專利名稱：一種多燈位多維隧道照明方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是發(fā)明人系列發(fā)明一“多維道路照明體系”的第三部分，涉及一種新型照明方式，具體是一種多燈位多維隧道照明方式。
背景技術(shù)：
目前，隧道照明普遍采用傳統(tǒng)的高燈位隧道燈(安裝高度在隧道頂部，安裝間距2m左右，單燈功率80W以上)。這種照明方式技術(shù)成熟，但是由于燈位高，存在以下問(wèn)題I、眩光問(wèn)題 道路照明設(shè)計(jì)規(guī)范要求快速路采用截光、半截光型隧道燈來(lái)減少眩光。這一措施，可以限制眩光但無(wú)法消除眩光。產(chǎn)生眩光的原因是以截光型燈具(包括HPS燈和LED燈)為例，其光路主要照射部分并不投射到機(jī)動(dòng)車駕駛員眼中，從這個(gè)意義上說(shuō)，截光型燈具基本避免了直接眩光。但是，該型燈具總是存在一個(gè)亮度很高的發(fā)光面，由于該發(fā)光面與駕駛員之間存在高度差H，則總存在視角α使得駕駛員可直視該發(fā)光面，感覺到來(lái)自前上方的隧道燈發(fā)光面的眩光(見附圖
I)。這一眩光不是傳統(tǒng)意義上的直接眩光，但仍然屬于失能眩光。顯然，該眩光存在的充分條件是α >0。要改變?chǔ)链笥?，有兩種措施。其一是把燈具傾斜放置，使燈具的發(fā)光面與駕駛員向前上方的視線平行(見附圖2)，從而使α角為O。但機(jī)動(dòng)車在運(yùn)動(dòng)時(shí)α角的大小在時(shí)刻變化，故這種方法無(wú)法消除本行車方向但不同位置的車輛的眩光。另一種措施是降低隧道燈高度，當(dāng)隧道燈高度與駕駛員眼高相同時(shí)，使α角為O。但這會(huì)帶來(lái)配光等一系列問(wèn)題，特別是將現(xiàn)有的250W-400W HPS隧道燈高度降至駕駛員眼部高度顯然是不可行的。目前，采用高燈位隧道燈照明的道路都存在來(lái)自行車方向前上方的失能眩光。隧道照明中，傳統(tǒng)的高燈位逆向照明方式也存在顯著的眩光問(wèn)題。2、無(wú)效照明問(wèn)題為提高照度均勻度，高燈位照明方式將光源以下空間盡可能均勻照亮，形成光幕區(qū)。根據(jù)余弦定律，可以證明，現(xiàn)行高燈位照明方式在光幕區(qū)內(nèi)存在大比例的無(wú)效照明分量。事實(shí)上，只有有效照明分量是有效照明。另一方面，根據(jù)平方反比定律，現(xiàn)行高燈位照明的照度垂直分布規(guī)律是上亮下暗。這使得處于上部的無(wú)效光幕區(qū)的照度會(huì)高于位于下部的有效光幕區(qū)的照度。這顯然與駕駛員觀察所需要的上暗下亮的照明基本需求相悖。目前，采用高燈位隧道燈照明的隧道不可避免的都存在無(wú)效照明區(qū)域及違背照明基本需求的問(wèn)題。高燈位照明方式是隨著高電壓氣體放電(包括HPS)光源的應(yīng)用而誕生的，并已暴露出明顯的弊端；隨著LED等新型光源的發(fā)明也必然會(huì)產(chǎn)生新的更為先進(jìn)的照明方式。LED光源的出現(xiàn)，的確為解決上述問(wèn)題提供了契機(jī)。LED具有亮度高、體積小、顯色性高、低壓安全和可分散安裝等特點(diǎn)，這為從另一途徑解決三個(gè)問(wèn)題提供了合適的光源。但是，目前LED應(yīng)用與研發(fā)主要是用LED與傳統(tǒng)光源進(jìn)行簡(jiǎn)單的替換，幾乎所有LED廠家統(tǒng)統(tǒng)沿用傳統(tǒng)隧道燈的設(shè)計(jì)思路，追求幾十瓦、上百瓦的大功率LED隧道燈以求與目前的HPS燈造型、安裝方式完全相同或兼容，導(dǎo)致當(dāng)前LED隧道燈及安裝方式幾乎全部以適用于HPS光源的“投光燈”為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，而非以LED發(fā)光規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)。小功率的LED光源適宜分散安裝，也沒有突出的散熱問(wèn)題。但大功率LED隧道燈的集中、高燈位照明則帶來(lái)了散熱不良、耐久性不好和維修不便等本不該出現(xiàn)的問(wèn)題，由此引發(fā)了一系列的功能與質(zhì)量問(wèn)題，反而導(dǎo)致LED隧道燈在照明工程界受到質(zhì)疑。 事實(shí)上，以簡(jiǎn)單替換為特征的大功率、高燈位的LED隧道燈照明不但沒有解決傳統(tǒng)HPS隧道燈存在的問(wèn)題，反而增加了散熱等新問(wèn)題，這表明目前LED隧道燈照明需要走出簡(jiǎn)單替代的模式，進(jìn)行以體現(xiàn)LED自身特點(diǎn)、發(fā)揮LED優(yōu)點(diǎn)為目的的自主型研發(fā)。上述照明方式，在本質(zhì)上任然是一個(gè)燈同時(shí)承擔(dān)了路面照明、空間照明、墻壁照明三重任務(wù)，它們?cè)诳臻g上、時(shí)間上相互制約，不可能均達(dá)到最佳；在邏輯上，只有將上述任務(wù)分解，由各自獨(dú)立的小功率、高效能光源、燈具和照明控制系統(tǒng)來(lái)完成，分別控制，獨(dú)立運(yùn)行，才可能在路面照明、空間照明、復(fù)雜天氣照明方面分別做到最佳，從而達(dá)到總體最佳，從而大大提高照明效率，提高可見度水平，節(jié)約能源。

發(fā)明內(nèi)容
隧道照明中必須考慮某些特殊的視覺現(xiàn)象在白天，由于白天隧道外的亮度相對(duì)于隧道內(nèi)的高很多，駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)會(huì)看到黑乎乎的洞，即“黑洞”現(xiàn)象；進(jìn)入隧道后由明亮的外部進(jìn)入較暗的隧道，需要適應(yīng)時(shí)間，即“適應(yīng)的滯后”現(xiàn)象；在隧道中間段，在車流量大、尾氣污染嚴(yán)重或霧天情況下，汽車的廢氣集聚形成煙霧，空氣中聚集了大量懸浮狀的氣溶膠分子團(tuán)，這導(dǎo)致一方面部分射向機(jī)動(dòng)車前方物體的入射光還未到達(dá)物體便被光路上的煙霧和水分子團(tuán)所吸收和散射，其散射部分形成白霧幕，即“白(霧)墻”現(xiàn)象，另一方面是到達(dá)機(jī)動(dòng)車前方物體的入射光經(jīng)反射后的反射光為懸浮在空氣中的氣溶膠分子團(tuán)所吸收和散射，減弱了反射光的亮度與對(duì)比度，致使機(jī)動(dòng)車前方障礙物的可見度大大降低；在隧道出口處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很亮的洞，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的眩光，即“黑洞”現(xiàn)象。下表列舉了隧道照明中必須考慮的特殊視覺現(xiàn)象(時(shí)間序列為自左至右)
閾值過(guò)渡內(nèi)部過(guò)渡閾值
白天黑洞暗適應(yīng)白(霧)墻明適應(yīng)"i7洞
夜晚白洞明適應(yīng)I白(霧)墻暗適應(yīng)黑洞在夜晚，這一過(guò)程恰好相反。本發(fā)明綜合了市政道路照明的多重需求10項(xiàng)，總結(jié)了市政道路照明的特殊問(wèn)題2項(xiàng)。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人提出以下相關(guān)對(duì)策，見下表。照明需求
權(quán)利要求
1.一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于該照明方式由多個(gè)維數(shù)的照明分量構(gòu)成，包括一維低燈位逆向照明分量、一維低燈位同向照明分量、一維橫向照明分量和一維高燈位逆向照明分量，各分量均擁有自己的光源和燈具。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于所述多個(gè)維數(shù)的照明分量在照明功能、光色范圍、照射方向、照射空間上各自獨(dú)立、可單獨(dú)調(diào)整；各照明分量的光源與燈具，均獨(dú)立運(yùn)行；燈具安裝在隧道不同高度的多個(gè)位置，單獨(dú)設(shè)置或集成一體；在控制方式上，各照明分量可單獨(dú)運(yùn)行或組合運(yùn)行；在運(yùn)行模式上，可采用通常模式或節(jié)能模式；將不同控制方式與運(yùn)行模式優(yōu)化組合，能發(fā)揮出更高效能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于隧道照明中必須考慮某些特殊的視覺現(xiàn)象，例如在隧道兩端的閾值區(qū)間，會(huì)存在“黑洞(白洞)”現(xiàn)象；在隧道兩測(cè)的過(guò)渡區(qū)間，會(huì)存在“暗(明)適應(yīng)”現(xiàn)象；在隧道內(nèi)部區(qū)間，會(huì)存在“白(霧)墻”現(xiàn)象；本發(fā)明解決上述隧道照明特殊視覺現(xiàn)象的方法是在閾值區(qū)間，使墻壁亮度與隧道外部亮度接近，以克服“黑洞(白洞)”效應(yīng)；在過(guò)渡區(qū)間，使墻壁亮度在閾值區(qū)亮度與隧道內(nèi)部區(qū)間亮度之間形成逐步漸變，以改善“暗(明)適應(yīng)”;在內(nèi)部區(qū)間，加強(qiáng)與駕駛員視線之間的夾角接近垂直的燈光，以克服“白(霧)墻”效應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于所述低燈位逆向照明的基本原理為路面是駕駛員觀察前方障礙物的主要背景，提供必要的路面亮度是隧道照明的基本要求，減少眩光及提高亮度均勻度是隧道照明的重要任務(wù)；當(dāng)光源以投光角度接近平行于路面(低燈位)、照射方向與車行方向相反(逆向照明)照射前方路面時(shí)，駕駛員視線方向上可獲得較高的路面反射亮度、較高的亮度均勻度且能夠控制眩光在較小值；本發(fā)明中，低燈位逆向照明分量的功能是提供必要的隧道內(nèi)路面亮度、較高的亮度均勻度且控制眩光在較小值，用于低燈位逆向照明的光源與燈具，其高度低于機(jī)動(dòng)車駕駛員視平線，照射方向與所在車道的車行方向相反，照射空間為燈高位置下方空間及路面，無(wú)仰角散射，光源色溫不高于4000K;運(yùn)行方式為通常模式(在正常開燈時(shí)間內(nèi)常全開)或節(jié)能模式(通常模式基礎(chǔ)上調(diào)光)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于所述低燈位同向照明的基本原理為提高隧道內(nèi)路面背景與前方障礙物之間的亮度差、色度差和光源顯色性有利于提高障礙物的可見度水平；發(fā)明人的研究表明當(dāng)光源以投光角度接近平行于路面(低燈位)、照射方向與車行方向相同(同向照明)照射前方空間時(shí)，駕駛員視線方向上可獲得較高的障礙物反射亮度；本發(fā)明中，同向照明分量的功能是以較高顯色性的光源，為機(jī)動(dòng)車駕駛員提供隧道內(nèi)的空間照明，在與低燈位逆向照明分量共同使用時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)路面背景與前方障礙物之間的亮度對(duì)比、色度對(duì)比來(lái)提高障礙物的可見度水平；用于同向照明的光源與燈具，高度在機(jī)動(dòng)車駕駛員視平線附近，色溫高于低燈位逆向照明分量，顯色指數(shù)大于70，照射方向與所在車道的車行方向相同，照射空間為燈高位置上方空間，與低燈位逆向照明分量無(wú)交集；運(yùn)行方式為通常模式(在正常開燈時(shí)間內(nèi)分時(shí)段全開)或節(jié)能模式(通常模式基礎(chǔ)上調(diào)光)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于所述橫向照明的基本原理為在隧道中間段的內(nèi)部照明區(qū)間，由于霧天或汽車廢氣集聚形成煙霧，光源射向機(jī)動(dòng)車前方空間的入射光會(huì)被這些煙霧吸收和散射，形成“白(霧)墻”現(xiàn)象，同時(shí)，部分反射光為懸浮在空氣中的氣溶膠分子團(tuán)所吸收和散射，致使機(jī)動(dòng)車前方障礙物的可見度降低；當(dāng)入射光和駕駛員視線之間的夾角接近垂直時(shí)，可有效克服“白(霧)墻”現(xiàn)象；本發(fā)明中，橫向照明分量的功能是為基本照明區(qū)間提供與駕駛員視線之間的夾角接近垂直的投射光，有效克服“白(霧)墻”現(xiàn)象；用于橫向照明的光源，具較高穿透力之光譜，其照射方向與所在車道的車行方向垂直，照射空間為燈高位置上、下方空間及路面，與逆向照明、同向照明分量有交集，；運(yùn)行方式為通常模式(在尾氣污染嚴(yán)重、霧天時(shí)全開)或節(jié)能模式(通常模式基礎(chǔ)上調(diào)光)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于所述高燈位逆向照明的基本原理為當(dāng)光源以照射方向與車行方向相反、投光角度接近垂直于墻面法線照射前方墻面時(shí)，駕駛員視線方向上可獲得較高的墻面反射亮度、較高的亮度均勻度且能夠控制眩光在較小值；本發(fā)明中，高燈位逆向照明分量的功能是在隧道閾值區(qū)間和過(guò)渡區(qū)間，提供合理的、逐步漸變的墻壁亮度，有效改善“黑洞(白洞)”及“暗(明)適應(yīng)”現(xiàn)象，提高隧道內(nèi)障礙物的可見度水平和駕駛員視覺舒適度且控制眩光在較小值；用于高燈位逆向照明的光源，其高度高于機(jī)動(dòng)車駕駛員視平線，照射方向與所在車道的車行方向相反，照射空間為燈高位置上方空間及墻面，無(wú)俯角散射，光源色溫接近天空光；依據(jù)隧道外光環(huán)境自動(dòng)開啟，控制聯(lián)動(dòng)；運(yùn)行方式為通常模式(在正常開燈時(shí)間內(nèi)常全開)或節(jié)能模式(通常模式基礎(chǔ)上調(diào)光)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于對(duì)于非水平隧道，由于可視距離變短，功率密度較水平隧道功率密度加大；對(duì)于非直線隧道，由于可視距離變短，功率密度較直線隧道功率密度加大。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其關(guān)鍵技術(shù)在于限制眩光和控制墻壁亮度；限制用于逆向照明的光源對(duì)于本行車方向構(gòu)成的眩光的措施，是燈具上采用上截光遮光板及合理配光；為有效控制墻壁亮度，要求隧道墻壁采取增加反射系數(shù)的措施，如采用反射率高的涂料并/或?qū)⑺淼缐Ρ谕砍蓽\顏色。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多燈位多維隧道照明方式，其特征在于所述該照明方式具有開放性，上述多個(gè)維數(shù)的照明分量構(gòu)成基礎(chǔ)照明，進(jìn)一步完善照明功能的措施是加入更多維照明分量。
全文摘要
本發(fā)明提出一種多燈位多維隧道照明方式，由多個(gè)維數(shù)的照明分量構(gòu)成，包括低燈位逆向照明分量、同向照明分量、橫向照明分量和高燈位逆向照明分量。各照明分量在照明功能、光色范圍、照射方向、照射空間上各自獨(dú)立、可單獨(dú)調(diào)整；根據(jù)任務(wù)性質(zhì)，各分量均擁有低位安裝的、獨(dú)立運(yùn)行的專用光源與燈具，分別滿足路面照明、空間照明和隧道照明的特殊需求。在每一項(xiàng)任務(wù)中，使其效能最大化，從而使總體照明達(dá)到綜合最優(yōu)化。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)隧道照明方式存在的弊端，使上述不同用途光源與燈具各司其職，有效解決了隧道照明的一系列問(wèn)題，大大提高了照明效率。本發(fā)明是基于小功率高光效光源自身特點(diǎn)進(jìn)行的自主型應(yīng)用研發(fā)，根本上擺脫了傳統(tǒng)隧道燈的照明方式，也跳出了用LED燈簡(jiǎn)單替換HPS、MH燈的模式。
文檔編號(hào)F21S8/00GK102840519SQ20121033421
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者趙海天 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)