一種道路照明照度測試方法和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)作為一種新型光源[1]，與傳統(tǒng)光源相比具有很多優(yōu)點，例如體積小、重量輕、節(jié)省空間、光譜范圍廣、易于設(shè)計、能耗低等，而且可靠性好、壽命長，有著廣闊的發(fā)展前景[2]。隨著國家城市建設(shè)進程的加快和節(jié)能減排戰(zhàn)略的落實，LED路燈產(chǎn)品在實際中的應(yīng)用也會越來越廣泛。

由于路燈鋪設(shè)在室外，具有環(huán)境變化大、供電時間集中、測試環(huán)境危險和實施測試方案困難等很多特殊性，因此大型的實驗室檢測設(shè)備不易甚至無法在現(xiàn)場執(zhí)行實地測量任務(wù)[3]。而路燈的質(zhì)量及其穩(wěn)定性又直接關(guān)系到交通運輸?shù)捻槙澈腿嗣裆敭a(chǎn)的安全，因此有必要選擇合適的設(shè)備和科學(xué)高效的方法對LED路燈進行現(xiàn)場試。本文分析了兩種傳統(tǒng)的道路照明照度測量方法，結(jié)合其優(yōu)缺點并根據(jù)LED的特性提出了一種改進的道路照明照度現(xiàn)場測試方法，編寫了相關(guān)的計算處理程序，大大提高測量工作效率，保證測量工作質(zhì)量。

1　照度參數(shù)和測量方法

道路照明的功能是為司機和行人提供良好的視覺條件，它直接關(guān)系到道路行駛安全。而道路照明測量方法則是評價道路照明功能的主要手段，它主要依靠測量和計算所得的參數(shù)對道路照明功能進行評價。其中平均照度是LED路燈現(xiàn)場測試與評價的首要參數(shù)。平均照度是各個測量點的照度的平均值，它表征了道路表面被照明的程度[4]。如果道路的平均照度值過小，則表明燈具照射的效果不達標(biāo)或照射程度不夠均勻。照度均勻度的計算方法是所有測量點中的最小照度與平均照度的比值，是衡量所測燈具照射均勻程度的重要參數(shù);如果這個均勻度的值過小，在路面上就會出現(xiàn)“斑馬線”或“斑點”，會嚴(yán)重影響到司機和行人的視覺效果。平均照度不僅是評價LED路燈是否能夠保證照明質(zhì)量的一個主要數(shù)據(jù)，而且還是計算環(huán)境比、照度均勻度、照度維護系數(shù)、照明功率密度和應(yīng)用光效等相關(guān)參數(shù)的重要數(shù)據(jù)。這些參數(shù)是評價道路照明的重要依據(jù)和主要組成部分，同時也是評價路燈的主體和最重要依據(jù)。

根據(jù)測量點的選擇方式的不同，傳統(tǒng)的道路照明照度測量的布點方法主要有四點法和中心法兩種[5]。

1.1　四點法

四點法是把選定的同一側(cè)兩燈桿間的測量路段分成若干個大小相等的矩形網(wǎng)格，把測量點設(shè)置在每個矩形網(wǎng)格的四角，如圖1所示。

四點法的平均照度計算較為復(fù)雜，但是相對比較精確。其中，兩燈桿間道路縱向的網(wǎng)格數(shù)為M，兩燈桿間橫向的網(wǎng)格數(shù)為N，本文中的M 和N 的值都以4為例，實際情況下，當(dāng)所測兩燈桿之間的路段長度介于20～40m，寬度介于8～16m時，M 應(yīng)取10～20的數(shù)值，N 應(yīng)取3～6的數(shù)值，而平均照度為Eav，其公式為:

式中，E″av為平均照度值;E″0、E″1、E″2所代表的測量點與四點法相同

由于路面上各個測量點的照度測量值差異很大，因此既考慮到測量數(shù)值的特殊性，又考慮到計算的整體性[8]，采用了式(3)所示的平均算法，將測量區(qū)域歸如下分類：位于燈桿正下方的4個位置、兩燈桿間道路中心的若干位置、除第一類和第二類之外的道路邊緣的若干位置。根據(jù)3個類型測量點的數(shù)量和司機的使用頻率，分別將其乘以系數(shù)1、2、3，并且也考慮到布點區(qū)域網(wǎng)格的數(shù)量(M 和N)，改進的布點及計算方法所計算的平均照度值更加精確。

綜上所述，在測試區(qū)域相同的條件下，傳統(tǒng)的測量方法需要測量25個點(如圖1、2所示)，而改進的測試方法法只需測量16個點。相比之下，測量時間節(jié)省1/5，而且有效地避免了傳統(tǒng)測試方法中機動車道測量點與人行道測量點相重合的問題，并且計算的平均照度值更加精確。

2.2　參數(shù)計算程序

為了簡化現(xiàn)場測試評價的步驟，進一步提高工作效率，本方案中的參數(shù)計算部分可以根據(jù)改進的測試和計算方法使用計算機程序完成相關(guān)參數(shù)的計算[9]。應(yīng)用LabVIEW 軟件編寫了一個計算機計算程序，在輸入各個測量點相應(yīng)的照度測量值之后，首先自動計算出道路的平均照度、人行道的平均照度和照度縱向均勻度，再計算出照度均勻度、照度維護系數(shù)、照度功率密度、應(yīng)用光效和環(huán)境比的數(shù)值結(jié)果，結(jié)果見5。如圖5所示，該程序?qū)abVIEW 軟件中數(shù)組函數(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場測試中，用兩個二維數(shù)組分別包含機動車道和人行道所有測試點，并使用數(shù)組拆分函數(shù)和概率統(tǒng)函數(shù)以及公式(3)計算測試點的道路平均照度和人行道平均照度，進而計算出環(huán)境比;使用數(shù)組提取函數(shù)分別提取出數(shù)組中的最小照度和每一車道上的最小照度，并根據(jù)提取的值計算出測試路段的照度均勻度和照度縱向均勻度。最終完成了測量數(shù)據(jù)的計算和處理任務(wù)，即根據(jù)測量的照度值計算出平均照度、照度均勻度、縱向照度均勻度、環(huán)境比、照度維護系數(shù)、照明功率密度和應(yīng)用光效等參數(shù)。

本程序還可以判定應(yīng)用改進的方法測量和計算得出的參數(shù)是否符合國家道路照明規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。如圖5所示，燈亮為達標(biāo)，燈滅為不達標(biāo)。它的優(yōu)點還在于計算速度快，而且可以連續(xù)執(zhí)行，界面美觀、簡明，將復(fù)雜的計算流程隱藏到程序后端，使用快速簡便，繼而極大地簡化了測試評價工作。圖5中，指示燈點亮的參數(shù)達到了國家道路照明標(biāo)準(zhǔn)的要求，相反指示燈未點亮的參數(shù)則沒有到達國家道路照明標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖5為實際測試的計算和處理的界面。根據(jù)測試所得數(shù)據(jù)與國家道路照明規(guī)范所比較，在功率減小20%的情況下，所測路段的LED路燈平均照度值、環(huán)境比、照度功率密度和應(yīng)用光效同樣可以達到國家道路照明規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值的要求。由于平均照度值、環(huán)境比、照度功率密度和應(yīng)用光效這些參數(shù)是衡量照明效果與節(jié)能的重要參數(shù)，因此LED路燈在道路照明中達到了節(jié)能高效的效果。而照度均勻度和縱向照度均勻度這兩個參數(shù)未能達標(biāo)，說明LED路燈在應(yīng)用與道路照明中存在“斑馬線”的問題。

3　結(jié)　論

本研究提出了一種改進道路照明照度測試方法。該方法與傳統(tǒng)方法相比，既節(jié)省了1/5的測量時間，避免了機動車道測量點與人行道測量點相重合的問題，又改進了計算公式，使得計算得出的平均照度值更加精確，而且自行開發(fā)的一個自動數(shù)據(jù)計算和處理系統(tǒng)，更適用于實際測量和記錄。本系統(tǒng)可以連續(xù)計算和處理數(shù)據(jù)，而不需要重新啟動程序，并同時給出評價結(jié)果。因此，提出的道路照明照度測試方法的結(jié)果對道路照明照度及測試工程的開展和實施節(jié)能減排都有實際得參考價值。

公式(3)的系數(shù)是通過大量數(shù)據(jù)計算獲得的結(jié)果，并且應(yīng)用到大連市科技計劃項目(2009A18GX016)的實際測量中。具體說，通過選取若干不同參數(shù)計算獲得照度值，而后依次與LED燈出廠狀態(tài)參數(shù)對比，與實際道路測量數(shù)據(jù)對比，通過選擇獲得本研究提供的系數(shù)。這些系數(shù)不但適合實際照度標(biāo)準(zhǔn)的獲得，而且具有計算方便快捷的特點。特別是在實際應(yīng)用中，道路中間測得的照度值與實際檢測獲得的照度值更接近，因此這種檢測結(jié)果也更適于實際道路照明檢測的需要，具有指導(dǎo)意義。