道路照明灯具的光度数据

道路照明灯具的光度数据

道路照明灯具的光度数据是合理选用灯具和正确进行道路照明设计、计算的依据，因此每个灯具生产厂家都应该向用户提供光度数据．概括起来讲，道路照明灯具的光度数据中分成２类：①基本数据――光强分布，②导出数据――利用系数曲线图、亮度产生曲线图、等照度曲线图和等亮度曲线图等．下面分别矛以论述．

一、基本学度数据

光强分布（或配光）是灯具的基本光度数据，它是在试验室里用分布光度计（配光曲线仪）测得的．分布光度计有几种不同类型，用于不同的坐标系统中．测量道路照明常规灯具的光强分布通常采用c-γ坐标系统，见图３－２．该坐标系统的中心和灯具的光学系统中心重合，系统的垂直轴为从灯具的光中心向受照平面作的垂线，和灯具的倾斜角度没有关系．垂直半平面绕这根轴转动，与纵向路轴平行的半平面定义为角c=0˚和c=180˚，与纵向路轴垂直的半平面在车道侧定义为c=90°，在人行道侧定义为c=270˚．在这些平面上的高度角用γ表示，垂直向下为γ＝０˚，向上灯γ＝180˚．很清楚，空间中的每一个方向都可由c和γ值来确定．

（一）道路照明常规灯具光强分布的表达方式

１．光强表（Ｉ表）

若要把测得的光强分布直接输入计算机进行照明设计和计算，则光强值必须以表格形式给出，即给出光强表．国际照明委员会（ＣＩＥ）建议，对道路照明常规灯具，应列出1872对c和γ(36个γ角×56个c角)所对应的光强值．若灯具的光强分布相对于垂直路轴的

平面（c角为90˚、270˚）是对称的，则只列出972对光强值就可以了．光强表的格式见表３–１．需给出光强值的γ角和c角见表３－２．

２．光强分布（配光）曲线

若测得的光强分布用于非计算机的一般计算，则通常以通过光中心的几个垂直平面上的极坐标光强分布（配光）曲线图的方式和等光强曲线图的方式给出．

极坐标光强分布曲线的形式如图３－３所示．ＣＩＥ建议需给出光强分布曲线的垂直平面是：

（１） 包含最大光强的垂直平面，称它为主垂直平面．

表３－１ 光强表格式（cd/1000 lm）

C=(°) 270 285 300 310 315 320 … … 75 90 Γ(˚) 0 10 20 30 35 40 45 47.5

194 188 177 160 150 139 125 115 194 188 177 163 154 144 106 99 194 187 179 168 160 152 146 137 194 194 194 … 188 189 190 … 182 184 187 … 173 178 181 … 167 171 176 … 159 164 170 … 155 157 160 … 145 151 159 … … 194 … 193 … 184 … 169 … 160 … 150 … 142 … 155 194 194 185 170 161 151 139 132

180 0 0 0 0 0 0 … 0 … 0 表３－２ 光强值的γ角和c角

坐标 角度范围 0˚~30˚ 35˚~45˚ 间隔 10˚ 5˚ 坐标 角度范围 0˚~50˚ 60˚~120˚ 间隔 5˚ 15˚ 5˚ 15˚ 5˚ 47.5˚105˚ γ 120˚180˚ 2.5˚ 15˚ 130˚~230˚ c 240˚~300˚ 310˚~355˚ 该平面的c角需标明，见图３－３（a）

（２）平行于路轴的垂直平面（c角灯０˚、180˚），见图３－３（b）．

（３）垂直于路轴的垂直平面（c角为90˚、270˚）见图３－３（c）．

有时为了让人们对围绕灯具的相对光强分布有更完整的概念，还需给出在主圆锥表面（通过最大光强方向，γ = 常数的圆锥表面）上的光强分布曲线。γ 角需要标明，见图 3 — 3 （d）。

3.等光强（曲线）图

极坐标上的光强分布曲线只能给出若干个垂直平面上的光强分布数据，要把空间各个方向上的光强分布状况一目了然地表示出来，就得用等光强（曲线）图。等光强图是把各个

方向上的光强值标在等光强图的网格（坐标）上，然后把光强值相同的点用曲线连接起来而得到。它采用了类似于地理学家表示地球上不同海拔高度的技巧：地理学家把地球表面投影在平面上，把海拔高度相同的点连成等高线。光度学则把环绕灯具的假想球面投影在平面上，把光强值相同的点连接成等光强曲线。地图上根据网格（经线和纬线）确定某点的地理位置，而在等光强图上则根据网格（高度角和方位角）确定灯具发出的光线的方向。

把球面投影在平面上有几种不同的方法，如正弦投影、等面积天顶投影等。用正弦投影法得到的是正弦等光强图，它的外形象洋葱，在过去多用它来描述道路照明灯具的光强分布。现在则多用等面积天顶投影法得到的天顶等面积网等光强图（又称方位投影、天顶投影或朗伯投影圆网等光强图），如图3 —4 所示。在这种投影中，平面正切于球面、垂直于路面和路轴形成直角。沿着图形赤道的角度表示方位（c）角，而围绕圆周的角度表示高度（γ）角。图3-4中的曲线为等光强曲线，其光强值有2种表示方法：①直接标出其光强绝对值；②则表示成灯具所产生的最大光强（Imax）的百分比。它通常要画出Imax的90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%相对应值的等光强曲线，而且要标出最大光强的位置和数值。这种等光强曲线图，称为相对等光强（曲线）图。

天顶等面积网等光强图的特点和用途如下：

（１） 图3-4中的等面积代表空间的等立体角，因而在任何带域内发也的光通量

正比于该带域在等光强图上的面积和该面积内的平均光强的乘积。据此，可以从等光强图出发，求出该种灯具的利用系数曲线。

（２） 从本章第三节可知，灯具可按CIE的建议，根据射程、扩散和控制进行分

类，而灯具的射程和扩散可从图3-4中很快求出。

（３） 计算路面上某一点的照度或亮度时，很容易从图3-4中直接读得或通过内

插法求得灯具指向该点的光强值。

（４） 通常等光强图是在灯具水平安装即灯具仰角为零时画出的。当灯具不是水

平安装而是有一定的仰角（α）时，也可通过转动透明覆盖图进行读出不同的γ、c角所对应的光强值（详见第七章第一节照度计算）。

除了上述两种等光强图外，还有画在直角网格（直角坐标）上的等光强图以及画在道路平面上的等光强图，但它们的应用不广泛。

在结束道路照明常规灯具光强分布的表达方式论述之前，还有必要强调3点：①无论光强表、极坐标光强分布曲线，还是等光强曲线图中的光强值，都是把灯具内所燃点的光源光通量折合成1000 lm时的数值。这样作的目的是要使这些表和图与光源的实际光通量无关，以便于使用以及对各种灯具的光学性能进行比较。②灯具的光分布总是和具体的光源相联系。同一灯具，燃点的光源不同（如分别燃点高压钠灯和高压汞灯）配光也会有所不同，因此有的灯具的测试报告里还需同时给出和不同类型光源相对应的几种配光曲线。③光强表主要用于计算机计算，等光强曲线图则用于人工计算，而极坐标光强分布曲线主要供定性评价灯具和灯具分类之用。

（二）泛光灯光强分布表达方式

泛光灯光强分布的表达方式与上面讲的常规灯具有所不同，首先是测光用的分布光度计是所谓B形测角计，与其所对应的坐标系统为B-β系统（有时也采用A型测角计—A-α系统），见图3-5。从而导致了光强分布曲线和光强表等的表达方式不同。

1、光强分布（配光）曲线

泛光灯的光强分布曲线与常规路灯灯具的光强分布曲线常用的极坐标表示不同，常采用直角坐标表示。其坐标的纵轴表示光强值（或相对光强值），横轴表示光轴转过的角度。通常给出了通过测光中心的垂直平面和水平平面上的2条光强分布曲线，见图3-6。

2、光强表

光强表以直角网格形式给出。其横坐标表示测量时泛光灯光轴沿水平方向向左或向右旋转的角度（±β），纵坐标则表示在垂直方向向上或向下所旋转的角度（±β）。每一个矩形网格表示一个球面带范围，网格内的数字表示落在该带内的平均光强（若在网格内给出了两行数字，则上行数字为光强，下行数字为该球面带内的光通量）。这些光强值或光通量值均以光源发出1000 lm的光通量或额定光通量为基准值，运用时应加以注意。通常光强表的另一侧还画出了等光强曲线图，见图3-7。

3、光度测试报告的其它内容

泛光灯测试报告通常除包括光强分布曲线、光强表外还包括最大（峰值）光强、光束宽度、光束（区）光通量、总光通量、总效率、光束效率等光度数据，见表3-3。

表3-3 典型泛光灯光度数据表

最大光强度（cd） 光束宽度（水平×垂直） 光束光通量（lm） 灯具总光通量(lm) 50540 104˚×88˚ 45393 47706

光源光通量(lm) 光束效率（%） 总效率（%） 84000 54 57 （１） 最大光强，指峰值光强，通常出现在光轴方向上。

（２） 光束宽度，又称光束角。某个平面上的光束宽度，是指该平面上光强等于最大

光强的10%或50%的2个方向之间的夹角。对于光分布为旋转对称的泛光灯，列出一个数据即可，例如60˚（即光束轴两侧各30˚），对于光分布为非对称的泛光灯，则需给出垂直平面和水平平面2个数据，如垂直6˚/水平24˚[]或6˚（水平×24˚（垂直））。对于双重非对称分布（即不但垂直平面和水平平面不对称，而且束轴上方和下方也不对称）的泛光灯，则需给也垂直平面上方和下方的乐角度，如垂直5˚+8˚/水平24˚，即在垂直平面光束轴上方为5˚，下方为8˚，在水平平面轴左右两侧各为12˚。

通常可以用“窄束”、“中束”和“宽束”的术语来描述泛光灯在所照平面上的光束宽度。如经常使用的一种是根据50%峰值光强的光束宽度来定义：

窄束≤20°；中束20˚~40˚；宽束≥40

（3）光束光通量，指包含在光束角内的总光通量。它是中心光强值等于或大于最大光强值的10%（另一种是50%）的各球面带的光通量的总和。

（4）通量，指泛光灯发出的总光通量。

（5）总效率，指总光通量与光源光通量之比值。

（6）光束效率，又称有效效率，它指光束光通量与光源光通量之比（也有两种，应注意区别）

二、导出光度数据

从基本光度数据（光强分布）导出的光度数据，称为导出光度数据。在没有条件用计算机，而是要用人工进行照明计算的地方，导出光度数据非常规道路照明灯具，而有适用于泛光灯具。

1、利用系数不但和灯具本身的光学性能有关，而且还与路面的宽窄及灯具安装的几何条件（如高度、仰角和悬挑长度）有关。通常为了体现悬挑长度的影响，往往通过灯具光中心在路面上的垂直投影点作一条与路轴平行的直线，将路面分成车道侧和人行道侧两部分，并分别给出这两侧的利用系数。为了体现路宽（w）和安装高度(h)的影响，通常给出了与不同的w/h值相对应的利用系数值。为了体现灯具仰角的影响，把灯具的仰角作为参变量，分别给出在其它条件不变的情况下不同仰角所对应的利用系数值。在上述各种条件下的利用系数值计算出来以后，就可以把结果标在直角坐标图上。其坐标横轴表示w/h值（即以h为单位的横向距离），坐标纵轴为相应的利用系数值。然后连接成光滑曲线，即为利用系数曲线，如图3-8（a）所示。

还有另一种形式的利用系数曲线，其坐标纵轴也为利用系数，坐标横轴却为灯具对两侧路缘的张角γ1和γ2（即路缘至灯具光中心的连线和光中心至路面垂线之间的夹角，也称横向角度），如图3-8（c）所示。这两种利用系数曲线的表达形式可以互换，即从一种形式就可以得到另一种形式，其相互关系是tgˉ¹(w/h)=γ。第一种形式的利用系数曲线可以很方便得到不同灯具仰角下的利用系数。灯具的利用系数曲线用于路面平均照度的计算，详见第七

章。

灯具的利用系数曲线，可通过在该灯具的等光强曲线畋上画出纵向道路线，然后计算落在纵向道路线之间的光通量累加而成的。它还可以通过把路面划分成等面积的矩形块，计算落在这些矩形块上的光通量并累加而得到。前面一种方法适合于人工计算；后面一种方法适用于计算机计算。

2、亮度产生曲线图

计算路面上的平均照度要用前面讲的利用系数曲线，而计算路面上的平均亮度则要用亮度产生曲线。

我们在第四章中将会看到，路面上的亮度不但和灯具的光强分布有关，而且同路面的反光性能以及观察者所在位置和观察方向有关，因此亮度产生曲线图的结构要比利用系数曲线图复杂。典型的亮度产生曲线图，见图3-9。

从图3-9可以看出，它和利用系数曲线图相同的地方是亮度产生曲线图也采用直角坐标系。其坐标横轴也是以灯具安装高度（h）的倍数来表示的横向距离（即0,h,2h,3h,…,或w/h=0,1，2，3，……）。坐标纵机则是亮度产生系数，同样分车道侧和人行道侧两部分。不同之处是亮度产生曲线图规定了亮度观察者的位置。其位置通常是规定了3个不同的位置：它们的纵向位置（沿路轴方向）相同，均位于距计算路段10h处；而横向位置则分别位于人行道侧距灯具排列线h处、灯具排列线正下方处（h=0）和车道侧距灯具排列线h处。图3-9中人行道侧和车道侧各有3条曲线分别和这3个观察者位置相对应。不同路面采用同一种灯具和相同的安装方式时，会有不同的亮度产生曲线。对每一种灯具，通常需要给也分别适合于每种标准路面的4张亮度产生曲线图。

亮度产生系数可用计算机计算得到，计算公式如下（65页有一公式）

式中 ηL———路面上一小窄条线的亮度产生系数；

s——灯具安装间距（m）；

L。。——小窄条线的路面平均亮度（cd/㎡）；

Χ——小窄条线的宽度（m）；

Q0———路面的平均亮度系数；

Φ——裸灯的光通量。

关于亮度产生系数的使用方法，请见第七章第二节亮度计算。

３、等照度曲线图

等照度曲线图，供用户逐点进行路面照度计算之用。典型等照度曲线图见图３－10。可以看出，等照度曲线图同样分车道侧和人行道侧两部分，也是采用直角坐标系。其坐标横轴为以安装高度的倍数来表示的道路横向距离（宽度）；纵轴则为以安装高度的倍数来表示的纵向距离。图3-10中曲线为等照度曲线，其照度值有2种表示方法。

（１） 表示成灯具所产生的最大照度的百分比，这种等照度曲线图称为相对等照

度曲线图。通常要画出照度值分别为最大照度90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、25%、20%、15%、12.5%、10%、6.25%、5%、2%和1%的相对等照度曲线，而且还要标出最大照度值的位置和绝对值。最大照度的绝对值可表示为

Emax=KzΦ/h² (3-2)

式中 K1——对一种灯具来讲是一常数，在相对等照度曲线图中需给出数值；

Φ——灯具中燃点的光源光通量；

H——灯具安装高度。

（２） 等照度曲线图直接标出照度的绝对值。但需注意这种等照度曲线通常是对

一定的灯具安装高度和1000 lm的光源光通量计算得到的。因此，当实际的安装高度和等照度曲线所采用的安装高度不一致时，先应根据平方反经定律对照度值进行修正（修正系数通常在等照度曲线图的下角处给出），然后还要将结果乘上以1000 lm为单位的光源光通量数值。不过第二种形式的等照度曲线图用得较少。

灯具的等照度曲线图是将灯具的光强分布数据代入水平照度的计算公式[见公式（7-1）]计算并绘制而成的。使用它时需注意的一点是，由于灯具的仰角不同，路面上光强分布也就不同，因而等照度曲线图也就不同。但一般只给出灯具仰角具为0°时的等照度曲线图，当仰角不为0°时就无法直接应用。因此等照度曲线图使用的机会较少。等照度曲线图的使用方法，见第七章。

4、等亮度曲线图

等亮度曲线图，供用户进行路面点亮度计算之用。典型的等亮度曲线图，见图3-11。可以看出它和等照度曲线图有很多类似的地方，这里就不一一叙述了，其不同之处是图8-11中曲线为等亮度曲线。灯具所产生的最大亮度为

Lmax=K2ΦQ0/h² （3-3）

式中 K2——对某一个特定灯具来说，K2是常数；

Q0——路面的平均亮度系数；

H和Φ的意义同式（3-2）。

还必须强调两点：①亮度同观察者所处的位置和观察方向有关，观察者所处的位置和观察方向不同，路面亮度分布也不同。通常给出的等亮度曲线图是对位于平行于路轴并经过灯具的垂直平面（c=0°平面）、距离灯具在路面上的垂直投影点10h的观察者计算并绘制而成的。②亮度同路面反光性能有关，因此每种灯具应分别给出与4种标准路面相对应的4张等亮度曲线图。除此之外也存在着灯具仰角问题，一般也只给出灯具抑角为0˚时的等亮度曲线图，当仰角不为0˚时，也无法直接应用。

等亮度曲线图是根据点亮度计算公式[见公式（4-10）]计算并绘制而成的。