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學(xué)霸帶你用方程式深度優(yōu)化led顯示屏造成的光污染

原文標(biāo)題：LED光污染解決辦法_眩光與設(shè)立高度計(jì)算

LED顯示屏以其炫麗的色彩、節(jié)能、高亮、成本低等特點(diǎn)逐漸在廣場(chǎng)、舞臺(tái)、道路、車(chē)站等各大人流量密集的區(qū)域普及安裝。發(fā)揮了良好的宣傳展示效果。但是同時(shí)也招來(lái)各種投訴，影響人們的生活睡眠，影響道路交通安全等。

本文結(jié)合《深圳市戶(hù)外廣告管理辦法》和失能眩光的算法，對(duì)戶(hù)外led顯示屏亮度標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)立位置進(jìn)行研究和探討，希望找到夜晚限制led顯示屏光污染的辦法。

　　1 研究對(duì)象及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)

高亮度led顯示屏影響最大的人群是機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員。因?yàn)樾腥丝梢赞D(zhuǎn)移自己的注視對(duì)象，而機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員一般都需要注視前方。夜晚時(shí)led顯示屏的眩光造成駕駛員不舒適或直接影響到覺(jué)察物體的可靠性，容易釀成交通事故。所以駕駛員對(duì)眩光控制的要求更高。顯示屏的設(shè)置如果能滿(mǎn)足駕駛員的要求，應(yīng)該也能滿(mǎn)足行人的要求。

由于可視面積的原因，相比于平行道路軸線的顯示屏，位于交叉路口等直接面對(duì)駕駛員視線的顯示屏眩光影響更大，因此本文主要研究面向車(chē)輛行駛方向的顯示屏。

眩光可用兩種指標(biāo)衡量：1)失能眩光閾值增量TI，；2)不舒適眩光等級(jí)G。

CIE在其1995年推薦的機(jī)動(dòng)車(chē)交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于眩光限制只推出一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo) ，而放棄了對(duì)G的要求，故本文也只對(duì)吖值進(jìn)行分析。實(shí)際上CIE 115-l995報(bào)告稱(chēng)“在所推薦的閾值增量范圍內(nèi)設(shè)計(jì)的裝置，其相關(guān)的不舒適眩光通常也可以接受。” 即TI，符合要求，G也能符合要求。

《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 163-2008)第7.0.2條第3款規(guī)定：城市道路的非道路照明設(shè)施對(duì)汽車(chē)駕駛員產(chǎn)生的眩光的閾值增量不應(yīng)大于15% 。故led顯示屏產(chǎn)生的TI值應(yīng)不大于15% 。

　　《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 163-2008)第5.6.2條規(guī)定：不同環(huán)境區(qū)域、不同面積的廣告與標(biāo)識(shí)照明的平均亮度最大允許值應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1中E1區(qū)為天然暗環(huán)境區(qū)，如國(guó)家公園、自然保護(hù)區(qū)和天文臺(tái)所在地區(qū)等；E2區(qū)為低亮度環(huán)境區(qū)，如鄉(xiāng)村的工業(yè)或居住區(qū)等；E3區(qū)為中等亮度環(huán)境區(qū)，如城郊工業(yè)或居住區(qū)等；E4區(qū)為高亮度環(huán)境區(qū)，如城市中心和商業(yè)區(qū)等。

　　《深圳市戶(hù)外廣告管理辦法》規(guī)定面積在10 m以上的電子顯示屏廣告的設(shè)置需要通過(guò)審批。

　　結(jié)合以上兩條規(guī)定可知：對(duì)于深圳市來(lái)說(shuō)，政府管控的led顯示屏面積在10 m2以上。而實(shí)際上，戶(hù)外全彩色LED顯示屏絕大多數(shù)面積也超過(guò)10m2 ，且大都設(shè)置在繁華的地段(E4區(qū))，它的平均亮度最大允許值從表1可知應(yīng)為400cd/ m2 。

　　2 led顯示屏設(shè)立高度的計(jì)算

　　因?yàn)?/span>led顯示屏產(chǎn)生的失能眩光閾值增量吖值應(yīng)不大于15% ，利用的計(jì)算公式，我們可以求得面向車(chē)輛行駛方向的顯示屏的最小設(shè)立高度，如圖1所示。

失能眩光閾值增量TI，的計(jì)算公式為

LED光污染解決辦法_眩光與設(shè)立高度計(jì)算式中：

1)Lav為道路的平均亮度，適用范圍為0.05cd/m2<Lav <5 cd/m2。根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2006)第3.4.1條規(guī)定：主干路(含市中心或商業(yè)中心道路)道路照明平均亮度要求達(dá)到1.5或2.0cd/m2，而led顯示屏大多處于繁華街道，可將取為2 cd/m2。

2)θ為駕駛員的視線與水平方向的夾角，適用范圍為1．5度≤θ≤60度。在進(jìn)行失能眩光計(jì)算時(shí)，CIE假定車(chē)輛頂棚的擋光角度為20度，觀察者眼睛位于1.5米高處，一直注視著前方道路90米處的一點(diǎn)。這意味著只需考慮位于視線與水平方向夾角在20度以?xún)?nèi)的顯示屏產(chǎn)生的眩光，20度以上的顯示屏由于車(chē)輛頂棚擋光對(duì)駕駛員無(wú)失能眩光影響。

3)E 為投射在駕駛員眼睛上的顯示屏照度。4)K為常數(shù)，其值和觀察者年齡有關(guān)，當(dāng)觀察者年齡在20～30歲之間時(shí)，若θ以度為單位，常數(shù)K取值為10；若θ以弧度為單位，常數(shù)K取值為3×10-3。

　　由此可推出，θ以弧度為單位時(shí)，

現(xiàn)在我們來(lái)計(jì)算照度Eθ：照度計(jì)算規(guī)定，當(dāng)圓形發(fā)光體直徑小于照射距離的1／5，或線光源長(zhǎng)度小于照射距離的1／4，就可以按點(diǎn)光源計(jì)算照度。由圖1可知，顯示屏的邊長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于駕駛員視距，可當(dāng)作點(diǎn)光源計(jì)算照度，則可得到

式中為亮度，S為面積，d為某點(diǎn)到光標(biāo)距離。由表1可知允許平均亮度最大值為400 cd／m2 ，故亮度在此取值400。r為等效方形的邊長(zhǎng)，即與顯示屏的矩形面積相等的正方形的邊長(zhǎng)。A為顯示屏中心到駕駛員眼睛的距離。h為顯示屏中心到離地1.5米處的高度。

　　將公式(3)代入公式(2)可以得到

當(dāng)θ=20°時(shí)，轉(zhuǎn)換為弧度值為0.348；而sin20°=0.342，相差僅為1.7％ ?？芍?dāng)θ<20°時(shí)，θ的弧度值與sinθ近似相等。因此，

當(dāng)TI=15％時(shí)，r/h=0.0578 (6)

　　由此可見(jiàn)r與h成反比關(guān)系，顯示屏邊長(zhǎng)越長(zhǎng)，面積越大。越需要設(shè)立在更高的位置才能使失能眩光不超過(guò)規(guī)定值。

　　當(dāng)顯示屏面積為10m2時(shí)，等效方形的邊長(zhǎng)r=3.16m，代人公式(6)得到h=54.67m，加上駕駛員眼睛高度1.5m，10m2的led顯示屏中心離地高度應(yīng)為56.17m。

　　3 結(jié)論

　　由以上研究和計(jì)算可以得出如下結(jié)論：

　　1)面積大于10 m2的led顯示屏夜間最大平均亮度應(yīng)為400 cd／m2 。

2)led顯示屏大小和應(yīng)離地高度成線性反比關(guān)系。按照公式(6)，可以很容易地計(jì)算出不同面積的led顯示屏應(yīng)離地的高度。注意計(jì)算出來(lái)的h還需加上駕駛員眼睛高度1.5米。

　　3) 面積大于10 m2 的平均亮度400 cd／m2 的led顯示屏中心離地高度應(yīng)大于56.17 m。

目前各地還沒(méi)有對(duì)led顯示屏設(shè)立高度進(jìn)行嚴(yán)格控制。有很多路口的顯示屏高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于56.17m。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，我們可以對(duì)設(shè)立高度條件適當(dāng)放寬。

路口顯示屏對(duì)停在路口等待紅綠燈的駕駛員影響時(shí)間較長(zhǎng)，眩光危害最大，我們可以參照CIE的假設(shè)條件(車(chē)輛頂棚的擋光角度為20度，觀察者眼睛位于1.5米高處，一直注視著前方道路90米處的一點(diǎn))，規(guī)定駕駛員在路口時(shí)，顯示屏底部被車(chē)輛頂棚遮擋，不產(chǎn)生眩光，即顯示屏位于水平20°以上。因此駕駛員注視距離為90米時(shí)，由圖1可得到led顯示屏底部離地的最小高度H=34.26m。