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基于光生物效应的道路照明安全研究

作　者: 李毅
导　师: 陈仲林
学　校: 重庆大学
专　业: 建筑技术科学
关键词: 辐射通量光谱分布光生物效应反应时间科学节能道路照明功率密度值
分类号: TM923.01
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文是国家自然科学基金课题《用中间视觉理论研究道路照明安全》(批准号50678180),重庆市建委重点科研课题《主城区道路照明安全与节能性研究》(批准号2007第46号)以及国家自然科学基金课题《视觉理论在公路隧道照明节能中的应用研究》(批准号50878217)的研究分课题,重点研究道路照明中的光生物效应及基于此的道路照明安全,为道路照明安全的研究和节能研究提供更为科学的依据。光生物效应虽然是一种非映像的视觉效应,却控制了人的生物节律和强度,并且影响人眼瞳孔大小。采用不同的道路照明光源,会产生不同的光生物效应,从而对驾驶员的机敏程度等产生影响,即对发现障碍的反应时间产生影响,并会影响道路照明安全。因此,论文在国内外道路照明的研究成果基础上,根据视觉科学的最新理论,在反应时间测试中应用眼动仪同步测试瞳孔变化,展开道路照明中的光生物效应研究,提出在道路照明条件下不但要考虑中间视觉时视觉功效变化对道路照明安全的影响,而且还要考虑光生物效应对道路照明安全的影响,最终用反应时间表示在道路照明条件下的视觉总效果。论文第二章研究了照明光源的辐射通量光谱分布,创新性地提出新的测试手段,在普通光度学实验室采用辐亮度法确定照明光源的辐射通量光谱分布,利用PR-650光谱扫描色度计的测量计算,不但精度满足照明工程需要,而且方便快捷。论文第三章进一步研究了视觉科学最新成果光生物效应的理论依据和测定方法,视觉功效法是研究中间视觉的有效研究方法,反应时间表征了中间视觉和光生物效应的总视觉效果和人眼真实的视觉功效。通过对反应时间与交通事故的相关性分析,在夜间驾驶过程中,反应时间对保障道路照明安全有重要的实际意义。反应时间快就意味着视觉功效高和交通事故率的减小。反应时间是评价道路照明安全的重要指标。论文第四章是关于基于光生物效应反应时间和瞳孔变化的实验研究,通过对中间视觉研究方法的分析研究,在视觉功效法应用的基础上引入人眼瞳孔测试手段,建立了基于光生物效应的反应时间研究路线图。通过比较分析实验测量的数据,得出了反应时间变化与光生物效应背景亮度的关系、瞳孔变化与光生物效应背景亮度的关系,创新性地用定量的方式总结出反应时间变化与瞳孔变化的关系,进一步证明在道路照明条件下,要充分考虑光生物效应的作用和影响。论文第五章是基于光生物效应的城市道路照明安全研究,创新性地用反应时间确定道路照明功率密度值,提出LED灯的功率密度参考值,完善了道路照明节能标准;并进一步提出在道路照明中我们应合理设计道路平均路面亮度值,根据不同道路照明环境去选择不同光源,考察它们的性价比,才能最终确定不同光源在道路照明中的适宜性。论文的创新之处在于:1.实际与理论结合的创新:论文在视觉功效法应用的基础上引入人眼瞳孔测试手段,建立了基于光生物效应的反应时间研究路线图,创新性地用定量的方式总结出反应时间变化与瞳孔变化的关系。2.应用上的创新:首次将光生物效应应用于道路照明定量计算,创新性地用反应时间确定道路照明功率密度值,提出LED灯的功率密度参考值,完善了道路照明节能标准。3.测试手段的创新:论文利用PR-650光谱扫描色度计的测量计算,提出在普通光度学实验室里采用辐亮度法确定照明光源的辐射通量光谱分布,不但精度满足照明工程需要,而且方便快捷。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
1 绪论  14-32
  1.1 论文选题背景及意义  14-15
  1.2 论文的研究对象  15
  1.3 国内外道路照明安全研究动态  15-30
    1.3.1 道路照明亮度设计标准研究综述  15-20
    1.3.2 中间视觉理论应用研究综述  20-23
    1.3.3 光生物效应的理论研究综述  23-25
    1.3.4 瞳孔测试的研究  25-28
    1.3.5 道路照明节能技术标准综述  28-30
  1.4 论文研究的内容  30
  1.5 论文研究的技术路线  30-31
  1.6 论文拟解决的关键问题  31-32
2 光源辐射通量的光谱分布  32-44
  2.1 光源及其光谱分布研究  32
  2.2 辐射通量的测量方法  32-33
  2.3 辐亮度修正法  33-40
    2.3.1 辐照度  33-37
    2.3.2 辐射反射比  37-39
    2.3.3 辐射通量的光谱分布  39-40
  2.4 道路照明光源辐射通量的光谱分布  40-43
    2.4.1 辐亮度法测试  40-41
    2.4.2 浙江大学三色公司的比对测试  41-43
  2.5 小结  43-44
3 评价机动车交通道路照明安全的指标  44-61
  3.1 现行机动车交通道路照明评价指标  44-47
  3.2 人眼的视觉特征与光生物效应  47-54
    3.2.1 人眼的视觉特征  47-51
    3.2.2 光生物效应研究  51-54
  3.3 用反应时间研究中间视觉  54-57
  3.4 用反应时间表征中间视觉和光生物效应的总视觉效果  57-58
  3.5 反应时间是评价机动车交通道路照明安全的指标  58-60
  3.6 小结  60-61
4 基于光生物效应的反应时间实验研究  61-119
  4.1 反应时间测量系统研究  61-73
    4.1.1 道路照明环境模拟系统  62-65
    4.1.2 反应时间测量仪  65-66
    4.1.3 iView X 眼动仪  66-68
    4.1.4 系统辅助分析软件  68-73
  4.2 实验方法研究  73-75
  4.3 实验数据  75-90
    4.3.1 反应时间与背景亮度  75-83
    4.3.2 瞳孔变化与背景亮度  83-90
  4.4 实验数据处理原则研究  90-95
    4.4.1 用作图法假定函数的经验公式  91
    4.4.2 用回归分析法确定函数关系  91-95
  4.5 光生物效应背景亮度的研究  95-97
  4.6 反应时间变化与光生物效应背景亮度关系研究  97-103
  4.7 瞳孔变化与光生物效应背景亮度关系研究  103-108
  4.8 反应时间变化与瞳孔变化关系研究  108-113
  4.9 实验数据突变点分析研究  113-114
  4.10 实验数据对比研究  114-117
    4.10.1 光生物效应瞳孔变化拟合数据与明视觉拟合的对比  114-116
    4.10.2 有效数据间的个体差异对比  116
    4.10.3 无效数据与有效数据间的差异对比  116-117
  4.11 小结  117-119
5 基于光生物效应的道路照明安全研究  119-132
  5.1 用反应时间确定道路照明功率密度值  119-126
    5.1.1 不同光源的反应时间与光生物效应背景亮度关系研究  119-123
    5.1.2 不同光源的亮度对比系数和相对光效的研究  123-125
    5.1.3 不同光源的道路照明功率密度值研究  125-126
  5.2 用反应时间合理评价道路照明光源的光效  126-128
  5.3 不同道路照明环境选择不同光色光源  128-129
  5.4 合理设计道路平均路面亮度值  129-130
  5.5 小结  130-132
6 结论与展望  132-136
  6.1 结论  132-134
  6.2 展望  134-136
致谢  136-137
参考文献  137-143
附录  143-156
  A. 250W高压钠灯辐射通量实测数据  143-147
  B. 250W高压钠灯测试报告  147-148
  C. 250W金卤灯辐射通量实测数据  148-152
  D. 250W金卤灯测试报告  152-153
  E. 250W金卤灯反应时间实测数据  153-154
  F. 250W高压钠灯反应时间实测数据  154-155
  G. 30 WLED 灯反应时间实测数据  155-156
  H. 在攻读博士期间发表的论文  156

基于光生物效应的道路照明安全研究

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