自1417年英國倫敦市長亨利巴頓率先命令倫敦市道路懸掛燈具至今，路燈照明已經(jīng)有600年左右的歷史，路燈光源也從最早的油燈先后發(fā)展到汞燈、高壓鈉燈、無極燈以及目前的LED，這其中每一種光源的出現(xiàn)和普及都是科技進(jìn)步的象征。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著傳感技術(shù)、通訊技術(shù)及相關(guān)電子技術(shù)的成熟，LED智慧路燈逐漸由概念走向成熟，路燈通過智能控制實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，同時(shí)作為構(gòu)建智慧城市的重要物理載體，路燈桿也發(fā)揮了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，但是即便如此，道路照明本身并沒有本質(zhì)的變化。
道路照明的目的是為車輛和行人提供安全的交通環(huán)境，由路燈和路面兩個(gè)要素共同構(gòu)成，路燈光色和路面的參數(shù)的配合程度決定了道路照明的效果，不同材料以及相同材料在不同干濕度條件下具有不同的復(fù)合反射系數(shù)，這個(gè)復(fù)合反射包含了漫反射和鏡面反射。DIAlux針對不同的路面材料以及路面的潮濕情況給出了不同的設(shè)計(jì)基數(shù)，便于人們針對不同的路面材料選用與之對應(yīng)配光曲線的路燈，使之達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的照明效果。在《CJJ 45-2015 城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中提到“干燥狀態(tài)下的照明指標(biāo)在潮濕狀態(tài)下就達(dá)不到，比如亮度總均勻度，干燥狀態(tài)下為0.4的路面在潮濕狀態(tài)下要達(dá)到0.2都很困難”，顯而易見的是均勻度越低越容易引起交通安全隱患。國際照明委員會(huì)在CIE115中也是類似描述，并且建議潮濕街道的照明遵照CIE 47-1979《Road Lighting for Wet Conditions》進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此不同反射系數(shù)的路面需要不同參數(shù)的路燈與之適應(yīng)，才能達(dá)到照明標(biāo)準(zhǔn)?！ ?/p>
圖1、CIE針對路面潮濕情況作了單獨(dú)要求
一、目前道路照明存在的問題和不足
1、照明公司能力良莠不齊。很多照明公司并不具備扎實(shí)的道路照明設(shè)計(jì)能力，對道路照明的理解還局限于路燈的造型設(shè)計(jì)、功能集成、排列方式、工程施工等方面，對于道路照明標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)要求沒有足夠的設(shè)計(jì)能力，或者沒有更豐富的產(chǎn)品應(yīng)對;
2、路面材料技術(shù)和施工工藝發(fā)展日新月異。材料科學(xué)家們針對路面材料的老化、滲水性、摩擦系數(shù)等性能在不斷努力，每一次的突破都代表材料的反射系數(shù)極有可能隨之變化，而無論是DIAlux這樣的企業(yè)還是CIE這樣的國際組織，都很難及時(shí)將所有路面材料進(jìn)行準(zhǔn)確的反射系數(shù)測試，此外施工工藝的不同也有可能會(huì)造成反射系數(shù)的改變，沒有及時(shí)準(zhǔn)確的路面數(shù)據(jù)就無法為之設(shè)計(jì)更合適的照明;
3、路面材料老化、磨損和翻新導(dǎo)致反射系數(shù)發(fā)生變化。這點(diǎn)DIAlux給出了充分的考慮，并給出了R1~R4的分類，然而實(shí)際上路面的老化和磨損是一個(gè)線性的過程，對于路面材料變化的這一過程，目前的路燈無法做到適時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)與之適應(yīng)，所以目前的路燈技術(shù)只能滿足某一時(shí)間段擁有好的照明效果;
圖2、路面材料老化、磨損或翻新
4、下雨天氣導(dǎo)致路面反射系數(shù)發(fā)生變化。這點(diǎn)CIE、PHILIPS均給出了一致的意見：潮濕街道的照明應(yīng)該按照CIE 47-1979《Road Lighting for Wet Conditions》進(jìn)行設(shè)計(jì)，DIAlux也用W1~W4對潮濕路面做了分類。然而大部分地區(qū)都不會(huì)一直下雨或一直不下雨，無論是按照干燥路面進(jìn)行照明設(shè)計(jì)還是潮濕路面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在天氣交替的時(shí)候路面的照明效果就會(huì)變得糟糕?！ ?/p>
圖3、路面潮濕使得道路照明變得很糟糕
圖4、常規(guī)照明下某道路同一位置干燥狀態(tài)和潮濕狀態(tài)時(shí)候的照明亮度對比
潮濕狀態(tài)下路面平均亮度更亮，但是與干燥狀態(tài)相比，亮的地方更亮，暗的地方更暗，均勻度極差，并且在平視范圍出現(xiàn)很強(qiáng)的有害眩光。
二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)
針對長久以來道路照明面臨的問題，我們提出了路燈照明參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的方案，對未來照明設(shè)計(jì)、照明應(yīng)用將帶來新的改變。具體而言我們設(shè)計(jì)了路燈的光學(xué)組合方案，一盞路燈可以包含兩種以上角度不同的模塊，在路面反射系數(shù)的改變時(shí)調(diào)節(jié)不同角度模塊的發(fā)光強(qiáng)弱，從而獲得混光后燈具配光曲線的改變。
該方案的實(shí)現(xiàn)得益于各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展達(dá)到一定程度，首先，LED出現(xiàn)之前其他光源出現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)則一盞路燈上至少要準(zhǔn)備兩個(gè)燈泡配備不同的光學(xué)反射器，從結(jié)構(gòu)上難以實(shí)現(xiàn)，此外其他光源在無極調(diào)光方面也存在較大的技術(shù)困難，而LED光源體積和光學(xué)透鏡都很小，一盞路燈上可以包含上百個(gè)獨(dú)立光源，可以輕而易舉實(shí)現(xiàn)兩組不同配光曲線的模塊;其次LED成本的降低，也催化了該方案的實(shí)現(xiàn)意義，該創(chuàng)新方案為了配光曲線的混合調(diào)節(jié)通常需要多安裝30%左右的LED，早期LED光效低價(jià)格高，成本結(jié)構(gòu)中LED占據(jù)較大部分，而目前LED占據(jù)路燈成本結(jié)構(gòu)已經(jīng)很少，多30%的LED對總體成本也沒有大的影響;再者，隨著NB-IoT\Lora\zigbee\PLC技術(shù)的逐漸完善，以及控制技術(shù)的成熟，都為這一創(chuàng)新方案的成熟奠定了基礎(chǔ)。
目前可行的調(diào)節(jié)方案包括：
1、成熟的公共照明智能管理系統(tǒng)，通過NB-IoT\Zigbee\PLC等通信方案，人工遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，或者設(shè)置有數(shù)據(jù)接口從氣象部門獲得當(dāng)?shù)氐奶鞖?，根?jù)天氣情況調(diào)節(jié)配光曲線;
2、設(shè)置路面濕度監(jiān)測儀，對路面情況進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測，為整條道路照明提供調(diào)節(jié)依據(jù);
3、單燈集成雨水傳感器，在下雨天氣每盞燈都可以獨(dú)立調(diào)節(jié)自身的照明參數(shù);
4、由攝像頭感知路面亮度分布，并對亮度進(jìn)行分析計(jì)算反饋至路燈，直至得出最優(yōu)化的亮度分布。
以上設(shè)計(jì)方案在成本、成熟度方面各有不同，實(shí)際應(yīng)用過程中也會(huì)達(dá)到不同的效果。目前基于以上方案提出的設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)獲得了國家專利?！ ?/p>
圖5、技術(shù)方案簡圖
三、未來道路照明展望
采用創(chuàng)新的路燈設(shè)計(jì)概念，未來除了道路照明將變得更好更安全，項(xiàng)目實(shí)施方式也將有所改變。
道路照明設(shè)計(jì)方面：路燈角度可以調(diào)節(jié)，工程完工后根據(jù)路面情況，自動(dòng)或人工修正至最佳的照明效果。因此，設(shè)計(jì)師無需擔(dān)心路面材料參數(shù)和理論數(shù)據(jù)不一致，從而導(dǎo)致照明設(shè)計(jì)效果和實(shí)際效果的差異，照明公司無需擔(dān)心照明效果差而遭到甲方苛責(zé);
道路交通安全方面：在路面材料發(fā)生了老化、磨損，或因?yàn)樘鞖庾兓瘜?dǎo)致路面環(huán)境發(fā)生變化，路燈參數(shù)適應(yīng)性改變，始終為人們提供更合適更安全的照明。我國機(jī)動(dòng)車數(shù)量增加迅速，城市交通日趨復(fù)雜對交通安全要求更高，而我國平均年下雨天數(shù)普遍在110~150天，下雨天數(shù)最多的遵義年下雨天數(shù)甚至達(dá)到240天，一年有1/3天數(shù)的夜晚因路面潮濕造成照明效果差引發(fā)安全隱患，是否值得我們重視并改善呢?交通部門統(tǒng)計(jì)，雨天交通事故率達(dá)到平時(shí)的5倍。照明企業(yè)有責(zé)任從照明角度為交通安全做力所能及改善?！ ?/p>
圖6、始終保持最佳的照明效果
圖7、路燈照明參數(shù)隨環(huán)境發(fā)生變化
四、合作
根據(jù)中國市政工程協(xié)會(huì)城市照明專業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，中國在2015年時(shí)路燈保有量為3000萬盞，近千億的市場規(guī)模，未來如果所有路燈都能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)可調(diào)，將具有非常大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義，但是從技術(shù)實(shí)現(xiàn)到落地還任重道遠(yuǎn)，特別是在控制、軟件、算法等方面還有大量的工作要做，以一己之力難以實(shí)現(xiàn)，市場是共有的、價(jià)值是社會(huì)的，我們將以開放共享的姿態(tài)與志同道合的同行攜手推進(jìn)，也歡迎大家探討交流。
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