高速列车车内照度舒适性评价指标研究

2013-07-14苏燕辰张瑞萍

中国测试 2013年2期

苏燕辰，张瑞萍，李俊

（西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031）

0 引言

高速铁路经过40多年的发展，已经形成以日、法、德3国为代表的适合各国国情的技术体系，各国高速列车车内照明也形成了以这3个国家的大不相同的风格特点为基础的设计。

高速铁路的照明舒适性很大程度上来自于乘客的全程性自我生理和心理的感受，比较感性且具有个性特点，所以，对其进行定量化和标准化是不容易的。日本、法国和德国等高速铁路发达的国家在速度与安全方面都有重大突破，在速度和安全性方面上都已形成符合各自国情的量化指标，但是对于乘客的乘坐舒适性方面却尚未形成明确的统一的评价指标和评价体系。所以，对车内照明舒适性进行系统的研究能够为未来高速列车的发展和系统综合优化提供指导方向。研究高速动车组车内照度和舒适性数学关系模型，得到照度舒适度的评价指标，为高速动车组车内照度舒适性评价方法的建立提供基础。

1 综合照度舒适性评价指标

高速列车车内照明环境中，影响视觉舒适度的因素有多个。照度大小关系到车内空间的明亮程度，照度太大或太小（环境过明或过暗）都会导致人眼的不舒适感觉。在不同的车外环境（明线、隧道等）下需要及时调节车内照度大小，调节速率即照度变化率太大也会导致人眼的不舒适感。分别研究照度本身与视觉舒适度之间的数学关系以及照度的变化率与视觉舒适度之间的数学关系，并考虑二者对于视觉舒适度的权重关系，得出照度舒适性关系模型。

1.1 照度舒适性指标

根据已有的分析研究，得到了照度与舒适性之间的数学关系模型：

由于视觉舒适度的极大值并不为1，不便于不同环境下视觉舒适度的比较，所以需要对其进行归一化处理，即用视觉舒适度的极大值Zm去除Z，得到：

归一化后的视觉舒适度函数Z1与原函数Z相比较后得到图1的曲线。

由图1可知，人眼的舒适度并不是简单的随着照度值的增大而增大或减小的，而是当照度增大到某一值时，舒适度达到最大，此后，照度再增加便可引起视觉舒适度的下降，也就是说满足人眼舒适感的照度是存在某个限值的。

图1 归一化后的照度舒适性回归模型与原回归模型

1.2 照度变化率舒适性指标

照度变化率与舒适性的数学关系模型为

照度变化率最小为0时，即照度稳定不变的情况下，利用此模型得到的舒适性并不为1，所以也将其进行归一化处理，用视觉舒适度的极大值Zm去除Z，得到：

归一化后的视觉舒适度函数Z1与原函数Z相比较后得到图2的曲线。

图2 归一化后的照度变化率舒适性回归模型与原回归模型

由图2可知，随着照度变化率的增加，视觉舒适度逐渐降低，人眼的不舒适感逐渐增强。也即照度变化越快，人越会觉得不舒适。视觉舒适性与照度变化率之间呈线性关系。

1.3 综合照度舒适性指标

在对总体进行评价的过程中，需要了解总体中每一个评价因子的重要程度，按照其对总体评价的影响程度进行定量分配，也就是确定总体评价中各评价因子的权重系数。

综合照度舒适性评价指标包括照度舒适性评价指标和照度变化率舒适性评价指标两个因子，二者对综合舒适性的影响程度有所不同。为了综合舒适度中这两个因子对舒适度的影响，故将照度及照度变化率对舒适性的影响程度分别分为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%这11个等级。由于本次讨论仅限于这两个因子，若视照度值与照度变化率二者对综合舒适性的影响程度是相等的，那么其中任何一个指标的权重系数都为0.5，故照度和照度变化率对舒适度影响的权重系数相加等于1。对50人进行随机调查问卷，调查问卷结果见表1。