步骤3.2：保持眩光源装置中出光孔的位置指数P与现实环境中对应灯具的位置指数P相等，则

其中，

得到出光孔的坐标为：

其中，H’是眩光源主面板上出光孔的垂直高度，T’是眩光源主面板上出光孔的的水平距离；

步骤3.3：保持眩光源装置中立体角ω与现实环境中对应灯具的立体角ω相等，则

其中，θ为观测点X和路灯中心之间的连线与观测点X处人眼视线之间的夹角，δ为观测点X与灯具中心之间的距离；θ’为观测点X’和出光孔中心之间的连线与观测点X’处人眼视线之间的夹角，δ’为观测点X’与出光孔中心之间的距离；

因为

且

所以得到出光孔的面积为：

步骤4具体为，左挡板和右挡板的长度L3，表达式为：

其中，R’为测量点X’与眩光源主面板之间的距离、l₁为矩形面板的长度，θ_TI1为测量阈值增量(TI)时的水平视角；

左挡板和右挡板与眩光源主面板之间的夹角θ_L，表达式为：

故左挡板和右挡板的长度为L3，宽度为L2。

步骤5具体为，确定现实环境中的测量点Y，根据出光孔坐标(T_n’，H_n’)和测量点Y，计算测量点Y’与眩光源主面板之间的距离r’，表达式为，

其中，

得到测量点Y’与眩光源主面板之间的距离r’为

其中，b为垂足q至路灯之间的距离。

步骤6具体为，上挡板和下挡板的宽度L4，表达式为：

其中，r’为测量点Y’与眩光源主面板之间的距离，l₂为矩形面板的宽度，θ_UGR为测量统一眩光值(UGR)的垂直视角；

上挡板和下挡板与眩光源主面板之间的夹角θ_U，表达式为：

故上挡板和下挡板的长度为L1，宽度为L4。

测量阈值增量(TI)时，为眩光源主面板上的多组出光孔分别添加恰当光阑，减小眩光源出光面积；

测量统一眩光值(UGR)和眩光值(GR)时，撤销眩光源主面板上的多组出光孔的光阑，增大光源出光面积。

本发明的有益效果是，眩光源装置中的灯具排列完全符合透视视角原则，更贴合实际路灯环境，不仅可以校准测量阈值增量(TI)的仪器，而且可以校准测量统一眩光值(UGR)和眩光值(GR)的仪器，适用范围广，经济性高，选择高均匀性的灯具作为光源，利用眩光源主面板和四周挡板的均匀反射光模拟背景光源，保证设计精度。

附图说明

图1为本发明眩光源装置的主视图；

图2为本发明眩光源装置的俯视图；

图3为本发明眩光源装置的侧视图。

图4是现实路灯照明环境的三维场景示意图；

图5是模拟路灯照明环境的二维场景示意图；

图中，1.眩光源主面板，2.出光孔，3.上挡板，4.右挡板，5.下挡板，6.左挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种模拟路灯照明环境的眩光源装置，如图1、图2和图3所示，包括眩光源主面板1，眩光源主面板1上对称设置有多组出光孔2，每个出光孔2处均安装了相应发光面积的灯具，眩光源主面板1的四个侧边均倾斜安装有上挡板3、下挡板5、左挡板6和右挡板4。

眩光源主面板1、上挡板3、下挡板5、左挡板6和右挡板4上均喷涂有漫反射涂料。

眩光源主面板1由四块尺寸相同的矩形面板组成。

一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，如图4、图5所示，具体按照以下步骤进行：

步骤1，设定眩光源主面板1的长度为L1，宽度为L2，设定矩形面板的长度为l₁，宽度为l₂，根据CIE 140：2019-Road Lighting Calculations和建筑照明设计标准GB5004——2013等相关标准确定测量眩光源装置的阈值增量(TI)时的水平视角θ_TI1和垂直视角θ_TI2，确定测量眩光源装置的统一眩光值(UGR)时的垂直视角θ_UGR；

步骤2，设定测量点X’，计算测量点X’与眩光源主面板1之间的距离R’，使测量点X’在眩光源主面板1上的投影点与眩光源面板的中心点重合，从而确定测量点X’的位置；

步骤3，以测量点X’在眩光源主面板1上的投影点为原点，建立坐标系，同时根据国际照明委员会(CIE)给出的眩光测量方法中规定的测量点选取方法确定现实环境中的测量点X，测量点X的两侧对称安装有路灯，通过测量现实环境中的路灯位置，计算眩光源主面板1上的多个出光孔2的坐标和面积；

步骤4，根据测量点X’计算左挡板6和右挡板4的长度L3，以及左挡板6和右挡板4与眩光源主面板1之间的夹角θ_L；

步骤5，设定测量点Y’，使测量点Y’在眩光源主面板1上的投影点与眩光源面板的中心点重合，同时确定现实环境中的测量点Y，测量点X和测量点Y位于同一区域，根据步骤3中出光孔2的坐标和现实环境中的测量点Y，计算测量点Y’与眩光源主面板1之间的距离r’，从而确定测量点Y’的位置；

步骤6，根据测量点Y’计算上挡板3和下挡板5的宽度L4，以及上挡板3和下挡板5与眩光源主面板1之间的夹角θ_U；

步骤7，根据步骤3得到的出光孔2的位置和面积，步骤4得到的左挡板6和右挡板4的尺寸和安装角度，步骤6得到的上挡板3和下挡板5的尺寸和安装角度，在眩光源主面板1上安装出光孔2、上挡板3、下挡板5、左挡板6和右挡板4。

步骤2具体为，根据测量阈值增量(TI)时的垂直视角θ_TI2和矩形面板的宽度l₂，计算测量点X’与眩光源主面板1之间的距离R’，表达式为：

步骤3具体为，

步骤3.1：确定现实环境中的测量点X，测量现实环境中路灯在垂直测量视线平面内的发光面与测量点X之间的距离R，测量点X到路灯连线之间的距离T，测量路灯在垂直测量视角平面内的发光面积S，测量路灯的发光面积S与路面之间的距离H，路灯之间的间距D，测量点X到路灯连线的垂线的垂足为Q，测量垂足Q至路灯之间的距离d；

步骤3.2：保持眩光源装置中出光孔2的位置指数P与现实环境中对应灯具的位置指数P相等，则

进行等量代换

得到出光孔2的坐标为：

其中，H’是眩光源主面板1上出光孔2的垂直高度，T’是眩光源主面板1上出光孔2的的水平距离；

步骤3.3：保持眩光源装置中立体角ω与现实环境中对应灯具的立体角ω相等，则

其中，θ为观测点X和路灯中心之间的连线与观测点X处人眼视线之间的夹角，δ为观测点X与灯具中心之间的距离；θ’为观测点X’和出光孔中心之间的连线与观测点X’处人眼视线之间的夹角，δ’为观测点X’与出光孔中心之间的距离；

因为

且进行等量代换

所以得到出光孔2的面积为：

步骤4具体为，左挡板6和右挡板4的长度L3，表达式为：

其中，R’为测量点X’与眩光源主面板1之间的距离、l₁为矩形面板的长度，θ_TI1为测量阈值增量(TI)时的水平视角；

左挡板6和右挡板4与眩光源主面板1之间的夹角θ_L，表达式为：

故左挡板6和右挡板4的长度为L3，宽度为L2。

步骤5具体为，确定现实环境中的测量点Y，根据出光孔坐标(T_n’，H_n’)和测量点Y，计算测量点Y’与眩光源主面板之间的距离r’，表达式为，

进行等量代换

得到测量点Y’与眩光源主面板1之间的距离r’为

其中，b为垂足q至路灯之间的距离，r为现实环境中路灯在垂直测量视线平面内的发光面与测量点Y之间的距离。

步骤6具体为，上挡板3和下挡板5的宽度L4，表达式为：

其中，r’为测量点Y’与眩光源主面板1之间的距离，l₂为矩形面板的宽度，θ_UGR为测量统一眩光值(UGR)的垂直视角；

上挡板3和下挡板5与眩光源主面板1之间的夹角θ_U，表达式为：

故上挡板3和下挡板5的长度为L1，宽度为L4。

测量阈值增量(TI)时，为眩光源主面板1上的多组出光孔2分别添加恰当光阑，减小眩光源出光面积；

测量统一眩光值(UGR)和眩光值(GR)时，撤销眩光源主面板1上的多组出光孔2的光阑，增大光源出光面积。

本发明设计的模拟路灯现场环境的多功能眩光源为轴对称装置，对称轴为模拟眩光源主面板的半宽度线；

若在眩光源主面板上安装六个矩形灯具来模拟真实路灯照明环境，其中左边三个矩形灯具的出光孔定位基准点均为出光孔的左上顶点，右边三个矩形灯具的出光孔定位基准点均为出光孔的右上顶点；

眩光源主面板上的六个矩形灯具添加光阑时，左边三个矩形灯具添加的光阑面积为对应灯具的一半，遮挡对应灯具的右半边，右边三个矩形灯具添加的光阑面积为对应灯具的一半，遮挡对应灯具的左半边。

Claims (7)

1.一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，所述一种模拟路灯照明环境的眩光源装置包括眩光源主面板(1)，所述眩光源主面板(1)上对称设置有多组出光孔(2)，所述眩光源主面板(1)的四个侧边均倾斜安装有上挡板(3)、下挡板(5)、左挡板(6)和右挡板(4)，眩光源主面板(1)、上挡板(3)、下挡板(5)、左挡板(6)和右挡板(4)上均喷涂有漫反射涂料，所述眩光源主面板(1)由四块尺寸相同的矩形面板组成；具体按照以下步骤进行：

步骤1，设定眩光源主面板(1)的长度为L1，宽度为L2，设定矩形面板的长度为l₁，宽度为l₂，确定测量阈值增量TI时的水平视角θ_TI1和垂直视角θ_TI2，确定测量统一眩光值UGR时的垂直视角θ_UGR；

步骤2，设定测量点X’，计算测量点X’与眩光源主面板(1)之间的距离R’，使测量点X’在眩光源主面板(1)上的投影点与眩光源面板的中心点重合，从而确定测量点X’的位置；

步骤3，以测量点X’在眩光源主面板(1)上的投影点为原点，建立坐标系，同时确定现实环境中的测量点X，测量点X的两侧对称安装有路灯，通过测量路灯的位置，计算眩光源主面板(1)上的多组出光孔(2)的坐标和面积；

步骤4，根据测量点X’计算左挡板(6)和右挡板(4)的长度L3，以及左挡板(6)和右挡板(4)与眩光源主面板(1)之间的夹角θ_L；

步骤5，设定测量点Y’，使测量点Y’在眩光源主面板(1)上的投影点与眩光源面板的中心点重合，同时确定现实环境中的测量点Y，根据步骤3中出光孔(2)的坐标和现实环境中的测量点Y，计算测量点Y’与眩光源主面板(1)之间的距离r’，从而确定测量点Y’的位置；

步骤6，根据测量点Y’计算上挡板(3)和下挡板(5)的宽度L4，以及上挡板(3)和下挡板(5)与眩光源主面板(1)之间的夹角θ_U；

步骤7，根据上述计算结果设置出光孔(2)、上挡板(3)、下挡板(5)、左挡板(6)和右挡板(4)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，所述步骤2具体为，根据测量阈值增量TI时的垂直视角θ_TI2和矩形面板的宽度l₂，计算测量点X’与眩光源主面板(1)之间的距离R’，表达式为：

3.根据权利要求1所述的一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，所述步骤3具体为，

步骤3.1：确定现实环境中的测量点X，测量现实环境中路灯在垂直测量视线平面内的发光面与测量点X之间的距离R，测量点X到路灯连线之间的距离T，测量路灯在垂直测量视角平面内的发光面积S，路灯的发光面积S与路面之间的距离H，路灯之间的间距D，测量点X到路灯连线的垂线的垂足为Q，垂足Q至路灯之间的距离d；

步骤3.2：保持眩光源装置中出光孔(2)的位置指数P与现实环境中对应灯具的位置指数P相等，则

其中，

得到出光孔(2)的坐标为：

其中，H’是眩光源主面板(1)上出光孔(2)的垂直高度，T’是眩光源主面板(1)上出光孔(2)的的水平距离；

步骤3.3：保持眩光源装置中立体角ω与现实环境中对应灯具的立体角ω相等，则

其中，θ为观测点X和路灯中心之间的连线与观测点X处人眼视线之间的夹角，δ为观测点X与灯具中心之间的距离；θ’为观测点X’和出光孔中心之间的连线与观测点X’处人眼视线之间的夹角，δ’为观测点X’与出光孔中心之间的距离；

因为

且

所以得到出光孔(2)的面积为：

4.根据权利要求1所述的一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，所述步骤4具体为，左挡板(6)和右挡板(4)的长度L3，表达式为：

其中，R’为测量点X’与眩光源主面板(1)之间的距离、l₁为矩形面板的长度，θ_TI1为测量阈值增量TI时的水平视角；

左挡板(6)和右挡板(4)与眩光源主面板(1)之间的夹角θ_L，表达式为：

故左挡板(6)和右挡板(4)的长度为L3，宽度为L2。

5.根据权利要求1所述的一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，所述步骤5具体为，确定现实环境中的测量点Y，根据出光孔坐标(T_n’，H_n’)和测量点Y，计算测量点Y’与眩光源主面板之间的距离r’，表达式为，

其中，

得到测量点Y’与眩光源主面板(1)之间的距离r’为

其中，b为垂足q至路灯之间的距离。

6.根据权利要求1所述的一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，所述步骤6具体为，上挡板(3)和下挡板(5)的宽度L4，表达式为：

其中，r’为测量点Y’与眩光源主面板(1)之间的距离，l₂为矩形面板的宽度，θ_UGR为测量统一眩光值UGR的垂直视角；

上挡板(3)和下挡板(5)与眩光源主面板(1)之间的夹角θ_U，表达式为：

故上挡板(3)和下挡板(5)的长度为L1，宽度为L4。

7.根据权利要求1所述的一种模拟路灯照明环境的眩光源装置的设计方法，其特征在于，测量阈值增量TI时，为眩光源主面板(1)上的多组出光孔(2)分别添加恰当光阑，减小眩光源出光面积；

测量统一眩光值UGR和眩光值GR时，撤销眩光源主面板(1)上的多组出光孔(2)的光阑，增大光源出光面积。

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