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原文传递基于光气候理论的隧道洞外景物亮度研究

论文题名：	基于光气候理论的隧道洞外景物亮度研究
关键词：	隧道照明;隧道洞外景物亮度;光气候理论
摘要：	本文是国家自然科学基金课题《基于人眼适应的公路隧道入口段亮度研究》(项目批准号：50908240)、《视觉理论在公路隧道照明节能中的应用研究》(项目批准号：50878217)以及重庆市科委自然科学基金计划资助项目《创新的公路隧道LED照明理论研究》(项目批准号：2010BB6051)的研究分课题，旨在进一步完善隧道照明标准中最重要的基准参数--洞外景物亮度，为隧道照明设计标准的制定和隧道照明设计的实践提供更为科学的依据。　　隧道洞外景物亮度是隧道照明设计最重要的基准参数，合理的隧道洞外景物亮度值的选择既要保证隧道交通的安全性又要保证隧道照明的经济性。我国现行隧道照明设计标准中给出的隧道洞外景物亮度的标准值，是直接选用的CIE给出标准建议值。实际上，由于各个地区的光环境的差异以及隧道洞外景物的表面材料反射特征的差异，必然会导致隧道洞外景物亮度的差异。因此，本文在大量的调研基础上，结合已有的最新的光气候研究成果，提出了用光气候理论研究隧道洞外景物亮度新的理论和方法。　　论文第二章通过对CIE和各国公路隧道照明设计标准中，隧道洞外景物亮度表中所列出的典型洞外景物亮度要素的分析，以及通过重庆、贵州、福建等地的20余条公路隧道的实地调研，提出了本文研究中所考虑的公路隧道洞外典型景物要素，并指出这些景物要素表面亮度的影响因素。并首次提出了用参考光气候条件作为计算洞外景物亮度的依据。　　论文第三章简述了天空亮度分布模型的最新研究成果和CIE一般标准参考天空模型，提出用一般标准参考天空模型作为天空亮度的研究模型。在综合考虑CIE关于隧道洞外亮度实测条件和实际的可操作性的基础上，建议选用CIE一般标准参考天空中的第12类，即标准晴天空，作为隧道洞外天空亮度的研究模型。提出了用累计出现频率75小时最大水平面照度对应的平均天顶亮度作为计算隧道洞外天空亮度的参考天顶亮度。同时提出了用水平面散射照度换算天顶亮度值的理论依据。以重庆为例计算出晴天空条件下隧道洞外接近段视野范围内不同方向的天空亮度值。　　论文第四章以光气候的基本理论为依据，以已有的研究成果为基础，讨论了地面任意平面的辐射通量，以及如何通过辐射光当量将辐射观测数据转换为光照度数据；还讨论了水平面照度转换为垂直面照度的转换系数。分析重庆的光气候观测数据，创造性地提出用累积出现频率75小时的参考水平面照度值和夏至日正午标准晴天空为参考天空条件，作为计算隧道洞外景物亮度的依据。还通过分析我国14个城市的光照度观测记录数据，对本文提出的“基准参考光气候条件”的普适性进行了研究，并以中国建筑标准气象数据库中的57个城市的光辐射观测数据为依据，给出了我国不同地区的隧道洞外景物亮度的参考水平面照度修正系数。　　论文第五章将隧道洞外景物分成3类进行分别研究：一是水平路面，二是铅垂表面的构建筑物，三是植物绿化。1)水平路面：其表面由于路面构造的特殊性和使用过程中的污染，在太阳直射光照射下某些角度会出现一定程度的定向反射。应该分别考虑太阳直射光和天空散射光对路面亮度的影响，建议使用CIE推荐的简易亮度系数r表计算参考天空条件下的直射光亮度；使用平均亮度系数计算天空散射光的路面反射亮度。2)隧道洞外的构建筑物：考虑通过规范限制定向反射或者定向反射程度高的混合反射材料在隧道洞外构建筑物表面的使用，只选用漫反射或类似漫反射材料，因此只需要考虑构建筑物表面的光反射系数，并根据常用的构筑物面层材料的反射系数计算出重庆参考天空条件下、不同方向的表面亮度值。3)对于表面反射复杂的绿化，本文提出用数码相机测量植被表面的平均反射系数。通过实验得到数码相机的光学表达式，并通过实际拍照、测量和计算找到不同植物表面的反射系数。进一步计算出了重庆参考天空条件下的不同植物的表面亮度。　　论文的创新之处在于：　　 ①理论创新：从统计学理论出发，用光气候的研究成果研究隧道洞外景物亮度，创新性的引入了“基准参考光气候条件”的概念，并将其作为计算隧道洞外景物亮度的依据。以累计频率75小时的最大水平面照度作为参考水平面照度，以累计频率75小时的最大水平面照度对应的天顶亮度的平均值作为参考天顶亮度。　　 ②应用创新：我国缺乏长期的隧道洞外景物亮度的观测数据，无法给出适合我国国情的洞外景物亮度标准值，本文提出了将光气候观测数据应用于隧道照明标准中的洞外景物亮度，可以进一步修正和完善隧道照明设计标准，给出更科学合理的设计依据。并首次提出不同地区由于光气候的差异导致的洞外景物亮度值的差异，可以用不同光气候区的光气候资料对洞外景物亮度进行系数修正。　　 ③方法创新：用光气候理论确定隧道洞外景物表面亮度。
作者：	孙春红
专业：	建筑技术科学
导师：	陈仲林
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文