CN107990243A - 一种多维度复合配光路灯 - Google Patents

Abstract

本发明适用于道路照明技术领域，提供了一种多维度复合配光路灯，其包括多个不同维度的照明子***以及智能控制***。其通过光学以及结构配光，所述光学配光的功能是以最小的损失将光能尽可能投射的更远，解决路灯对道路中央照明不足问题。所述结构配光的功能是与光学配光功能协调，以最小的光效损失做到最大限度地利用光能，解决路灯眩光问题。本发明将各个低灯位的照明子***的光源与控制元件集成在一个灯体内，组成实体路灯，实现了照明子***的实体化、集成化。该路灯具有无眩光、照明功效高以及自适应控制等特点。其具有景观照明功能，能起到确保交通安全，提高交通运输效率，美化城市环境的作用，保证行车安全。

Description

一种多维度复合配光路灯

技术领域

本发明属于道路照明技术领域，尤其涉及一种多维度复合配光路灯。

背景技术

在道路照明中，眩光历来为重要的评价指标。眩光是指在视野内有光亮度范围不适宜， 在空间或时间上存在极端的光亮度对比，以至引起不舒服或降低可见度的视觉干扰。

CJJ45-2015中明确规定了限制眩光的设计与检测指标为阈值增量，并以阈值增量为指 标对眩光规定了上限，做为评价道路照明质量的重要因素。

研究表明，减小眩光的方法很多，但都存在一个矛盾：所有减小眩光的措施都有其代 价——路灯***光效的损失。因此，减小眩光需求的实质是，既要大幅减小眩光，又要保持 高光效。

另外，该阈值增量规定仅限于对驾驶员构成前视干扰的“前视眩光”，但事实上，道路上还存在着其它眩光。

我们注意到，在高速公路、市政道路及隧道道路照明中，除了对驾驶员构成前视干扰 的“前视眩光”外，还存在另外两种眩光：驾驶员在后视镜中看到的眩光——“后视眩光”与“侧视眩光”。

“后视眩光”指路灯光源位于于驾驶员后方、对驾驶员观察后视镜视线形成强烈干扰 的眩光。后视眩光的存在，使得机动车后视镜明亮一片，无法有效辨识后方车辆的位置与距 离。

“侧视眩光”指路灯光源位于于驾驶员侧面、对驾驶员形成强烈干扰的眩光。

显然，虽然由高速公路上路灯所造成的后两项眩光现象目前尚无明确的设计规范和检 测指标，至今仍未找到有效的控制方法。但在传统照明方式下(特别是宽路面)的基本路段 确实存在，亦属于直接眩光范畴，对于驾驶员夜晚驾车形成强烈干扰。

另外，对于低灯位设置的路灯，侧视眩光与后视眩光往往表现得更为突出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种照明能量功效高且集合有多种照明功能的多 维度复合配光路灯。

一、低灯位路灯眩光的特点

该照明方式对于眩光非常敏感。

低灯位路灯与高灯位路灯呈现明显不同的眩光形态与特点。

(1)超小立体角

低灯位条件下，驾驶员距前方眩光光源的距离远大于该光源距目标物的距离，导致其观 察前方路面的视线与眩光光线之间的立体角超小，通常不超过10，请参见图1。因此，即使 眩光光源并不直接向驾驶员眼睛照射，亮度绝对值也不高，但只要前方眩光光源与目标物亮 度达到一定的反差，驾驶员依旧会感觉到强烈的眩光。这种主光轴并不指向人眼的眩光属于 非直射的直接眩光。根据阈值增量(眩光)计算式，阈值增量与光幕亮度成正比，而光幕亮 度与立体角成正比。因此，任何逆向照明分量对于阈值增量均有贡献，特别是低灯位的逆向 照明分量对于阈值增量贡献更大。

(2)超小灯尺度

低灯位条件下，路灯占用道路宽度，这要求路灯不可能像高灯位路灯那么大的体积，特 别是宽度受到更严格的限制。在80米至120米这一眩光最显著的区间内，由于透视原因， 在驾驶员眼中呈现的低灯位路灯尺度超小，就是一个“亮点”。于是，在大型路灯应用的在 路灯透镜表面常用而有效的防眩光处理方法，如透镜表面磨砂、加装截光格栅、非对称配光 等方法均告失效。

正是由于上述两个特点，决定了对于低灯位设置的路灯来说，眩光问题是至关重要的问 题。

(3)在低灯位照明条件下，驾驶员通常在距眩光光源60～120M远处感受到眩光最大值。

二、复合配光技术

1、眩光分解

对于低灯位照明方式，光源的眩光可分解为两部分：

(1)水平方向眩光

水平方向直射光指驾驶员感觉到的来自于右侧路灯灯体正面(水平方向)的直射光，请 见图2。

(2)垂直方向眩光

垂直方向直射光指驾驶员感觉到的来自于前方路灯灯体下方(垂直方向)的直射光，请 见图3。

2、全截光挡板计算

对于低灯位路灯的水平、垂直方向直射光进行综合分析发现，若将光源做水平方向布置， 由于路灯光轴向下投光的原因，则仅剩下垂直方向直射光需要消除；反之，将光源做垂直方 向布置时，仅剩下水平方向直射光成为眩光光源。实际上，无论低灯位逆向或正向照明方式， 光源都是做水平方向布置，故仅需要防止垂直方向的直射光。事实上，这也恰恰是低灯位路 灯的天然优势，高灯位路灯必须要做水平与垂直两个方向的防眩光处理，其难度在目前技术 上无法克服。请参见图4，为遮光挡板的计算模型。

设：L为挡板长度；D为光源发光面长度；H为人眼高度；N为灯体高度；

S为人与灯直之间的距离；b为光源的垂直角；a为人视线与水平线的夹角；

则挡板长度L与光源发光面长度D之间的关系如下式：

按照上述模型计算，可得到：

(1)当上挡板长度达到360毫米时，光源的净高度＜20毫米，光源净高与挡板长度之 比为1/18，此时为垂直方向直射眩光的临界值。

(2)在此临界值下，驾驶员移动视点将看不到直接眩光与一次反射眩光。

(3)在此临界值下，低灯位逆向/正向照明方式的有效射程可达18米，即高距比为1/12， 这意味着采用低灯位逆向/正向照明方式时，1米的灯高可覆盖的有效照射距离达到18米， 这远远超出目前任何高灯位、低灯位路灯单纯光学配光所能达到的距离。

本发明是这样实现的，一种多维度复合配光路灯，包括灯体以及设置于灯体上的多个 不同维度的照明子***以及智能控制***；所述灯体的安装高度低于1.2米，所述照明子系 统的投光光轴为一个或多个方向；所述照明子***采用光学配光与结构配光，所述光学配光 采用自由曲面透镜以及微结构(请参见图5)，所述结构配光采用灯体结构导光以及截光(请 参见图6)，所述智能控制***根据其接收到的车流量统计与天空亮度情况控制所有照明子系 统的开关与运行功率，并根据天气状况自动转换照明子***。

进一步地，所述照明子***的投光光束角小于10°，投光光轴距高比大于10。

进一步地，所述照明子***包括通常模式以及节能模式，所述通常模式为正常开灯时 间内常全开，所述节能模式为在通常模式的基础上调光。

进一步地，所述多个不同维度的照明子***包括低灯位正向照明子***，所述低灯位 正向照明子***的照射方向与其所照射车道的车行方向相同，其照射空间为灯体高度位置下 方空间及路面；所述低灯位正向照明子***的光源发光表面截光(请参见图7)，同时其下沿 逸散光反射面被截断。

进一步地，所述多个不同维度的照明子***还包括低灯位逆向照明子***，所述低灯 位逆向照明子***的照射方向与其所照射车道的车行方向相反，其照射空间为灯体高度位置 下方空间及路面；所述低灯位逆向照明子***的光源发光表面截光(请参见图8)，同时其下 沿逸散光反射面被截断。

进一步地，所述多个不同维度的照明子***还包括横向照明子***，所述横向照明子 ***的照射空间为所述灯体的前方空间，正常天气下关闭，仅在雾霾天气时开启；其运行模 式为雾霾天气时全开并与照明子***自动转换；所述横向照明子***的光源位于镂空的可透 视灯体内，其出光口截光(请参见图9)。

进一步地，所述多个不同维度的照明子***还包括警醒照明子***、警示照明子***、 景观照明子***、提示照明子***以及竖向照明子***；

所述警醒照明子***的光源为白色、蓝光、绿光、紫光或色温高于5000K的冷光色光 源，以单色或相间布置；

所述警示照明子***为遥控报警闪光子***，所述灯体上设置有手动无线遥控的报警 按钮，按下所述报警按钮后，所述警示照明子***开启；所述警示照明子***单独控制、单 独供电，平时不开；

所述景观照明子***朝向所述灯体的下方投光；

所述提示照明子***分别向所述灯体的上部以及下部投光，其照射方向与路面垂直， 其照射空间为所述灯体的下方，其出射的光至少具有两种不同颜色；

所述竖向照明子***的照射方向与路面垂直，其照射空间为所述灯体的下方，路面的 上方；其照射方向与其他照明子***的分量无交集；其运行模式为平时不开，仅在特殊需要 情况下手动开启。

进一步地，所述多维度多层面照明路灯还包括智慧城市子***，所述智慧城市子*** 包括路灯运行监控子***、城市道路监控子***、城市环境监控子***以及路灯光伏一体化 子***。

进一步地，所述灯体上盖设计成脊型，具有防积雪功能；灯体内部隔板设计成隔栅型， 具有防积尘功能；灯体各个电气部分，均设计成达到IP67的防水单元，具有独立防水功能。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的光学配光的功能是，以最小的损失将 光能尽可能投射的更远，解决路灯对道路中央照明不足问题。其结构配光的功能是，与光学 配光功能协调，以最小的光效损失做到最大限度地利用光能，解决路灯眩光问题。本发明将 各个低灯位的照明子***的光源与控制元件集成在一个灯体内，组成实体路灯，实现了照明 子***的实体化、集成化。该路灯具有无眩光、照明功效高以及自适应控制等特点。其具有 景观照明功能，能起到确保交通安全，提高交通运输效率，美化城市环境的作用，保证行车 安全。

附图说明

图1是低灯位眩光的立体角示意图；

图2是水平方向眩光示意图；

图3是垂直方向眩光示意图；

图4是遮光挡板的计算模型图；

图5是路灯光学配光示意图；

图6是截光计算模型示意图；

图7是消减低灯位正向照明子***眩光的示意图；

图8是消减低灯位逆向照明子***眩光的示意图；

图9是消减低灯位横向照明子***眩光的示意图；

图10是典型路灯蝙蝠型配光曲线及其分解示意图；

图11是与路轴方向垂直的光强分布示意图；

图12是光强分布可分解为向左、向右两部分的示意图；

图13是“正向照明”示意图；

图14是“逆向照明”示意图；

图15是正向照射方向照度分析图；

图16是逆向照射方向照度分析图；

图17是低灯位逆向照明子***立面示意图；

图18是低灯位逆向照明子***平面示意图；

图19是低灯位逆向照明灯光对路面的覆盖示意图；

图20是粗糙路面反射特性示意图；

图21是低灯位正向照明子***立面示意图；

图22是低灯位正向照明子***平面示意图；

图23是垂直照度对目标物表面亮度的影响的示意图；

图24是空间照度的垂直梯度分布图；

图25是前向照明子***立面示意图；

图26是前向照明子***平面示意图；

图27是横向照明子***立面示意图；

图28是横向照明子***平面示意图；

图29是遥控报警闪光子***平面示意图；

图30是竖向照明子***立面示意图；

图31是控制调光模块的结构图；

图32是通信故障、电缆断路、短路报警记录、统计功能结构示意图；

图33是显示照明立面示意图；

图34至图39是本发明实施例中的多维度复合配光路灯灯体的结构示意图。

附图标记说明

1、灯体顶盖板 2、正向照明出光口 3、横向照明出光口

4、警示照明出光口 5、逆向照明出光口 6、逆向照明挡光板

7、逆向照明光源 8、正向照明光源 9、电子线路与设备的仓槽

10、正向照明与横向照明、警示照明隔板 11、防眩光隔板

12、盖板定位槽 13、顶板固定螺丝孔位 14、背面透光口

15、灯体安装固定螺丝孔位 16、横向与警示照明光源的安装位置

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了一种多维度复合配光路灯，该照明路灯包括灯体以及集成在灯体 内的多个照明子***。所述灯体的安装高度低于1.2米，所述照明子***的投光光轴为一个 或多个方向；所述照明子***采用光学配光与结构配光，所述光学配光采用自由曲面透镜以 及微结构，所述结构配光采用灯体结构导光以及截光，所述智能控制***根据其接收到的车 流量统计与天空亮度情况控制所有照明子***的开关与运行功率，并根据天气状况自动转换 照明子***。

下面，将详细说明本实施例的各个子***：

一、各子***的功能、工作原理与设计

1、关于低灯位逆向照明子***：

(1)工作原理：

传统道路照明普遍采用蝙蝠型配光，请参见图10。图10中与路轴方向垂直的光强主要 解决路宽的照明问题，请参见图11。

图10中同路轴方向的光强可分解为向左、向右两部分光强，分别对应与机动车行驶方 向相同的照射方向和相反的方向(请参见图12)，该方向光强主导驾驶员感受到的路面亮度 及空间垂直照度，具体原因请看下面的分析：

光源主光轴照射方向与机动车行驶方向相同称为“正向照明”(请参见图13)，相反称为 “逆向照明”(请参见图14)。不难看出，蝙蝠型配光由高灯位前向照明与逆向照明两种方式 组合。

a.观察高度、观察距离与观察角设定

观察高度：作为机动车驾驶员的观察者，通常距离路面(工作面)的高度为1.2M(对应小车)～1.6M(对应大车)，观察高度取中间值为1.4M(IESNA RP-8-2000设定为1.45M)；

观察距离：通常观察距离为60M至100M，取中间值为80M；

观察角：通常观察角角取值分为为1.2°到0.45°之间(见CIE 140 -2000 ROADLIGHTING CALCULATIONS及《照明测量方法》GB5700-2008，IESNA RP-8-2000取中为 1°)，本处观察角取中间值为

b.规则反射条件下，二维平面上能量功效的比较

在规则反射中，由于反射辐射与光源的入射方向、入射角的大小、观察角度均有关，因 此，顺向照明方式与逆向照明方式具有明显不同的照明能量功效。下面在二维平面上对顺向 照明方式与逆向照明方式对规则反射路面进行反射辐射的分析。

c.正向照射方式下的视网膜照度

设E_i为光源的入射照度矢量，E_r为反射照度矢量，视轴为V_e，投光入射角为α，视轴方向与反射照度矢量之间的夹角为β，与工作面之间的夹角为则如图15所示。

根据配光曲线与投光角可确定该方向光强，由余弦定律，可求出该点光源与计算点上形 成的照度Ei。对于规则反射，在数值上E_r＝E_i。按照本文的下标约定¹，顺向投光照明下 机动车驾驶员视线方向接收到的视网膜照度E_r·e为式(1)所示。

d.逆向照射方式下的视网膜照度

逆向投光照明如图16，其中

逆向投光照明下机动车驾驶员视线方向接收到的视网膜照度E_r·e为式(2)所示。

¹下标约定：i：incident入射，E_i：入射照度矢量；r：reflection反射，E_r：反射照度矢量；e：eyes人眼， E_r·e：反射照度在驾驶员人眼视轴方向的分量；t:transversal横向的，E_r·t反射照度的横向分量；v:vertical竖 向的，E_r·v反射照度的竖向分量。

e.不同投光照明方式下能量功效的比较

以机动车驾驶员视线方向接收到的视网膜照度为指标，比较不同照明方式下的能量功 效。当路面反射率不变时，视网膜照度与视网膜亮度为正比关系。

f.正向照明下，高灯位与低灯位的能量功效比较

由式(1)得到：

当α→0时，E_r·e→0。

其物理意义是：路灯向路面垂直投光，相当于“高灯位顺向照明”。

当α→90°时，E_r·e＜0。

其物理意义是：路灯向路面水平投光，相当于“低灯位顺向照明”。

g.逆向照明下，高灯位与低灯位的能量功效比较

由式(2)得到：

当α→0时，E_r·e→0。

其物理意义是：路灯向路面垂直投光，相当于“高灯位逆向照明”，

当α→90°时，E_r·e→E_r。

其物理意义是：光源高度接近于地面，相当于“低灯位逆向照明”，此时观察视线上的 光辐射量E_e达到最大。

上述比较表明，以视网膜照度作为标准，在4种照明方式中，低灯位逆向照明的能量功 效是最高的。

(2)子***设计：

该逆向照明子***中，光源安装高度低于机动车驾驶员视平线，照射方向与所在车道车 行方向相反，照射空间为灯高位置下方空间及路面，无仰角散射，请见图17至图19。

为对应提高可见度之需求，该低灯位逆向照明子***的光源，色温不高于4000K，道路 两侧的色温高于道路中央的色温。

低灯位逆向照明子***的运行模式包括通常模式(在正常开灯时间内常全开)和节能模 式(通常模式基础上调光)两种。

2、关于低灯位正向照明子***：

(1)功能：提供路面背景照明。

(2)工作原理：

路灯在粗糙路面的反射呈现极不规则性质，在粗糙路面条件下，高灯位逆向照明、高灯 位正向照明、低灯位逆向照明和低灯位正向照明四种照明方式中，低灯位正向照明方式下测 得的路面平均亮度值高于包括逆向照明在内的其他照明方式。

在灯具各项参数保持一致的情况下，低灯位正向照明方式下平均亮度值高于逆向照明方 式的原因在于，路面为粗糙—粗糙或粗糙—光滑模式，逆向射向路面的光线由于地面颗粒比 较粗糙，颗粒突出，因此大部分被反射回去，粗糙地面颗粒突出，以不定向反射为主，水泥 地面颗粒相对平整，以定向反射为主。如图20所示。

可以证明，在粗糙路面上，当光源以投光角度接***行于路面(低灯位)、照射方向与 车行方向相同(正向照明)照射前方路面时，驾驶员视线方向上可获得最高的路面反射亮度。

(3)子***设计：

为对应高能效路面照明之需求，设置低灯位正向照明子***，该子***中，光源安装高 度低于机动车驾驶员视平线，照射方向与所在车道车行方向相同，照射空间为灯高位置下方 空间及路面，无仰角散射，请见图21、22；

为对应提高可见度之需求，该低灯位逆向照明子***的光源，色温不低于4000K，道路 中央的色温低于两侧的色温。

低灯位逆向照明子***的运行模式包括通常模式(在正常开灯时间内常全开)和节能模 式(通常模式基础上调光)两种。低灯位正向照明路灯的关键问题是减小后视眩光。

3、关于低灯位前向照明子***：

(1)子***功能：提供前方空间照明。

(2)子系工作原理：

描述前景亮度的目标物表面亮度值在目标物表面多样性的条件下不可能直接测到。在这 里，我们利用垂直照度与目标物亮度之间正相关的性质，将垂直照度与目标物亮度做“归一 化”间接转换，从而得到计算目标物可见度的数据：亮度、亮度对比度。

空间照明的二维模型与分析

请参见图23，为提供前方空间照明的模型：

E_e＝E_r·cosα·cosβ

E_r：光源在障碍物表面的反射照度矢量；

E_e：障碍物表面的反射照度在驾驶员眼视轴方向的分量；

α：光源的入射角，即路面与光源投光方向之间的夹角；

β：反射照度矢量与驾驶员眼视轴之间的夹角。

低灯位前向照明基本原理是：

当α→0°时及β→0°时，E_e→E_r，即观察视线上的光辐射量E_e将取得最大值； 由此图不难看出，驾驶员的视线方向几乎与路面平行，为实现辨识前方障碍物的目的，当光 源以投光角度接***行于路面(低灯位)、照射方向与车行方向相同(前向照明)照射前方 空间时，前方空间的垂直照度最高，驾驶员视线方向上可获得最高的目标物表面亮度；前方 空间的垂直照度既是有助观察的主要分量，也是产生目标物表面亮度的原因。

(3)子***设计：

对于前向空间照明的基本要求是：应加强路面背景与前方障碍物之间的亮度负对比度与 色度对比度。

另一方面，合理的垂直照度的分布梯度，也是高效节能所必需。

前向空间照明子***的照度垂直方向梯度分布请见图24。灯具的配光设计还应在3米以 上部分提供适当的照明，以利识别大型车辆的顶部轮廓。垂直方向划分为三个照明区：

集中照射区：距离路面高度0～1.5米，主要功能是照射路面和轿车；

过渡照射区：距离路面高度1.5～3米，主要功能是照射大型车辆车体后部；

边际照射区：距离路面高度3～5.3米，主要功能是显示大型车辆轮廓。

集中照射区为前向照明的重点区域，要求有较高的垂直照度，过渡照射区次之，边际照 射区最低。三个照明分区照度的具体要求数值，需通过实验测试的方式加以确定。

对于担负空间照明的前向照明子***的要求是：采用具有较高光色品质(此处简化为较 高显色性、非过高的色温)的、与背景光源(此处为照射路面的光源)有一定色差的光源， 所提供空间的照明应具有亮度负对比性质。

前向照明子***的光源，色温高于逆向照明分量，但低于5500K，显色指数大于70，高 度在机动车驾驶员视平线附近，照射方向与所在车道的车行方向相同，(请参见图25、图26)； 运行模式包括通常模式(在正常开灯时间内分时段全开)和节能模式(通常模式基础上调光)。

4、关于低灯位横向照明子***

(1)子***功能：提供极端天气照明。

(2)子***工作原理：

在雨、雾、霾、烟等极端天气情况下，机动车远光灯的效率显著变低的原因是在机动车 前方的空气中聚集了大量悬浮状的气溶胶分子团。这导致一方面部分射向机动车前方物体的 入射光还未到达物体便被光路上的气溶胶分子团所吸收和散射，其散射部分形成白雾幕，即 “白(雾)墙效应”，致使驾驶员看不清道路前方的障碍物；另一方面是到达机动车前方物 体的入射光经反射后的光为悬浮在空气中的气溶胶分子团所吸收和散射，减弱了反射光的亮 度与对比度，致使机动车前方障碍物的可见度大大降低，例如大雨中，我们可以透过前风挡 玻璃看到车前银白色的雨丝，但看不清路面。

当我们改变灯光的照射方向，使得入射光和驾驶员视线之间的夹角接近垂直时，照射机 动车前方物体的光路上悬浮状的气溶胶分子团仅有一次吸收和散射机会，会在物体边沿形成 明亮的轮廓线，以突出显示在驾驶员面前，有效克服“白(雾)墙”现象。

体现这一原理的链式照明方式被认为是解决雾天道路照明的有效方法。

(3)子***设计：

横向照明分量子***以克服“白墙效应”为目标，功能是提供照射方向与驾驶员的视线 方向近于垂直的空间照明，加强前方空间与前方障碍物之间的轮廓对比度，提高极端天气情 况下前方障碍物的可见度水平。

对横向照明子***的要求是：采用具有较高穿透力(此处简化为较低色温)的光源，光 谱主光轴大于550nm，其照射方向与所在车道的车行方向垂直，与路面平行(请见图27、 28)，照射空间为灯前方空间，正常天气下关闭，仅在雾霾天气时开启。运行模式为在雾霾 天气时全开并与路面子照明***联动。

5、关于低灯位警醒照明子***

(1)子***功能：提供抑制昏睡照明。

(2)子***工作原理：

褪黑色素与驾驶员昏睡感

在道路照明条件下，若照明光源的辐射光谱中蓝色光含量多，则使人眼的瞳孔收缩得多， 就会具有较好的视觉功效，视看目标就感到清晰，朦胧感少，可见度就好。

光谱中的蓝色成份能够有效地抑制褪黑素的产生，在昼夜周期***中的峰值灵敏度大约 为465nm。蓝色光刺激视网膜上的神经结细胞，促使人体内皮质醇的浓度升高，而抑制褪黑 色素的分泌，能够使人感到精神焕发。低色温的光环境，蓝色光成分大大减少，促使人体内 皮质醇的浓度下降，褪黑色素的分泌增高，因而人便感到疲惫，需要休息。

通过照明介入，干扰驾驶员疲劳感、抑制陷入昏睡，使之清醒专注于前方道路。传统路 灯照明***完全没有抑制因视觉疲劳而陷入昏睡的功能。

(3)子***设计：

向行车方向的正向、逆向分别设置光源，蓝光、绿光、紫光分别由白光光源加亚克力彩 色透镜产生。

6、关于低灯位警示照明子***

(1)子***功能：提供故障警示照明。

(2)子***工作原理：

多维度照明***为驾驶员警示前方车辆出现故障的方法是让路灯连续闪亮。当驾驶员因 车辆故障将车驶入紧急停靠带内停稳后，可以迅速地找到位于道路右侧护栏的灯体上的手动 无线遥控报警按钮。按下按钮后，在按钮至来车方向距离100m处的所有路灯均以红色闪光 方式向后面来车发出警报，表示前边有车故障，从而提醒后车驾驶员减速行驶。

在原理上，我们知道，非明视觉条件下，动态闪光的物体的可辨识性远远高于比同样亮 度但静止的物体。由于在100m的距离上左右共有约20个上述红色闪光的路灯，这种以集 群主动闪光方式向后面机动车驾驶员发出警示的报警方式，比单纯一个静止放在地面上的三 角形报警标志要醒目得多，大大的提高了后面机动车驾驶员辨识的可靠性，增加了夜间行车 的安全。

(3)子***设计：

遥控报警闪光子***——手动无线遥控报警子***位于道路右侧，在100m的距离上左 右共有约100个上述红色闪光的路灯，按下灯体上的手动无线遥控报警按钮后，在按钮至来 车方向距离100m处的所有路灯均以红色闪光方式向后面来车发出警示，请见图29。

此警示照明子***单独控制、单独供电，平时不开，不耗电。

7、关于低灯位竖向照明子***

(1)子***功能：提供救援指示照明。

(2)子***工作原理：

当路面发生事故需要救援，要求指示事故方位时，一束穿透力强的竖直光可在事故地点 形成局部地标，在空中明确的标示出事故方位。

提供指示照明可有多种方法，上述竖向照射的方法简单可靠，尤其在雾霾天和手机信号 不佳的区域，竖向照明成为唯一选择。

(3)子***设计：

竖向照明子***的功能是提供指示照明，当发生事故需要救援时，在空中明确的标示出 事故方位。用于竖向照明的光源与灯具，其照射方向与路面垂直，其安装距离不大于2Km， 功率不大于10W，对称配光，照射范围87°至93°(请参见图30)照射空间为道路上方，与 其它照明分量无交集，光源光色为单色或多个光色相间；运行模式为平时不开，仅在特殊需 要情况下手动开启。

8、关于低灯位提示照明子***

(1)子***功能：提示前方非正常道路。

(2)子***工作原理：

低灯位路灯***安装在道路边测的护栏或混凝土挡板上，当路灯向边测投光时，可将护 栏或混凝土挡板照亮，采用不同光源光色可以得到带有色彩的反射光。

利用道路边测的护栏或混凝土挡板上带有色彩的反射光变化，可以提示前方特殊路况。 例如，正常路段时，灯体通过向上方、下方分别辐射蓝色、绿色和紫色的光来帮助驾驶员抑 制昏睡，提高注意力。这时驾驶员前方视野中呈现的是中间暖色系的清晰地路面和两旁渐变 的、冷色系的混凝土挡板反光。而在前方有急弯、下坡等特殊路况时，路面照明不变，但两 的混凝土挡板的反光则由冷色系变为较高饱和度的红色或其他暖色调，以此提示驾驶员：前 方出现了特殊路况；当道路恢复为正常路段时，路灯也恢复到冷色系。

(3)子***设计：

向灯体下部、上部分别投光，使得驾驶员方便的看到。蓝色表示普通路况，与抑制昏睡 照明子***的光色相同，红色表示前方道路事故多发，橙色表示前方有陡坡，黄色表示道路 变窄。

在桥梁栏杆上，远处可看到红、橙、黄、蓝四色的栏杆，不但提示特殊路况，还兼有景 观照明功能。

9、关于低灯位景观照明子***

(1)子***功能：提供景观照明。

(2)子***工作原理：

在某些特殊路段，例如桥梁，还要求路灯能够提供景观照明功能。

(3)子***设计：

该子***的照射方向朝向灯体的下方。

10、关于智能控制***

(1)***功能：提供路灯状态自动巡检、照明模式自动转换。

(2)***工作原理：

自适应控制路灯开关与运行功率，正常天气与极端天气模式的自动转换——雨量探头、 雾霾探头、计数探头

(a)决定路灯开关与运行功率

以“亮度与流量”控制模式取代“亮度与时间”的控制模式，改变“按时间分段”的运行功率转换机制，在道路的适当位置，使用路灯平台加载车流量计数***，由计数探头测定实时的车流量，再根据天空亮度与车流量的真实情况进行节能控制，确定路灯的运行功率。

“亮度与流量”控制比目前的节能控制方式更为科学也更加节能。

(b)正常天气与极端天气照明模式的自动转换。

(3)照明方式自适应调节：

照明方式自适应调节指：只要向控制***输入路面反射率的测试结果，控制***能够根 据该结果自动调节正向照明光源与逆向照明光源之间的功率分配。

(4)运行模式自适应转换：

路灯自适应控制包括路灯开关与运行功率的自动控制，根据天气状况自动转换硬件包括 雨量、雾霾、车流量传感器，主机和多路控制器等。控制对象为根据车流量统计及天空亮度 情况决定最佳开灯时间与路灯调光。

根据雨量、雾霾情况决定最佳照明策略与控制措施

1)、正常天的照明策略：提高可见度，绿色节能。

控制措施：开启逆向/正向照明子***，开启前向照明子***，关闭横向照明子***， 开启抑制昏睡照明子***，激活警示照明子***与救援照明子***。

2)、雨雪天的照明策略：降低路面眩光，显示前方障碍物及道路轮廓。

控制措施：关闭逆向照明子***，开启正向/前向照明子***，开启横向照明子***(功 率只开1/2)，开启抑制昏睡照明子***，激活警示照明子***与救援照明子***。

3)、雾霾天的照明策略：显示前方障碍物及道路轮廓。

控制措施：关闭逆向照明子***，关闭正向/前向照明子***，开启横向照明子***(功 率全开)，开启抑制昏睡照明子***，激活警示照明子***与救援照明子***。

(5)控制***：

1)、***组成：

硬件：上位机(控制主机)、集中器、LED电源(调光)、LED护栏灯、配电设备；

软件：上位机控制软件、集中器软件

总***控制：上位机发出指令(带UID)，相关集中器接受命令，处理命令，转发给控制节点，控制电源调光以及分4组控制护栏灯具执行动作；

区段控制线路：每个区段的电控柜配置一个集中器，控制本区段的LED护栏灯；

控制的实现：每台集中器有一个唯一的身份代码UID，每控制节点有一个唯一的身份代 码UID；当上位机发出开关或调光指令时，该指令(带UID)通过GPS/光纤给相应的集中器，集中器将命令分解转发给需要控制的控制节点，控制节点根据指令响应相应的动作；

区、组、点控制的实现：

区控：每个区由一个集中器控制，只要向该集中器发出区控指令，则该区内的所有灯具 执行同一指令；

组控：在区内可以分成组，由上位机给组发出指令，该组执行指令；

点控：上位机向单一灯具(UID)发出指令，则该灯执行指令；

调光的实现：上位机上有分成若干级别的调光指令(不同值的百分比量)，LED电源内 部有控制软件，在接到上位机通过集中器下发的控制指令(如调光、开关灯)，该软件控制 电源硬件执行相应的命令实现包括调光在内的所有指令；

控制的实现：控制器中设计有4组继电器输出，对应到护栏灯中4组灯光的控制，可实 现单点、分组、全开全光功能。控制调光模块请见图29。

11、关于智慧城市子***

(1)子***功能：提供数字终端平台。

(2)子***工作原理：

该平台采集的所有信号与指令全部接入城市大数据中心，存储于云端，而后由相关职能 部门依权限分享。可为下列部门提供信息：1、路灯运行管理2、道路交通管理3、城市治安 与环境管理。管理主体：城市交通监控中心、公安部门、气象部门、环保部门、城市抗灾指 挥部门。

空气质量测量

采集各种交通污染物及O₂N、SO₃及PM2.5等数据，周期性上报，及早预警、报警。

1)、气象雨量测量

环境温湿度测量传感器，雨量及水深传感器子***，测量环境温度与湿度水平，采集数 据后周期性上报，及早预警、报警。

2)、汽车充电

当有车辆由于电瓶问题而无法启动时，12V电源可为汽车启动直接提供打火电源。

3)、WIFI热点

目前，城市的公交车、地铁等公共交通工具上均已实现或将实现WIFI覆盖，但在流动 的占总量90％以上的大量非公交车辆，未能覆盖。

4)、噪声测量

市政道路噪声实时探测、取证、报警、记录。

5)、风电、光伏一体化

轴流式风车占地面积小，转速稳定，可用作风力发电机；单晶硅电池板转换效率较高， 可置于公路护栏上，与轴流式风车共同以风光互补方式为路灯供电。

(3)子***设计：

1)、路灯运行监控子***

a)、该***具有自动定时控制功能：根据城市的地理位置(经纬度)和一年四季的天气 统计情况，构造一个开、关定时时间表，将周期时间内每天操作开关灯的时间(包括：日常、 节假日、周末开关灯时间等)，下载到各路灯控制终端自动执行；临时性操作控功能：遇到 临时性的特殊情况，例如有重大活动、维修巡视，则可以根据需要制定临时性的控制策略， 由***根据临时性策略进行临时性控制；立即操作功能：在突发性情况，比如天气可视情况 突然恶化，现场操作维修等情况，通过后台进行对指定区域、路段的路灯控制。

b)、路灯运行状态自动巡检子***：该***通过电力载波线实时遥测路灯电压、电流值， 发现异常，当偏离值超过事先设定的阈值范围时，触发报警信号。该***还具有单点控制功 能、远程测量功能(遥测)功能、远程报警功能，能够处理过压、过流报警；非正常开关灯 报警；亮灯率低于额定值报警；终端控制柜非法打开报警；线杆门非法打开报警；通信故障 报警；电缆断路、短路报警；报警记录、统计(请参见图32)。

2)、城市道路监控子***

(a)交通路况、事故，安保监控：路灯视频监控与路灯GPS定位，对重点路段路灯安装工业视频监控摄像头，周期性上报本身的各项工作状态信息。所有视频头可以接收后台监 控***的统一运行操作并采用交互式视频，监控交通路况，交通事故，安保多方位视频录像。

(b)显示照明：显示照明的基本原理为：数字化城市中，智能交通指挥***需要及时 向驾驶员提供道路交通信息，发布交通指挥部门对驾驶员的指令，其指令可通过音频信号或 视频信号传导。显示照明子***的功能是传达实时视频信号、显示图文信息，引导车辆有序 行驶；用于显示照明的光源与灯具为LED或/OLED屏幕或点阵，照射方向斜对所在车道行 车方向；由交通指挥部门采用遥控方式启动、控制运行(请参见图33)。

3)、城市环境监控子***

(a)空气质量、噪声测量：利用GPS***定位，在空气质量、噪声监控节点，安装空气质量与噪声测量传感器，测试采集空气PM2.5、PM5、PM10以及有害气体含量等相关数 据，通过WIFI网络上传至3G/GPRS网关，由3G/GPRS网关上传至后台监控平台***，实 现各种交通污染物及市政道路噪声实时探测、取证、报警、记录。

(b)气象雨量测量：在城市气象监控节点，安装环境温湿度测量传感器，雨量及水深 传感器子***，测量环境温度与湿度水平，采集数据后周期性上报，及早预警、报警。

(c)景观照明：景观照明子***的功能是在不影响行车安全的条件下，提供景观照明， 构成城市夜晚景观元素，塑造节日氛围。景观照明子***主要应用于或桥梁，该子***与以 上功能性照明子***集成为一体化灯具。独立运行，由城管部门单独控制或通过交通指挥部 门控制。

(d)汽车充电：当有车辆由于电瓶问题而无法启动时，12V电源可为汽车启动直接提 供打火电源。

(e)WIFI热点：目前，城市的公交车、地铁等公共交通工具上均已实现或将实现WIFI 覆盖，但在流动的占总量90％以上的大量非公交车辆，未能覆盖。中灯位市政道路***，组 建可见光通讯技术平台，实现城市道路WIFI覆盖。

4)、路灯光伏一体化子***

现行道路照明方式中，单灯功率(HID)灯为250W，(LED)灯为150W，灯距30m至 40m，体现的是集中式照明。在集中式照明条件下，以目前的光伏技术，完全用太阳能作为 唯一供电电源不可靠。事实上，为提高可靠性，当前投入实际行的高速公路、市政道路光伏 一体化照明，基本上均采用双重电源(220V交流与光伏或风光互补)供电，大大增加了投 资，这仅具有示范意义，而无商业价值，也是目前道路光伏一体化照明未能全面推广的重要 原因。

多维道路照明***一个重要成果是将单灯功率减小为2－3W，灯距减小为2至8米。相 对于现行道路照明体系，分布式、小型化照明使得多维道路照明***的单灯功率仅为集中式 照明方式的1％到2％，则单灯的光伏电池面积、存储部件随之大为减小，单灯故障的影响范 围也大为减小，可以提高供电可靠性，从而使得以太阳能为单一供电电源的一体化路灯成为 可能，也可以设计使用光伏、风能等绿色能源对路灯供电。

可选地，本实施例还可以在照明路灯中加入诱导照明子***。

12、关于诱导照明子***：

子***功能：提供视觉诱导

子***工作原理：

多维道路照明***中，低灯位安装的路灯的灯体采用橘红色。采用工程塑料做为多维道 路照明***路灯的灯体材质，在壳体内添加适量的荧光粉；若采用金属材料做为多维道路照 明***路灯的灯体材质，则在灯壳外表面喷涂荧光材料。

子***设计：

在正常供电时，加入荧光粉的橘红色灯体本身就比较明亮，在路边形成两排亮点，呈示 道路走向。

在突然断电时，传统路灯将漆黑一片，行车安全大大降低。在车灯照射下仍可发光，增 加导示性，提高突然断电时的行车安全。

二、照明子***布局

1、照明子***平面布置

逆向照明：第一光源，密封的第一LED灯珠+透镜；

正向照明：第二光源，密封的第二LED灯珠+透镜

电子设备仓：驱动电路及控制设备

2、照明子***立面布置

主要有正向照明出光口，横向照明出光口，警示照明出光口，竖向照明出光口，路灯定 位螺孔，驱动与控制设备仓。

请参见图34至图39，为本实施例提供的一种路灯灯体的结构。灯体上设置有多个光源、 供光线出射的出光口、位于顶部的具有颜色的盖板1以及顶板固定螺丝孔位13。盖板内部还 设置有定位槽12、用于固定灯体内的电子线路与设备的仓槽9、用于防止光源之间相互干扰 及防止逆向直视眩光的隔板11。图中示出的光源包括逆向照明光源7、正向照明光源8、横 向与警示照明光源的安装位置16。出光口包括正向照明出光口2、横向照明出光口3、警示 照明出光口4、逆向照明出光口5以及逆向照明挡光板6。隔板包括正向照明与横向照明、 警示照明隔板10。图中的灯体还示出了背面透光口14以及灯体安装固定螺丝孔位15。

本实施例将各个低灯位的照明子***的光源与控制元件集成在一个灯体内，组成实体路 灯，实现了照明子***的实体化、集成化。该路灯具有无眩光、照明功效高以及自适应控制 等特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多维度复合配光路灯，其特征在于，包括灯体以及设置于灯体上的多个不同维度的照明子***以及智能控制***；所述灯体的安装高度低于1.2米，所述照明子***的投光光轴为一个或多个方向；所述照明子***采用光学配光与结构配光，所述光学配光采用自由曲面透镜以及微结构，所述结构配光采用灯体结构导光以及截光，所述智能控制***根据其接收到的车流量统计与天空亮度情况控制所有照明子***的开关与运行功率，并根据天气状况自动转换照明子***。

2.如权利要求1所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述照明子***的投光光束角小于10°，投光光轴距高比大于10。

3.如权利要求1所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述照明子***包括通常模式以及节能模式，所述通常模式为正常开灯时间内常全开，所述节能模式为在通常模式的基础上调光。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述多个不同维度的照明子***包括低灯位正向照明子***，所述低灯位正向照明子***的照射方向与其所照射车道的车行方向相同，其照射空间为灯体高度位置下方空间及路面；所述低灯位正向照明子***的光源发光表面截光，同时其下沿逸散光反射面被截断。

5.如权利要求4所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述多个不同维度的照明子***还包括低灯位逆向照明子***，所述低灯位逆向照明子***的照射方向与其所照射车道的车行方向相反，其照射空间为灯体高度位置下方空间及路面；所述低灯位逆向照明子***的光源发光表面截光，同时其下沿逸散光反射面被截断。

6.如权利要求4所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述多个不同维度的照明子***还包括横向照明子***，所述横向照明子***的照射空间为所述灯体的前方空间，正常天气下关闭，仅在雾霾天气时开启；其运行模式为雾霾天气时全开并与照明子***自动转换；所述横向照明子***的光源位于镂空的可透视灯体内，其出光口截光。

7.如权利要求4所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述多个不同维度的照明子***还包括警醒照明子***、警示照明子***、景观照明子***、提示照明子***以及竖向照明子***；

所述警醒照明子***的光源为白色、蓝光、绿光、紫光或色温高于5000K的冷光色光源，以单色或相间布置；

所述警示照明子***为遥控报警闪光子***，所述灯体上设置有手动无线遥控的报警按钮，按下所述报警按钮后，所述警示照明子***开启；所述警示照明子***单独控制、单独供电，平时不开；

所述景观照明子***朝向所述灯体的下方投光；

所述提示照明子***分别向所述灯体的上部以及下部投光，其照射方向与路面垂直，其照射空间为所述灯体的下方，其出射的光至少具有两种不同颜色；

所述竖向照明子***的照射方向与路面垂直，其照射空间为所述灯体的下方，路面的上方；其照射方向与其他照明子***的分量无交集；其运行模式为平时不开，仅在特殊需要情况下手动开启。

8.如权利要求4所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述多维度多层面照明路灯还包括智慧城市子***，所述智慧城市子***包括路灯运行监控子***、城市道路监控子***、城市环境监控子***以及路灯光伏一体化子***。

9.如权利要求1所述的多维度复合配光路灯，其特征在于，所述灯体上盖设计成脊型，具有防积雪功能；灯体内部隔板设计成隔栅型，具有防积尘功能；灯体各个电气部分，均设计成达到IP67的防水单元，具有独立防水功能。