一、什么是阈值增量(TI)?
阈值增量(Threshold Increment,简称 TI) 是用于定量评价道路照明中失能眩光(Disability Glare)的指标。
- 失能眩光:指由于视野中存在高亮度的眩光源(如路灯),导致驾驶员看清物体的能力下降,但可能不产生明显的不舒适感。
- TI 的定义:它表示当存在眩光源时,为了达到同样看清物体的目的,在物体及其背景之间的亮度对比所需要增加的百分比。
- 通俗理解:可以理解为眩光让路面上的东西“变模糊”了,为了重新看清,需要把目标物和背景的明暗差异(对比度)再加大多少百分点。
二、为什么要限制阈值增量(TI)?
在机动车道照明中,限制阈值增量(TI)至关重要,原因如下:
- 保障驾驶安全:失能眩光会直接损害驾驶员观察路面障碍物(如行人、抛洒物、坑洼)的能力。不加以限制,会降低驾驶员对路况判断的可靠性,增加事故风险。
- 提高视觉舒适度:虽然 TI 主要针对失能眩光,但相关研究表明,如果能将失能眩光限制在满意的程度,不舒适眩光(令人烦躁的眩光)的影响通常也可以忽略不计。
- 满足国家标准:我国的《城市道路照明设计标准》(CJJ 45-2015)明确将阈值增量(TI)作为机动车道照明的强制性评价指标,对不同等级的道路规定了严格的最大初始值。
三、阈值增量(TI)如何计算?
根据《城市道路照明设计标准》和《照明设计手册》,当路面平均亮度(Lav)在 0.05 cd/m2 到 5 cd/m2 的范围内时,阈值增量(TI)的计算公式为:
TI=Lav0.8⋅θ2/K⋅Ee (%)
公式中各个参数的含义如下:
- TI:阈值增量,单位为%(百分比)。
- Lav:路面平均初始亮度,单位为 cd/m2。
- Ee:观察者视野中的一个灯具,在其眼睛处(路面上方1.5m)垂直于视线方向的表面上产生的初始照度,单位为 lx。
- θ:视线(通常为水平向下 1∘)与人眼至一个灯具光中心连线之间的夹角,单位为度。其有效范围一般在 1.5∘<θ<60∘ 之间。
- K:和观察者年龄有关的常数。通常以23岁的观察者取值为650。其他年龄的值通过下式计算: K=641×[1+(66.4A)4] 其中 A 为观察者年龄(岁)。
计算要点:
- 阈值增量(TI)需要对观察者前方 500米内 所有灯具的贡献进行求和。
- 计算应以照明系统安装完成后初始运行时的参数为准。
四、实际场景中的应用与标准值
1. 机动车道照明
在我国《城市道路照明设计标准》(CJJ 45-2015)中,对路面阈值增量(TI)的最大初始值有明确规定:
级别 | 道路类型 | 眩光限制 TI 最大初始值 (%) |
I | 快速路、主干路 | 10 |
II | 次干路 | 10 |
III | 支路 | 15 |
含义:例如,在一条主干道上,设计安装的照明系统产生的失能眩光,其初始阈值增量不得超过10%。
2. 交会区照明
在道路的交叉口、匝道等交会区,由于灯具布置不标准、驾驶员视点变化快,无法准确计算 TI。因此,此类区域改用限制特定方向光强的方法来控制眩光。具体要求为:在驾驶员观看灯具的方位角上,80∘ 高度角处的光强不应高于 30 cd/klm,90∘ 高度角处的光强不应高于 10 cd/klm。
3. 景观照明
根据《市容环卫工程项目规范》,景观照明设施应避免对机动车驾驶员形成眩光。其要求是:对机动车驾驶员产生的眩光的阈值增量不应大于 15%。
4. 人行道路照明
对于行人来说,主要考虑不舒适眩光,其控制方法不同于机动车道的 TI 指标,而是采用对不同高度角(如 70∘,80∘,90∘)上的最大光强进行限值的方法。
五、TI 与显示能力(RP)的关系
参考资料中的研究显示,阈值增量(TI)的大小直接影响驾驶员发现障碍物的能力(即显示能力 RP)。
- 条件:当路面平均亮度 Lav=2 cd/m2,亮度总均匀度 U0=0.4 时:
- 如果 TI = 30%,显示能力 RP 约为 65%。
- 如果 TI = 7%,显示能力 RP 可上升到 80%。
- 结论:TI 值越小,代表眩光控制得越好,驾驶员的视觉功能损失越小,能更可靠地发现路面障碍物。