蘇燕辰，張瑞萍，李 俊

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引 言

高速鐵路經(jīng)過40多年的發(fā)展，已經(jīng)形成以日、法、德3國為代表的適合各國國情的技術(shù)體系，各國高速列車車內(nèi)照明也形成了以這3個(gè)國家的大不相同的風(fēng)格特點(diǎn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

高速鐵路的照明舒適性很大程度上來自于乘客的全程性自我生理和心理的感受，比較感性且具有個(gè)性特點(diǎn)，所以，對其進(jìn)行定量化和標(biāo)準(zhǔn)化是不容易的。日本、法國和德國等高速鐵路發(fā)達(dá)的國家在速度與安全方面都有重大突破，在速度和安全性方面上都已形成符合各自國情的量化指標(biāo)，但是對于乘客的乘坐舒適性方面卻尚未形成明確的統(tǒng)一的評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)體系。所以，對車內(nèi)照明舒適性進(jìn)行系統(tǒng)的研究能夠?yàn)槲磥砀咚倭熊嚨陌l(fā)展和系統(tǒng)綜合優(yōu)化提供指導(dǎo)方向。研究高速動車組車內(nèi)照度和舒適性數(shù)學(xué)關(guān)系模型，得到照度舒適度的評價(jià)指標(biāo)，為高速動車組車內(nèi)照度舒適性評價(jià)方法的建立提供基礎(chǔ)。

1 綜合照度舒適性評價(jià)指標(biāo)

高速列車車內(nèi)照明環(huán)境中，影響視覺舒適度的因素有多個(gè)。照度大小關(guān)系到車內(nèi)空間的明亮程度，照度太大或太?。ōh(huán)境過明或過暗）都會導(dǎo)致人眼的不舒適感覺。在不同的車外環(huán)境（明線、隧道等）下需要及時(shí)調(diào)節(jié)車內(nèi)照度大小，調(diào)節(jié)速率即照度變化率太大也會導(dǎo)致人眼的不舒適感。分別研究照度本身與視覺舒適度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系以及照度的變化率與視覺舒適度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并考慮二者對于視覺舒適度的權(quán)重關(guān)系，得出照度舒適性關(guān)系模型。

1.1 照度舒適性指標(biāo)

根據(jù)已有的分析研究，得到了照度與舒適性之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型：

由于視覺舒適度的極大值并不為1，不便于不同環(huán)境下視覺舒適度的比較，所以需要對其進(jìn)行歸一化處理，即用視覺舒適度的極大值Zm去除Z，得到：

歸一化后的視覺舒適度函數(shù)Z1與原函數(shù)Z相比較后得到圖1的曲線。

由圖1可知，人眼的舒適度并不是簡單的隨著照度值的增大而增大或減小的，而是當(dāng)照度增大到某一值時(shí)，舒適度達(dá)到最大，此后，照度再增加便可引起視覺舒適度的下降，也就是說滿足人眼舒適感的照度是存在某個(gè)限值的。

圖1 歸一化后的照度舒適性回歸模型與原回歸模型

1.2 照度變化率舒適性指標(biāo)

照度變化率與舒適性的數(shù)學(xué)關(guān)系模型為

照度變化率最小為0時(shí)，即照度穩(wěn)定不變的情況下，利用此模型得到的舒適性并不為1，所以也將其進(jìn)行歸一化處理，用視覺舒適度的極大值Zm去除Z，得到：

歸一化后的視覺舒適度函數(shù)Z1與原函數(shù)Z相比較后得到圖2的曲線。

圖2 歸一化后的照度變化率舒適性回歸模型與原回歸模型

由圖2可知，隨著照度變化率的增加，視覺舒適度逐漸降低，人眼的不舒適感逐漸增強(qiáng)。也即照度變化越快，人越會覺得不舒適。視覺舒適性與照度變化率之間呈線性關(guān)系。

1.3 綜合照度舒適性指標(biāo)

在對總體進(jìn)行評價(jià)的過程中，需要了解總體中每一個(gè)評價(jià)因子的重要程度，按照其對總體評價(jià)的影響程度進(jìn)行定量分配，也就是確定總體評價(jià)中各評價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)。

綜合照度舒適性評價(jià)指標(biāo)包括照度舒適性評價(jià)指標(biāo)和照度變化率舒適性評價(jià)指標(biāo)兩個(gè)因子，二者對綜合舒適性的影響程度有所不同。為了綜合舒適度中這兩個(gè)因子對舒適度的影響，故將照度及照度變化率對舒適性的影響程度分別分為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%這11個(gè)等級。由于本次討論僅限于這兩個(gè)因子，若視照度值與照度變化率二者對綜合舒適性的影響程度是相等的，那么其中任何一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)都為0.5，故照度和照度變化率對舒適度影響的權(quán)重系數(shù)相加等于1。對50人進(jìn)行隨機(jī)調(diào)查問卷，調(diào)查問卷結(jié)果見表1。

表1 照度與照度變化率影響權(quán)重問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)分析：

最終確定的k1=43%，k2=57%，綜合照度舒適性指標(biāo)如下：

將上述得到的當(dāng)量照度值和當(dāng)量照度變化率值代入綜合舒適性評價(jià)的數(shù)學(xué)模型中，即得到綜合舒適性評價(jià)指標(biāo)的值。

2 綜合照度舒適性評價(jià)等級劃分

根據(jù)以上得到的照度舒適性綜合指標(biāo)，將極不舒適到很舒適劃分為5個(gè)等級，每個(gè)等級對應(yīng)的綜合舒適性指標(biāo)如表2所示，最舒適的時(shí)候綜合舒適性指標(biāo)可以達(dá)到1，不舒適時(shí)的綜合評價(jià)指標(biāo)也可接近0。介于最舒適和最不舒適之間的其他感覺相應(yīng)的綜合舒適性評價(jià)指標(biāo)介于0～1之間。

結(jié)合照度舒適性評價(jià)等級的劃分表評價(jià)車內(nèi)照明的舒適性情況，若得到的綜合舒適性評價(jià)指標(biāo)的值在1～0.8范圍內(nèi)，則說明這個(gè)位置的照度是很舒適的，若得到的綜合舒適性評價(jià)指標(biāo)的值在0～0.2的范圍呢，則說明這個(gè)位置的照度是很不舒適的，中間的情況參照表2依次類推。由此即可判定車內(nèi)照明的舒適程度。

表2 照度舒適性評價(jià)等級

3 結(jié)束語

通過在廣義舒適度模擬試驗(yàn)臺上控制不同照度和不同照度變化率，使被測人員感受不同的光環(huán)境并做出舒適程度的評價(jià)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理以及描述人體感覺量與物理刺激量之間的關(guān)系的重要定律——廣義的韋伯-費(fèi)昔勒定律得到包含照度與照度變化率兩個(gè)因素的照度綜合舒適性評價(jià)指標(biāo)。

[1]王曉剛.國外高速鐵路建設(shè)及發(fā)展趨勢[J].建筑機(jī)械，2007（3）：30-36.

[2]張曙光.京滬高速鐵路系統(tǒng)優(yōu)化研究[M].北京：中國鐵道出版社，2009：74-93.

[3]李愛仙.國內(nèi)外照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)概述[J].世界標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量管理，2000（2）：29-33.

[4]Muller M.對德國高速鐵路各發(fā)展階段的評價(jià)[J].鄭雅文，譯.中國鐵路，1998（10）：19-27.

[5]劉自遠(yuǎn).綜合評價(jià)中指標(biāo)權(quán)重系數(shù)確定探討[J].中國衛(wèi)生質(zhì)量管理，2006，13（2）：44-48.

[6]范靜靜.中國高速列車內(nèi)室照明設(shè)計(jì)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.

[7]陶愛榮.關(guān)于室內(nèi)環(huán)境舒適性評價(jià)指標(biāo)的研究[J].通風(fēng)除塵，1996（2）：25-27.

[8]GB 50034—1992工業(yè)企業(yè)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

[9]GBT 26189—2010室內(nèi)工作場所的照明[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2010.