Методика расчета и прибор для измерения уровня видимости на автодороге

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Дорожное освещение должно не только создавать условия для безопасности дорожного движения в городе, но и помогать придавать городу свой архитектурный образ.

Уровни яркости дорожной поверхности (ДП) обычно очень динамичны и в значительной степени зависят от внешних факторов таких как погодные условия, яркость окружающей среды и т.д. Существующая система нормирования, состоящая из большого количества нормативных документов и определяющая качество освещения по бесчисленному множеству критериев, является громоздкой и негибкой и уже не может эффективно определять качество систем интеллектуального освещения. МКО рекомендовало в качестве критерия оценки качества освещения уровень видимости [1]. Современное техническое развитие значительно упрощает расчет уровня видимости, позволяющее оценивать качество освещения по одному критерию. Экономия электроэнергии энергоэффективных интеллектуальных осветительных установок при таком подходе может достигать 50%.

Прямым критерием оценки освещения и восприятия зрительной информации может служить уровень видимости, определяемый на основе текущей цветовой пороговой разности яркости (контрастной чувствительности). Расчет уровня видимости при использовании многоканальной модели органа зрения основан на пространственно-частотном анализе распределения яркости и цветности, где под уровнем видимости понимается отношение реальной разности яркости объекта и фона к пороговой разности яркости с учетом цветовых параметров освещениях.

Уровень видимости объекта можно рассчитать как отношение сигнал/шум:

где слагаемое, например, для красной составляющей с учетом фоновой помехи можно представить [2]:

Освещение дорожного полотна находится в диапазоне сумеречного зрения.

Для диапазона яркостей сумеречного зрения МКО [3] рекомендовало метод расчет эквивалентной яркости. Если известны яркость в условиях дневного зрения и соответствующее рассматриваемому излучению отношения S/P (световые потоки лампы в условиях дневного и ночного зрения после отражения от дорожного покрытия),то можно записать как

,

где -коэффициент, значения которого зависит от условий зрительной адаптации:

;

Рекомендуемая система обеспечивает плавный переход в пределах сумеречного диапазона от одной из этих функций к другой. Ещё одним достоинством рекомендуемой системы является относительная лёгкость её использования при проведении реальных измерений, равно как и обеспечиваемая ею корреляция с реальной зрительной задачей

Ввиду того, что камерой мы регистрируем одномоментно сразу все поле обзора, то для более корректного расчета требуется разделять полученное изображение на ближнюю и дальнюю зону.

Рис. 1. Схема концепта представляемого метода измерения

Дискретизированная поверхность S разделена элементарными площадками. Мы предполагаем, что мы можем измерить освещенность на поверхности М с очень высоким разрешением. Таким образом, M соответствует поверхности ПЗС-матрицы в обычных камерах. Математически, оптические фильтры проецируют световое поле, испускаемого источником света в некоторую базисную функцию. Фильтры сконструированы таким образом, чтобы соответствовать желаемому восстанавливающему фильтру [4].

Современна компания TechnoTeam, для фотометрии в ближней зоне предлагает следующее выражение, вводя поправочные коэффициенты.

Предлагается две разновидности измерений. Измерение на фотометрической лаборатории - мобильной, и контроль яркостного поля и уровня видимости для управления осветительной установки - стационарный, смонтированный на столбе. Оба способа измерения, мобильная лаборатория и стационарный датчик, одномоментно охватывают сразу всю яркостную картину. В виду этого необходимо учитывать коэффициент яркости ДП, зависящий от положения светильников, наблюдателя, наблюдаемой точки. Островским М.А. было выведено выражение, аппроксимирующее индикатрисы коэффициентов яркости асфальтобетонных покрытий. Для вычисления коэффициента с численным способом решается уравнение. Затем по выражениям вычисляются коэффициенты a и b.

Рис. 2. Схема для расчета коэффициентов яркости

где коэффициенты a,b,c вычисляются

Для определения яркости освещенной поверхности необходимо ее изображение представить в XYZ-системе. В этой системе координата Y, по определению, соответствует яркости объекта. Такое преобразование является линейным и его можно описать матрицей М(3x3):

M

M=

Большинство изображений в цифровых камерах соответствует стандарту RGB, поэтому более корректной будет формула.

Y=0.21R+0.72G+0.07B

Для обработки цифрового изображения было создано программное обеспечение с интерфейсом:

Рис. 3. Общий вид программы

цветовой цифровой пороговый

Для апробирования предложенной методики была рассчитана видимость при сумеречном зрении на участке дороги при подъезде к туннелю. В качестве объектов наблюдения были выбраны некоторые важные для ориентирования водителя на дороге и туннеле объекты: машина, дорожная разметка. Так же была рассчитана видимость рекламного щита на подъезде к туннелю, яркость которого оказывает влияние на адаптацию зрительной системы водителя.

Табл. 1

Рис. 4. Развертка поля измерения с указанием номеров расчетных точек

Рис. 5. Значения яркости в кд/м2 в расчетных точках поля измерения

Разработанная методика расчета уровня видимости в совокупности с прибором для измерения распределения яркости и расчета уровня видимости экономически эффективная система, так потенциальными потребителями могут быть муниципальные, частные организации. Эта система дает возможность перейти на прямое нормирование наружного освещения на улице по уровню видимости, т.е. появляется возможность для определенных граничных условий по классификатору дорог, внести дополнения к стандарту для расширения возможностей энергоэффективного уличного освещения, ввести плавное управление по уровню видимости.

В дальнейших исследованиях предстоит: отработать методику расчета и программное обеспечение; определить шумовой фактор при различных условиях (блескость фар, погодные условия); определить зависимости работы от рабочего положения при различных погодных условиях для мобильной лаборатории и стационарного датчика; исследовать зависимость пороговых характеристик уровня видимости от условий зрительной задачи (обнаружение, опознавание).

Литература

1. W. Adrian, Visibility of Targets: Model for calculations, Lighting Research and Technology, 21, pp. 181-188, 1989.

2. Гвоздев С.М., Садовникова Н.Д., Расчет пороговых характеристик восприятия при визуализации цветных изображений, наблюдаемых объектов // труды VIII международной научно-технической конференции «оптические методы исследования потоков. М., 2007. C. 264-267.

3. CIE 191:2010 « Recommended System for Mesopic Photometry Based on Visual Performance. Vienna» //CIE, 2010.

4. Heidrich W., Goesele M. , «Image-based measurement of light sources with correct filtering» //UBC Computer Science Technical Report TR-2001-08, 2001.

Размещено на Allbest.ru