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學霸帶你用方程式深度優(yōu)化led顯示屏造成的光污染

原文標題:LED光污染解決辦法_眩光與設立高度計算

         LED顯示屏以其炫麗的色彩、節(jié)能、高亮、成本低等特點逐漸在廣場、舞臺、道路、車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。但是同時也招來各種投訴,影響人們的生活睡眠,影響道路交通安全等。

 

本文結合《深圳市戶外廣告管理辦法》和失能眩光的算法,對戶外led顯示屏亮度標準和設立位置進行研究和探討,希望找到夜晚限制led顯示屏光污染的辦法。

 學霸帶你用方程式深度優(yōu)化led顯示屏造成的光污染

  1 研究對象及相關標準、法規(guī)

 

高亮度led顯示屏影響最大的人群是機動車駕駛員。因為行人可以轉移自己的注視對象,而機動車駕駛員一般都需要注視前方。夜晚時led顯示屏的眩光造成駕駛員不舒適或直接影響到覺察物體的可靠性,容易釀成交通事故。所以駕駛員對眩光控制的要求更高。顯示屏的設置如果能滿足駕駛員的要求,應該也能滿足行人的要求。

 

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輛行駛方向的顯示屏。

 

眩光可用兩種指標衡量:1)失能眩光閾值增量TI,;2)不舒適眩光等級G。

 

CIE在其1995年推薦的機動車交通道路照明標準中,對于眩光限制只推出一項評價指標 ,而放棄了對G的要求,故本文也只對吖值進行分析。實際上CIE 115-l995報告稱“在所推薦的閾值增量范圍內(nèi)設計的裝置, 其相關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。

 

《城市夜景照明設計規(guī)范》(JGJ/T 163-2008)7.0.2條第3款規(guī)定:城市道路的非道路照明設施對汽車駕駛員產(chǎn)生的眩光的閾值增量不應大于15% 。故led顯示屏產(chǎn)生的TI值應不大于15% 。

 

  《城市夜景照明設計規(guī)范》(JGJ/T 163-2008)5.6.2條規(guī)定:不同環(huán)境區(qū)域、不同面積的廣告與標識照明的平均亮度最大允許值應符合表1的規(guī)定。

 

 

         1E1區(qū)為天然暗環(huán)境區(qū),如國家公園、自然保護區(qū)和天文臺所在地區(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置需要通過審批。

  結合以上兩條規(guī)定可知:對于深圳市來說,政府管控的led顯示屏面積在10 m2以上。而實際上,戶外全彩色LED顯示屏絕大多數(shù)面積也超過10m2 ,且大都設置在繁華的地段(E4區(qū)),它的平均亮度最大允許值從表1可知應為400cd/ m2 。

 

  2 led顯示屏設立高度的計算

 

  因為led顯示屏產(chǎn)生的失能眩光閾值增量吖值應不大于15% ,利用 的計算公式,我們可以求得面向車輛行駛方向的顯示屏的最小設立高度,如圖1所示。

 

失能眩光閾值增量TI,的計算公式為

 

LED光污染解決辦法_眩光與設立高度計算式中:

         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)《城市道路照明設計標準》(CJJ 452006)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到1.52.0cd/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15度≤θ≤60度。在進行失能眩光計算時,CIE假定車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。這意味著只需考慮位于視線與水平方向夾角在20度以內(nèi)的顯示屏產(chǎn)生的眩光,20度以上的顯示屏由于車輛頂棚擋光對駕駛員無失能眩光影響。

 

         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,當觀察者年齡在2030歲之間時,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,

 

         現(xiàn)在我們來計算照度Eθ:照度計算規(guī)定,當圓形發(fā)光體直徑小于照射距離的15,或線光源長度小于照射距離的14, 就可以按點光源計算照度。由圖1可知,顯示屏的邊長遠遠小于駕駛員視距,可當作點光源計算照度,則可得到

 

 

         式中 為亮度,S為面積,d為某點到光標距離。由表1可知允許平均亮度最大值為400 cdm2 ,故亮度在此取值400r為等效方形的邊長,即與顯示屏的矩形面積相等的正方形的邊長。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θ=20°時,轉換為弧度值為0.348;而sin20°=0.342,相差僅為1.7% ??芍敠?/span><20°時,θ的弧度值與sinθ近似相等。因此,

 

 

        當TI=15% 時,r/h=0.0578 (6)

  由此可見rh成反比關系,顯示屏邊長越長,面積越大。越需要設立在更高的位置才能使失能眩光不超過規(guī)定值。

  當顯示屏面積為10m2時,等效方形的邊長r=3.16m,代人公式(6)得到h=54.67m,加上駕駛員眼睛高度1.5m,10m2led顯示屏中心離地高度應為56.17m。

 

  3 結論

 

  由以上研究和計算可以得出如下結論:

  1)面積大于10 m2led顯示屏夜間最大平均亮度應為400 cdm2 。

 

2)led顯示屏大小和應離地高度成線性反比關系。按照公式(6),可以很容易地計算出不同面積的led顯示屏應離地的高度。注意計算出來的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 cdm2 led顯示屏中心離地高度應大于56.17 m

目前各地還沒有對led顯示屏設立高度進行嚴格控制。有很多路口的顯示屏高度遠遠低于56.17m。結合我國的實際情況,我們可以對設立高度條件適當放寬。

 

路口顯示屏對停在路口等待紅綠燈的駕駛員影響時間較長,眩光危害最大,我們可以參照CIE的假設條件(車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),規(guī)定駕駛員在路口時,顯示屏底部被車輛頂棚遮擋,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, 由圖1可得到led顯示屏底部離地的最小高度H=34.26m。

 

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