赵海天：LED低位照明技术十年研究成果

来源：  发布日期：2016-10-12  点击次数：1572

摘要： 下面让我们大家看看10年来思考得到的关于道路照明的一些发现。

     
　　目前我们道路照明通常采用高10到12米，间距20米的灯杆。如果是LED，功率大概是150W;如果是高压钠灯，则大概是250W。
　　这样的照明存在什么问题?
　　1.照度的梯度分布不合理，造成无效照明。驾驶员关注的是路面，越往上关注得就越少。但是现在的照明方式恰恰相反，越往上越亮，越往地面反倒越暗。
　　2.照明的区域不够合理。对于高速公路来说，有的区域是不需要照明的，但是我们也进行了照明，例如图中蓝色的区域。
                                   
关键词：眩光
　　除此之外，我们还发现了一个问题，目前传统照明中有很多的眩光。LED相比传统光源有很多优点，例如亮度高、体积小、颜色性小、比较安全，以及可分散安装，这为小型化和分布式的照明提供了合理的光源。现在我们用LED来替代高压钠灯，可以大大地节省能源。但依然不能解决照明的合理性以及眩光的问题。更有甚者，同级别的情况下，眩光不是减小了，而是增加了，我们开车在路上走，恐怕也会有类似的感觉。
　　那么眩光是怎么造成的?
　　眩光是由于光的直线传播规律所决定的，在我们目前的照明方式中是没办法完全避免的。产生眩光的机理是路面与机动车驾驶员在高度上位于光源的同侧，那么消除眩光的必要条件，是使得这个路灯的光源与路面位于驾驶员同侧，将路灯高度降至驾驶员眼睛也就是视点高度以下。这是消除眩光的必要条件，但不是充分必要条件。
　　这就引出了一种新的，以提高照明效率为目标的路面照明方式——低灯位的道路照明。
　　关键词：低位道路照明与逆向照明
　　低灯位道路照明的主要特点是路灯低于驾驶员眼睛的高度。
　　我们知道驾驶员眼睛的高度按照CNE的规定，大概在1.4米到1.5米之间，因此我们说低灯位道路照明方式的第一个特征，就是它的路灯安装一定要低于1.4米至1.5米。
                               
　　几年来，从数学推导到实验求证，我们发现了这样一个规律：在低灯位安装路灯的情况下，逆向照明方式的效率是最高的。所谓逆向照明，就是路灯是朝着车行的方向进行照射的。
　　在逆向照明方向的基本照明方式下，大部分的光线将按照规则反射的方式，经过路面的反射而在驾驶员的视网膜形成有效的照顾。很显然，越光滑的路面它的反射效率越高，因为它越符合规则反射的方式。
　　我们认为合理的路面以及空间照明，大概分为三层：
                                    
第一层是集中照射区;第二层就是1.5米到3米之间是过渡的照射区;最高到5.3米，因为一般的高速公路的限高大概是5.3米，我们称之为边际照射区。
　　低灯位照明的灯具，最宽可用在多宽的路面上?会不会远处亮度刚好够，而近处亮度已经远远超过了?
　　赵海天：这问题提得很实际，这里实际上涉及的是配光问题。对此，我们也有一系列的办法。其中之一，我们采用的是小光束的透光灯。
　　很显然，对于机动车驾驶员来说，集中照射区显然是我们最为关注的照射区域，也是对于交通安全影响最大的一个区域。
                                 
这张图就是我们提出的低灯位的逆向照明系统的立面示意图和平面示意图。先看立面，虚线是驾驶员的视点的高度，灯一定要安装在驾驶员视点高度之下。再来看平面，灯不是顺着行驶方向，而是逆着行驶方向来进行投光的。
　　为此我们进行了严格的数学推导，也发表了一些论文，去证明这样是有效的。下图是我们在暗室内做的一个实验，灯在一个滑轨上移动，并分别在同向照明和逆向照明的位置放置了照相机，测出被测界面的亮度。
                             
我们分别把入射角i规定为0度至80度，也就是这个被测截面的法线与入射光线之间的夹角，80度是比较低，而0度是比较高的。从这个对比实验的结果看到，一个是第二列是照片，第三列是亮度成像仪。我们看到入射角在80度时，无论从照片来看，还是亮度成像仪来看，都是最亮的。