城市道路照明工程现场检测

摘要：本文对城市道路照明工程现场检测分别从照度、亮度等测量仪器的特性和工作原理、使用方式、计算方法、测量条件等方面进行了详细的阐述。本文对照明工程检测具有很好的指导意义。

关键词：道路照明工程  现场检测  测量仪器  测量

 

为加强市政基础设施工程质量管理，提高质量责任意识，强化质量责任追究，保证工程建设质量，住建部先后制订《建筑工程施工转包违法分包等违法行为认定查处管理办法（试行）》（建质[2014]124号）、《建筑工程五方责任主体项目负责人质量终身责任追究暂行办法》（建质[2014]124号）等文件，明确要求建设、勘察、设计、施工、监理单位对所承建工程的质量终身负责。

工程检测是指依据国家有关法律、法规、工程建设标准和设计文件，对建设工程的材料、构配件、设备，以及工程实体质量、使用功能等进行测试确定其质量特性的活动。照明工程检测以保障视觉工作要求和有利工作效率与安全，节约能源和保护环境，确定维护和改善照明的措施为目的进行下列测量：

(1) 检验照明设施所产生的照明效果与所规定标准的符合情况；

(2) 检验照明设施所产生的照明效果与设计要求的符合情况；

(3) 进行各种照明设施的实际照明效果的比较；

(4) 测定照明随时间变化的情况。

照明工程检测作为确保城市照明工程质量的关键环节，对于保证工程质量，规范市场竞争，引导产业健康发展均具有十分重要的意义。

5.1测量仪器

5.1.1照度计

照度计是一种测量照度的仪器。照度计的质量由以下五个方面的因素决定：

(1) 光谱响应特性：硒光电池或硅光电池的基本光谱响应不同于人的视觉系统的光谱响应。如果光电池不加修正而直接使用，在测量光谱能量分布不同的光源，特别是测量具有非连续光谱的气体放电灯产生的照度时，就会出现较大的误差（图1）。所以，为了获得精确的照度测量，必须对光电池的光谱灵敏度进行修正，即在光电池上加滤光片，从而使其光谱灵敏度曲线与曲线的偏离可以忽略。
图2 角度响应特性

(2) 角度响应特性：点光源S在被面元处产生的照度与被照面法线和入射光线之间夹角 的余弦成正比（图2）。而当光束入射半导体光电池时，光束中的光能量会在光电池表面及其内部产生一个比较复杂的随光束入射角变化而变化的反射、透射和吸收的过程，同时，固定光电池的部件也会对部分光线形成遮挡，从而导致其角度响应特性并不符合余弦定律，且因此产生的误差随入射角的增大而增大。目前常用的照度计修正方法是：在光电池前端加一个用均匀漫射材料制成的余弦修正器，使光束无论以何入射角入射，光电池探头接收到的都是均匀漫射光，同时，此均匀漫射光的光通量与入射光束的光通量之间符合余弦法则。

(3) 响应的线性：在测量范围内，照度计的示值应该与光电池受光面上的照度值保持线性关系。然而对于硅光电池来说，光电池的开路电压与光照度的关系是非线性的，且在光照度为20001x时就趋于饱和；而光电池的短路电流在很大范围内与光照度成线性关系，且负载电阻越小，这种线性关系越好，同时线性范围越宽。因此，为使照度计的示值与其光电池探头受光面上的照度保持线性关系，应当尽量减小负载电阻，使光电池在接近短路的状态工作，也就是把光电池作为电流源来使用。目前通常的做法是将光电池连接在一个运算放大器的输入端，由于运算放大器的输入阻抗很大而输出阻抗较小，可以保证硅光电池在一个较大范围内都能够实现线性响应。

(4) 对温度的敏感性：温度的改变对光电池所连接的电路内阻产生影响，因此环境温度的变化会引起测量误差。硒光电池比硅光电池对温度更敏感《光照度计检定规程》（JJG245—2005）规定照度计检定时的环境温度应保持在（20±5）℃，湿度小于85%RH。因此使用照度计的最佳环境温度为15℃～25℃左右。合格的照度计在使用说明书上都应列有该照度计对温度的适应范围。

(5) 疲劳特性：照度计在检测超高照度或长时间检测一个特定照度时，都可能会使半导体光电池内部的电子空穴对达到饱和状态而不再响应更进一步的或者细微的变化，这被称为光电池的疲劳效应。疲劳效应会引起照度计读数的不准确，由此带来的误差称为疲劳误差。照度计的疲劳误差值一般会在照度产品说明书中列出，且不应超过相关标准限值的要求。

总的来说，一个合格的照度计应具有光谱频率响应修正、余弦响应修正、响应的线性程度高、不易受环境温度影响、疲劳误差小等措施和特点。按《光照度计检定规程》（JJG245—2005）进行检定。在上述检定规程中规定了标准照度计、一级照度计和二级照度计应分别满足的技术要求。现将相应数据归纳于下表1中：

表1  各级照度计的技术要求

根据《照明测量方法》GB/T 5700-2008的规定对于照明的照度测量，应采用不低于一级的光照度计，对于道路和广场照明的照度测量，应采用分辨力≤0.1 lx的光照度计。同时在使用照度计进行测量时，应注意以下5个问题：

(1) 光电池所产生的光电流在很大程度上依赖于环境温度，而且光电池又是在一定的环境温度（一般为20°C±5°C）下标定的，因此，当实测照度时的环境温度和标定时的环境温度差别很大时就得对温度影响进行修正。

(2) 由于照度计的光度头是作为一个整体（包括余弦修正器、V（λ）修正滤光器、光电接收器）进行标定或校准的，因此使用时不可以把V（λ）滤光器或余弦修正器拆下不用，否则就会得到不正确的测试结果。

(3) 由于光电池表面各点的灵敏度不尽相同，因此测量时应尽可能使光均匀布满整个光电池面，否则也会造成测量上的误差。

(4) 由于光电池使用时间长了会逐渐老化，因此照度计要进行定期或不定期的校准，校准间隔要视照度计的质量和使用多寡而定，一般应一年校准一次。

(5) 在潮湿空气中，光电池有吸收潮气的趋向，有可能会损坏、变质或完全失去光灵敏度。因此，要把光电池保存在干燥环境中。

5.1.2 亮度计

亮度计是一种测量亮度的仪器。从测光原理可分为成像式亮度计和遮光筒式亮度计。其工作原理都是由视觉（或色觉）匹配的探测器、光学系统以及与亮度（或三刺激值）成比例的信号输出处理系统所组成。它们的差别主要在于光学系统的显著不同。

(1）成像式亮度计工作原理

成像式亮度计工作原理如图3所示。

 

图3 成像式亮度计结构原理

亮度可以根据相机快门、光圈等因素，通过以下公式（1）计算得出：

     ……………………………（1）

式中：为圆周率

    为被摄景物亮度          

为焦距

    为摄影时的光圈数        

为摄影镜头的透光率

    为摄影镜头杂光修正系数  

为像距

为定标常数，数值为；

    S为感光度；

EV为曝光值，计算式为，其中F为光圈数，t为快门曝光时间。

(2）遮光筒式亮度计工作原理

遮光筒式亮度计工作原理如图4 所示。

 

图4 遮光筒式亮度计工作原理

根据图4可知，亮度为的发光面S在探测面包含P点的面元上形成的法向照度为：

                   

式中：是以P为顶点，S面为底所张的立体角；P点是遮光筒后开口的中心点。当遮光筒及前后开口的尺寸设定之后，该立体角便已确定，从而探测面上的照度与发光面的亮度成比例。

于是，上式可转化为：

                        

式中：

 —— 比例系数

由于亮度计的关键测光部件：光电探测器与照度计的光电探测器相同，均为经过修正的光电池，因此，对照度计光电探测器的技术要求，如：光谱响应特性、角度响应特性、响应的线性、对温度的敏感性以及疲劳特性等，同样适用于亮度计光电探测器。按《亮度计检定规程》（JJG211—2005）进行规定，亮度及可分为标准亮度计、一级亮度计和二级亮度计应分别满足的计量性能要求（见下表2）。

表2 亮度计计量性能要求

根据国家标准《照明测量方法》（GB/T5700—2008）的规定，亮度测量应采用不低于一级的亮度计。在道路照明测量中只要求测量平均亮度时，可采用积分亮度计；除测量平均亮度外，还要求得出亮度总均匀度和亮度纵向均匀度时，宜采用带望远镜头的光亮度计，其在垂直方向的视角应小于或等于2′，在水平方向的视角应为2′～20′。

5.1.3 道路照明测量的其它仪器

(1）光谱辐射计

照明现场测量色温、显色指数和色度参数检测仪器采用的光谱辐射计应满足以下条件：

1) 波长范围：380～780 nm，测光重复性应在l %以内；

2) 波长示值：≤ ±2.0 nm；

3) 光谱带宽：≤ 8nm

4) 光谱测量间隔：≤ 5nm；

5) 对A光源的色品坐标测量误差：Δx ≤0.0015，Δy ≤ 0.001。

(2）功率计

电功率测量应采用精度不低于1.5级的数字功率计，并应有谐波测量功能，且其检定应符合JJG 780《数字功率计检定规程》的规定。

(3）电压表

电压测量应采用精度不低于1.5级电压仪表，且其检定应符合JJG 34 《交流数字电压表检定规程》的规定。

(4）电流表

电流测量应采用精度不低于1.5级电流仪表，且其检定应符合JJG 35《交流数字电流表检定规程》的规定。

5.2路面照度测量

5.2.1 机动车道路面照度测量

(1)测量范围

在道路纵向应为同一侧两根灯杆之间的区域。在道路横向，当路灯采用单侧布灯时，应为整条路宽；对称布灯、中心布灯和双侧交错布灯时，宜取二分之一的路宽。

(2)布点方法

布点的原则是将测量路段划分为若干大小相等的矩形网格。当两根灯杆间距小于或等于50m时，宜沿道路(直道和弯道)纵向将间距10等分；当两灯杆间距大于50m时，宜按每一网格边长小于或等于5 m的等间距划分。在道路横向宜将每条车道三等分。当路面的照度均匀度较好或对测量的准确度要求较低时，划分的网格数可少些。测点可按四角点法或中心点法布置，测点高度应为路面。平均照度按标准中规定的公式计算。

 

图5 道路路面中心布点法测量照度图示

(3）平均照度与照度均匀度的计算

1)平均照度的计算

 

式中：

E_av——平均照度，单位为lx（勒克斯）；

   E_i——在第i个测点上的照度，单位为lx（勒克斯）；

   M——纵向测点数；

   N——横向测点数；

2)照度均匀度的计算

 

式中：

U₂ ——  照度均匀度；

E_min —— 最小照度，单位为lx（勒克斯）；

  E_av —— 平均照度，单位为lx（勒克斯）；

5.2.2 交会区路面照度测量

交会区的照明测量测点可按车道宽度均匀布点，车道未经过的区域上测点可由车道上的测点均匀外延形成，照度测量应测量地面水平照度（图6）。

图6 交汇区路面照度测量图

5.2.3 人行道路面照度测量

人行道的照明测量应测量地面水平照度和1.5m高度上的垂直照度。人行道的照明测量应选择具有代表该条道路的路段，根据照明布置测量2灯杆间距，当车行道的照明对人行道的照明有影响时，照明测量路段应关联考虑。照度测点：在道路横向宜将道路两等分，在道路纵向宜将2灯杆间距距离10等分。但测点间隔不应大于5m。

5.2.4 人行地道的路面照度测量

人行地下通道的水平路段照明测量应测量地面水平照度和1.5m高度上的垂直照度照度；测点间距按2m～5m选择均匀布点。上下台阶通道或坡道应测量台阶面水平照度和台阶踢板垂直照度或坡道面的照度；测点在上下台阶通道或坡道横向两等分或三等分，纵向宜将上下台阶通道或坡道间距距离5～10等分。

5.2.5 广场的照度测量

广场的照度测量应选择典型区域或整个场地进行照度测量，对于完全对称布置照明装置的规则场地，可只测量或的场地。照度测量的布点通常宜将场地划分为边长5m～10 m的矩形网格，网格形状宜为正方形，可在网格中心点上测量照度。照度测量的平面和高度应在已划分网格的测量场地地面上测量照度，也可根据广场实际情况确定所需测量平面的高度。

5.3路面亮度测量

5.3.1 测量路段的选择及范围

在道路纵向应为从一根灯杆起100m距离以内的区域，至少应包括同一侧两根灯杆之间的区域；对于交错布灯，应为观测方向左侧灯下开始的两根灯杆之间区域。在道路横向应为整条路宽。

5.3.2亮度测量的观测点

亮度计的观测点的高度为距路面1.5 m。观测点的纵向位置为距第一排测量点为60m，纵向测量长度为100m；横向位置：对于平均亮度和亮度总均匀度的测量，应位于观测方向路右侧路缘内侧四分之一路宽处，对于亮度纵向均匀度的测量，应位于每条车道的中心线上。（见下图7所示）。

5.3.3 布点方法

若仅用积分亮度计测量路面平均亮度时，则无需布点，若用亮度计测量各测点亮度时，则应布点。在道路纵向，当同一侧两灯杆间距小于或等于50m时，通常应在两灯杆间按等间距布置10个测点；当两灯杆间距大于50 m时，应按两测点间距小于或等于5 m的原则确定测点数；在道路横向，在每条车道横向应布置5个测点，其中间一点应位于车道的中心线上，两侧最外面的两个点应分别位于距每条车道两侧边界线的1/10车道宽处。当亮度均匀度较好或对测量的准确度要求较低时，在每条车道横向可布置3个点，其中间一点应位于每条车道中心线上，两侧的两个点应分别位于距每条车道两侧边界线的1/6车道宽处。

 5.3.4 平均亮度与亮度均匀度的计算

(1)平均亮度的计算

采用亮度计逐点测量时，应按式（2）计算平均亮度：

 

               
                    ……………………………（2）

式中：

L_av——平均亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

L_i——各测点的亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

n——测点数。

(2)道路亮度总均匀度的计算，应按式（3）计算亮度总均匀度：

                                      ……………………………（3）

 

式中：

U_o——亮度总均匀度；

L_min——从规则分布测点上测出的最小亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

L_av——按式(式12)或式(式13)算出的平均亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）。

(3)道路亮度纵向均匀度的计算

应将测量出的各车道的亮度纵向均匀度中的最小值作为路面的亮度纵向均匀度，各车道的亮度纵向均匀度应按式（4）计算：

                                   ……………………………（4）

式中：

U_L——亮度纵向均匀度；

L_min——分别测出的每条车道的最小亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

L_max——分别测出的每条车道的最大亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）。

5.4其它参数测量

5.4.1 功率密度测量

(1）照明现场的电参数测量应包括以下内容：

1）单个照明灯具的电气参数，如工作电流、输入功率、功率因数、谐波含量等；

2）照明系统的电气参数，如电源电压、工作电流、线路压降、系统功率、功率因数、谐波含量等。测量宜采用有记忆功能的数字式电气测量仪表。

(2）照明功率密度可按下式（5）求出

                               ……………………………（5）

式中：

LPD——照明功率密度，单位为W/ m²（瓦特每平方米）；

Pi  ——被测量照明场所中的第i单个照明灯具的输入功率，单位为W（瓦特）；

S  —— 被测量照明场所的面积，单位为m²（平方米）。

5.4.2 色度参数测量

现场的色温和显色指数测量应采用光谱辐射计（图8），每个场地测量点的数量不应少于9个测点（住宅单个房间可不少于3个），然后求其算术平均值作为该被测照明现场的色温和显色指数。当需要测量LED灯具色容差、颜色空间分布均匀性和颜色漂移等指标时，可按下列要求检测。

图8 色度参数测量

表3 道路照明色温测点表

观测序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
观测角度（）	0°	10°	20°	30°	40°	50°	60°	70°	80°
观测角度（）	0.00H	0.18 H	0.36 H	0.58 H	0.84 H	1.19 H	1.73 H	2.75 H	5.67 H

注：H为灯具安装高度

(1)色容差的计算

在每个观测位置（见表3和图8）用装配有亮度头的分光测色仪对准被测灯具出光口，测量灯的色温及色坐标，并根据下列公式（6）计算灯具色温及色容差：

                       ……………………………（6）

         

          

其中：

 

 

                    

色容差应按式（7）计算。

式中：

S——色容差，单位为SDCM；
        ——色坐标与额定坐标值的差，额定值可按表4确定；

——MacAdam椭圆计算系数，可按表5确定。

表4 标准色坐标表

表5 MacAdam椭圆计算系数表

(2）颜色空间分布均匀性

颜色空间分布均匀性是在CIE 1976色度空间（）下，计算各测量点测得色坐标值与灯具平均色坐标之间的最大偏差。

(3）颜色漂移

颜色空间分布均匀性是在CIE 1976色度空间（）下，灯具不同使用时间后测量灯具平均色坐标之间的最大偏差，可根据下式（8）计算得出：

       ……………………………（8）

其中：

i：第i次色温测量结果；

j：第j次色温测量结果；

m：为监测次数。

5.4.3 反射比的测量

照明现场反射比的测量可采用便携式反射比测量仪器直接测量，也可采用间接方法即用照度计或亮度计加标准白板的方法测量反射比。每个被测表面一般选取3～5个测点的测量值，再求其算术平均值，作为该被测面的反射比。

用照度计测量漫反射表面的反射比，应选择不受直接光影响的被测表面位置，将照度计的接收器紧贴被测表面的某一位置，测其入射照度ER，然后将接收器的感光面对准同一被测表面的原来位置，逐渐平移离开，待照度值稳定后，读取反射照度Ef，测量示意图如图9所示。按式（9）求出反射比：

                 ……………………………（9）

式中：

ρ—— 反射比；

E_f——反射照度，单位为lx（勒克斯）；

E_R ——入射照度，单位为lx（勒克斯）。

 

图9 采用照度计间接测量反射比方法示意图

    用照度计和亮度计的方法测量反射比。对漫反射表面，分别用亮度计和照度计测出被测表面的亮度和照度后，由式（10）求出反射比

             ……………………………（10）

式中：

ρ—— 反射比；

L—— 被测表面的亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

E—— 被测表面的照度，单位为lx（勒克斯）。

亮度计加标准白板的方法测量反射比。将标准白板放置被测表面，用亮度计读出标准白板的亮度，保持亮度计位置不动，移去标准白板，用亮度计读出被测表面上的亮度后，按由式（11）求出反射比。

      ……………………………（11）

式中：

  ρ—— 反射比；

L_被测—— 被测表面的亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

  L_白板—— 标准白板的亮度，单位为cd/m²（坎德拉每平方米）；

 ρ_白板 —— 标准白板的反射比

5.5道路照明工程

5.5.1 测量条件

(1）在现场进行测量照明时，现场的照明光源宜满足下列要求：

1)气体放电灯类光源累计燃点时间在100小时以上；

2)LED灯具建议累计燃点时间在1000小时以上。

(2）在照明现场进行照明测量时，应在下列时间后进行：

1)气体放电灯类光源应燃点40分钟；

2)根据IES LM 79-08的规定LED灯具应燃点30分钟-2个小时。

(3）宜在额定电压下进行照明测量。在测量时，应监测电源电压；若实测电压偏差超过相关标准规定的范围时，对测量结果应做相应的修正。

(4）在测量时，应监测环境温度，当实测照度时的环境温度和标定时的环境温度差别很大时就得对温度影响进行修正。

(5）室外照明测量应在清洁和干燥的路面或场地上进行测量，不宜在明月和测量场地有积水或积雪时进行测量。室内照明测量应在没有天然光和其它非被测光源影响下进行。

(6）应排除杂散光射入光接受器，并应防止各类人员和物体对光接受器造成遮挡。

5.5.2 测量报告应包括的内容

(1）测量日期、时间、气候条件（如天气、温度）；

(2）测量场所信息（包括城市、街道、路段名称以及灯杆号等信息）；

(3）光源和灯具（包括镇流器等电气附件）的型号、规格和数量；

(4）灯具的排列方式、间距、安装高度、仰角、悬挑的长度；

(5）光源和灯具的使用时间，最近一次的清扫日期；

(6）测试场所路段的电参数；

(7）功率密度的计算结果；

(8）测量仪器信息（编号、检定日期等）；

(9）标有尺寸的照度测点布置图及各测点的照度测量值；

(10）平均照度、均匀度的结果；

(11）标有尺寸的照度测点及观测位置布置图；

(12）各测点的亮度测量值；

(13）平均亮度、亮度总均匀度、亮度纵向均匀度结果；

(14）测试单位和人员名单；

(15）道路照明现场测量报告表。详见市政金杯示范（路灯）工程评审办法SD-32-1和SD-32-2。