室外运动场地和区域照明的眩光评价系统(CIE技术报告No.112—1994)

第一篇：室外运动场地和区域照明的眩光评价系统(CIE技术报告No.112—1994)

研究与探讨 中国标准导报 CHINA STANDARDS REVIE：W 室外运动场地和区域照明的眩光评价系统(CIE技术报告No．112—1994)何鹏林孙岳种栗(译)摘 要： 这份技术报告描述了一种实用的室外运动场地和区域照明的眩光评

价系统。该评价系统不仅可以使用合适的测试仪表来核查已存在的 照明设施的眩光状况，还可以在新照明装置的设计阶段用来预测眩光 程度，但是其有效性受到眼睛水平面以下的观察方向的限制。详细说 明了这些主要应用范畴的一般眩光等级限制。这份报告是关于在被 照亮区域内或者非常接近该区域的眩光及眩光限制，而与散漏在该区 域外的光线的作用无关。1．绪论

照明设施的安装质量可以用平均照明水平、照 明均匀度和眩光限制的形式进行表述。对于室外 区域来说，直到目前还没有一套能够被普遍接受的 眩光评价系统。常用于机动交通路面照明的两个 概念“阈值增量TI”和“眩光控制等级G”却不能直 接应用于区域照明。这是因为观察者的观察方向 是可变不固定的，而且照明设施的安装也没有必要 被排成规则的行列，并且安装高度和照明亮度常常

超出路面照明概念的有效范围。

照明安装导致眩光的程度取决于光源的发光 强度分布、指向、数量、排列、安装高度以及被照亮 区域的亮度。这份报告描述并推荐一种包含了上 述所有因素的实用的眩光评价系统。该评价系统 基于开阔区域测试，并且在由于共同技术要求而具 有足够共性的不同照明安装中显示出了它的适用 性。该评价系统的有效性受到低于眼睛水平面的 观察方向的限制。我们假设，当直接仰视光源并且 把主要注意力集中到主观测方向上的光源位置上 时，所看到的不能容忍眩光的保持一个最小值。CIE在关于各种泛光照明应用领域的报告给出了 这方面的指导意见。

在一种对照明设计有实际辅助功能的眩光评 价体系被采用之前，有必要先对标准观测位置和标 准观测方向两个概念达成一致。为了获取最高程 度眩光以及相应眩光区域大小的信息，后面将对标 准观测位置和标准观测方向做详细说明。后面将会对主要室外区域照明装置的一般眩 光限制极限做详细说明。2．影响眩光程度的因素

根据CIE词汇表的定义，术语“眩光”通常归之

于“视觉条件”，它包含心理和生理两种相互独立的 效果。它们是：

(1)不舒适眩光。它能引起不舒适感，却未必 削弱对目标和细节的视觉功效。

(2)失能眩光。它能削弱对目标的视觉功效，却未必能引起不舒适感。

这两种形式的眩光是完全不同的两种现象。失能眩光主要取决于射入眼中光线的数量，而不受 光源亮度的影响。然而，对于不舒适眩光，光源亮 度却是其主要的影响因素。此外，失能眩光很少受 照射时间的影响；而对于不舒适眩光，当人长时间 暴露在高亮度光源下时则会产生相当不舒适感。人们通常认为，由单个光源引起的不舒适眩光 取决于以下四个参数：

L ——一观察者眼睛方向的光源亮度； w —— 光源对观察者眼睛所成的立体张角； 光源偏离观察者视线的角位移； L 一一控制着观察者眼睛适应水平的背景 亮度。

根据Holladay公式，失能眩光作用被描述为 眼睛内部叠加在竖直映像位置上的杂散光引起的 l3

维普资讯 http://www.xiexiebang.com 研究与探讨 中国标准导报 CHINA STANDARDS REVIEW 等效光幕亮度削弱了亮度比。这种等效光幕亮度 取决于下面两个参数：

E —— 与视线垂直的平面内眩光源对观察者 眼睛的照度；

眩光源中心与视线之间的夹角。

在获得了一个照明设施的所有等效光幕亮度 之后，失能眩光总．量以及由之削弱的视觉对比，都 是由背景亮度与感知亮度之比决定。背景亮度就 是观察对象的周围亮度，它几乎与适应亮度相当。在室内区域照明中，如果观察方向正对发光体 或者不是正对发光体而是正对其覆盖区域，都会产 生烦扰的眩光。

调查显示，在室外体育设施和区域照明眩光评 价中，下面两个照明参数与之最为相关： L-—— 光源产生的光幕亮度； L —— 环境产生的光幕亮度。

原则上，这些调查用来研究不舒适眩光的作 用。由于现在也用相关参数L-来描述失能眩光，这份报告将不再严格区分不舒适眩光和失能眩光，而是统一用上面两个参数L。和L 来描述眩光。根据Holladay—Stiles的定义，这里的光幕亮度 就是等效光幕亮度。L。是光源发出的直接入射到 人眼睛里的光线所产生的等效光幕亮度，而L 则 是环境(如观察者前面的区域)反射回眼睛的光线 所产生的等效光幕亮度。3．基本眩光评价规则

对于不同的观测位置和不同的观测方向来说，同一个照明区域的眩光程度或许是不相同的。而 对于一个给定的观察位置和给定的观察方向(位于 眼睛水平位置以下)眩光程度取决于光源产生的等 效光幕亮度(L。)和观察者前面的环境产生的等效 光幕亮度(L)。

这里等效光幕亮度(单位cd／m)定义为： L 一10Σ(3．1)i一1 式中：

E。—— 在与观察者视线垂直的平面内第i个 光源产生的射人观察者眼睛的光线的 照度，单位lux；

— — 观察者视线与第i个光源发出射人眼 睛光线的方向之间的夹角，单位度

(1．5。< < 60。)； 14 — — 光源总数。

在定义L 时，我们认为被照亮的区域由无数 微小的光源组成。

对于L-来说，只要认为观测角低于水平面2。或更多，给定条件角(>1．5。)就会自动实现。而 对L 来说，这意味着与视野中心(2×1．5。)相一致 的那部分被照亮区域就不应该被计算进来。眩光控制程度与照明参数L。和L 之间的关 系可以描述为：

GR 一27+ 241g(L l／L％9(3．2)GR代表“眩光等级”。GR值越低，眩光限制越 好。在引出这个概念的最初试验中，人们曾使用过 一个与表3．1给出的眩光评价等级有关的眩光控 制符号GF。

GR 一(10一GF)× 10(3．3)表3．1 九点量标法的眩光评价表 GF 眩光程度 GR 1 90 无法忍受 2 80 70 有干扰 4 60 5 50 仅允许 6 40 7 30 明显 8 20 9 不明显 1O 这儿我们再次使用这个评价表，其目的却不是 为了定义眩光限制极限，而仅仅是为眩光评价给出 眩光等级差异的实际意义。借助于GR概念，就有 可能找出某种情况与另一种情况相比其眩光更好 或更坏多少。基于实用的前提，GR值只能取1O～ 9O之间的两位数，并且不能有小数部分。眩光等级 ±0．5的变化相当于亮度比±0．5 的实验精度。4．简化近似眩光参数

一旦知道了光源位置、照射方向、发光强度分 布以及该区域的反射系数，那么用来确定某观测位 置和观测方向的GR值的照明参数L-和L 就可以 通过公式(3．1)计算出来。L。和L 也可以借助配

备了眩光镜头的亮度计进行测量得出。这种亮度 计依照 来测量光。

直接根据公式(3．1)可以计算出光源的等效光 维普资讯 http://www.xiexiebang.com 研究与探讨 中国标准导报

幕亮度L。只要环境亮度已知就可以直接根据公 式(3．1)算出环境(通常认为是被照亮区域)产生的 等效光幕亮度L⋯ 尽管如此，我们还是可以使用 一种对实际眩光评价具有足够精确度的简化方法。当观察背景就是被照亮区域时我们就可以使用这 种简化方法了。在这种方法里，可以使用下面的公 式根据被观测水平区域的平均亮度L 来近似计 算L ：

L。一0．003 5× L(4．1)平均亮度L(cd／m)用式(4．2)近似转换： L 一Eh。⋯ × 』D／(7c× 力。)(4．2)式中：

E ⋯ — —平均水平区域照度，lx； 该区域的(假定为漫反射)反射系数； 力。— — 统一立体角，sr。

在视线附近被垂直或近乎垂直照亮的区域，实 际的L 值要比通过上面的近似计算得到的值稍

高。尽管如此，这也仅仅意味着实际的眩光限制程 度会比根据计算GR值得到的结论略微好一点 而已。

根据这些指导方针人们已经成功设计出了许 多照明设施的安装。

对足够间隔灯杆上的离散眩光源的安装，可使 用一种基于亮度限制的简化设计程序。5．观测位置和观测方向的标准化

在被照亮的区域中，对于任何一个正常的观测 方向以及任何一个能达到的观测点，眩光都不能太 多。在具有安全隐患的、或通常会长时间注视的、或经常进行困难观察作业的观测位置和观测方向，就必须保证GR值永远低于其推荐值的最大值。为 了获取最高程度眩光及相应眩光区域大小的信息，下面将对标准观测位置和观测方向做详细说明。原则上可以分别独立选择观测者位置(见图

5．1、5．

4、5．5和5．6)，可以沿指定的直线定位观测 位置(见图5．2)，也可以使用照度计算网格来定位 观测者(见图5．3)。

对于所有的观测位置来说，可以相互独立地选 择观测方向(见图5．4)；或者在假定所有的观测者 都以相同的角位移(比如5。或1O。或45。)转动的情

况下，选择固定数目的观测方向(见图5．

1、5．

2、5．3)。在某些情况下，我们可以只考虑朝向一些特定灯杆或 光源位置的观测方向就足够了(见图5．

5、5．6)。CHINA STANDARDS REVIEW ．

图5．1 在相同的角位移上独立地选择观测位置和 特定数目的观测方向(圆形符号代表光源簇的位置)o ● ^ J 》 o 图5．2 沿指定直线定位的观测位置和

特定数目的观测方向(圆形符号代表光源簇的位置)图5．3 位于计算网格位置的观测位置和 特定数目的观测方向(圆形符号代表光源)维普资讯 http://www.xiexiebang.com 16 研究与探讨 中国标准导报 ● ●、●、●，●

／ 36．OOm 图5．4 独立选择观测位置和观测方向(圆形符号代表光源)● ● · · ＼／／、| ▲ ＼，／ J — ’，7 ＼。f／． 300．Om 图5．5 独立选择观测位置及朝向灯杆的观测方向(圆形符号代表灯杆上的光源簇)CHINA STANDARDS REVIEW ● ● ● ●● ● ● ● 一 200．Om 一

● ● ● ●● ● ● ●

图5．6 独立选择观测位置及朝向光源的观测方向(圆形符号代表光源)6．推荐的眩光等级极限 表6．1 区域照明

应用类型 GR⋯ 低等风险 55 安全保障 中等风险 50 高等风险 45 仅步行者 55 交通安全 低速交通 5O f 普通交通 45 非常恶劣 55 工作区域‘ 中等恶劣 50 状况良好 45 【注】对于在工作区域的至关重要的观察作业，可以选 取采用比指定的GR⋯ 低5个单位的最低眩光等 级值。

表6．2 体育照明 应用类型 GR⋯ 训练照明 55 竞赛照明(包括电视广播)50(作者单位：信息产业部电子工业标准化研究所 交通部公路科学研究院 国家标准化管理委员会)维普资讯 http://www.xiexiebang.com__