结题汇报修改

基于交通安全视觉模型的隧道照明理论应用研究交通工程部汇报人：杨勇交通运输部公路科学研究院

基本科研业务费专项资金项目汇报2011年10月20日汇报目录中间视觉在隧道照明领域的应用研究2特征光谱补偿在隧道照明中的应用研究43335视觉功效法在隧道照明评价领域应用研究国内外研究介绍项目概述31推广应用前景637研究成果第一章项目概述1项目研究背景2主要研究内容3技术路线1.1项目研究背景公路隧道照明特点24h不间断照明；分段式照明设计。公路隧道照明应用现状隧道照明为保障公路运输安全、提高通行安全起到了重要的意义；照明能耗居高不下，建设、运营压力很大；照明系统是公路隧道运营能耗的“大户”，也是节能减排的重要突破口。1.2主要研究内容

本项目来源于中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目，重点研究基于人眼视觉条件的公路隧道照明分析、评价方法，主要研究方向如下：中间视觉条件下公路隧道照明光学指标修正方法；基于视觉功效法的公路隧道照明质量评价方法；隧道照明环境下特征光谱对人眼视亮度的影响。1.3技术路线

本项目研究拟采取的技术路线如右图所示，根据公路隧道照明应用现状及发展趋势，结合人眼视觉理论研究成果开展前面提到的三方面研究。

项目研究技术路线图第二章国内外研究情况1国外研究情况2国内研究情况2.1国外研究情况

中间视觉表征的是人眼介于明视觉和暗视觉状态之间的一种情况，一般认为对应的环境亮度在0.001cd/m2到几个cd/m2之间，比较接近于夜间室外照明的水平。人眼光谱光视效率函数的研究方法主要包括：异色视亮度匹配法闪烁法视觉功效法适用于包括中间视觉条件在内的各种环境亮度条件。适用于明视觉和暗视觉条件。人眼中间视觉研究模型的建立：早期直接计算中间视觉等效亮度的模型Palmer模型及其修正模型通过计算光谱效率函数研究中间视觉特性的模型：Sagawa模型、Ikeda模型、X模型和MOVE模型等2.1国外研究情况模型建立的主要实验数据基础包括反应时间、探测阈值和辨认阈值等，实验方法同属于视觉功效法。视觉功效法2.2国内研究情况

中国计量科学研究院朴大植采用异色视亮度匹配法研究了400至700nm波长范围内中间视觉条件下人眼的光谱效率函数；复旦大学陈大华、邵红、林燕丹运用中间视觉理论对汽车照明光源、道路照明光源的等效光效进行了探讨；重庆大学陈仲林建立了中间视觉光谱视效能最大值的数学模型，运用中间视觉理论进行了建筑物立面泛光照明亮度值确定方法的研究；浙江大学、同济大学和天津大学等亦开展了相关研究工作…第三章中间视觉在在隧道照明明领域的应应用研究1中间视觉等等效亮度计计算方法2不同类型光光源等效亮亮度分析3白光LED等效亮度研研究3.1中间视觉等等效亮度计计算方法本项目研究究以MOVE模型作为研研究基础，，该模型是是欧盟MOVE项目（MesopicOptimisationofVisualEfficieney）的研究成成果，其简简化线性模模型可表示示为在已有研究究基础上，，通过迭代代拟合获得得的x取值计算公公式：

x代表了明视觉函数在中间视觉函数中所占的权重，是模型建立的重要参数暗视觉光通通量明视觉光通通量计算顺序公式表示在求得的的基基础上，通通过测试得得到光源辐辐照强度光光谱分布即即可得得到中间视视觉条件下下的总光通通量由于在其他他条件相同同的情况下下，总光通通量与亮度度的数值成成正比，则则可以得到到中间视觉觉相对于明明视觉的等等效亮度计计算公式3.1中间视觉等等效亮度计计算方法3.2不同类型光光源等效亮亮度分析被试光源：：荧光灯（FL）、高压钠钠灯（HPS）和白光LED测试设备：：3m积分球和光光谱测试系系统测试项目：：光源辐照强强度光谱分分布3.2不同类型光光源等效亮亮度分析被试光源：：荧光灯（FL）、高压钠钠灯（HPS）和白光LED0.471.721.993.2不同类型光光源等效亮亮度分析应用公式推推导计算得得到不同背背景亮度条条件下的中中间视觉等等效亮度，，其与明视视觉亮度的的比值如右右图所示：：通过数值拟拟合，拟合合曲线如图图所示，其其函数可表表示为：根据此公式式可以方便便的计算得得到特定光光源在中间间视觉条件件下明视觉觉亮度与等等效亮度的的比值关系系。不同光源背背景亮度与与中间视觉觉等效亮度度比值关系系图常数因变量变量3.3白光LED等效亮度研研究被试光源：：测试设备同同3.2中的介绍，，光源辐照照强度光谱谱如下图所所示：光源编号LED1#LED2#LED3#LED4#色温4868K5549K5853K6924KGaN蓝色发光YAG：Ce黄色发光相同明视觉觉背景亮度度条件（1cd/m2）下，不同同色温白光光LED对应中间视视觉光谱效效率函数。。LED2#（5549K）在不同明明视觉背景景亮度条件件下对应的的中间视觉觉光谱效率率函数。不同色温白白光LED的中间视觉觉光谱效率函函数图LED2#在不同背景景亮度条件件下的中间视觉光谱效效率函数3.3白光LED等效亮度研究3.3白光LED等效亮度研究背景亮度，cd/m2中间视觉等效亮度，cd/m2LED1#LED2#LED3#LED4#0.50.640.680.670.7311.221.271.261.351.51.771.841.831.9422.322.392.382.512.52.852.932.913.0633.373.463.443.5944.394.494.474.6355.45.495.475.63不同色温白光LED背景亮度与等效亮度关系曲线图(a:LED1#,b:LED2#,c:LED3#,d:LED4#)

通过数值拟合，拟合曲线如图所示，其函数可表示为：

根据此公式可以方便的计算得到不同色温LED光源在中间视觉条件下明视觉亮度与等效亮度的对应关系。白光LED在不同背景亮度度条件下的中间间视觉等效亮度度对照表第四章视觉功效法在隧隧道照明评价领领域应用研究1基于视觉功效法法的反应时间测测试系统2反应时间实验设设计3实验结果分析光源1高压钠灯显色指数：19.2光源2金属卤化物灯显色指数：99.2光源3白光LED显色指数：72.44.1基于视觉功效法法的反应时间测测试系统本项目研究选择择反应时间做为为测试指标，研研究了不同类型型光源对人眼视视认性能的影响响。视觉反应时间测试系统示意图照明反应时间实验流程图视标选择：郎道道尔环标准朗道尔环示示意图实验光源：高压压钠灯、金属卤卤化物灯和白光光LED实验参量：背景景亮度、视标对对比度和视标偏偏心角实验人员：10人（6男4女，矫正视力均均在1.0以上）4.2反应时间实验设设计4.3实验结果分析背景亮度，cd/m20.51.01.52.02.53.0HPS，ms525422333301297270MH，ms461402325296283260LED，ms410326285275252248比值(HPS/MH)1.141.050.990.961.051.04比值(HPS/LED)1.281.291.171.091.181.09（1）反应时间与背背景亮度的关系系亮度对比度为0.5，视标偏心角为为0°；在中间视觉范围围内，随着背景景亮度减小，HPS灯、MH灯、LED灯的反应时间都都在增加；任何一种背景亮亮度下LED灯的反应时间均均小于HPS灯和MH灯。三个光源在不同同背景亮度下的的反应时间图0.55cd/m21.01cd/m21.12cd/m24.3实验结果分析（2）视标对比度对对反应时间的影影响背景亮度为2cd/m2，视标偏心角为为0°；在相同对比度条条件下，白光LED的反应时间优于于HPS和MH，HPS的反应时间最长长；随着视标对比度度的降低，三种种光源的反应时时间都会增加，，HPS和MH的差异较为稳定定。不同光源反应时时间随视标对比比度变化曲线对比度C0.30.50.8HPS，ms504460438MH，ms416371360LED，ms381316308比值(HPS/MH)1.211.241.22比值(HPS/LED)1.321.461.424.3实验结果分析（3）视标偏心角对对反应时间的影影响背景亮度为2cd/m2，对比度为0.5；在中间视觉范围围内，随着视标标偏心角的增大大，HPS灯、MH灯、LED灯的反应时间也也在增加，其特特点与明视觉特特性相似；不同光源的反应应时间比值显示示金卤灯在偏心心角增大的情况况下反应时间增增幅较大，即周周边视觉性能较较差。不同光源反应时时间随视标偏心心角变化曲线视标偏心角0°15°30°HPS，ms460488493MH，ms371412452LED，ms316335360比值(HPS/MH)1.241.181.09比值(HPS/LED)1.451.461.40比值(MH/LED)1.171.231.264.3实验结果分析光源种类HPSMH白光LED平均显色指数(RA)19.299.271.8显色指数(R1)10.299.768.3显色指数(R2)65.499.675.5显色指数(R3)51.298.880.6显色指数(R4)-12.399.172显色指数(R5)7.799.668.3显色指数(R6)54.999.265.9显色指数(R7)31.198.883.6显色指数(R8)-54.598.460.2显色指数(R9)-211.898.1-22.8显色指数(R10)45.399.141.3显色指数(R11)-38.499.366.8显色指数(R12)30.698.337.4显色指数(R13)1899.869显色指数(R14)68.399.388.9三种不同类型光光源的详细显色色指数指标如右右表所示。根据上述实验结结果显示：具有最佳显色指指数的金卤灯的的照明视认效果果优于高压钠灯灯；金卤灯照明视认认效果低于显色色指数较低的白白光LED。考虑到实验设计计，在不需分辨辨视标细节（如如以识别障碍物物存在与否及其其轮廓为基本要要求的公路隧道道照明）的情况况下，显色指数数不必作为照明明光源选择的关关键指标。第五章特征光谱补偿在在公路隧道照明明的应用研究1特征光谱补偿测测试方法2特征光谱提高等等效亮度方法研研究5.1特征光谱补偿测测试方法基础光谱光源：高压钠灯灯、LED1#（5549K）和LED2#（6924K）。特征补偿光谱峰值：S1#400nm、S2#500nm、S3#600nm和S4#700nm。5.1特征光谱补偿测测试方法根据光学相加性性原理：光度强度光谱分分布辐照强度光谱分分布除光谱效率函数5.2特征光谱提高等等效亮度方法研研究背景亮度，cd/m2等效亮度，cd/m2HPSHPS+S1#HPS+S2#HPS+S3#HPS+S4#0.50.391.560.700.430.3510.822.631.310.890.761.51.283.521.891.371.2021.754.292.451.851.6632.715.613.532.822.61HPS光谱补偿测试背景亮度与等效亮度对照表

基础光源与补偿光源在不同背景亮度条件下等效亮度与背景亮度对比图

HPSLED1#LED2#第六章研究成成果提出了符合公路路隧道照明条件件下人眼视觉感感知的照明效果果评价方法应用中间视觉理理论MOVE模型计算明视觉觉等效亮度应用视觉功效法法通过反应时间间评价光源照明明质量研究不同波长光光波补偿对光源源照明亮度提高高的影响项目研究成果共共发表学术论文文6篇StudyontheMesopicVisionTheoryUsedinRoadTunnelLightingMeasurement（2011ICMTMA会议）第一作者HighwayTunnelLightingResearchBasedonMesopicVision（2011GBMCE会议）第一作者PropertiesofLightSourcesunderMesopicVision（2011ICADME会议）第一作者EquivalentBrightnessFittingCalculationMethodaboutWhiteLEDs（2011ICFMD会议）第一作