本发明专利技术提出一种低灯位多维道路照明方式，由多个维数的照明分量构成，包括：逆向照明分量、同向照明分量、横向照明分量和竖向照明分量。各照明分量在照明功能、光色范围、照射方向、照射空间上各自独立、可单独调整；根据任务性质，各分量均拥有低位安装的、独立运行的专用光源与灯具。分别承担路面照明、空间照明和复杂天气照明和指示照明任务。在每一项任务中，使其效能最大化，从而使总体照明达到综合最优化。本发明专利技术克服了传统高灯位照明方式和现有低灯位照明方式存在的弊端，使上述不同用途光源与灯具各司其职，有效解决了眩光、无效照明和纵向均匀度差等问题，大大提高了照明效率。本发明专利技术是基于小功率高光效光源自身特点进行的自主型应用研发，根本上摆脱了传统投光灯的照明方式，也跳出了用LED灯简单替换HPS灯的模式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是专利技术人系列专利技术一“多维道路照明体系”的第一部分，涉及一种新型道路照明方式，具体是一种低灯位多维道路照明方式。
技术介绍
目前，快速道路及高速公路照明普遍照明方式是采用高灯位路灯，光源为HPS，安装高度IOm左右，安装间距30m左右，单灯功率250W左右，这种照明方式构成目前主流照明方式。该照明方式技术成熟，但是由于灯位高，单灯功率大，存在以下问题 I、眩光问题道路照明设计规范要求采用截光、半截光型路灯来减少眩光。这一措施，可以限制眩光但无法消除眩光。产生眩光的原因是以截光型灯具(包括HPS灯和LED灯)为例，其光路主要照射部分并不投射到机动车驾驶员眼中，从这个意义上说，截光型灯具基本避免了直接眩光。但是，该型灯具总是存在一个亮度很高的发光面，由于该发光面与驾驶员之间存在高度差H，则总存在视角α使得驾驶员可直视该发光面，感觉到来自前上方的路灯发光面的眩光(见附图I)。这一眩光不是传统意义上的直接眩光，但仍然属于失能眩光。该眩光存在的充分条件是α >0。要改变α大于0，有两种措施。其一是把灯具倾斜放置，使灯具的发光面与驾驶员向前上方的视线平行(见附图2)，从而使α角为O。但机动车在运动时α角的大小在时刻变化，故这种方法无法消除本行车方向但不同位置的车辆的眩光；同时，这一倾斜的“发光面”会照射到对面行车方向，反而加强了对面行车方向的眩光，因此不可取。另一种措施是降低路灯高度，当路灯高度与驾驶员眼高相同时，使α角为O。但这会带来配光等一系列问题，特别是将现有的250W-400W HPS路灯高度降至驾驶员眼部高度显然是不可行的。因此，采用高灯位照明方式的道路都存在来自行车方向前上方的失能眩光。(2)无效照明问题为提高照度均匀度，高灯位照明方式将光源以下空间尽可能均匀照亮，形成如附图3所示的光幕区。对于封闭的快速道路，机动车驾驶员仅需观察路面及道路前方情况而不需要同时观察道路内外的目标情况。因此，道路照明并不需要路面上方接近IOm高的光幕空间，其光幕空间可降低至一半甚至更低，驾驶员识别道路路面和前方障碍物主要依靠这一光幕空间内的照明，我们将这一高度内的光幕空间称为有效光幕区域，只有有效光幕区内的照明才有意义。显然，现行高灯位照明方式存在大比例的无效光幕区。同时，根据余弦定律，可以证明，即使在有效光幕区域内，现行高灯位照明方式也存在大比例的无效照明分量。事实上，只有有效光幕区域内的有效照明分量是有效照明。无效照明包括无效光幕区的照明及有效光幕区域内的无效照明分量。另一方面，根据平方反比定律，现行高灯位照明的照度垂直分布规律是上亮下暗。这使得处于上部的无效光幕区的照度会高于位于下部的有效光幕区的照度。这显然与驾驶员观察所需要的上暗下亮的照明基本需求相悖。因此，现行主流照明方式都存在大比例无效照明及违背照明基本需求的问题。(3)可见度低下问题高灯位路灯的安装间距30m左右，这 使得机动车行进方向的垂直照度难以均匀(此非水平照度意义上的“斑马线”)。有研究指出，在部分区域的垂直照度非常弱，甚至接近于零。我们知道，前方目标物表面亮度与空间垂直照度存在准线性正相关关系，而亮度与前方目标可见度在中间视觉范围亦分段的呈现正相关关系，见附图4。从图4中可以看出，当平均亮度降至O. 1-0. 5cd/m2时，可见度将降至20%以下。这表明高灯位路灯照明方式下，存在可见度特别低的区域。垂直照度不均匀还将导致行车方向前方空间亮度不均匀(忽明忽暗)，亦会降低前方目标的可见度RP值，如附图5所示。垂直照度的不均匀，一方面将导致部分暗区可见度较低，同时也引起整体可见度的降低。上述分析表明，现行普遍道路照明方式(高灯位照明方式)是存在这3个问题的根本原因，该方式不可能解决眩光、无效照明和可见度低下问题。高灯位照明方式是随着高电压气体放电(包括HPS)光源的应用而诞生的，并已暴露出明显的弊端；随着LED等新型光源的专利技术也必然会产生新的更为先进的照明方式。LED光源的出现，的确为解决上述问题提供了契机。LED具有亮度高、体积小、显色性高、低压安全和可分散安装等特点，这为从另一途径解决三个问题提供了合适的光源。但是，目前LED应用与研发主要是用LED与传统光源进行简单的替换，几乎所有LED厂家统统沿用传统路灯的设计思路，追求几十瓦、上百瓦的大功率LED路灯以求与目前的HPS灯造型、安装方式完全相同或兼容，导致当前LED路灯及安装方式几乎全部以适用于HPS光源的“蛇头(平板蛇头)灯”为标准进行设计和制造，而非以LED发光规律为出发点进行研发。我们知道，小功率的LED光源适宜分散安装，也没有突出的散热问题。但大功率LED路灯的集中、高灯位照明则带来了散热不良、耐久性不好和维修不便等本不该出现的问题，由此引发了一系列的功能与质量问题，反而导致LED路灯在照明工程界受到质疑。事实上，以LED光源替换HPS光源并不是照明方式的改变，也不可能解决高灯位照明方式存在的上述3个问题。以简单替换为特征的上百瓦、高灯位的LED路灯照明不但没有解决传统HPS路灯存在的问题，反而增加了散热等新问题，这表明目前LED路灯照明需要走出简单替代的模式，进行以体现LED自身特点、发挥LED优点为目的的自主型研发。近期，低灯位路灯照明方式开始出现。低灯位路灯照明中，灯具直接安装在道路护栏、隔离带上，向路面投光，以满足路面必要的照明需求。专利CN201110175282. 5中公布了一种双向低位LED道路灯，该灯采用LED作为光源，实际上只是普通护栏灯，主要差别是普通护栏灯单侧照明，而该灯可向两侧照明。实践已证明，护栏灯不能满足快速道路照明规范所规定的指标。专利(ZL 200720095548. 4)CN201014304Y则公开了一种低安装高度路灯，采用MH灯作为光源，安装间距为8m至11m，安装高度在I. 2m以内。该低灯位照明部分克服了高灯位照明方式存在的较大的无效光幕区问题；如采用LED光源，可部分解决大功率LED光源的散热问题等。但仍存在以下问题I、照明效率低下该低灯位照明方式，虽然一定程度上克服了高灯位照明存在较大的无效的照明空间的问题，但由于光源之间的间距变小，其结果是横向照明分量加大，逆向、正向照明分量很小。分析表明，横向照明分量主要对于提高在非正常天气情况下路面上物体的可见度水平有效，横向照明对于正常天气情况下驾驶员观察前方道路及障碍物所要求的提供路面基本亮度、形成前方物体表面亮度以及提高前方物体与路面背景之间的亮度对比贡献很小， 并非路面照明的有效方式。事实上，CN 201014304Y公开的照明方式在照明节能的主要指标——功率密度上并不比现行高灯位照明方式有明显优势。2、可见度水平低下该低灯位照明方式，逆向、同向照明分量采用同一光源与灯具，色度相同、照射空间不独立，在路面背景与前方物体之间无法形成较高的亮度对比与色度对比，并且路面的亮度均匀度较低，导致前方物体的可见度水平较低。3、该低灯位照明方式，全部光照集中于路面I. 5m高度以下，不能为驾驶员提供观察前方障碍物所必须的空间照度。4、该低灯位照明方式，并不能真正消除眩光，在驾驶员视域范围内，仍能感到来自于前侧方灯具“发光面”的眩光(因安装高度在I. 2m)。5、该低灯位照明方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低灯位多维道路照明方式，其特征在于：该照明方式由多个维数的照明分量构成，包括一维逆向照明分量、一维同向照明分量、一维横向照明分量和一维竖向照明分量，各分量均拥有自己的光源和灯具。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海天，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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