一種道路照明照度測試方法和數據處理系統

半導體發(fā)光二極管(LED)作為一種新型光源[1]，與傳統光源相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如體積小、重量輕、節省空間、光譜范圍廣、易于設計、能耗低等，而且可靠性好、壽命長(cháng)，有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景[2]。隨著(zhù)國家城市建設進(jìn)程的加快和節能減排戰略的落實(shí)，LED路燈產(chǎn)品在實(shí)際中的應用也會(huì )越來(lái)越廣泛。

由于路燈鋪設在室外，具有環(huán)境變化大、供電時(shí)間集中、測試環(huán)境危險和實(shí)施測試方案困難等很多特殊性，因此大型的實(shí)驗室檢測設備不易甚至無(wú)法在現場(chǎng)執行實(shí)地測量任務(wù)[3]。而路燈的質(zhì)量及其穩定性又直接關(guān)系到交通運輸的順暢和人民生命財產(chǎn)的安全，因此有必要選擇合適的設備和科學(xué)高效的方法對LED路燈進(jìn)行現場(chǎng)試。本文分析了兩種傳統的道路照明照度測量方法，結合其優(yōu)缺點(diǎn)并根據LED的特性提出了一種改進(jìn)的道路照明照度現場(chǎng)測試方法，編寫(xiě)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(jué)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(jià)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對道路照明功能進(jìn)行評價(jià)。其中平均照度是LED路燈現場(chǎng)測試與評價(jià)的首要參數。平均照度是各個(gè)測量點(diǎn)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(guò)小，則表明燈具照射的效果不達標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(diǎn)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;如果這個(gè)均勻度的值過(guò)小，在路面上就會(huì )出現“斑馬線(xiàn)”或“斑點(diǎn)”，會(huì )嚴重影響到司機和行人的視覺(jué)效果。平均照度不僅是評價(jià)LED路燈是否能夠保證照明質(zhì)量的一個(gè)主要數據，而且還是計算環(huán)境比、照度均勻度、照度維護系數、照明功率密度和應用光效等相關(guān)參數的重要數據。這些參數是評價(jià)道路照明的重要依據和主要組成部分，同時(shí)也是評價(jià)路燈的主體和最重要依據。

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

1.1　四點(diǎn)法

四點(diǎn)法是把選定的同一側兩燈桿間的測量路段分成若干個(gè)大小相等的矩形網(wǎng)格，把測量點(diǎn)設置在每個(gè)矩形網(wǎng)格的四角，如圖1所示。

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

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

綜上所述，在測試區域相同的條件下，傳統的測量方法需要測量25個(gè)點(diǎn)(如圖1、2所示)，而改進(jìn)的測試方法法只需測量16個(gè)點(diǎn)。相比之下，測量時(shí)間節省1/5，而且有效地避免了傳統測試方法中機動(dòng)車(chē)道測量點(diǎn)與人行道測量點(diǎn)相重合的問(wèn)題，并且計算的平均照度值更加精確。

2.2　參數計算程序

為了簡(jiǎn)化現場(chǎng)測試評價(jià)的步驟，進(jìn)一步提高工作效率，本方案中的參數計算部分可以根據改進(jìn)的測試和計算方法使用計算機程序完成相關(guān)參數的計算[9]。應用LabVIEW 軟件編寫(xiě)了一個(gè)計算機計算程序，在輸入各個(gè)測量點(diǎn)相應的照度測量值之后，首先自動(dòng)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、照度功率密度、應用光效和環(huán)境比的數值結果，結果見(jiàn)5。如圖5所示，該程序將LabVIEW 軟件中數組函數應用于現場(chǎng)測試中，用兩個(gè)二維數組分別包含機動(dòng)車(chē)道和人行道所有測試點(diǎn)，并使用數組拆分函數和概率統函數以及公式(3)計算測試點(diǎn)的道路平均照度和人行道平均照度，進(jìn)而計算出環(huán)境比;使用數組提取函數分別提取出數組中的最小照度和每一車(chē)道上的最小照度，并根據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。最終完成了測量數據的計算和處理任務(wù)，即根據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、照明功率密度和應用光效等參數。

本程序還可以判定應用改進(jìn)的方法測量和計算得出的參數是否符合國家道路照明規范的標準。如圖5所示，燈亮為達標，燈滅為不達標。它的優(yōu)點(diǎn)還在于計算速度快，而且可以連續執行，界面美觀(guān)、簡(jiǎn)明，將復雜的計算流程隱藏到程序后端，使用快速簡(jiǎn)便，繼而極大地簡(jiǎn)化了測試評價(jià)工作。圖5中，指示燈點(diǎn)亮的參數達到了國家道路照明標準的要求，相反指示燈未點(diǎn)亮的參數則沒(méi)有到達國家道路照明標準的要求。

圖5為實(shí)際測試的計算和處理的界面。根據測試所得數據與國家道路照明規范所比較，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、照度功率密度和應用光效同樣可以達到國家道路照明規范標準值的要求。由于平均照度值、環(huán)境比、照度功率密度和應用光效這些參數是衡量照明效果與節能的重要參數，因此LED路燈在道路照明中達到了節能高效的效果。而照度均勻度和縱向照度均勻度這兩個(gè)參數未能達標，說(shuō)明LED路燈在應用與道路照明中存在“斑馬線(xiàn)”的問(wèn)題。

3　結　論

本研究提出了一種改進(jìn)道路照明照度測試方法。該方法與傳統方法相比，既節省了1/5的測量時(shí)間，避免了機動(dòng)車(chē)道測量點(diǎn)與人行道測量點(diǎn)相重合的問(wèn)題，又改進(jìn)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(kāi)發(fā)的一個(gè)自動(dòng)數據計算和處理系統，更適用于實(shí)際測量和記錄。本系統可以連續計算和處理數據，而不需要重新啟動(dòng)程序，并同時(shí)給出評價(jià)結果。因此，提出的道路照明照度測試方法的結果對道路照明照度及測試工程的開(kāi)展和實(shí)施節能減排都有實(shí)際得參考價(jià)值。

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