摘 要：本文主要介绍英国照明研究机构研发的“室外照明特性分析模型（OSP）”的评价分析系统，如何用来保证照明设计既能限制光的溢散造成光污染，又能符合照明设计标准。
关键词：室外照明特性分析模型 评价系统 相关意义
光污染包括多种从室内照明或者从道路照明等的边界中泄露出来的光线。城市中泄露出来的光线甚至会妨碍在夜间观察天空的星星。道路照明的光线透过居民寝室的窗户会造成光污染，以及灯具引起的不舒适眩光。
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英国的R-Tech sehreder和Philips照明（欧洲）等照明制造商与英国照明研究中心联合研发了一套用来分析三种主要的、令人讨厌的光污染的影响评价系统。这个命名为“室外照明特性分析模型”（OSP）的评价分析系统对各种照明系统进行评价，在考虑到相邻人群和社会利益的前提下设计出符合各自需求的照明系统。
“室外照明特性分析模型”（OSP）的最为基本的假定是，室内照明、道路照明等个人空间所有人在各自的照明使用空间内需要柔和的光线作为照明之用，但是，从社会学的观点来看，问题是，光线从自己的个人空间所有权的建筑物中泄露出去。
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“室外照明特性分析模型”(OSP)建立了一个通用的“箱体”作为一个区分个人利益与公共利益之间的分界线。OSP评价系统中建立起的“箱体”界定了房屋、灯杆等个人空间所有权的分界线。个人空间所有权的分界线是基于在全世界范围内从法律角度出发的、公共建立的、以及众所周知的基本原则之上而建立起来的。OSP评价系统的计算基础，是以进入该“箱体”内部的某个视点来考察从个人空间所有权的边界中泄露出来的光线的不同影响。
图1显示OSP评价系统围绕着某一场所使用的一个假定的、计算用“箱体”。OSP系统计算从各个方向穿过该箱体各个界面的光线。计算箱体包括可由任何能够计算内部反射光（OSP同时基于直射光和内部反射光）的、商业化的照明软件计算所产生的平面。
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计算箱体的顶端位于固定的、但是高于个人空间的建筑物元素，比如位于最高处的灯具或是建筑物的顶部的任意距离（10m）的高度处。在道路照明的场合，路灯照明所形成的箱体具有典型的、有规则的空间，因此处理就较为简单，在该段道路的上方建立一个与道路尺寸等同的箱体即可。（见图2）
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OSP评价系统的计算内容广泛全面、但又简单易懂，可提供一个准确预测的、同时也可被现场验证的照明方案。OSP系统采用测量所有从个人空间中泄露出来的光线来表达天空辉光，将之定义为辉光。OSP系统通过测量所有从个人空间所有权边界内泄露出来的光线的峰值，来表达光线侵犯，并简单地将之定义为光污染。OSP系统还能够测量从灯具中发出的不舒适眩光，由于有关眩光的概念尚在探讨之中，这里将不展开讨论。
OSP评价系统的计算，基本上采用照度值（lux,在美国则为英尺-烛光），这个几乎最为广泛应用的光度学单位。之所以采用照度（无论是flux或是密度相比）是因为该计量单位简单易懂、便于采用标准仪器进行现场验证，同时还因为该计量单位是照明设计软件的标准输出。OSP系统的现场验证不需要专门的专业知识，只需一个照度测量计即可。以及在大多数情况下，还需要一辆带铲斗的汽车而已。采用照度值作为测量单位的最为重要的原因，是在较大的空间或是较小的空间中受到的限制几乎是相同的（计算眩光时，还需要包括几何的因素以支持照度值）。
眩光的量值包括所有的侧面和顶面在内的全部平均照度值。在OSP评价系统中，侵犯光采用在任何一个计算平面上的最大照度值。在OSP评价系统中，必须将眩光和侵犯光分别处理。这是因为对于某个给定的个人空间中，这二个概念并不是一定相互关联的。
比如，某个场合的平均照度可能非常低，但是在某几个点上的照度值却可能非常地高。
公共室外照明系统测试工作项目的发起者联合英国照明研究中心，采用OSP评价系统对总数为66个点的公共室外照明系统，包括停车场、道路以及体育场等进行测试工作，其中的一些测试点实际安装了照明灯具。测试参与者使用各自熟悉的计算软件。被评估的这些照明系统反映了公共照明装置的通常设计规范，但不一定完全符合照明行业的常规推荐值。大多数被测试的照明系统使用安装在灯杆上的灯具，只有向下方向的下投光。
OSP评价系统进行的这些测试工作中，有关辉光显示了一些有趣的结果：包括地面的反射在内，从室外照明装置中泄露出来的光线总量非常之大（见图3），其中，地面照度的典型值约为20%（见图4）。
测试结果是实际情况的，虽然实际测试时其中有些灯具发射出的光线超过90度。现行照明业界推荐的从灯具中发生的直射上行光形成的光污染中，从个人空间中泄露的光线总量中不包括灯具内部反射光的。对于天空辉光，内部反射光的贡献是不可忽视的。OSP评价系统的测试工作还显示从个人空间中泄露的光线总量与到达地面的光线的总量是相关的（图4）。
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OSP评价系统进行的测试工作还提供了从个人空间的内部来观察侵犯光。在个人空间的边界线上测出侵犯光的最大照度达到10-1000lx，均超过通常现行照明行业所推荐的、允许照射到邻居的窗户的照度值（1-25lx）。（见图5）
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这些差异符合反平方定律的自然顺序：在个人空间所有权的边界之内，建筑物越是离开个人空间的边界，照度的泄露就将是越低。需要特别指出，有趣的是在个人空间所有权的边线上的最大照度，通常并不是由于灯具的玻璃系统设计得较差而形成的，仅仅是由于灯具离个人空间的距离过于接近而造成的。
这些测试工作显示OSP评价系统在实际工作场所的应用非常简单，但是若要将OSP系统定量地评价由于公共照明设计所造成的、潜在的光污染，则应重新加以足够的定义。更进一步，前述进行的这些测试结果，仅仅首次提供了一个平台，用来探讨从个人空间中泄露出去多少数量的光线将是允许的。
相关意义辉光是指从测试现场发射出能形成天空辉光的光线数量的多少，辉光是由多种因素共同作用的结果，包括：
1.照度因素：降低个人空间边界内的光线照度，可以降低辉光。
2.地面反射因素：比如说，即使同样的照度条件下，混泥土路面比黑色柏油路面造成更多的光线反射。
3.树木、屋顶以及其他结构因素：植物和其他易于吸收光线的材料将降低辉光。
4.灯具的光学系统的小改变对辉光的影响变化不大。
侵犯光是指降落于邻居的个人空间所有权之内的光线总和，但应该以新的思维方式加以考虑：
1.无论是辉光或者是眩光均与个人空间所有权边线上的光线的最大照度值无关。比如，假如即使在个人空间的边界面上，单个灯具也可能会形成眩光。
2.在影响对邻居的个人空间的照度方面，灯杆的位置起了重要的作用。对于控制侵犯光，控制灯具的光学系统远不如控制灯杆的位置。
3.侵犯光不考虑在个人空间的边界面上的照度。
因为通常，在设计阶段是不可能了解建筑物位置的，比如哪里是寝室的窗户。
现行的照明行业中的推荐标准，常常关注灯具的光学系统的光线分布特性，而不是考虑在实际使用的场合。OSP评价系统的测试工作显示，那些几乎看起来没有光污染的灯杆照明，当其安装的位置过于靠近个人空间的边界面时仍然可能产生侵犯光。更进一步，受到灯具标准（比如说一个带曲面碗状的漫射罩）等其他方面限制的灯具，当该灯具的灯杆安装在远离个人空间的边界线或可能会造成的阴影之处时，也是可以使用的。由于OSP评价系统仅仅是最为基本的运行，个人空间的所有者完全可以自由地采用其他非照明的方法、比如植物等来限制从个人空间中泄露出来的光线。
OSP评价系统与其他的光学测量系统不尽相同之处：
1.OSP系统的基本基于个人空间的边界，介于个人利益和公共利益之间的部分。
2.OSP系统在表达光污染、辉光、侵犯光以及在这里不展开讨论的眩光等相关联的所有的主要概念方面，是最全面的、最容易理解的。
3.OSP评价系统是基于实际应用数据发展起来的，所以使用OSP系统可以很方便地进行有意义、以及现实地讨论所推荐的照度。
4.OSP评价系统采用普通的光学计算软件，这样具有较高的兼容性。可以表达个性的需求。比如，对于辉光总照度的计算就非常容易实现。如果需要更进一步的研究，可以在计算机软件中、在不同的空间及时间、或在频谱因子的范畴内进行。
5.OSP评价系统可以使用现在通常便于获得的、廉价的测量装备加以验证。
6.更为重要的是OSP评价系统可以直接产生照明设计方案。OSP系统并不受到可能遇到的、专业照明设计标准的约束。此外，OSP系统重视个人空间的权利，同时遵循有关光污染的社会的公正判断。
下一步的工作
OSP评价系统能够使得在对限制光污染感兴趣的参与者之间形成基本的、适当的以及定量的讨论。图4所示的即为使用OSP系统的结果所建立起来的光污染比例图。这些在实际场合所产生的辉光值中，最接近衰减线的值可定义为“可接受的”的照度值。最小辉光值等效水平照度则被定义为“较好”的照度值（见图6）。
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OSP系统还能够将某个公共社区的照明限制图具体化。比如，某个社区可能允许体育场的水平照度值较高，这样较高程度的辉光就被限定在一定的时间段内运行。然后，在较晚时间后，再严格地限定辉光。(见图7)
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同样，也可以用OSP系统来规范侵犯光。侵犯光的最大照度值可以由社区根据区域环境中诸如照明装置的类型、专门规定的宠物活动时段或者社区的其他要求而设定。
还必须注意的是，从个人空间中泄露出来的最大照度自然地、常常超越邻居窗户设定的照度限定值之上。实际上，通常没有考虑灯杆的安装位置与邻居的个人空间的窗户之间的空间。当然，使用OSP系统最终目标仍然是在个人空间的边界线上建立起最高照度的限定值，以使得侵犯光的照度值降至最小。
对于转换现行推荐的个人空间的边界线上的最大照度值，研究工作仍然在进行之中。
结论
光污染是一个普遍的课题，已经在各个不同的场合以各种不同的方法应用着。照明产品的工程师、制造商和照明系统的规划人员，可以使用OSP评价系统定量地对各种照明方案进行比较，在进行照明系统的光学设计时考虑到个人空间的光线泄露（辉光）、强加给相邻人群的个人空间的光线（侵犯光）以及由于灯具引起的不舒适（眩光，将在以后再加以表达）。
OSP评价系统简单、易于理解，其使用方法也非常容易，同时还便于在现场加以实际确认--OSP系统吸取了现有的、常用的照明设计计算软件的优点。
OSP评价系统是一款内容广泛的、定量的、概念简明的以及用于处理光污染的光学测量评价系统，可用来保证设计的照明系统既符合照明设计目标、又使得个人空间的个人自由得以保证，同时还将兼顾所居住的社区所设置的、令人讨厌的对照度的各种限定。
摘译自《Lighting Design &Application》
[美]2007年10月号