王娟娟

（黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院，福建泉州362000）

經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，我國LED行業(yè)取得了很大進(jìn)步。目前生產(chǎn)LED路燈的企業(yè)數(shù)量越來越多，產(chǎn)能越來越大，預(yù)計(jì)到2020年我國LED路燈產(chǎn)能將達(dá)到2 176萬盞，供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需求［1］。因此，如何讓客戶認(rèn)可LED路燈質(zhì)量、占有更多的市場份額是企業(yè)家們的考慮重點(diǎn)。有些企業(yè)將LED路燈送檢，專業(yè)檢測報(bào)告確實(shí)可以讓客戶認(rèn)可產(chǎn)品質(zhì)量，但測試數(shù)據(jù)對客戶并沒有實(shí)際意義，安裝時(shí)客戶還是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇路燈高度、燈具間距等安裝參數(shù)，但這種經(jīng)驗(yàn)判斷具有很強(qiáng)的主觀因素，缺乏嚴(yán)格的專業(yè)指導(dǎo)。

迄今為止，大家普遍采用TracePro軟件進(jìn)行燈具設(shè)計(jì)［2］，利用DIALux軟件進(jìn)行照明場景模擬［3］，本文將這兩種軟件結(jié)合起來，使用TracePro模擬再現(xiàn)LED路燈的光譜分布和配光檢測曲線，進(jìn)而將擬合數(shù)據(jù)導(dǎo)入DIALux進(jìn)行道路實(shí)景模擬，得出符合我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（CJJ 45-2006）》的LED路燈安裝推薦參數(shù)和3D效果圖，為企業(yè)的好產(chǎn)品提供可靠的理論依據(jù)，讓用戶更快了解產(chǎn)品的安裝參數(shù)和最終效果，進(jìn)而為企業(yè)贏得市場。

1 TracePro燈具模擬

專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)出具的LED路燈檢測報(bào)告中，光譜分布圖和光強(qiáng)分布圖提供了LED路燈的光譜分布和光強(qiáng)分布情況、最大光強(qiáng)、光束角等，但這些專業(yè)數(shù)據(jù)并不能直接幫助使用者選燈和設(shè)置LED路燈參數(shù)。因此，通過TracePro進(jìn)行光譜擬合和配光擬合，以IES文件格式保存LED路燈數(shù)據(jù)。

1.1 光譜曲線擬合

將檢測報(bào)告中的光譜分布圖黏貼到TracePro的Surface Source Property Generator插件中的波長編輯器，設(shè)置好參考坐標(biāo)點(diǎn)和波長，在光譜曲線上取點(diǎn)擬合。為了保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，必須讓擬合曲線和光譜曲線盡量完全重合，進(jìn)而采樣100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后生成如圖1所示的擬合曲線。

圖1 光譜分布曲線擬合

1.2 配光曲線擬合

將檢測報(bào)告中的光強(qiáng)分布曲線圖復(fù)制到光強(qiáng)編輯器中，繼續(xù)使用Surface Source Property Generator插件進(jìn)行配光采樣。設(shè)置極坐標(biāo)原點(diǎn)、最強(qiáng)光強(qiáng)點(diǎn)和0度光強(qiáng)點(diǎn)的位置和光強(qiáng)比例值，沿著LED光強(qiáng)曲線取點(diǎn)擬合，獲得如圖2a所示的0°～180°剖面的LED路燈配光數(shù)據(jù)。以同樣的方法模擬90°～270°剖面的LED路燈配光，數(shù)據(jù)如圖2b所示。綜合兩個(gè)剖面數(shù)據(jù)獲得圖中右下角的3D光強(qiáng)模型，為LED路燈的橫向和縱向間距提供計(jì)算依據(jù)。

圖2 LED路燈配光模擬

1.3 燈具模擬

將光譜和光強(qiáng)的擬合數(shù)據(jù)輸出到TracePro軟件中，自定義表面光源特性目錄及名稱，設(shè)置好光通量。在TracePro界面中插入一個(gè)幾何物體代表光源，選取物體的發(fā)光面，設(shè)置已定義的表面光源屬性。光線追跡后即可獲得如圖3所示擬合曲線，該曲線不僅還原了專業(yè)機(jī)構(gòu)兩個(gè)剖面的測試結(jié)果，更計(jì)算模擬出24個(gè)剖面的配光分布曲線，真實(shí)反映了LED路燈在各個(gè)方向的光強(qiáng)分布情況。配光曲線和光譜分布數(shù)據(jù)以IES文件保存?zhèn)溆谩?/p>

圖3 LED配光模擬圖

2 DIALux實(shí)景模擬

該款路燈常用于支路，為機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車、行人提供照明?！冻鞘械缆氛彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（CJJ45-2006）》中規(guī)定：

（1）支路路面亮度要求：平均亮度Lav≥0.5 cd/m2，總均勻度U0≥0.4，均勻度Ul不作要求；

（2）支路路面照度：平均照度Eav≥8，均勻度UE≥0.3；

（3）眩光限制閾值增量最大值TI[%]≤15；

（4）環(huán)境比SR不作要求；

（5）截光型燈具單側(cè)布燈時(shí)的燈具高度H≥Weff，路燈間距≥3Weff，Weff為路面有效寬度。

打開DIALux精靈的快速街道設(shè)計(jì)，假設(shè)支路路面寬度5 m，雙車道，路燈單側(cè)排列，燈桿與道路之間距離0.65 m，導(dǎo)入TracePro生成的IES擬合文件進(jìn)行參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化。設(shè)計(jì)時(shí)一般選擇軟件自帶的歐標(biāo)（CIN 140/EN13201）評估區(qū)域照明種類ME5，雖然ME5適用于支路的機(jī)動(dòng)車，但只有亮度相關(guān)目標(biāo)參數(shù)，根據(jù)國標(biāo)支路照度要求，添加適用于支路非機(jī)動(dòng)車和行人的評估區(qū)域照明種類S2作為照度相關(guān)目標(biāo)參數(shù)。根據(jù)安裝經(jīng)驗(yàn)和國標(biāo)要求設(shè)置路燈排列范圍：

（1）路燈間距∈（18 m，25 m）；

（2）光點(diǎn)高度∈（6 m，10 m）；

（3）光點(diǎn)突出部分∈（-2 m，3 m）；

（4）斜坡角度∈（0°，15°）。

優(yōu)化計(jì)算后獲得完全符合歐標(biāo)ME5要求（Lm=0.5 cd/m2，U0=0.4，TI=15%）的數(shù)據(jù)組合共226組，完全符合歐標(biāo)S2要求（Eav≥10，Emin≥3）的數(shù)據(jù)組合共114組。兩組數(shù)據(jù)通過WPS的Excell軟件數(shù)據(jù)比對功能的“標(biāo)記兩區(qū)域中重復(fù)值”，篩選出110組完全符合國標(biāo)要求的路燈安裝參數(shù)。這些組合為客戶提供了路燈間距、燈桿高度等參數(shù)的設(shè)計(jì)推薦值。表1篩選了燈具高度H=6 m、6.5 m、7 m中符合國標(biāo)要求的參數(shù)推薦值。其中，路燈間距21 m的五種組合方式是最經(jīng)濟(jì)合理的。

最終選取路燈間距21 m、燈桿高度6 m、燈具突出3 m、燈桿傾角0°的燈具參數(shù)布置街景，在戶外模式下導(dǎo)入燈桿模型和建筑物模型，實(shí)現(xiàn)如圖4所示的3D效果，該效果圖可導(dǎo)入LED路燈產(chǎn)品說明書，更直觀展現(xiàn)該款路燈的布燈實(shí)景。圖5展現(xiàn)了街道評估區(qū)域的點(diǎn)照度值、平均照度等，從圖中可以看出，兩燈之間的最小照度為3.07 lx，照度均勻度（最小照度/平均照度）大于0.3，即該燈在燈下6 m的覆蓋范圍超過11 m，在兩燈交匯區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)完美過渡，沒有明顯的斑馬紋，能夠滿足司機(jī)和行人的視覺需求。

3 結(jié)語

本文將專業(yè)測試曲線與實(shí)際道路應(yīng)用緊密結(jié)合，為客戶選燈提供了很好的參考依據(jù)，不僅模擬出體現(xiàn)LED路燈光譜和光強(qiáng)分布情況的IES文件，提供了路燈間距和高度等安裝推薦值，還計(jì)算出路燈安裝后的路面亮度和照度，真實(shí)再現(xiàn)路燈的安裝效果，其專業(yè)性對客戶具有很大的吸引力。該方法還適用于所有燈具的實(shí)景再現(xiàn)，只要提供燈具測試數(shù)據(jù)即可獲得專業(yè)安裝數(shù)據(jù)和實(shí)景效果圖，具有很好的商業(yè)價(jià)值；此外，將仿真與模擬相結(jié)合，構(gòu)建LED照明設(shè)計(jì)教學(xué)系統(tǒng)，對《LED照明分析與設(shè)計(jì)》等課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)改革，可以更好地實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)用與教學(xué)相結(jié)合［4］。

表1 路燈參數(shù)設(shè)置推薦值和照明計(jì)算結(jié)果

圖4 戶外模式下道路的3D效果圖

圖5 街道評估區(qū)域的點(diǎn)照度值