光源對(duì)道路照明的影響
近年來(lái)，隨著道路照明光源品種的增多特別是ＬＥＤ路燈的快速發(fā)展，不同光源用于道路照明所引起的視覺(jué)差異引起了人們廣泛的關(guān)注，現(xiàn)行道路照明標(biāo)準(zhǔn)中主要針對(duì)傳統(tǒng)高壓鈉燈而制定的標(biāo)準(zhǔn)值是否適用于具有不同光譜能量分布的ＬＥＤ、金鹵燈和無(wú)極熒光燈等路燈引起了極大的爭(zhēng)議。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵應(yīng)深入剖析道路照明的主要目的，以及光源光譜能量分布是否影響了道路使用者達(dá)到這些目的。
２ 道路照明的目的
《機(jī)動(dòng)車與人行道路照明指南》ＣＩＥ１１５－２０１０（ＣＩＥ，２０１０）對(duì)道路照明三個(gè)主要的目的進(jìn)行了總結(jié)。
（１）保障道路使用者安全通行，包括機(jī)動(dòng)車、行人、自行車、畜力拉動(dòng)的交通工具等；
（２）允許行人看清危險(xiǎn)障礙，認(rèn)清路的導(dǎo)向，辨別其它行人，及感覺(jué)安全、安心；
（３）創(chuàng)造良好的愉悅的日間和夜間的環(huán)境外貌
對(duì)于第３條ＣＩＥ文件指出，為無(wú)論是司機(jī)還是行人及周圍居民提供一個(gè)舒適的環(huán)境都是十分必要的。而前２條根據(jù)不同的道路使用者（如機(jī)動(dòng)車司機(jī)和行人）特點(diǎn)不同，具體指標(biāo)要求可能有所不同。但從根本功能來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)路面障礙、認(rèn)清路的導(dǎo)向?qū)τ谒緳C(jī)和行人同樣重要。此外，對(duì)于行人來(lái)說(shuō)，辨別其他行人和感覺(jué)安心這是非常重要的兩個(gè)功能要求。下文將就道路照明光譜如何影響路面障礙的識(shí)別、認(rèn)清路的導(dǎo)向、辨別行人、感覺(jué)安心和舒適的環(huán)境外貌等方面進(jìn)行分析。
３ 光源光譜對(duì)視覺(jué)功能的影響
光源光譜的改變，在照明參數(shù)上改變了光源的Ｓ/Ｐ值（相關(guān)聯(lián)的還有中間視覺(jué)亮度值和相關(guān)色溫值）和顯色指數(shù)，從而影響了人眼實(shí)際感受的視亮度、對(duì)障礙物的辨別、對(duì)路上行人的辨別及安全和舒適的感覺(jué)等關(guān)鍵的功能。
（１）光源光譜影響了視亮度及安全的感受
Ｓｔｅｖｅ?。疲铮簦椋铮笤诳偨Y(jié)了Ｌｏｅｗｅｎ（１９９３）和Ｂｏｙｃｅ（２０００）等人的大量研究的基礎(chǔ)上，證實(shí)視亮度的感受能大大提升人們對(duì)于安全的感受（Ｆｏｔｉｏｓ，２０１１）。
而越來(lái)越多的研究表明，在中間視覺(jué)狀態(tài)下，光源的光譜能影響人們對(duì)于視亮度的感受。表１為Ｆｏｔｉｏｓ等人在２００７~２０１１年間的大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在典型的中間視覺(jué)的照明水平下，金鹵燈平均只需７０％的高壓鈉燈的照度，便能達(dá)到和高壓鈉燈相同的視亮度感受。視亮度的感受與Ｓ/Ｐ值具有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)度，即Ｓ/Ｐ值越大，則所需要的實(shí)際的照度值越小便能達(dá)到相同的視亮度感受。光源的顯色指數(shù)與色溫也具有相同的效應(yīng)。ＣＩＥ２０１０年發(fā)布的中間視覺(jué)光度學(xué)系統(tǒng)很好地描述了光譜對(duì)于等效視亮度的影響，通過(guò)達(dá)到相同視亮度時(shí)的照度比可以預(yù)測(cè)兩種光源的視亮度比值,通過(guò)對(duì)實(shí)際的一些應(yīng)用場(chǎng)所中的研究表明，光源光譜的改變使一些行人區(qū)域的照度即使降低了，也能帶來(lái)高的視亮度及安全感受（Ｆｏｔｉｏｓ，２０１１）。
（２）障礙物探測(cè)受光譜和照度的影響
在過(guò)去幾十年間的一些研究表明，對(duì)于道路障礙物的檢測(cè)是安全行走的重要保障。人眼對(duì)于障礙物的探測(cè)能力很大程度上取決于當(dāng)時(shí)條件下的人眼的對(duì)比敏感度。由于大部分的探測(cè)目標(biāo)是位于視網(wǎng)膜中央凹２以外的周邊范圍內(nèi)，照明光源的光譜對(duì)此時(shí)的對(duì)比敏感度具有重要的影響。研究表明，隨著Ｓ/Ｐ值的增加，人眼對(duì)視網(wǎng)膜周邊區(qū)域的目標(biāo)探測(cè)能力大大加強(qiáng)（Ｂｕｌｌｏｕｇｈ＆Ｒｅａ，２００００；Ｌｉｎｇａｒｄ＆Ｒｅａ，２００２）．
為了驗(yàn)證光譜和照度是否影響障礙物的探測(cè)能力，Ｓｔｅｖｅ Ｆｏｔｉｏｓ進(jìn)一步作了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光譜和照度確實(shí)對(duì)于人眼探測(cè)障礙物能力影響巨大，且在較小照度時(shí)，光譜的影響更為顯著，Ｓ/Ｐ值越大的光源越有利于人眼探測(cè)障礙物（Ｆｏｔｉｏｓ＆Ｃｈｅａｌ，２０１１）。圖３為對(duì)障礙物的探測(cè)能力受光源光譜的影響，其中ＳＤＯ和ＣＰＯ為金鹵燈，Ｓ/Ｐ值分別為１．８和１．２，?。龋校訛楦邏衡c燈，Ｓ/Ｐ值為０．６；ｙｎｇ是年輕的觀測(cè)者，ｏｌｄ是老年人觀測(cè)者。
（３）光源光譜對(duì)人臉識(shí)別能力的影響
對(duì)于行人區(qū)域的照明來(lái)說(shuō)，識(shí)別人臉是人們對(duì)街道照明功能的一個(gè)重要要求。Ｓｔｅｖｅ認(rèn)為，在街道照明中，人們對(duì)于臉部識(shí)別分為兩個(gè)層次，一是辨別來(lái)人的意圖（不一定需要看清所有的五官細(xì)節(jié)）；二是能辨別來(lái)人的五官信息。關(guān)于人眼識(shí)別會(huì)否受光譜的影響，目前的研究結(jié)果表明未能達(dá)成一致的結(jié)果。需要研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，統(tǒng)一和驗(yàn)證方法論，獲得科學(xué)有效的結(jié)論，以指導(dǎo)道路照明的設(shè)置。但據(jù)Ｋｎｉｇｈｔ，ｖａｎ?。耍澹恚澹睿幔洌澹ǎ玻埃埃叮?，Ｒａｙｎｈａｍ，Ｓａｋｓｖｉｋｒｏｅｎｎｉｎｇ（２００３）及Ｙａｏ，Ｓｕｎ＆Ｌｉｎ（２００９）的研究均證實(shí)，Ｓ/Ｐ較大的光源延長(zhǎng)了人臉辨別所需的觀測(cè)距離和提高了辨別的正確率。
（４）照明的愉悅性受光譜的影響
在需要考慮視亮度、探測(cè)障礙物及面部識(shí)別等功能性要求之外，照明環(huán)境的愉悅程度也非常重要。例如，人在照明環(huán)境下的皮膚顯示和顏色還原程度能否滿足人的最需心理需求。研究結(jié)果表明，較高的顯色指數(shù)的光源環(huán)境下，人們對(duì)皮膚的顯色和顏色還原的滿意度較高，但光源的Ｓ/Ｐ值對(duì)結(jié)果沒(méi)有明顯的影響。Ｆｏｔｉｏｓ和Ｃｈｅａｌ的研究進(jìn)一步表明，人們對(duì)小于顯示指數(shù)為３０的光源的愉悅性表示出不可接受。對(duì)大于７１的顯示指數(shù)表示接受。但沒(méi)有數(shù)據(jù)驗(yàn)證，３１－７１之間的那個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)從不可接受到可以接受的臨界點(diǎn)（Ｆｏｔｉｏｓ＆Ｃｈｅａｌ，２０１１）。圖４為人們對(duì)照明的照明愉悅程度歲顯色指數(shù)比值的不同變化。
（５）光源光譜影響老年人對(duì)視覺(jué)目標(biāo)的探測(cè)
隨著年紀(jì)的增加，人的視覺(jué)能力不斷下降，這導(dǎo)致了老年人對(duì)視覺(jué)目標(biāo)的探測(cè)能力和視銳度將大大下降（Ｌｅ?。牵颍幔睿洌保梗担罚?，或達(dá)到相同的視覺(jué)判別結(jié)果時(shí)老年人要求具有更高的目標(biāo)對(duì)比度（ＣＩＥ，２０１０）。隨著老年人比例的增加，老年駕駛員的人數(shù)也越來(lái)越多。復(fù)旦大學(xué)于２０１１年的研究成果也表明，較高的色溫有利于提高老年人對(duì)具有顏色的目標(biāo)進(jìn)行辨別的能力（Ｃｈｅｎｇ，Ｌｉｎ，ｅｔ?。幔?，２０１１）。ＣＩＥ１１５明確提出，對(duì)于老年人密集的區(qū)域，應(yīng)該提高照明的水平，或提供更好的顯色指數(shù)的光源，以提高其視見(jiàn)能力，保障交通的行駛。</p>
４ 國(guó)際道路照明標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)光源光譜的考慮現(xiàn)狀
（１）ＣＩＥ１１５文件多處提及對(duì)光源光譜的考慮
文件ＣＩＥ１１５－１９９５中對(duì)光源光色的要求僅在環(huán)境愉悅性部分提到在環(huán)境敏感區(qū)域使用有利于顏色辨別的光源為佳。２０１０年，ＣＩＥ對(duì)該文件進(jìn)行升級(jí)為ＣＩＥ１１５－２０１０，將上述表述更改為“在環(huán)境敏感的區(qū)域，應(yīng)該使用有利于顏色辨別的光源。除此之外，在機(jī)動(dòng)車照明的要求一節(jié)中，規(guī)定了對(duì)于老年人密集的區(qū)域，應(yīng)該提高照明的水平，或提供更好的顯色指數(shù)的光源，以提高其視見(jiàn)能力，保障交通的行駛。在行人道路照明一節(jié)中指出選擇顯色指數(shù)較高的光源有利于提高顏色對(duì)比度和人臉識(shí)別率，對(duì)該文規(guī)定的量表的Ｔａｂｌｅ?。芬沧龀隽讼鄳?yīng)的注解（ＣＩＥ，２０１０）。但是ＣＩＥ１１５文件并沒(méi)有指出考慮光源光譜后規(guī)定的照度值等指標(biāo)應(yīng)如何相應(yīng)調(diào)整。
（２）基于顯色性考慮對(duì)于照明標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整
英國(guó)道路照明標(biāo)準(zhǔn)（ＢＳ５４８９－１：２００３）規(guī)定使用高顯色光源，在同等級(jí)道路照明設(shè)計(jì)時(shí)，照度要求可以降低一個(gè)等級(jí)。意大利道路照明標(biāo)準(zhǔn)［ＵＮＩ?。保保玻矗福海玻埃埃罚菀?guī)定，使用高顯色光源，在同等級(jí)道路照明設(shè)計(jì)時(shí)，照度要求可以降低一個(gè)等級(jí)?；蚴褂玫惋@色性光源時(shí)，照度要求應(yīng)增加一個(gè)等級(jí)。這些標(biāo)準(zhǔn)在考慮光源光譜的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的調(diào)整總體上是積極的，在標(biāo)準(zhǔn)的制定上邁出了重要的一步。然而，由于僅考慮顯色性而未考慮Ｓ/Ｐ值，從而未考慮該調(diào)整對(duì)于視亮度及障礙物探測(cè)等能力的影響，英國(guó)已經(jīng)開(kāi)始了新一輪的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，由Ｓｔｅｖｅ?。疲铮簦椋铮蠛停裕澹颍澹螅帷。牵铮铮洌恚幔畹葒?guó)家照明專家負(fù)責(zé)開(kāi)展有關(guān)的研究和標(biāo)準(zhǔn)的提議工作，并取得了卓越的成效。
（３）基于光源光譜的道路照明標(biāo)準(zhǔn)的研究
表２顯色指數(shù)大于６０的光源根據(jù)其不同的Ｓ/Ｐ值可對(duì)道路照明指標(biāo)做相應(yīng)調(diào)整（表中亮度為明視覺(jué)亮度值，在不同光譜條件下這些取值提供了相同的中間視覺(jué)亮度（假設(shè)道路表面反射率為０．０７），【Ｆｏｔｉｏｓ，Ｇｏｏｄｍａｎ，２０１１】。
Ｓｔｅｖｅ?。疲铮簦椋铮蠛停裕澹颍澹螅帷。牵铮铮洌恚幔钔ㄟ^(guò)長(zhǎng)達(dá)四年的研究，認(rèn)真分析了道路照明的目的，開(kāi)展了大量的文獻(xiàn)總結(jié)和實(shí)驗(yàn)研究工作，率先提出道路照明的關(guān)鍵指標(biāo)應(yīng)根據(jù)不同的光源光譜而進(jìn)行調(diào)整，并同時(shí)考慮由光源光譜調(diào)整引起的Ｓ/Ｐ值和Ｒａ值的改變的效應(yīng)而做相應(yīng)調(diào)整，具體調(diào)整值如表２所示。
<p>該研究成果的主要內(nèi)容已被ＣＩＥ?。裕茫矗矗覆杉{，將作為ＣＩＥ技術(shù)文件于近期發(fā)表。國(guó)際照明委員會(huì)對(duì)此也十分重視，在即將召開(kāi)的照明質(zhì)量與能效大會(huì)上專門開(kāi)展專題研討會(huì)討論關(guān)于道路照明標(biāo)準(zhǔn)制定的新指標(biāo)
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