[发明专利]一种考虑侧壁双向反射分布函数的隧道照明计算方法

说明书

本发明涉及一种考虑侧壁双向反射分布函数的隧道照明计算方法，属于隧道照明计算领域，包括以下步骤：S1：计算灯具直射引起的路面计算点的照度；S2：对隧道侧壁进行离散化，利用有限元思想将隧道内饰材料离散成一系列具双向反射分布函数BRDF的单元，并在照明计算过程中将其视作单元光源；S3：依次计算每个灯具对每个侧壁上反光单元的照度；S4：建立侧壁材料的双向反射分布函数模型；S5：计算计算点方向光强；S6：计算计算点处反光效应引起的照度；S7：计算路面计算点考虑侧壁反光增量的照度；本发明克服了计算值和实测值偏差过大的缺点。

技术领域

本发明属于隧道照明计算领域，涉及一种考虑侧壁双向反射分布函数的隧道照明计算方法。

背景技术

我国隧道工程的规模不断扩大，随之而来的是巨额的运营电费和维护费用。重庆地区一年用于隧道照明的电费估计达到2亿人民币，巨大的能源消耗和国家积极推行的绿色照明与节能减排的措施相悖。如何在保证行车安全的前提下有效降低隧道照明能耗迫在眉睫。以此为背景，隧道内壁辅助照明作为一种新思路在梁波文章《蓄能反光材料漫反射率对隧道照明质量影响研究》和专著《蓄能反光材料辅助隧道照明节能试验研究》中被提出：考虑在隧道拱壁上使用反射性能更好的涂装材料，灯具发出光通量在隧道内部多次反射，可以提高隧道内部照明水平，从而可以使隧道照明设计标准适当降低，达到节能减排的目的。国内外相关规范对隧道内饰材料做出说明：《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01-2014)提出“路面两侧2m高范围内墙面宜铺设反射率高的材料，当墙面反射率达0.7，路面亮度可以增加10％。”；国际照明协会CIE 88-2004报告中提出“洞壁照明对乘车者的视觉引导有很大好处”；北美照明工程协会ANSI/IESNARP-22-11认为应采用初始反射率至少为50％的墙面材料；日本隧道照明标准中也提出对路面照度亮度计算时要考虑隧道表面反光作用。

隧道内壁辅助照明的核心在于对反光增量的合理利用。在此之前，需要找到准确的反光增量计算理论，缩小理论值和真实值的差距，将有助于建立更准确的隧道照明设计标准，对实现隧道照明节能有着重要意义：潘国兵在文献《隧道侧壁内装材料的照明节能》中提供了基于DIAlux软件仿真，提出了一种反光增量的计算方法，但对于有不同反射特性的侧壁材料仅用反射系数加以区别，难以全面地反映材料的反射特性；杨韬在文献《隧道照明反射增量系数研究》提供基于墙面反射系数、路面反射系数以及光通分配比例提出隧道照明增量系数，但该方式下，难以体现不同反射特性材料下增光效应的差异。

现有的隧道照明方法因难以准确描述内壁的反射特性，故导致其计算值和实测值差距大，发明一种准确的隧道照明计算方法迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服理论计算值和实测值相差较大的缺陷，提供一种考虑侧壁双向反射分布函数的隧道照明计算方法，通过引入隧道内壁的双向反射分布函数，来准确描述隧道侧壁反射特性，得到侧壁反射增量，进而缩小计算理论值和实测值的差距，达到良好的计算精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种考虑侧壁双向反射分布函数的隧道照明计算方法，包括以下步骤：

S1：计算灯具直射引起的路面计算点的照度；

S2：对隧道侧壁进行离散化，利用有限元思想将隧道内饰材料离散成一系列具双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF)的单元，并在照明计算过程中将其视作单元光源，其具体尺寸取决于计算精度需求，离散尺寸越小则计算精度越高；

S3：依次计算每个灯具对每个侧壁上反光单元的照度；

S4：建立侧壁材料的双向反射分布函数模型；

S5：计算计算点方向光强；

S6：计算计算点处反光效应引起的照度；