公路隧道照明特点及《公路隧道LED照明灯具》标准

公路隧道照明特点及《公路隧道LED照明灯具》标准浅析

主要内容公路隧道照明散射光幕研究2行业标准《公路隧道LED照明灯具》

43335基于反应时间的隧道基本段亮度需求公路隧道照明应用现状公路隧道照明浅议311.公路隧道照明浅议

截止2012年底，全国公路总里程达423.75万公里，其中等级公路里程360.96万公里，高速公路里程达9.62万公里。（1）我国公路运输安全形势1.公路隧道照明浅议公路隧道的建设不仅能够缩短两地间车程，提高公路通行能力，还具有节约用地、保持生态环境等作用，是建设资源节约、环境友好型交通的重要措施之一，在现代公路路网运输中起着不可替代的作用。

全国公路隧道10022处、805.27万米，其中特长隧道441处、198.48万米，长隧道1944处、330.44万米。交通运输安全的现状却不容乐观2005年以来交通事故和死亡人数已呈下降趋势；统计数据总量依旧惊人。1.公路隧道照明浅议为提高公路安全通行能力，交通运输部门在优化工程建设，改善安全条件方面投入了巨大的人力、物力，公路隧道工程就是研究、建设的重点之一。区别于一般道路，隧道作为公路特殊构造物，其管状空间结构及半封闭特性使得隧道交通事故往往具有以下特点：事故多发路段；易导致二次事故；事故对公路通行影响较大。1.公路隧道照明浅议1.公路隧道照明浅议公路隧道照明的主要功能就是为驾驶人员提供良好的视觉条件，保障交通安全，其功能主要体现在以下三方面：帮助驾驶人员适应隧道内外强烈的亮度差异；提供识别公路线形，发现路面异常的必要环境亮度；缓解驾驶人员在隧道封闭空间内行驶的视觉疲劳和压迫感。1.公路隧道照明浅议（2）公路隧道照明的作用隧道方案在公路建设过程中被广泛采用，截止2012年底共建设公路隧道10022处、总长805.27万延米。公路隧道建设规模

与此同时，隧道照明能耗问题日益突出，对部分省份隧道管理部门的调查表明，照明能耗已成为公路隧道运营中最主要的开支。1.公路隧道照明浅议（3）公路隧道照明的问题1.公路隧道照明浅议1.公路隧道照明浅议（4）公路隧道照明的出路新产品新技术理论研究标准化研究四者的关系：相辅相成共同实现公路隧道照明的安全性、经济性、节能性平衡发展2.公路隧道照明应用现状（1）公路隧道照明特点

区别于一般道路照明，公路隧道照明具有如下特点：24h不间断照明

白天照明条件的要求比夜间照明更为复杂。分时、分段照明设置隧道内照明亮度需与洞外亮度平缓过渡，一般采用分段照明的形式。半封闭照明环境对驾驶员产生心理压迫感，

在长隧道中尤其明显。2.公路隧道照明应用现状（2）公路隧道照明光源公路隧道常用照明光源包括高压钠灯、白光LED、无极灯等，白光LED光源具有如下优点：电光转换效率高动态响应特性好使用寿命长绿色环保技术提高、成本降低的潜力巨大2.公路隧道照明应用现状（3）公路隧道照明控制方式公路隧道照明节能要以保证行车安全为前提，在此条件下常采取的节能措施包括实施节能控制、改善灯具配光结构等，LED灯具良好的动态响应特性和配光设计使其在节能应用中如鱼得水。常见的节能控制措施主要有：分级控制通过开启或关闭照明配电回路的方式减少控制工作灯具数量。动态调光控制通过脉冲宽度调制（PWM）的方法调节LED光源亮度。以上节能措施可根据洞口亮度、车流量时间分布的统计结果进行编程控制，也可通过光度传感器和车辆检测器获得实时数据进行调节。3.公路隧道照明散射光幕研究《规范》中规定了一定照明条件下某点的亮度值计算方法，公式如下所示Lpi——灯具i在计算点p点产生的亮度，cd/m2；Lp

——p点总亮度，cd/m2；Β——观察面与光入射面间角度，°；γ——p点对应的灯具光线入射角，°；Icγ——灯具在计算点p的光强值，cd；

r（β，γ）——简化亮度系数。亮度计算示意图简化亮度系数水泥混凝土路面简化亮度系数表沥青路面简化亮度系数表3.公路隧道照明散射光幕研究检测中存在的问题：

受到隧道路面材质不同，坡度、磨损等情况差异的影响，上述换算系数往往不能准确的反应路面平均照度和平均亮度的关系。水泥混凝土路面简化亮度系数表沥青路面简化亮度系数表3.公路隧道照明散射光幕研究在现场测试过程中采用影像式亮度计对区域路面的亮度值进行了多点同步测试，原始图片如下图所示，其中图右侧标尺表示了色彩与亮度指标的对应关系。隧道出口、引道亮度测试图隧道入口亮度测试影像3.公路隧道照明散射光幕研究选择测试区域

模板选择几何还原后的区域选择亮度总均匀度计算公式亮度纵向均匀度计算公式3.公路隧道照明散射光幕研究成因：车辆通行排的尾气带起的扬尘气流不畅影响：非常容易形成高浓度的烟尘，影响隧道内照明质量，干扰驾驶人员视认能力的重要因素。

就组成本质而言，公路隧道内的烟尘同样属于雾霾的一种，且浓度指标远高于一般环境水平。3.公路隧道照明散射光幕研究瑞利散射：瑞利(Rayleigh)散射是由于大气分子(O2和N2等分子)引起的散射消光，当大气分子的微粒直径小于光波长的时候，表现为瑞利散射，瑞利散射的消光系数正比于

-4，因此可以得出短波的瑞利散射效应要比长波严重。

公路隧道内主要消光因素示意图米氏散射：米氏(Mie)散射是由于大气中气溶胶、尘埃和飘尘引起的消光散射，当气溶胶微粒的大小远大于发射光的波长的时候，将会产生米氏散射，它的消光系数可由数学公式表达：

3.公路隧道照明散射光幕研究亮度对比是指视看对象和其背景之间的亮度差异。差别越大，可见度越高。我们通常用亮度对比系数C来表示亮度对比度，它等于视野中目标物和背景的亮度差与背景亮度的比值。最小察觉对比度Cm的推荐值，为0.28。4.基于反应时间的隧道基本段亮度需求4.基于反应时间的隧道基本段亮度需求（1）照明光源光谱对视亮度的影响

明视觉、中间视觉、暗视觉以及杆状细胞和锥状细胞对应的亮度区域人眼明视觉光谱效率函数和暗视觉光谱效率函数的比较被试光源：高压钠灯（HPS）、白光LED和荧光灯（FL）0.471.721.994.基于反应时间的隧道基本段亮度需求计算顺序公式表示

以为基础，通过测试得到光源辐照强度光谱分布即可得到中间视觉条件下的总光通量由于在其他条件相同的情况下，总光通量与亮度的数值成正比，则可以得到中间视觉相对于明视觉的等效亮度计算公式4.基于反应时间的隧道基本段亮度需求光源1高压钠灯显色指数：19.2光源2金属卤化物灯显色指数：99.2光源3白光LED显色指数：72.4视觉反应时间测试系统示意图照明反应时间实验流程图背景亮度，cd/m20.5,1,1.5,2,2.5,3亮度对比度0.3,0.5,0.8视标偏心角0º,15º,30º（2）基于反应时间的照明亮度需求4.基于反应时间的隧道基本段亮度需求背景亮度，cd/m20.51.01.52.02.53.0HPS，ms525422333301297270MH，ms461402325296283260LED，ms410326285275252248三个光源在不同背景亮度下的反应时间图0.55cd/m21.01cd/m21.12cd/m24.基于反应时间的隧道基本段亮度需求不同光源反应时间随视标对比度变化曲线对比度C0.30.50.8HPS，ms504460438MH，ms416371360LED，ms381316308不同光源反应时间随视标偏心角变化曲线视标偏心角0°15°30°HPS，ms460488493MH，ms371412452LED，ms3163353604.基于反应时间的隧道基本段亮度需求按照计算行车速度40km/h条件下，公路隧道中间段照明亮度1.5cd/m2进行分析，在高压钠灯照明条件下，测试的反应时间为330ms，而在相同反应时间条件下，金卤灯所需的照明亮度约为1.45cd/m2，白光LED所需的照明亮度约为0.95cd/m2。4.基于反应时间的隧道基本段亮度需求反应时间，ms亮度平均值，cd/m2高压钠灯金卤灯白光LED3301.51.450.9530321.871.262992.51.911.69根据相同的分析方法，在高压钠灯照明亮度分别为1cd/m2，2cd/m2和2.5cd/m2的情况下，具备相同反应时间的金卤灯和白光LED照明亮度如图所示。4.基于反应时间的隧道基本段亮度需求5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》交通运输行业标准《公路LED照明灯具》

交科教发【2008】162号下达标准项目（计划

号JT2008-06

交通运输部公路科学研究院承担了此标准的

编写任务。

归口单位，全国交通工程设施（公路）标委会5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》范围本部分规定了公路隧道LED照明灯具的组成、分类与型号、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存。本部分适用于公路隧道LED照明灯具，其他隧道照明灯具可参照使用。

5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》术语及定义

超短投射配光ultrashortlightingdistribution灯具配光的最大光强落在小于1.0纵向距高比的区间内称为超短投射配光。5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》灯具分类公路隧道LED照明灯具按环境温度适用等级分为S2型、A型、B型三种：a)S2型为常温型，适用温度范围-5℃～+55℃；b)A型为低温型，适用温度范围-20℃～+55℃；c)B型为超低温型，适用温度范围-40℃～+50℃。公路隧道LED照明灯具按照调光类型分为调光型LED照明灯具（T）和非调光型LED照明灯具（F）。

材料要求产品的外壳、机架等结构件在保证结构稳定的条件下,宜采用符合国家相关标准的轻质材料,以减少产品自身重量。发光二极管在Ts温度为85℃时的使用寿命不小于50000h,其它电子元器件的平均无故障时间MTBF不小于30000h。5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》功率允差在额定工作条件下，公路隧道LED照明灯具实测功率不超过额定功率的100%±5%。功率因数公路隧道LED照明灯具在额定工作条件下的功率因数值应不低于0.9。

老炼试验公路隧道LED照明灯具产品进行1000h的老炼试验，环境温度为25℃±3℃。稳定状态灯具点亮后，15min内光通量变化小于0.5%指达到稳定状态。5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》公路隧道LED照明灯具初始光效等级相关色温在CIE(1960)均匀色度空间内，光源色度坐标与距离普朗克轨迹最近处对应的黑体辐射的绝对温度值，称为该光源的相关色温。5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》相关色温公路隧道LED照明灯具在额定工作条件下的相关色温应在3000K~5500K范围内，且满足表1的要求。

名义值(K)目标值(K)容差范围边界点名称边界点色品坐标xy30003045±175中心点0.43380.4030右上点0.45620.4260左上点0.42990.4165左下点0.41470.3814右下点0.43730.389335003465±245中心点0.40730.3917右上点0.42990.4165左上点0.39960.4015左下点0.38890.3690右下点0.41470.381440003985±275中心点0.38180.3797右上点0.40060.4044左上点0.37360.3874左下点0.36700.3578右下点0.38980.371645004503±243中心点0.36110.3658右上点0.37360.3874左上点0.35480.3736左下点0.35120.3465右下点0.36700.357850005028±283中心点0.34470.3553右上点0.35510.3760左上点0.33760.3616左下点0.33660.3369右下点0.35150.3487等级初始光效lm/W额定相关色温≤3500K3500K<额定相关色温≤5500KⅠ100110Ⅱ90100Ⅲ8590公路隧道LED照明灯具初始光效等级公路隧道LED照明灯具初始光效等级5.行业标准《公路隧道LED照明灯具》老化时间，h光通量维持率3000≥96%6000≥92%10000≥86%灯具配光分布公路隧道LED照明灯具采用中投射、短