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Vol.049 如何做一根懂事的路灯

这是广州市白云区珠水路的路灯工程图纸。

在这条 10 米宽的双车道上,每隔 30 米就有一根 10 米高 150W 的 led 路灯,这几百根造价 7300 元的的路灯,会在日落后的 15 分钟内打开,发出由蓝光和黄色荧光粉混合而成的白光。

做一根路灯并不容易,太暗肯定不行,但是太亮又会闪瞎司机的眼睛。如何让路灯恰到好处的发光?中国的 2600 万路灯又是如何被统一管理的?

首先我们需要明确两个基本概念:光通量和光强。

光通量的单位是流明,代表光源的发光总量,除以给定方向上的立体角,就是光强。假设一个光通量 1000 流明的灯泡,平均向所有方向发光,则这个灯泡的光强是 1000/4π = 79.6 cd。

用来测量这些光度数据的设备叫分布光度计,这是一份专利。

分布光度计的核心结构是两根相互垂直的旋转轴。

垂直于水平面的旋转轴两端有光度探头和摄像头,被测光源在设备中央,纵轴绕光源旋转一圈就能测量各个角度的光度数据。

之后把光源横向旋转,纵轴再次测量,再横向旋转,再测量,以此把光源横向旋转 360° 后,就能测出光源在各个发光平面上不同角度的发光强度。

有了确定距离的光强数据,我们就可以画出路灯的配光曲线。

路灯的光强分布通常用 c-γ 坐标系表示,路灯是坐标系的中心点,把路灯向路面做垂线,把垂线平移就可以拉出一个 c 平面,让 c 平面围绕垂线旋转,就得到了各个角度上的 c 平面,其中 c=0° 和 c=180° 度与道路方向平行。

γ 表示光线和垂线的夹角,这样,空间中的每一个方向就都能用 c 和 γ 来确定了。

确定一个 c 平面角度,把这个平面上每个 γ 角的光强数据带入这张由 γ 角和光强值构成的图表中(以光通量为 1000 lm 进行换算),把所有点连起来,就能得到测路灯在这个 c 平面上的配光曲线。

配光曲线意味着什么?

这是我们根据左上角的配光曲线渲染出来的路灯模型,这个绿色光圈上的每一个点的光强都对应着配光曲线上对应 y 角的光强值。

那我们现在来思考一个问题,合理的路灯配光曲线应该是什么样的?

首先,曲线应该足够平滑,不要让人感觉忽明忽暗。

然后,在你距离路灯较远时,路灯应该发出更强的光,这样,你在每个位置的感受到的亮度才能差不多。

最后,为了防止眩光,80 度 γ 角以上应该限制光强,这种形状也被业内称为蝙蝠翼式配光。

根据不同的配光方式,我们可以把路灯分为三类——截光型,半截光型,非截光型。

这样分类是为了限制司机敏感角度的光线强度,防止眩光。

这个一份半截光型路灯的测试报告,总光通量 4646 流明,平均光强 1321 cd ,相当于 1300 支蜡烛。

但在 90° γ 角上的光强最高也不超过 30 cd,几乎感觉不到光线。而截光型对于 80/90° γ 角光强的限制会更低。

根据住建部发布的《城市道路照明设计标准》,中国的道路照明分为三类,机动车道照明、交会区照明和人行道照明。

机动车道照明中,大于 40km/h 的主干路与快速路必须用截光型路灯,速度较低的次干路和支路可以用半截光路灯。

而路灯的类型又会影响路灯的高度、间距,不同的道路也有不同的路灯配置方案,时间有限,我们无法一一展开,感兴趣的观众可以在我们的公众号回复「路灯」获取关于路灯配置的相关规定。

今天,中国最大多数的路灯都可以被实时监控,并独立控制。

这是2017年末更新的《路灯控制管理系统》国家标准,控制系统是一个三层结构:主站层、管理层、控制层。

控制层是安装在路灯电源内的单灯控制器,测量路灯的电流、电压、温度,上报给管理层。

管理层是一个安装在路灯变电柜里的集中控制器,采集一条路上几十根路灯的参数、运行情况、用电量等数据,通过无线网上传回主站层。

主站层将整合所有的路灯状态和数据,管理员能通过软件监控整个区域的路灯情况,并独立控制每一根路灯。

随着智能控制系统的完善,未来的路灯将越来越智能。

2015 年,中国几十个城市开始陆续试点集成充电、监控、报警等功能的智能路灯。你在看路灯的时候,路灯其实也在盯着你。

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  • Mar 29, 2020. By Zhao-Robert
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