1引言

　　隨著LED路燈的推廣普及，大量的新裝LED路燈的路面需要進(jìn)行路面性能測試。根據(jù)現(xiàn)行道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CJJ45-2006，衡量路面照明質(zhì)量性能指標(biāo)包括路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度、路面平均照度、路面照度均勻度、路面維持平均亮度（照度）、眩光閥值增量最大值、環(huán)境比等。由于測試方法的復(fù)雜性，大多數(shù)LED路燈路面性能測試以照度指標(biāo)為主要內(nèi)容，亮度性能測試的研究較少，按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測試對LED路燈來進(jìn)行路面亮度測試的就更少。

　　路面亮度是評價路面照明質(zhì)量的重要參數(shù)之一，CJJ45-2006標(biāo)準(zhǔn)中路面亮度測試按照國際照明委員會(簡稱CIE)有關(guān)規(guī)定在路面上預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)上測得各點(diǎn)亮度的值，并以此為基礎(chǔ)計算路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度。由于亮度測試過程中對測試的環(huán)境要求比較高，路面行駛的車輛會對LED路燈的路面亮度測試造成較大的影響，因此測試需要封路進(jìn)行，由于CIE要求路面的測試點(diǎn)布置較多,達(dá)到30點(diǎn)

　　每測試段，因此測試一段4車道的路面，需要測試時間近1小時，因此，進(jìn)行路面亮度測試會對道路正常交通造成較大的阻礙。

　　為解決路面亮度測試面臨的問題，東莞質(zhì)檢中心按照CIE的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建設(shè)了戶外LED路燈測試場，通過測試場的建設(shè)達(dá)到了LED路燈的路面照明質(zhì)量測試的“統(tǒng)一測試環(huán)境，統(tǒng)一測試設(shè)備，統(tǒng)一測試方法”的三個統(tǒng)一。

　　本文通過與柯尼卡美能達(dá)合作，研究如何基于成像亮度計進(jìn)行路面亮度相關(guān)性能的測試，并給出了試驗(yàn)測試結(jié)果。本文的研究為LED路燈的路面亮度測試提出了新的思路，為LED路燈的照明質(zhì)量測試的標(biāo)準(zhǔn)研究提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　2 路面亮度測試方法概述

　　2.1 CIE路面亮度測試方法

   根據(jù)CIE140道路照明計算方法的規(guī)定，道路亮度測試的布點(diǎn)方式如圖1所示：

 
    圖1. 路面亮度測試的布點(diǎn)位置

　　其中，S為兩盞路燈的間距，N為布點(diǎn)的排數(shù)，D為測試點(diǎn)之間的距離，布點(diǎn)的測試位置編號為1-30，詳見圖1，測試者的位置如圖2所示。

 
圖2. 路面亮度測試的觀察者位置

　　其中，Wt 為路寬，測試點(diǎn)距離被測路段的距離為60米，如圖3所示：

 
圖3. 路面亮度測試觀察者距離測試路段的距離

　　3． 路面亮度測試研究

　　本文在東莞質(zhì)檢中心路燈戶外測試場按照CIE140規(guī)定的測試方法，分別用點(diǎn)式亮度計和成像亮度計對路面亮度相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測試，測試環(huán)境如圖5所示，測試在晚上20點(diǎn)進(jìn)行，背景照度<0.12 Lx。
 

圖4.路燈戶外測試場

　　3.1點(diǎn)式亮度計測試

　　在實(shí)驗(yàn)中，我們按CIE140道路照明計算方法，用點(diǎn)式分光輻射亮度計CS-2000A( 在0.1度測量角設(shè)置下，保證精度的最低測量亮度為0.05cd/m2，遠(yuǎn)低于路面最低亮度0.5 cd/m2）測量60米外的亮度分布，儀器被設(shè)置于1.5米的高度，用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，選擇0.1度測量角進(jìn)行測量，測量速度設(shè)置為Fast。
  

　　本文在路燈戶外測試現(xiàn)場布置兩盞LED路燈，間距30米，燈桿高度為12米，測試單車道的亮度相關(guān)指標(biāo)。

　　我們按照CIE140道路照明計算方法，在距離儀器60米外的路面，取30米長的單車道為評估區(qū)域，按縱軸方向每隔3米布一個點(diǎn)，共設(shè)3條縱軸，評估區(qū)域里共30個樣點(diǎn)。在測量時，以CS-2000A按橫向從左到右，由近至遠(yuǎn)，呈Z字形順序瞄點(diǎn)。如圖5所示：

 
圖5. 樣點(diǎn)分布方法及瞄點(diǎn)順序

　　我們通過點(diǎn)式亮度計的目鏡觀察，需把測量區(qū)域完全覆蓋所觀察的樣點(diǎn)，則讀出數(shù)據(jù)為該樣點(diǎn)的平均亮度值。用分光輻射亮度計CS-2000A讀取了30個樣點(diǎn)的亮度值后，我們可以對這些樣點(diǎn)所在的區(qū)域進(jìn)行亮度指標(biāo)的評估。

　　但需注意的是，點(diǎn)與點(diǎn)間的位置，此時并沒有列入我們的取點(diǎn)范圍，在間隔的區(qū)域并沒有相應(yīng)的亮度數(shù)據(jù)?？陀^的環(huán)境因素（如瀝青分布的均勻度和路面積水等），都有可能對路面不同點(diǎn)的反射亮度造成影響，所以測得樣點(diǎn)的亮度數(shù)據(jù)適合做亮度均勻性的分析。

　　分光輻射亮度計CS-2000A測得30個點(diǎn)的亮度值如表1所示：

表1：按照CIE140布點(diǎn)測試的亮度

　　從表1的測試結(jié)果，可計算得出路面的亮度平均值為1.11cd/m2，路面亮度均勻度為0.74，路面亮度縱向均勻度0.59。

　　3.2 成像亮度計測試

　　本文實(shí)驗(yàn)中，我們用柯尼卡美能達(dá)的二維色彩亮度計CA-2000(保證精度的最低測量亮度為0.1cd/m2，遠(yuǎn)低于路面最低亮度0.5 cd/m2）測量路面。CA-2000百萬像素CCD，高分辨率顯示的特點(diǎn)，可幫助操作人員清晰地拍下路面圖片，通過圖片可以觀察到路面每個像素點(diǎn)的亮度參數(shù)。
 

圖6. 用二維色彩亮度計CA-2000測路面場景

　　二維色彩分析儀亮度計CA-2000的設(shè)置為：配長焦鏡頭，設(shè)置980×980分辨率，搭配三腳支架，置于同樣的高度和位置進(jìn)行測量。（其它相關(guān)設(shè)置不做詳細(xì)介紹）

　　用CA-2000對60米外的路面進(jìn)行3次測量，在軟件中分析選擇區(qū)域的亮度變化。通過軟件選取需要了解的區(qū)域，并由軟件直接得出該區(qū)域的亮度平均值、最大值、最小值。

 
圖7：測試指定區(qū)域內(nèi)的亮度參數(shù)

　　在同等條件下，我們?nèi)?次的測量數(shù)據(jù)分析，然后以亮度的最小值和平均值計算出選擇區(qū)域的亮度均勻性。結(jié)果分析如表2所示：

表2： 使用成像亮度計測試結(jié)果

　　根據(jù)成像亮度計CA-2000的測量結(jié)果，3次測量選擇區(qū)域的亮度縱向均勻度數(shù)據(jù)一致性很好，從測試結(jié)果可以計算得出使用成像亮度計測試的路面的亮度平均值位為1.21cd/m2，路面亮度均勻度為0.48。

　　為測試路面的縱向均勻度，在測試路面的成像效果圖上，按照標(biāo)準(zhǔn)要求取指規(guī)定路段的測試路中間的縱向亮度最小值比最大值，測試效果如圖8所示：

 
　　圖8：測試指定區(qū)域內(nèi)的縱向均勻度

　　如圖9所示，正方形框選區(qū)域?yàn)橹付y量區(qū)域，我們通過偽彩色顯示圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,可以更直觀的看出該區(qū)域的亮度分布,：深藍(lán)色是亮度較低的區(qū)域,淺藍(lán)色是亮度較高的區(qū)域,綠色則是該區(qū)域最高亮度的區(qū)域。.

 
    圖9：指定區(qū)域的偽彩色顯示圖

　　三次測試的路面亮度縱向均勻度測試結(jié)果如表3所示：

　　表3 路面亮度縱向均勻度測試結(jié)果

　　4. 測試結(jié)果分析

　　在亮度測試的點(diǎn)式亮度測試的基礎(chǔ)上與成像亮度計的性能對比研究。從上述測試同一幅路面，使用點(diǎn)式亮度計測試和成像亮度計的亮度參數(shù)比較結(jié)果如表4所示：

　　
　　表4 點(diǎn)式亮度計和成像亮度計測試結(jié)果對比
 

　　從表4可以看出，使用成像亮度計測試的路面平均亮度值比使用點(diǎn)式亮度計測試的平均亮度值低8.26%。這主要是測試方法的差異造成，成像亮度計測試的采樣區(qū)域是整個測試路面，而點(diǎn)式亮度計的測試是在路面上等距布點(diǎn)測試得到，測試的采樣點(diǎn)相對較少，無法以較高的精度反應(yīng)整個路面的平均亮度值。從測試的方法上的差異可以看出，使用成像亮度計測試的結(jié)果理論上更準(zhǔn)確。

　　從表4可以看出，使用成像亮度計測試的路面亮度均勻度比使用點(diǎn)式亮度計測試的亮度均勻度值低35.1%。這也是由于測試方法的差異造成的，點(diǎn)式亮度計的取點(diǎn)很有規(guī)律，所有測試點(diǎn)均是在一條直線上，所以在使用點(diǎn)式亮度計的測試中，沒有測試到路面上亮度最小和最大的點(diǎn)，造成了使用點(diǎn)式亮度計的測試結(jié)果明顯高出使用成像亮度計的測試結(jié)果。

　　從表4可以看出，使用成像亮度計測試的路面亮度縱向均勻度與使用點(diǎn)式亮度計測試的亮度縱向均勻度完全一致，測試結(jié)果都是0.59。只是因?yàn)樵跍y試縱向亮度均勻度的時候，也是在成像亮度計的一條縱向亮度直線上取點(diǎn)，與點(diǎn)式亮度計的縱向布點(diǎn)方式非常接近。

　　從上述測試結(jié)果分析可以看出，隨著光學(xué)儀器的分辨率提高，使用成像亮度計的測試結(jié)果已經(jīng)完全能夠達(dá)到點(diǎn)式亮度計的測試精度，而且由于測試的速度快，測試區(qū)域可調(diào)，使得使用成像亮度計測試的路面亮度參數(shù)更加準(zhǔn)確、快捷。

　　5．結(jié)論及展望

　　本文研究了路面亮度的測試方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用成像亮度計可以更加方便快捷的測試路面亮度的相關(guān)參數(shù)，而且測試的結(jié)果從理論角度更加準(zhǔn)確。在GB/T 5700-2008的5.2.2和5.2.3節(jié)的測試儀器要求中指出：

　　“在道路照明測量中只要求測平均亮度式，可采用積分亮度計；除測量平均亮度外，還要求得出亮度總均勻度和亮度縱向均勻度時，宜采用帶望遠(yuǎn)鏡頭的光亮度計，其在垂直方向的視角應(yīng)小于或等于2’,在水平方向的視角應(yīng)為2’～20’。”  “照明測量用亮度計的性能應(yīng)滿足以下條件：

　　a) 相對示值誤差絕對值：≤±5%（0.02）；

　　b) V(λ)匹配誤差絕對值：≤5.5% ；

　　c) 穩(wěn)定度絕對值：≤1.5% ；
 
　　d) 換擋誤差絕對值：≤±1.0% ；

　　e) 非線性誤差絕對值：≤±1.0% ；”

　　上述的對亮度計的要求，成像亮度計均能滿足。從測試結(jié)果可以看出，如果使用成像亮度計作為測試路面亮度的儀器，相應(yīng)的路面亮度的參數(shù)值要有所調(diào)整，尤其是路面的亮度總均勻度參數(shù)。綜上所述，本文通過使用不同的亮度計進(jìn)行路面亮度參數(shù)的測試方法研究，為路面亮度測試標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)提供了新的思路。