CN1971126A - 一种城市路灯的排布方法和评价路灯排布方式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市路灯的排布方法，其为将路灯排列在马路的左右两边，且两排路灯呈等腰三角形的方式进行排列。本发明提供的城市路灯的排布方法，比现有技术使用“对称”方式排列路灯的照度均匀性好，能耗低。在同样的电能消耗下，可以提高路面的最低照度和改善路面的照度均匀性。另外，在保证路面的最小光强符合需求的条件下，等腰三角形排列方式可比两边对称排列方式节能近5％。因而，如果在城镇马路上推广采用本发明提供的这种等腰三角形排列方式对路灯进行排列，则每年的路灯节能效益将会十分显著。本发明还提供一种评价路灯排布方式的方法，其为通过计算出路灯不同排布方式下路面上各点的光强大小，从而比较得出哪种排布方式更合理。

Description

一种城市路灯的排布方法和评价路灯排布方式的方法

技术领域

本发明涉及公路交通工程中的照明系统，特别是城市马路的路灯的排布方法和评价路灯排布方式的方法。

背景技术

随着国民经济的不断发展，城市照明正向着功能化、艺术化的方向发展。而路灯照明是目前城市照明中最普遍、最重要的照明形式。路灯的合理设置直接关系到相应路段或区域的行人交通、人身安全以及社会治安等许多方面。统计数据表明，城市道路中没有设置路灯或路灯照明亮度严重不足的地区，往往也是城市中犯罪率高发的地区。有鉴如此，世界各国都把路灯的设置作为评价一个城市经济、文明水准的重要指标。虽然各地从灯具的选用、灯杆的设计、照明方式和照明控制来达到功能化和艺术化的要求。

现有的路灯在设置时大都依据经验设计，缺乏必要的照度计算，导致路面照度不均匀，或是过高或过低。当路面照度过高时，一方面形成严重的光污染，影响司机驾驶，另一方面也造成了能源的极大浪费。

目前，在我国的大部分城镇里的马路上，路灯大都是在马路左右两边对称排列的，如图1所示。这种排列虽然美观，但其照度分布不均匀，在两个灯杆的中间处照度最低。如果要使其达到所需的照度，就要通过提高灯具的功率来实现，这样就会浪费部分电力资源。

另外，现在也没有成熟的方法来评价究竟何种路灯的排布方式更为合理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术在路灯设置时大都采用左右两边对称排列的方式，造成路面照度不均匀，或是造成能源的极大浪费的缺陷，从而提供一种既可以满足人们正常工作生活，又可以提供一个照度均匀，且无需提高灯具功率，可以节省电力能源的城市路灯的排布方法。

本发明的另一目的在于提供一种评价路灯排布方式的方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供的城市路灯的排布方法，是将路灯排列在马路的左右两边，其特征在于：两排路灯呈等腰三角形的方式进行排列，即每排中的路灯均排列在另一排2个相邻路灯的中线与本排的交点上，如图2所示。

所述的两排路灯中每一个路灯的形状、大小、功率、安装高度均相同。

本发明提供的城市路灯的排布方法，在用于高速路或其它较宽的、中间有隔离带的马路上时，在中间隔离带上排列路灯，且隔离带上的路灯与隔离带两边马路上的路灯分别以呈等腰三角形的方式进行排列，如图5所示。

本发明提供的城市路灯的排布方法，在用于中间有绿化带或隔离带的双向通道的高速公路上、并且有三排或三排以上路灯时，在中间隔离带上排列的路灯分别与隔离带两边马路上的路灯均以呈等腰三角形的方式进行排列。

本发明提供的“等腰三角形”的城市路灯的排布方法，比现有技术使用“对称”方式排列路灯的照度均匀性好，能耗低。在同样的电能消耗下，可以提高路面的最低照度和改善路面的照度均匀性。另外，在保证路面的最小光强符合需求的条件下，等腰三角形排列方式可比两边对称排列方式节能近5％。因而，如果在城镇马路上推广采用本发明提供的这种等腰三角形排列方式对路灯进行排列，则每年的路灯节能效益将会十分显著。

本发明提供一种评价路灯排布方式的方法，其为通过计算出路灯不同排布方式下路面上各点的光强大小(照度)，从而比较得出哪种排布方式更合理，具体包括如下的步骤：

1)进行模型假设，具体如下：

A、不同路灯排布方式中的路宽W相同；

B、不同路灯排布方式中的路灯间距相同，不考虑因障碍物等原因而使个别路灯的间距不同的情况；

C、不同路灯排布方式中的路灯是一样的，包括形状、大小、功率、安装高度等均相同；

D、不同路灯排布方式中的路灯均是完好的，都可以正常使用。

E、不同路灯排布方式中的路灯发出的光在距其距离相等点的光强是一样的，即路灯射向各个方向的光强是均匀的。(我们假设路灯是均匀的射向下半球面)。

2)根据上述假设进行模型建立，包括以下部分：

2-1)光强随距离传播衰减模型

设光源点的初始能量为C，根据1)中的假设E，其发出的光均匀地射向以该光源点为中心，距离为r的球面上，则该光源点的光强为：

$I=\frac{C}{{4\mathrm{\πr}}^2}$ 公式I

即，光强与距离的平方成反比 $\frac{I_1}{I_2}=\frac{\frac{C}{{4\mathrm{\πr}}_1^2}}{\frac{C}{{4\mathrm{\πr}}_2^2}}={\left(\frac{r_2}{r_1}\right)}^2$ 公式II

定义距离光源单位距离(1米)的光强为I₀

则距离光源为r米的点的光强I为： $I=\frac{I_0}{r^2}$ 公式III

2-2)路面某点光强的计算模型

路面某点的总光强就等于可以照到该点的所有路灯在该点的光强之和

即：I＝∑I₁         公式IV

假设该路上的所有路灯都可以照得到该点，又由于光强是与距离的平方成反比，随着距离的增加其衰减特别快。由此我们可以设定一个最低光强I_d，即当路灯的光强在该点小于I_d时，认为其不对该点的总光强产生影响，忽略不计。

因此，根据公式III，路灯的照距L，即能达到最低光强I_d的照射距离为

$L=r_d=\sqrt{\frac{I_0}{I_d}}$ 公式V

即落在以该点为圆心以L为半径的圆以内的路灯都对该点有影响，以外的路灯均可以忽略。

从而优化的模型为：

I＝∑I₁       其中I₁为距该点小于L的路灯在该点的光强    公式IV

2-3)比较两种不同排布优劣的模型

我们以路面最暗点(即光强最小点)的大小来确定哪一个排布更优，此为最小值最大法则，即光强最小点的值较小的那种排布方式更为合理。

3)对不同路灯排布方式下路面上各点的光强大小计算并比较

第一步，选取一个三角形区域的路面，由于1)中的模型假设，这个区域的路面上各点的光强可以代表整条路面上各点的光强。

对于现有技术的“对称”排列路灯方式，该三角形区域为对称排列的2个路灯及与其中一个路灯同侧相邻的路灯组成的三角形区域，如图3所示。

对于本发明提供的“等腰三角形”的排列路灯方式，该三角形区域为任一路灯与其最接近的另一侧的2个路灯组成的区域的1/2，如图4所示。

第二步，对三角形进行网格划分。

第三步，使用2-2)中的公式IV计算每个节点处的光强；

第四步，找出这些节点的光强最小值及其位置。

第五步，按照2-3)中的模型比较两种不同排布的优劣。

本发明提供的评价路灯排布方式的方法，其第3)步也可通过计算机VB程序求解。

该评价方法使得人们在排布路灯时，有了一个可以量化的标准，而不是仅仅停留在经验判断上。根据这种方法，计算出路灯不同排布方式下路面上各点的光强大小(照度)，从而比较得出哪种排布方式更合理。还可以找到其他更好的路灯排列方式，在满足人们正常工作生活的条件下，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，能更好的满足人们的日常生活。

附图说明

图1为现有技术的路灯的平行对称排布方式的示意图；

图2为本发明提供的路灯等腰三角形排布方式的示意图；

图3为“对称”排列路灯的方式选取的用来计算路面上各点光强的三角形区域的示意图；

图4为“等腰三角形”排列路灯的方式选取的用来计算路面上各点光强的三角形区域的示意图；

图5为中间有隔离带的公路的路灯等腰三角形排布方式的示意图；其中，A、B为路灯，W为路宽，S为灯距。

具体实施方式

本发明提供的城市路灯的排布方法，是将路灯排列在马路的左右两边，且两排路灯呈等腰三角形的方式进行排列，即每排中的路灯均排列在另一排2个相邻路灯的中线与本排的交点上，如图2所示。

以北京市海淀区成府路为例，其路宽W＝7米，灯距S＝18米，照距L＝100米，灯高H＝8米，现有的路灯排列是对称的，这样的排列方式导致照度分布不均匀，在两个灯杆的中间处照度最低。而采用本发明提供的方式排布路灯，即可解决这一问题。

下面通过本发明提供的评价路灯排布方式的方法，对上述2种排布方法进行计算和比较哪种排布方式更合理。

1)进行模型假设，具体如下：

A、两种路灯排布方式中的路宽W相同，均为7米；

B、两种路灯排布方式中的路灯间距相同，均为18米，不考虑因障碍物等原因而使个别路灯的间距不同的情况；

C、两种路灯排布方式中的路灯是一样的，包括形状、大小、功率、安装高度(均为8米)等均相同；

D、两种路灯排布方式中的路灯均是完好的，都可以正常使用。

E、两种路灯排布方式中的路灯发出的光在距其距离相等点的光强是一样的，即路灯射向各个方向的光强是均匀的。(我们假设路灯是均匀的射向下半球面)。

2)根据上述假设进行模型建立，包括以下部分：

2-1)光强随距离传播衰减模型

设光源点的初始能量为C，根据1)中的假设E，其发出的光均匀地射向以该光源点为中心，距离为r的球面上，则该光源点的光强为：

$I=\frac{C}{{4\mathrm{\πr}}^2}$ 公式I

即，光强与距离的平方成反比 $\frac{I_1}{I_2}=\frac{\frac{C}{{4\mathrm{\πr}}_1^2}}{\frac{C}{{4\mathrm{\πr}}_2^2}}={\left(\frac{r_2}{r_1}\right)}^2$ 公式II

定义距离光源单位距离(1米)的光强为I₀

则距离光源为r米的点的光强I为： $I=\frac{I_0}{r^2}$ 公式III

2-2)路面某点光强的计算模型

假设该路上的所有路灯都可以照得到该点，并设定一个最低光强I_d，当 $I_d<\frac{I_0}{10000}$ 时忽略不计，即该路上的路灯照距为L＝100米。

从而路面某点的总光强就等于可以照到该点的所有路灯在该点的光强之和为：

I＝∑I₁    其中I₁为距该点小于L的路灯在该点的光强    公式IV

2-3)比较两种不同排布优劣的模型

我们以路面最暗点(即光强最小点)的大小来确定哪一个排布更优，此为最小值最大法则，即光强最小点的值较小的那种排布方式更为合理。

3)对两种路灯排布方式下路面上各点的光强大小计算并比较

第一步，选取一个三角形区域的路面，由于1)中的模型假设和对称性可知，这个区域的路面上各点的光强可以代表整条路面上各点的光强。

对于现有技术的“对称”排列路灯方式(以下简称排布一)，该三角形区域为对称排列的2个路灯及与其中一个路灯同侧相邻的路灯组成的三角形区域，如图3所示的区域ΔAOB，以O为原点，以OB为X轴，以OA为Y轴。

对于本发明提供的“等腰三角形”的排列路灯方式(以下简称排布二)，该三角形区域为任一路灯与其最接近的另一侧的2个路灯组成的区域的1/2，如图4所示的区域ΔAOB，以O为原点，以OB为X轴，以OA为Y轴。

第二步，对三角形进行网格划分，划分的节点的步长为1米。

第三步，使用2-2)中的公式IV计算每个节点处的光强。

第四步，找出这些节点的光强最小值及其位置。

排布一：

光强最小点的位置为：(10，0)，           光强为：327

光强最大点的位置为：(0，3)，(0，4)，    光强为：417

排布二：

光强最小点的位置为：(0，0)，            光强为：343

光强最大点的位置为：(0，5)，            光强为：386

第五步，按照2-3)中的模型比较两种不同排布的优劣。

由我们最先定义的比较模型可知：343＞327排布二更合理。

再看光强最强点与最弱点的光强之差：

排布一为：417-327＝90

排布二为：386-343＝43

这说明排布二路面上的光强更均匀，亮度更一直，也更适宜人们的出行，从这一点上来说排布二也是比排布一更合理的。排布二在同样的电能消耗的情况下，不仅提高了路面的最低照度，而且也使路面的照度更加均匀。从另一方面来说，就是在排布二路面的最小光强和排布一的一样时，排布二更省电，可以计算出省能百分比为近5％。

Claims (6)

1、一种城市路灯的排布方法，是将路灯排列在马路的左右两边，其特征在于：两排路灯呈等腰三角形的方式进行排列，即每排中的路灯均排列在另一排2个相邻路灯的中线与本排的交点上。

2、如权利要求1所述的城市路灯的排布方法，其特征在于：所述的两排路灯中每一个路灯的形状、大小、功率、安装高度均相同。

3、一种在中间有隔离带的马路上的排布路灯的方法，其特征在于：在中间隔离带上排列的路灯分别与隔离带两边马路上的路灯均以呈等腰三角形的方式进行排列。

4、一种在中间有绿化带或隔离带的双向通道的高速公路上、并且有三排或三排以上路灯的排布方法，其特征在于：在中间隔离带上排列的路灯分别与隔离带两边马路上的路灯均以呈等腰三角形的方式进行排列。

5、一种评价路灯排布方式的方法，其为通过计算出路灯不同排布方式下路面上各点的光强大小，从而比较得出哪种排布方式更合理，具体包括如下的步骤：

1)进行模型假设，具体如下：

A、不同路灯排布方式中的路宽W相同；

B、不同路灯排布方式中的路灯间距相同，不考虑因障碍物等原因而使个别路灯的间距不同的情况；

C、不同路灯排布方式中的路灯是一样的，包括形状、大小、功率、安装高度等均相同；

D、不同路灯排布方式中的路灯均是完好的，都可以正常使用；

E、不同路灯排布方式中的路灯发出的光在距其距离相等点的光强是一样的，即路灯射向各个方向的光强是均匀的；

2)根据上述假设进行模型建立，包括以下部分：

2-1)光强随距离传播衰减模型

设光源点的初始能量为C，根据1)中的假设E，其发出的光均匀地射向以该光源点为中心，距离为r的球面上，则该光源点的光强为：

$I=\frac{C}{4{\mathrm{\&pi;r}}^2}$ 公式I

即，光强与距离的平方成反比 $\frac{I_1}{I_2}=\frac{\frac{C}{4\mathrm{\&pi;}{r}_1^2}}{\frac{C}{4\mathrm{\&pi;}{r}_2^2}}={\left(\frac{r_2}{r_1}\right)}^2$ 公式II

定义距离光源单位距离(1米)的光强为I₀

则距离光源为r米的点的光强I为： $I=\frac{I_0}{r^2}$ 公式III

2-2)路面某点光强的计算模型

假设一个最低光强I_d，当路灯的光强在该点小于I_d时，认为其不对该点的总光强产生影响，忽略不计；

因此，根据公式III，路灯的照距L，即能达到最低光强I_d的照射距离为

$L=r_d=\sqrt{\frac{I_0}{I_d}}$ 公式V

即落在以该点为圆心以L为半径的圆以内的路灯都对该点有影响，以外的路灯均可以忽略；

从而路面某点的总光强就等于可以照到该点的所有路灯在该点的光强之和

I＝∑I₁ 其中I₁为距该点小于L的路灯在该点的光强    公式IV

2-3)比较两种不同排布优劣的模型

以路面最暗点的大小来确定哪一个排布更优，此为最小值最大法则，即光强最小点的值较小的那种排布方式更为合理；

3)对不同路灯排布方式下路面上各点的光强大小计算并比较

第一步，选取一个三角形区域的路面，由于1)中的模型假设，这个区域的路面上各点的光强可以代表整条路面上各点的光强；

第二步，对三角形进行网格划分；

第三步，使用2-2)中的公式IV计算每个节点处的光强；

第四步，找出这些节点的光强最小值及其位置；

第五步，按照2-3)中的模型比较两种不同排布的优劣。

6、如权利要求5所述的评价路灯排布方式的方法，其特征在于：所述的第3)步也可通过计算机VB程序求解。

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