[科普中国]-道路照明

道路照明（road lighting），在道路上设置照明灯具为在夜间给车辆和行人提供必要的能见度。道路照明可以改善交通条件，减轻驾驶员疲劳，并有利于提高道路通行能力和保证交通安全，此外，还可美化市容。

发展概况道路最初是用点燃木材照明，后来逐步发展为用油灯、汽灯、电弧灯、碳丝白炽灯、高压汞灯，现今道路照明主流光源为高压钠灯。基于全球性节能减排政策，部分新型节能光源（如LVD无极灯、LED灯和新型索明氙气路灯）也已逐步应用到道路照明工程中，并发展迅速。1558年巴黎街道上设置了装有松脂或木条的容器，天黑时点燃松脂或木条照明。1667年冬季，在一些街道上改用油灯。1806年，美国巴尔的摩城的街道用汽灯照明。1842年，巴黎出现电弧灯，不久就将这种灯应用于街道上。1878年，英国人J.W.斯旺首先提出用碳丝白炽灯。1932年，荷兰人开始在街道上用低压钠灯照明。1935年，发明了高压汞灯。1965年，高压钠灯问世，并用于道路照明。中国最早是1865年在上海南京路上安装了10盏煤气灯；1882年在上海外滩安装10盏电弧灯；1890年上海开始在街道上使用白炽灯。各国除在城市道路上采用沿路设灯连续照明和在部分高速公路或交通量很大的公路上采用连续照明外，在一般公路上，由于经济效益问题，多不采用连续照明。

视觉驾驶员在夜间是借助于障碍物及其作为背景的路面两者的亮度对比来察觉前方道路上有无障碍物。路面平均亮度升高，察觉障碍物所必要的亮度对比变小，障碍物容易被发现。路上的物体、行人等的亮度如果比背景暗，驾驶员就只能见到它们的轮廓，即为轮廓辨认。驾驶员在行车过程中，只关心前方有无行人或障碍物，无须辨认出是谁或何物，所以道路照明一般只需使路面具有一定亮度，增大物体与路面亮度差，驾驶员能轮廓辨认人或物即可。若物体的亮度比路面亮度大，驾驶员在较暗的背景里可见到一个明亮的物体，即为逆轮廓辨认。路上的导流交通岛，需要便于驾驶员辨认，所以增加其表面亮度，使能逆轮廓辨认。当物体向着视线的一侧亮度较大时，驾驶员只能辨认该侧表面细部。要提高驾驶员对细部的辨认能力，可通过道路照明增大物体表面亮度或使亮度变化。 城市道路是城市的动脉。主照明为路灯，满足行人、车辆夜间行动。庭园灯、景观灯与路灯形成立体的照明模式，增强道路装饰效果，美化城市景观，也可弥补路灯照度的不足。

质量标准通常用规定的路面平均照度和均匀度两个指标。前者的单位是勒克斯，即每一平方米水平照射面积上，均匀分布一流明的光通量。后者是最小水平照度与平均水平照度的比值。实际上，路面的亮度分布与照度分布有相当大的差别。采用路面照度作为道路照明指标不能给出视感条件的真实情况。因此，国际照明委员会建议道路照明的质量用路面亮度、均匀度、眩光和诱导性四个指标衡量。亮度是道路表面单位面积上反射出的光量，用cd/m2作单位。均匀度是路面上亮度分布的均匀程度。影响驾驶员视觉舒适感的均匀度等于行车线上路面最小亮度与平均亮度之比。即使平均亮度较高，但亮度分布不均匀的路面，在明暗相差很大的地方,障碍也难以发现。眩光是强光直射驾驶员的眼睛,使眼睛不舒适，产生视觉障碍，看不清物体的现象。眩光使眼睛不舒适的程度用表示主观感觉的眩光指数G评定。国际照明委员会推荐：G=1，无法忍受；G=3，有干扰；G=5，允许的极限； G=7，比较满意；G=9，无影响。眩光与光源的亮度、视线与光源的夹角、路面平均亮度等因素有关。诱导性是用照明告知驾驶员有关前方道路线形、起伏、交叉、车流分合的有关信息。国际照明委员会建议，城市干道、高速公路的路面亮度取2cd/m2，纵向均匀度取0.7，G=6。日本已采用路面亮度作为道路照明指标。美国等多数国家仍用照度作道路照明标准。照度和亮度可以互相换算。路面P点的亮度等于该点的照度乘该点的亮度系数。

照明布置道路照明用的照明器有高压钠灯、低压钠灯、无极灯、金卤灯、荧光灯、新型索明氙气路灯等。白炽灯、高压汞灯、低压钠灯由于光源性能缺陷已逐渐被淘汰。照明器要合理使用光能，防止眩光。照明器发出的光线要沿要求的角度照射，落到路面上呈指定的图形，光线分布均匀，路面亮度大，且眩光小。为减少眩光，可在最大光强上方予以配光控制。

道路照明用的照明器大体可分为截光、半截光和不截光三种类型。①截光型：照明器照射到路幅外的光线不超过光源额定流明的10%，控制光线沿路分布，产生的眩光小。适用于主要街道、干线公路和高速公路。②半截光型：照明器照射到路幅外的光线不超过光源额定流明的30%，控制光线沿路分布。适用于一般等级的街道。③不截光型：照明器对最大光强上方的光通量不加限制，眩光大，只适用于周围环境明亮的街道或交通量很少的次要街道。照明器的射程,由光束的仰角决定，用从照明器到最大烛光束照射到路面的距离长短区分，可分为短射程、中射程、长射程三种。

根据道路断面形式、宽度、车辆和行人的情况，照明器可采用在道路两侧对称布置、两侧交错布置、一侧布置、分隔岛双叉布置和路中央悬挂布置等形式。道路交汇区采用高杆照明方式。一般说来，宽度超过20米的道路、迎宾道路，可考虑两侧对称布置；道路宽度超过15米的，可考虑两侧交错布置；较窄的道路可用一侧布置。在道路交叉口、弯道、坡道、铁路道口、人行横道等特殊地点，一般均布设照明器，以利于驾驶员和行人识别道路情况，其亮度标准也较高。在隧道内外路段和从城区街道到郊区公路的过渡路段的照明，则要考虑驾驶员的眼睛对光线变化的适应性。照明器的功率、安装高度、纵向间距是配光设计的重要参数。组合好这三个因素，可得到满意的照明效果。

照明作用在城市的机动车交通道路上设置照明的目的是为机动车驾驶人员创造良好的视觉环境，以求达到保障交通安全、提高交通运输效率、降低犯罪活动和美化城市夜晚环境的效果。在人行道路以及主要供行人和非机动车使用的居住区道路上设置照明的目的是为行人提供舒适和安全的视觉环境，保证行人能够看清楚道路的形式、路面的状况、有无障碍物；看清楚同时使用该道路的车辆及其行驶情况和意向，以便能了解车辆的行驶速度和方向、判断出与车辆之间的距离；行人相遇时，能及时地识别对面来人的面部特征并判断其动作意图，方便人们交流，并能够有效防止犯罪活动；此区域的道路照明还能对居住区的特征和标志性景观以及住宅建筑的楼牌楼号进行适当的辅助性照明，有助于行人的方向定位和寻找目标需要；另外，居住区的道路照明有助于创造舒适宜人的夜晚环境氛围。

照明质量1、照度判据

照度是一个客观的物理量，表示路面上单位面积内被照射到的光通量。由此可见，照度的数值与观察者的一切特性(如视力、观察角度、年龄等)及道路表面的性状都没有关系，仅与灯具选择、灯具布置和路面宽度等情况有关。显然，它是一个眼睛看不到的量。有时照度很高，但表面颜色很深，看上去反而很暗，而不及照度低但颜色浅淡的表面那么亮，容易产生错觉和误导；从另一方面讲，它的计算和测量非常简单并容易进行。

计算：采用余弦的反三次方定论就可计算它的大小；测量：用照度计可十分方便地测量。

也正因为有这样的特点，在行人道和非机动车辆的道路上目标众多、观察方向和对象不定、观察者年龄和高度不定的情况下，就用它作为评价指标应该是客观的、适用的。为此各国对非机动车道和人行道路都用它作为照明质量水平考核的技术参数。

2、亮度要求

机动车道的视觉对象就是小车驾驶员，看到的是 路面和路面上的亮度，以它为判据是一个比较接近眼 睛看到实际情况的客观的物理量。 路面上某点的亮度与诸多冈素有关，总体而言与 驾驶员距离观察点的位置、眼睛高度和视线观察方向、 视角及路面材料(的反射特性)和路面上的潮湿情况 等因素有关，这些因素的状态或数据都影响了路面的 亮度数据与主观感觉，是一个远比照度复杂的物理量。 它更真实地反映眼睛看到的情况，表达眼睛的感 觉。

因此，世界各国在道路照明的评价中都采用亮度 作为指标加以测量和计算，为此，将上述的各种变数 加以统一或规格化，目的是为了产生统一的评价和计 算方法。1

光源选择道路照明的电光源选用，首先应满足道路等级对照度(或亮度)的要求下，再满足高光效、长寿命，在一般道路或广场，不考虑显色指数与色温度。

从光效角度选用电光源，其排列顺序为低压钠灯、高压钠灯、高压汞灯、自镇流高压汞灯、白炽灯。从寿命角度选用电光源,其排列顺序为高压汞灯、高压钠灯、(外触发高压钠灯和内触发高压钠灯)、低压钠灯、自镇流高压汞灯、白炽灯。

气体放电灯中光效最高的是低压钠灯，它的光效150 lm/W，而高压汞灯只有50 lm/W，高压钠灯100 lm/W。可见，如用低压钠灯替代高压汞灯可节电66%。低压钠灯的适用场合很多，一般较宜用在郊区公路上，如ND18的灯泡能制成任意向点燃，并与阻抗式镇流器配合，在北京使用的平均寿命已达4000h以上，以取代大量使用的白炽灯泡，是很有前途的并更为适用。自镇流高压汞灯因寿命短，光效低等缺点，不宜作道路照明光源，在各种场合应严格限制生产与使用。

LED照明存在问题(1)LED在道路照明应用标准的问题。

作为一种新光源，LED的道路照明标准，目前在国内还没有一个统一的强制标准，但这不是意味着道路照明应用没有标准。机动车道路照明是为驾驶员的视觉作业设计的，LED道路照明应该选用《城市道路照明设计标准》cJJ45—2006中的“亮度标准”，即路面平均亮度、路面亮度总均匀度、纵向均匀度、眩光限制、环境比和诱导性作为评价指标。有半导体专家和路灯企业大肆宣传LED路灯的照度均匀性、矩形光斑形成均匀照度等，广为扩散，造成错误引导，浪费了大量的人力、财力和物力，事实上是没有真正理解道路照明需求的本质。

(2)LED在道路照明中的显色指数和色温问题。

传统光源的显色指数i乎ftr指标CRI其实是不适#f：Rtr高色饱和度LED光源的。LED光源CRI的数值低而光色品质可以非常好。相反CRI数值高不一定保证色光品质好。对于LED道路照明，传统照明基于黑体辐射理论制定的显色性评价标准CRI有很大局限性。

(3)LED的光谱对人类健康与安全性的问题。

LED发出的蓝光特别多，而人眼对蓝光吸收性差且容易感到眩光。同时蓝光可能抑制人体制造帮助人们入睡的褪黑素。褪黑素是非常重要的神经内分泌激素，可以调节人的生理节律(生物钟)，使人适应外界环境的变化，还有如镇静、催眠、免疫、兴奋、抗衰老、抗肿瘤等作用正在研究中。因此，对照明光源质量的评价不能只以视觉认知为标准，要从视觉认知和非视觉感知两个方面评价，深入研究非视觉的影响大小。

(4)LED道路照明产品的恶性竞争及实际节能问题。

LED道路照明市场是每个LED企业眼中的香饽饽，但一段时期应用者盲目低价采购的冲动行为，正在付出惨痛的代价。不少LED应用企业盲目投资、急功近利，只是买来模件组装，谈不上创新。一些有研发投入的应用企业开展的也都是对散热、光学、结构、电学等技术上的重复性研发，而对照明科学，光对人的影响的研究更是无从涉及。众多企业普遍对共性技术上的重复研发，导致资源浪费，产品成本居高不下，进而“恶性循环”影响应用市场开拓。劣质LED产品充斥市场，很多企业无法用心去提高科技含量，在拼价格的过程中导致我国LED行业走下坡路。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学