Светотехнические критерии оценки дорожного освещения


Освещение дорог играет важную роль в обеспечении безопасности как водителей, так и пешеходов, и в то же время в значительной степени определяется экономическими фактора-ми, связанными с потребляемой электроэнергией.

 Были проведены многочисленные исследования с целью выработки рекомендаций в части дорожного освещение и выявления должного освещения для автомобильного транспорта. После появления опубликованных недавно МКО методов фотометрии в условиях сумеречного зрения, в международном светотехническом сообществе развернулась дискуссия по поводу внедрения этой фотометрии в проектирование дорожного освещения и измерение его характеристик. В данной работе суммируются результаты исследований, лежащих в основе современных рекомендаций в части дорожного освещения, и даётся критическая оценка этих рекомендаций.


1. Введение

Увеличение стоимости электроэнергии, связанные с внешней средой аспекты дорожного освещения и последние достижения в области фотометрии в условиях сумеречного зрения (далее – сумеречная фотометрия) повлекли за собой новое обсуждение точности и эффективности современного процесса проектирования дорожного освещения и соответствующих рекомендаций. Проекты дорожного освещения обычно базируются на нормах освещения, соответствующих различным классам дорожного освещения. Нормы освещения для различных классов дорожного освещения устанавливаются в соответствии с критериями, приведёнными в публикациях Международной комиссии по освещению (МКО) и, в Европе, Европейской комиссии по стандартизации (CEN). Классы освещения обычно выбираются и описываются, исходя из классов дорог, с учётом ряда важных параметров, таких как интенсивность движения транспорта и условия окружающей среды.

В 2010 г. МКО опубликовала технический отчёт «Освещение дорог для автомобильного и пешеходного движения» [1], представляющий собой пересмотренный и обновлённый вариант предыдущего технического отчёта «Рекомендации в части освещения дорог для автомобильного и пешеходного движения» [2]. Кроме того, в 2010 г. МКО опубликовала технический отчёт «Рекомендуемая система основанной на зрительной работе сумеречной фотометрии» [3]. Сумеречная фотометрия дополнила фотометрию в условиях дневного зрения, описанную МКО в 1924 г. [4]. В настоящее время МКО организовала Технический комитет JTC 001, целью которого является выработка рекомендаций по внедрению сумеречной фотометрии в проектирование дорожного освещения.

Деятельность и рекомендации МКО служат основой для стандартизации в области света и освещения. Содержащий нормы дорожного освещения стандарт CENEN 13201-2:2003[5] ( в настоящее время обновляемый CEN) частично основан на техническом отчёте МКО CIE115:1995. В своей серии классов освещения ME стандарт CEN приводит минимальные значения средней яркости дорожного покрытия, рекомендованные МКО для классов освещения ME1 - ME6 [1, 2].

Технический отчёт МКО CIE 115:1995 уходит корнями в 1977 год. Целью CIE 115:1995 являлось обновление Публикации МКО 12.2 «Рекомендации по освещению дорог для автомобильного транспорта» [6] с добавлениями в части освещения объектов с нестандартной геометрией и дорог, часто используемых пешеходами и иными пользователями [2]. В этой публикации подчёркивается важность как опыта и современной практики, так и экспериментов, и содержатся сведения, формирующие базу для проектирования дорожного освещения. Соответственно, если взять CIE 115:1995 за основу, то современные рекомендации в части освещения автодорог можно считать базирующимися как на публикации МКО 12.2 (1977 г.), так и на опыте и современной практике.

 В 1977 г. МКО порекомендовала для дорог с высокой скоростью движения транспорта, таких как автодороги, равный 2 кд/м2 средний уровень  освещённости дорожного покрытия [6]. Это значение «оказалось технически приемлемым и наилучшим из возможных компромиссом между связанными с видимостью требованиями и экономическими соображениями» [6]. Более низкие уровни яркости рекомендуются для дорог с ограниченными плотностью и скоростью движения транспорта и/или в тех случаях, когда тёмное окружающее пространство способствует концентрации зрения на дороге при меньших помехах со стороны слепящего действия окружающей среды [6]. Классы освещения обычно выбираются и описываются, исходя из классов дорог, с учётом ряда важных параметров, таких как интенсивность движения транспорта и условия окружающей среды [5].


2. Критерии качества в дорожном освещении

Приведённые в вышеупомянутых публикациях [1, 2, 5, 6] рекомендации в части освещения формируют критерии оценки дорожного освещения, включающие в себя среднюю яркость дорожного покрытия (Lave), общую равномерность яркости (U0), продольную равномерность яркости (U1), приращение пороговой разности яркостей (TI) и коэффициент периферийного освещения (SR). В этом разделе содержится обзор истории и подоплёки этих основных критериев оценки освещения автодорог.


2.1. Средняя яркость дорожного покрытия

Во всех публикациях [1, 2, 5, 6] величина 2 кд/м2 является наивысшей для всех классов освещения границей уровня средней яркости (табл. 1). Большие, чем 2 кд/м2, уровни яркости приемлемы, когда они оправданы с точек зрения окружающей среды и экономики, тогда как меньшие уровни яркости допустимы при изменении интенсивности движения и условий видимости [6].

Таблица 1. 
Рекомендуемые минимальные уровни средней яркости дорожного покрытия (Lave)согласно [1, 2, 5, 6]

CIE 12.2 (1977) [6]

CIE 115:1995 [2]

EN 13201–2:2003 [5]

CIE 115:2010 [1]

Класс

Lave, кд/м2

Класс

Lave, кд/м2

Класс

Lave, кд/м2

Класс

Lave, кд/м2

А (любые окрестности)

2,0

M1

2,0

ME1

2,0

M1

2,0

B1 (яркие окрестности)

2,0

M2

1,5

ME2

1,5

M2

1,5

B2 (тёмные окрестности)

1,0

C1 (яркие окрестности)

2,0

M3

1,0

ME3a, b, c

1,0

M3

1,0

C2 (тёмные окрестности)

1,0

D (яркие окрестности)

2,0

M4

0,75

ME4a, b

0,75

M4

0,75

E1 (яркие окрестности)

1,0

M5

0,5

ME5

0,5

M5

0,5

E2 (тёмные окрестности)

0,5

 

 

 

 

ME6

0,3

M6

0,3


Уровень яркости должен обеспечить достаточную для безопасности видимость и должный зрительный комфорт для пользователей дорог. Согласно [6], яркость дорожного покрытия особенно важна с точки зрения безопасности для обеспечения достаточной видимости. В [6] также говорится, со ссылкой на [7, 8], о необходимости адекватного контраста, позволяющего надёжно различать стандартные объекты. Исследования [8, 9] имеют важное значение и с точки зрения обеспечения основы для определения уровней яркости в современных рекомендациях.


2.1.1. Данбар [7]

В 1938 г. Данбар (Dunbar) провёл экспериментальные исследования и представил стандартную кривую критического контраста (criticalcontrast), иллюстрирующую связь между контрастом объекта и яркостью дорожного покрытия. Этот эксперимент проводился на реальной установке уличного освещения в динамичных условиях при равномерной светлоте дорожного покрытия. Зрительная задача состояла в наблюдении объекта, представлявшего собой диск диаметром 45 см, установленный на высоте 60 см от поверхности дороги. Светлота диска изменялась посредством изменения его положения. Наблюдатель ехал со скоростью   48 км/ч и оценивал, при каком положении объекта его контраст оказывался достаточным для обеспечения безопасности движения с этой скоростью (табл. 2).


Таблица 2. 
Сводка результатов экспериментов [7–9]

Эксперименты

Экспериментальная установка

Зрение

Ограничения

Результаты

К-во наблюдателей, чел.

Возраст, лет

Источники света

Дорога

Скорость, км/ч

[7]

10

Не указан

Тип ламп не указан, 300 Вт каждая

Длина 800 м (прямая), ширина 9,1 м, бетонное покрытие

48,3

Фовеальное

Справедливо только для сухого дорожного покрытия и при отсутствии создаваемой уличными лампами блёскости

Рекомендуемый диапазон средней яркости дорожного покрытия: 0,6 – 2,05 кд/м2

[8]

8

20-30, в среднем 26

ЛН, 5 – 300 Вт

Не указана

0

Фовеальное

Условия эксперимента не очень соответствуют встречающимся на практике

Если блёскость остаётся в определяемых соображениями комфортности пределах и светлота дорожного покрытия достаточно высока, то гарантируется хорошая видимость

[9]:

 

Субъективная оценка яркости

16

22-40, в среднем 27

НЛНД, ЛН, ЛЛ и ДРЛ

70 реальных установок уличного освещения, 46 сухих и 24 мокрых поверхностей дороги

0

Не указано

Влияние блёскости на оценку во внимание не принималось

Уровень яркости оценивается как «хороший», если среднее значение яркости дорожного покрытия составляет 1,5 кд/м2

Влияние цвета на уровень освещения

4+8+20

Не указан для набл. 4+8; 22-40, в среднем 27, для 20 набл.

НЛНД и ДРЛ

25 реальных установок и лаборатория на открытом воздухе

0

Фовеальное

Не указаны

Цвет влияет на зрительную оценку уровня яркости

Динамическое исследование видимости

4

24, 29, 30, 40, в среднем 31

НЛНД, ЛН, ЛЛ и ДРЛ

Реальные установки

50

Фовеальное

Не указаны

Объект размером 20х20 см, яркость которого составляет 2/3 от яркости фона, должен быть видимым с расстояния по меньшей мере 100 м


Критический контраст был определён, как «разность между светлотами объекта и фона, на котором виден объект» [7]. Данбар ввёл величину F, которая равна отношению критического контраста к светлоте фона. В [7] контраст выражен при помощи величины (Lave - Lo), где Lave – средняя яркость дорожного покрытия, а Lo – яркость объекта. В этом выражении светлота фона равна средней яркости дорожного покрытия Lave. Приведённая в этой работе стандартная кривая критического контраста фактически представляет собой экспериментальную зависимость применимого к  условиям дорожного освещения порогового контраста (Lave - Lo) от влияющей на видимость яркости дорожного покрытия. В результате был получена стандартная кривая критического контраста (рисунок), и Данбар отметил, что при равной 1,0 эквивалентных фут-кандел светлоте фона B отношение F=(Lave - Lo)/Lave равно 1/3. Данбар выбрал значение B без сколь-нибудь подробного обоснования. Равный 1/3 контраст соответствует равному 1,5 отношению Lave /Lo, и для восприятия использовавшихся в этих экспериментах объектов требовалась средняя яркость Lave, равная по меньшей мере 2 кд/м2[10].


Рисунок. Связь между Lave / Lo и log(Lave) [7, Р. 195]

Исследования Данбара были первыми экспериментами, в которых величина 2 кд/м2 была приведена в качестве рекомендуемого минимума яркости дорожного покрытия.


2.1.2. Де Бур [8]

В 1951 г. Де Бур (DeBoer) провёл экспериментальные исследования в статичных условиях, целью которых являлась оценка качества дорожного освещения. При этом качество дорожного освещения оценивалось применительно к светлоте2 дорожного покрытия и блёскости. В качестве зрительного критерия, позволяющего сформулировать рекомендации в части яркости, Де Бур использовал контрастную чувствительность, которая определялась как «светлота фона, делённая на наименьшую воспринимаемую разность светлот». Для измерения контрастной чувствительности использовался объект, в закрытом состоянии представлявший собой квадрат размером 0,28 х 0,28 м и содержавший 14 тонких и узких лезвий. В качестве источников света в эксперименте использовались лампы накаливания (ЛН) мощностью 5 – 300 Вт. В эксперименте участвовали 8 наблюдателей, причём каждый из них наблюдал каждый из объектов по меньшей мере 4 раза. Возраст наблюдателей составлял 20 – 39 лет (в среднем – 26 лет) (табл. 2). В результате этих экспериментов Де Бур сделал вывод, что «если блёскость остаётся в пределах, обусловленных требованиями комфортности, до при достаточно высокой светлоте дорожного покрытия хорошая видимость гарантирована» [8]. Де Бур предложил продолжить исследования в более приближённых к реальности условиях. Для выработки рекомендаций в части уровней яркости, Де Бур с коллегами продолжил исследования в иных условиях [9], приняв [8] за основу.


2.1.3. Де Бур и другие [9]

В 1951 г. Де Бур с коллегами провели серию экспериментальных исследований в целях выработки рекомендаций в части критериев оценки дорожного освещения. Первое исследование было посвящено субъективной оценке уровня яркости дорожного покрытия. Были оценены 70 реальных установок дорожного освещения, 46 – в условиях сухого дорожного покрытия и 24 – в условиях влажного дорожного покрытия. В испытаниях принимали участие две группы наблюдателей, состоящие из 6 и 10 человек.  Источники света представляли собой натриевые лампы низкого давления (НЛНД), ЛН, люминесцентные лампы (ЛЛ) и ртутные лампы высокого давления (РЛВД) с люминофором (ДРЛ). Второе исследование было посвящено видимости и проводилось в целях определения влияния цвета на зрительную оценку уровня яркости в случае реальной осветительной установки и в условиях лаборатории на открытом воздухе и в помещении. Статические дальности видимости в условиях сухого дорожного покрытия определялись при помощи колец Ландольта, имевших диаметр 0,16 м и коэффициент отражения 9 %. 25 реальных установок и смонтированная в лаборатории на открытом воздухе установка оценивались 4 и 8 наблюдателями соответственно (возраст наблюдателей указан не был). Расположенная в помещении установка оценивалась 20 наблюдателями возрастом 22 – 40 лет (в среднем – 27 лет). В качестве источников света в этих экспериментах использовались НЛВД и ДРЛ. Последнее исследование было посвящено динамической видимости. Оно проводилось с использованием автомобиля, движущегося со скоростью 50 км/ч. Наблюдения осуществлялись с расстояния, которое позволяло видеть матовый экран (20 х 20 см). В этом исследовании динамической видимости приняли участие 4 наблюдателя возрастом 24, 29, 20 и 40 лет (табл. 2). В результате этих исследований авторы пришли к заключению, что если уровень яркости субъективно оценивался как «хороший», то яркость дорожного покрытия в среднем составляла 1,5 кд/м2 [9]. Применительно к «Нидерландским нормам общественного освещения» (NetherlandsRecommendationsonPublicLighting) Де Бур и др. вновь предложили 2 кд/м2 в качестве требуемого минимального значения средней яркости дорожного покрытия [9]. Кроме того, был сделан вывод, что цвет света влияет на видимость. В одних и тех же дорожных условиях натриевые лампы обеспечивали более благоприятные в части дальности видимости результаты, чем ДРЛ [9].


2.2. Равномерность яркости дорожного покрытия

Связь между средней яркостью дорожного покрытия и равномерностью яркости формулируется следующим образом: «по мере увеличения яркости требования к равномерности яркости становятся всё менее строгими» [6] и « в установках общественного освещения средняя яркость дорожного покрытия (Lave) должна определяться в совокупности с равномерностью яркости (U). Если удаётся поддерживать высокую равномерность яркости (U), то эффективные условия освещения могут быть обеспечены даже при сравнительно низкой средней яркости дорожного покрытия» [11]. Более того, как отмечалось в [12], равномерность яркости дорожного покрытия влияет на стоимость установок дорожного освещения: «Равномерность должна быть достаточно хорошей, чтобы удовлетворять двум первым требованиям (зрительная работа и зрительный комфорт), не приводя при этом к слишком большим затратам. Необходимо стараться найти разумный компромисс между потребностью в хороших видимости и зрительном комфорте, имеющими важное значение для безопасности дорожного движения, и экономическими соображениями».

Аналогично средней яркости, при нормировании равномерности рекомендуется учитывать не только зрительное восприятие, но и экономические и финансовые факторы. С другой стороны, на равномерность яркости дорожного покрытия влияет ещё и погода. Равномерность может оказаться очень плохой в случае влажного и хорошей в случае сухого дорожного покрытия [6].


2.2.1. Общая равномерность

Общая равномерность яркости U0 представляет собой отношение минимальной яркости дорожного покрытия к его средней яркости [6]. Во всех публикациях [1, 2, 5, 6] рекомендуется равная 0,4 величина общей равномерности яркости сухого дорожного покрытия, при которой равномерность позволяет обеспечить пользователей дорогами достаточными видимостью и зрительным комфортом (табл. 3). Не было обнаружено никакого экспериментального подтверждения равного 0,35 значения общей равномерности, приводимого для классов M3 – M5.

Таблица 3. 
Рекомендуемые значения общей равномерности яркости U0 согласно [1, 2, 5, 6]

CIE 12.2 (1977) [6]

CIE 115:1995 [2]

EN 13201–2:2003 [5]

CIE 115:2010 [1]

Класс

U0

Класс

U0

Класс

U0

Класс

U0

А (любые окрестности)

0,4

M1

0,4

ME1

0,4

M1

0,4

B1 (яркие окрестности)

0,4

M2

0,4

ME2

0,4

M2

0,4

B2 (тёмные окрестности)

C1 (яркие окрестности)

0,4

M3

0,4

ME3a, b, c

0,4

M3

0,4

C2 (тёмные окрестности)

D (яркие окрестности)

0,4

M4

0,4

ME4a, b

0,4

M4

0,4

E1 (яркие окрестности)

0,4

M5

0,4

ME5

0,35

M5

0,35

E2 (тёмные окрестности)

 

 

 

 

ME6

0,35

M6

0,35


Равное 0,4 рекомендуемое значение средней равномерности основана на результатах проведённых Шредером (Schreuder) исследований входной зоны туннеля, которые были просуммированы Де Крийсом (DeGrijs) в 1971 г. [12]. В этой публикации отмечалось, что для того, чтобы объект воспринимался в течение 0,1 с в 75 % случаев, необходима равная по меньшей мере 0,4 общая равномерность яркости при средней яркости дорожного покрытия в пределах 1,0 – 3,0 кд/м2 [12]. В настоящий момент рекомендации относительно общей равномерности яркости дорожного покрытия для классов освещения, рекомендующих меньшую, чем 1,0 кд/м2, среднюю яркость дорожного покрытия (табл. 1) можно считать экспериментально не обоснованными.


2.2.2. Продольная равномерность

Продольная равномерность яркости Ul призвана обеспечить зрительный комфорт и представляет собой измеряемое вдоль оси каждой из полос отношение минимальной яркости дорожного покрытия к его максимальной яркости [6].

Приведённые в табл. 4 публикации рекомендуют величину U0 = 0,7 в качестве наивысшего значения продольной равномерности яркости, которая обеспечивает зрительный комфорт и «исключает чередование высокой и низкой яркостей на освещённом участке дороги» [1].

Таблица 4. 
Рекомендуемые значения продольной равномерности яркости Ul согласно [1, 2, 5, 6]

CIE 12.2 (1977) [6]

CIE 115:1995 [2]

EN 13201–2:2003 [5]

CIE 115:2010 [1]

Класс

Ul

Класс

Ul

Класс

Ul

Класс

Ul

А (любые окрестности)

0,7

M1

0,7

ME1

0,7

M1

0,7

B1 (яркие окрестности)

0,7

M2

0,7

ME2

0,7

M2

0,7

B2 (тёмные окрестности)

C1 (яркие окрестности)

0,5

M3

0,5

ME3a

0,7

M3

0,6

C2 (тёмные окрестности)

ME3b

0,6

ME3c

0,5

D (яркие окрестности)

0,5

M4

Нет

ME4a

0,6

M4

0,6

ME4b

0,5

E1 (яркие окрестности)

0,5

M5

Нет

ME5

0,4

M5

0,4

E2 (тёмные окрестности)

 

 

 

 

ME6

0,4

M6

0,4


Специальные исследования в части определения продольной равномерности не проводились. В то же время, количественные данные о продольной равномерности были собраны в [13] и [14] ([12]).


2.3. Приращение пороговой разности яркостей

Приращение пороговой разности яркостей TI служит мерой измерения слепящей блёскости, которая возникает в результате рассеяния света в глазе и уменьшает контраст формируемого на сетчатке изображения [1]. Чем выше приращение пороговой разности яркостей, тем сильнее уменьшается видимость. Максимальные допустимые значения TI для разных классов освещения содержатся в публикациях [1, 2, 5, 6] (табл. 5).

Таблица 5. 
Рекомендуемые значения приращения пороговой разности яркостей (TI, %) согласно [1, 2, 5, 6]

CIE 12.2 (1977) [6]

CIE 115:1995 [2]

EN 13201–2:2003 [5]

CIE 115:2010 [1]

Класс

TI

Класс

TI

Класс

TI

Класс

TI

А (любые окрестности)

10

M1

10

ME1

10

M1

10

B1 (яркие окрестности)

 

10

M2

10

ME2

10

M2

10

B2 (тёмные окрестности)

C1 (яркие окрестности)

 

20

M3

10

ME3a

15

M3

15

C2 (тёмные окрестности)

10

ME3b

15

ME3c

15

D (яркие окрестности)

20

M4

15

ME4a

15

M4

15

ME4b

15

E1 (яркие окрестности)

20

M5

15

ME5

15

M5

15

E2 (тёмные окрестности)

 

 

 

 

ME6

15

M6

20


На зрительную работу влияют и слепящая, и дискомфортная блёскости, и тем не менее, до сих пор не разработан полностью удовлетворительный метод количественной оценки дискомфортной блёскости, воздействующей на пользователей автодорогами [1]. Приращение пороговой разности яркостей количественно выражается при помощи яркости эквивалентной вуали, и метод его определения основан на формуле Холладея (Holladay), которая оказалась применимой и к низким уровням яркости [6].


2.4. Коэффициент периферийного освещения

Коэффициент периферийного освещения SR представляет собой среднюю освещённость на придорожных полосах шириной 5 м (или менее при недостатке места), примыкающих к обоим краям проезжей части, к средней освещённости на примыкающих к краям полосах самой проезжей части дороги, ширина которых равна 5 м (или половине ширины проезжей части, если она уже, чем 10 м) [2]. Удовлетворительная величина коэффициента периферийного освещения говорит о том, что на окружающую дорогу местность попадает достаточно света. Все упомянутые в табл. 6 публикации рекомендуют равное 0,5 минимальное значение коэффициента периферийного освещения, в то время в как [6] подобные рекомендации отсутствуют.   

Таблица 6. 
Рекомендуемые значения коэффициента периферийного освещения (SR) согласно [1, 2, 5]

CIE 115:1995 [2]

EN 13201–2:2003 [5]

CIE 115:2010 [1]

 

Класс

SR

Класс

SR

Класс

SR

 

M1

0,5

ME1

0,5

M1

0,5

 

M2

0,5

ME2

0,5

M2

0,5

M3

0,5

ME3a

0,5

M3

0,5

 

ME3b

0,5

 

ME3c

0,5

 

M4

Нет

ME4a

0,5

M4

0,5

 

ME4b

0,5

 

M5

Нет

ME5

0,5

M5

0,5

 

 

ME6

Нет

M6

0,5

 


Достаточное освещение периферии дороги помогает автомобилистам лучше воспринимать окрестности и вовремя корректировать скорость. Значимость коэффициента периферийного освещения состоит в том, чтобы обеспечить достаточное освещение по обеим сторонам дороги, с тем чтобы можно было наблюдать все расположенные там объекты [1].

Публикации [1, 2, 5] рекомендуют коэффициент периферийного освещения в качестве критерия освещения окрестностей дороги, и соответствующие рекомендации справедливы и в отношении дорог с пешеходными дорожками при отсутствии отдельного освещения пешеходной зоны.


 3. Обсуждение

В публикациях [1, 2, 5, 6] величина 2 кд/м2 предлагается в качестве минимального уровня средней яркости дорожного покрытия для высших классов освещения автодорог. Наиболее важное значение имеет публикация [6], являющаяся первым исследованием, содержащим рекомендации в части дорожного освещения, причём в основу этих рекомендаций были положены результаты экспериментов Де Бура [8, 9]. Кроме того, важное значение для первого появления равного 2 кд/м2 значения яркости имеют результаты исследований Дунбара [7]. Тем не менее, при тщательном изучении этих экспериментов заметно наличие несоответствий между условиями этих экспериментов и условиями, характерными для современного дорожного освещения.

Первое обстоятельство связано с типами источников света. В современных установках дорожного освещения используются главным образом натриевые и ртутные лампы высокого давления. В Евросоюзе используются НЛВД (47 %), РЛВД (32 %), НЛНД (9 %), КЛЛ (8 %) и МГЛ (3 %) [16], тогда как в исследованиях 1951-го года [8] использовались только ЛН, а в исследованиях 1959-го года [9] – НЛНД, ЛН, ЛЛ и ДРЛ. Эти лампы имеют разные спектры излучения. Проведённые Де Буром с коллегами исследования показали, что спектр излучения влияет на дальность видимости, так как при одной и той же яркости дорожного покрытия в случае натриевой лампы были получены более хорошие, чем в случае ДРЛ, результаты [9].

Второе обстоятельство связано с количеством наблюдателей. Исследования субъективных оценок 1959 года [9] проводились с участием всего лишь 16 наблюдателей. В результате этих исследований Де Бур предложил величину 1,5 кд/м2 в качестве «хорошего» рекомендуемого уровня средней яркости дорожного покрытия. Можно утверждать, что этого количества наблюдателей недостаточно для того, чтобы сделать надёжные выводы из результатов субъективных испытаний.

Третье обстоятельство связано с возрастом наблюдателей. Средний возраст наблюдателей, участвовавших в экспериментах Де Бура, составлял 27 лет [8] и 31 год [9]. Согласно данным Министерства транспорта США, в 2009 г. большая часть водителей в США относилась к возрастным группам 45 – 49 и 50 – 54 лет [17], а, как известно, есть несколько разновидностей нарушений работы зрения и сетчатки, которые тесно связаны со старением [18].

Все эксперименты и исследования, направленные на определение классов освещения автодорог, проводились методами фотометрии в условиях дневного зрения. Согласно [3], уровни яркости в пределах от 0,005 до 5 кд/м2 относятся к сумеречной области, и все рекомендации в части минимального значения средней яркости дорожного покрытия дорог всех классов (0,3 – 2 кд/м2) лежат в этой области. Эксперименты Дунбара и Де Бура основаны на фовеальном зрении. Применительно к фовеальному зрению сумеречная фотометрия и фотометрия в области дневного зрения приводят к одинаковым результатам, однако в случае периферического зрения ситуация изменяется [3]. В случае дорожного движения периферическое зрение имеет такое же важное значение, как и фовеальное зрение [19]. Поэтому нужны новые эксперименты и расчёты, направленные на выработку рекомендаций в части дорожного освещения применительно к сумеречной фотометрии.

Как следует из табл. 1, значения средней яркости дорожного покрытия, рекомендуемые в публикациях [1, 2, 5, 6] для низких классов освещения автодорог, меньше, чем 2 кд/м2. И несмотря на то, что выбор более высоких значений яркости дорожного покрытия мотивируется в этих публикациях результатами, приведёнными в [6, 9], нет никаких данных о том, как были получены более низкие значения яркости для низших классов дорожного освещения. Так что приводимые в современных рекомендациях значения средней яркости покрытия дорог, относящихся к низшим классам дорожного освещения, необоснованны и нуждаются в экспериментальном подтверждении.


4. Заключение

Задача дорожного освещения состоит в том, чтобы сделать видимыми находящиеся на дороге объекты, не вызывая при этом чувство дискомфорта у водителя. Современные нормы дорожного освещения содержат значения средней яркости дорожного покрытия, полной и продольной равномерности яркости, приращения пороговой разности яркостей и коэффициента периферийного освещения. Эти параметры обеспечивают необходимое водителям качество освещения. Средняя яркость дорожного покрытия и общая равномерность яркости влияют на зрительную работу, а продольная равномерность яркости – на зрительный комфорт. Приращение пороговой разности яркостей требуется для ограничения слепящей блёскости, создаваемой осветительной установкой, тогда как коэффициент периферийного освещения важен для того, чтобы сделать видимыми расположенные около дороги объекты.

Рекомендуемые значения средней яркости дорожного покрытия основаны главным образом на результатах исследований, проведённых Дунбаром [7] и Де Буром [8, 9]. Эти исследования показали, что для обеспечения хорошего восприятия расположенных на поверхности дороги объектов требуется равный примерно 2 кд/м2 уровень яркости. Это значение основано на результатах исследований яркостного контраста, в ходе которых наблюдатели регистрировали объекты, расположенные на поверхности дороги на определённом расстоянии от наблюдателя. Однако эти значения получены не в результате исследований, проведённых в важных для управления автомобилем условиях. Большая часть исследований была выполнена с использованием статических установок без учёта связанных с управлением автомобилем факторов. Дунбар [7] и Де Бур [9] провели также и динамические исследования видимости при равной примерно 50 км/ч скорости движения автомобиля. Рекомендуемое в [1, 5] значение яркости (2 кд/м2) относится к автомобильному движению, осуществляемому со средней и высокой скоростью (> 50 км/ч). Кроме того, все вышеупомянутые эксперименты проводились применительно к фовеальному зрению методами фотометрии в условиях дневного зрения. В случае фовеального зрения сумеречная фотометрия хорошо согласуется с фотометрией в условиях дневного зрения, тогда как для определения видимости применительно к периферическому зрению следует использовать сумеречную фотометрию.

Требования в части продольной равномерности яркости основаны не на результатах экспериментов, а на количественных оценках. Требования в части общей равномерности яркости основаны на исследованиях входной зоны туннеля. При этом они справедливы только для не меньшей, чем 1 кд/м2, средней яркости дорожного покрытия. Так что современные рекомендации в части равномерности яркости не основаны на обеспечении требующегося водителям качества освещения.

Требования в части приращения пороговой разности яркостей предназначены для ограничения создаваемой осветительными установками блёскости. В [6] говорится, что «связь между значениями TI и безопасностью дорожного движения до сих пор не установлена», и приводятся максимальные значения приращения пороговой разности яркостей для классов дорог, требующих одного и того же уровня безопасности дорожного движения. Рекомендации, которые содержатся в более поздних публикациях [1, 2], также основаны на уже упоминавшихся в [6] результатах исследований. Поэтому может возникнуть вопрос о необходимости дополнительного обоснования рекомендуемых значений приращения пороговой разности яркостей.

Требования в части коэффициента периферийного освещения не являются результатом научных исследований. Было показано, что этот коэффициент имеет важное значение для способности водителей различать расположенные около дороги объекты [15]. Отсутствие научных исследований с целью определения требуемых значений коэффициента периферийного освещения говорит о необходимости определения точного значения этого параметра или введения другой подходящей меры для описания освещения периферийной части дороги.

Современные рекомендации в части дорожного освещения основаны на результатах исследований, проводившихся с использованием типичных для того периода (1930-е и 1950-е годы) источников света, включая натриевые лампы (низкого давления), ДРЛ и ЛН. В настоящее время в дорожном освещении широко применяется белый свет (светодиоды, металлогалогенные лампы). Сумеречная фотометрия также оказывает предпочтение источникам света с большой коротковолновой составляющей излучения.

 Содержащиеся в современных рекомендациях значения параметров основаны главным образом на результатах исследований, проведённых до 1970-х годов, или вообще не имеют никакого научного обоснования. Потребности водителей, условия движения транспорта и используемые для дорожного освещения технические средства со временем изменились. Большинство проведённых ранее научных исследований осуществлялись с использованием квадратного объекта размером 20 х 20 см, расположенного на поверхности дороги на расстоянии 100 м от наблюдателя. Стоящая перед водителем сложная задача сведена при этом к статической задачи распознавания объекта. Рекомендации основаны скорее на этих упрощениях, чем на результатах научных исследований потребностей водителей. Эти рекомендации не учитывают ни окружающее пространство, ни других участников дорожного движения. Реальная ситуация редко сводится к прямой дороге, окружённой тёмной местностью, – это, скорее, довольно сложная система, включающая в себя других участников дорожного движения и другие источники света. Так что возникают сомнения в адекватности и точности результатов экспериментальных исследований, лежащих в основе современных рекомендаций в части дорожного освещения.


Таблица 7. 
Классы освещения

Публикация

Класс освещения

Параметры

CIE 12.2 (1977) [6]

A, B, C, D, E

Интенсивность движения, скорость движения, состав автотранспорта

CIE 115:1995 [2]

M1, M2, M3, M4, M5

Назначение дороги, плотность движения, сложность движения, разделение транспортного потока, наличие средств управления движением

EN 13201–2:2003 [5]

M, S, C, P*

Скорость, разделение проезжих частей, интенсивность движения, яркость окружающей среды, визуальные указатели/управление движением

CIE 115:2010 [1]

M, C, P**

Скорость, интенсивность движения, состав автотранспорта, разделение проезжих частей, плотность перекрёстков, припаркованные транспортные средства, яркость окружающей среды, визуальные указатели/управление движением


* M – автотранспорт; S – медленно движущиеся транспортные средства; C – мотоциклисты; P – пешеходы.
Подклассыдля M: ME1, ME2, ME3a, ME3b, ME3c, ME4a, ME4b, ME5 и ME6.
** M – автотранспорт; C – объекты с нестандартной геометрией; P – пешеходы.
Подклассы для M: M1, M2, M3, M4, M5 и M6.

Авторы: М. ВИИКАРИ, А.-М. ИЛИНЕН, С. КУФЕОГЛУ, В. ЛУО, М. ПУОЛОККА, Л. ХАЛОНЕН 
Университет Аалто и Финский технический исследовательский центр VTT, Эспоо, Финляндия

Журнал «Современная светотехника»


Возврат к списку