基于層次分析法的道路照明設計評價(jià)方法

引言

照明系統設計是道路照明的核心，理想的照明方案不僅要滿(mǎn)足行人行車(chē)安全舒適的需求，還要節能環(huán)保，其涉及的評價(jià)指標[1，2]繁多，這使得評價(jià)方案的建立非常困難。此外，由于周?chē)猸h(huán)境的影響、車(chē)行的影響致使照明效果參數值的現場(chǎng)測試效率低、測量精度不高，這也對道路照明效果的評價(jià)造成了不便。目前，對道路照明系統設計的綜合評價(jià)方法的研究仍處于探索階段，如何便捷準確地獲得道路照明設計指標值，進(jìn)而對參數復雜多樣的道路照明效果進(jìn)行綜合評價(jià)，成為道路照明設計方案選擇的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 照明道路設計評價(jià)模型

層次分析法是一種多目標、多準則的決策分析方法，它將定量分析與定性分析相結合，具有將復雜問(wèn)題結構化、條理清晰、統籌兼顧等優(yōu)點(diǎn)，是項目選擇、系統評價(jià)及資源配置等問(wèn)題的一種有效解決方法[3～7]。本文基于層次分析法理論建立道路照明方案評價(jià)模型，如圖1所示。模型包含有四部分:1)目標層:目標層是照明效果評價(jià)要達到的最終目的，即選擇更合理的照明方案;2)準則層:準則層主要是目標層的影響因素，包括照明質(zhì)量與能耗2個(gè)方面;3)指標層:該層主要是照明效果評價(jià)指標，由于該層元素原則上不能相關(guān)，而亮度與照度指標及亮度均勻度與照度均勻度之間具有相關(guān)性，同等的兩者只能取其一;4)方案層:該層主要是道路照明不同的方案設計。依據以上分析建立照明方案評價(jià)的層次結構。

2 道路照明設計評價(jià)方法

2.1照明方案評價(jià)影響因素判斷矩陣的確定

建立照明方案評價(jià)的遞階層次結構之后，通過(guò)將因素之間對于其上一層次因素的相對重要性進(jìn)行兩兩比較，并按SattyTL提出的1～9標度[8]進(jìn)行賦值建立判斷矩陣，其含義如表1。如準則層B相對于目標層A建立判斷矩陣A=[aij]n×n，其中，aij為層次B第i個(gè)因素與第j個(gè)因素相比對于其上一層次A的相對重要性比例標度。

2.2層次單排序與一致性檢驗

由判斷矩陣A=[aij]n×n計算準則層B中的因素相對于目標層A的優(yōu)先權重，然后由這些權重構成表示B層因素排序優(yōu)先程度的單排序向量。層次單排序向量的計算可以歸結為求解矩陣A最大特征值所對應的特征向量W。本文采用判斷矩陣首行求方根并歸一化方法，如式(1)、式(2)，進(jìn)而可由式(1)、式(2)、式(3)式求得矩陣A最大特征值。

同理可以通過(guò)判斷矩陣B求得指標層次C的單排序向量與矩陣B的最大特征值。

由于兩兩比較確定的判斷矩陣存在主觀(guān)差異，存在判斷矩陣自相矛盾的風(fēng)險，需對其進(jìn)行一致性檢驗。根據CI=(λmax-n)/(n-1)，CR=CI/RI計算判斷矩陣的一致性指標CI、隨機一致性指標CR(RI為平均隨機一致性指標，可查表獲得)，對層次單排序一致性檢驗。若CR=0，判斷矩陣有完全隨機一致性;若CR0.1，判斷矩陣有滿(mǎn)意隨機一致性;若CR>0.1，判斷矩陣需進(jìn)行調整。

2.3層次總排序與此與一致性檢驗

從最高層到最低層，逐層計算同一層次所有元素相對最高層的重要性權值，并進(jìn)行一致性檢驗，得出最低層各元素對總目標的相對重要性權值。設準則層B有m個(gè)元素，層次B相對于目標層A的單排序向量AB=[A1，A2，…Am]，設指標層C包含n個(gè)元素，它們對于層次B的層次單排序BC=[C1，C2，…Cn]，則層次C相對于層次A的總排序向量為：

RI對F層的層次總排序進(jìn)行一致性檢驗，依此類(lèi)推。

2.4照明方案評價(jià)指標值的獲得

照明方案評價(jià)指標分為兩部分，能耗指標與照明質(zhì)量指標。能耗指標LPD可依據燈具系統節能認證技術(shù)規范CQC3105—2009中的相應公式求得。而照明質(zhì)量評價(jià)指標值是以路燈測試與道路照明仿真相結合的方法確定。

2.5照明方案判定評價(jià)

對照明方案Dk的評價(jià)指標cik進(jìn)行歸一化處理，如式(5)

式中i為指標編號，k為照明方案編號，qik為指標值歸一化后的計算值。cimax為所有方案中第i個(gè)指標的最大值。

然后根據式(6)計算出照明方案Dk的期望值Ei

其中，Ai表示第i個(gè)指標相對于目標層的排序向量值期望值Ei最大的照明方案便是最佳的照明設計方案。

3 實(shí)驗

3.12種照明方案

2種照明方案都選用相同的布燈方式，路況與布燈狀況如表2，而選用的燈具分別為新型150W的LED路燈和廣為應用的250W高壓鈉燈。

3.2判斷矩陣確定

根據圖1所示照明方案評價(jià)的層次結構，由多位照明領(lǐng)域的專(zhuān)家依據1～9標度法，得出照明方案評價(jià)層次結構中準則層相對目標層的判斷矩陣A～Bj和指標層相對于準則層B1的判斷矩陣B1～Cj，分別如表3和表4所示。