基于DIALux的列车司机室前照灯照明校核分析
2014-03-10刘慧军张相宁赵金星范乐天李明高
刘慧军+张相宁+赵金星+范乐天+李明高
摘要：在列车运行中是否有一个良好的瞭望条件，对列车的安全运行起着重要的作用。影响瞭望的因素主要有自然条件和照明设备两个方面，文章以动车组司机室前照灯照明为例，阐述了基于DIALux软件的列车司机室前照灯的照射距离和发光强度校核分析方法。
关键词：列车司机室；前照灯；DIALux；列车照明
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0156-03
在列车运行过程中，乘务员主要依赖于机车灯光照明来瞭望，以此方式来获知道路前方的信息，若发现异常情况，乘务员立即采取措施，以保证列车安全。因此，在列车运行中是否有一个良好的瞭望条件，对列车的安全运行起着重要的作用。影响瞭望的因素主要有自然条件和照明设备两个方面，其中，选择合适的照明设施是提高瞭望效果的最便捷有效的途径之一。
列车夜晚前方照明设施有前照灯和副前照灯，而前照灯的照射距离和发光强度直接影响乘务员在夜间瞭望的距离和效果。校核动车组前照灯的照射距离及照射效果的最佳方式是实际测量，但是在设计阶段，无法对实车进行实测校核，只有依据列车前照灯的配光特性，进行前照灯照明仿真校核分析。而DIALux是一款由德国软件公司开发的、著名的、免费的专业照明设计软件，用此软件对前照灯的照射距离和发光强度进行校核分析，不但可以大幅提高前照灯照明参数合理性，而且可以减少设计周期，降低设计成本。
1 校核分析标准
根据前照灯中对光照性能的规定，前照灯基准轴上的光强度及照射距离（参考值）不应低于表1中的
规定。
2 校核分析原理
2.1 照射距离校核
首先根据列车前照灯配光特性，建立灯具模拟文件，并建立列车前照灯模拟场景，对前照灯照明情况进行模拟；在轨道正前方建立校核平面，平面尺寸选为0.6m*0.6m，计算该平面的平均照度，由于眼睛能够感知的最小照度为10-12Lux，一般以照度12Lux为可见标准，判断动车组前照灯的最远照射距离。
2.2 发光强度校核
首先根据列车前照灯配光特性，建立灯具模拟文件；并建立列车前照灯模拟场景，对前照灯照明情况进行模拟；在轨道正前方，按照参考距离，建立校核平面，平面尺寸选为0.6m*0.6m，计算该平面的平均照度，根据照明相关公式，可计算光轴方向的发光强度：
I=E*S2
式中：
I——发光强度，单位为坎德拉（cd）
E——光照度，单位为勒克斯（Lux）
S——发光面至测试面的距离，单位为米（m）
3 校核分析步骤
图1 列车前照灯灯具配光曲线
以某动车组为例，对其前照灯的照射距离和发光强度进行校核。
首先需要根据动车组司机室情况，建立列车前照灯校核模型，根据动车组车头特点，确定高速列车前照灯灯具装配位置及投射角度。根据前照灯的装配关系，确定前照灯灯具装配位置和投射方向，并对模拟中其他不影响前照灯的部件进行了简化，对于模拟外环境，模拟为无外界照明其他照明条件的全黑环境。对于地面及路况情况的模拟，设定铁轨为直线，模拟长度为500米。根据以上要求，建立列车前照灯模型效果如图1所示：
3.1 灯具文件建立
为了精确的计算列车前照灯的照明情况，需要对列车所采用的前照灯具进行模拟，编制出专业照明软件的灯具插件，以便于照明模拟计算。灯具文件采用北美照明工程师协会提出的IES推荐配光资料电子版转换标准格式，并按照动车组前照灯配光曲线和灯具功率编制列车前照灯灯具文件。其灯具文件的配光曲线及相关参数如图2所示：
图2 列车前照灯灯具配光曲线
图3 列车前照灯照明效果模拟图
灯具位置及投射角度的确定是依据当前列车模型的灯孔位置及方向来确定。根据当前列车模型中灯具的装配关系，车前照灯位置及投射角度如表2所示，其计算模拟图如图4所示。
3.2 照射距离校核
对动车头等的测试方法为：前照灯的照射距离采用目视法试验，至少视觉正常的3人为观察者，被观察者为身穿白色衣服的行人或边长为0.6m的正方形白色标
志板。
图4 列车前照灯照明模拟图
由于此处未标明被观察者的高度或正方形白色标志板的高度，因此在仿真模型构建时，建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面，并且其最高位置为中国成年人第50百分位人身高的位置。即在车体正前方1.636m处建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面。分布规则为，在可能出现最大照度值处按每隔5米分布一个计算平面，其余按10米或50米或100米进行分布。总共放置16个计算平面。通过计算该平面的平均照度，并根据其平均照度值，确定可视距离。在确定最远可视距离中，以照度12Lux为可见标准，判断动车组前照灯的最远照射距离。
由于动车组前照灯采用气体放电光源，同时车型结构可能会对灯的照射情况产生影响，因此根据之前提出的校核原理及步骤，将灯具安装到车体模型上，校核前照灯照明的情况。过程如下：
根据之前建立的校核模型，对照射距离平面进行模拟计算，将灯具装配到车体模型进行照明时，正前方测试平面照度值如表3所示，其趋势图如图5所示。
由表3与图5可知，以12Lux为判断眼睛能够感知的最小照度，可以得出：在裸灯进行照明情况下，其照射直线距离约为130m，在40米处列车照明平均照度最大。
图5 列车前照灯照明趋势图
3.3 发光强度校核
对动车组前照灯发光强度进行校核，在灯具正前方建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面，其测试面距灯具距离为表1所列出的参照值，并模拟计算该平面的平均照度，根据照明相关公式，可计算光轴方向的发光强度：
I=E*S2
式中：
I——发光强度，单位为坎德拉（cd）
E——光照度，单位为勒克斯（Lux）
S——发光面至测试面的距离，单位为米（m）
由于动车组采用气体放电光源，其测试参考距离为450m根据校核模型模拟计算照度值，动车组前照灯的发光强度为：
前照灯中对光照性能的规定，气体放电光源前照灯基准轴上的光强度不应低于5*105cd，因此，动车组在单灯照明情况下低于规定的标准，动车组应增加辐照灯具照明。
4 结语
本文以动车组司机室前照灯照明为实例提出了列车前照灯的照射距离和发光强度校核分析方法：利用DIALux软件，根据司机室特点，建立前照灯校核模型，按照动车组前照灯配光曲线和灯具功率编制列车前照灯灯具文件进行模拟计算，对前照灯提出优化设计建议。此方法可以提高前照灯照明参数合理性，减少前照灯设计周期，降低设计成本，当然，具体优化效果仍需按照文献[3][4]等标准在列车照度型式试验中进一步验证。
参考文献
[1] 王敬荣，尚忠伟，高军平，孙伟.对机车前照灯
（头灯）的改造方案[J].内燃机车，2006，
（3）：47-48.
[2] 李诩君.DIALux软件在道路照明设计中的应用
[J].城市道桥与防洪，2013，（2）：99-108.
[3] 中华人民共和国铁道部.TB/T2325.1-2325.2—2006
机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条
件第1部分[S].北京：中国铁道出版社，2006.
[4] 中华人民共和国铁道部.高速动车组整车试验规
范（铁运[2008]28号）[S].中华人民共和国铁道
部，2008.
基金项目：本文系铁道部科技项目（项目编号2012J003-C）研究成果。
作者简介：刘慧军，男，湖南桃源人，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：轨道车辆人机工程仿真计算。endprint
摘要：在列车运行中是否有一个良好的瞭望条件，对列车的安全运行起着重要的作用。影响瞭望的因素主要有自然条件和照明设备两个方面，文章以动车组司机室前照灯照明为例，阐述了基于DIALux软件的列车司机室前照灯的照射距离和发光强度校核分析方法。
关键词：列车司机室；前照灯；DIALux；列车照明
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0156-03
在列车运行过程中，乘务员主要依赖于机车灯光照明来瞭望，以此方式来获知道路前方的信息，若发现异常情况，乘务员立即采取措施，以保证列车安全。因此，在列车运行中是否有一个良好的瞭望条件，对列车的安全运行起着重要的作用。影响瞭望的因素主要有自然条件和照明设备两个方面，其中，选择合适的照明设施是提高瞭望效果的最便捷有效的途径之一。
列车夜晚前方照明设施有前照灯和副前照灯，而前照灯的照射距离和发光强度直接影响乘务员在夜间瞭望的距离和效果。校核动车组前照灯的照射距离及照射效果的最佳方式是实际测量，但是在设计阶段，无法对实车进行实测校核，只有依据列车前照灯的配光特性，进行前照灯照明仿真校核分析。而DIALux是一款由德国软件公司开发的、著名的、免费的专业照明设计软件，用此软件对前照灯的照射距离和发光强度进行校核分析，不但可以大幅提高前照灯照明参数合理性，而且可以减少设计周期，降低设计成本。
1 校核分析标准
根据前照灯中对光照性能的规定，前照灯基准轴上的光强度及照射距离（参考值）不应低于表1中的
规定。
2 校核分析原理
2.1 照射距离校核
首先根据列车前照灯配光特性，建立灯具模拟文件，并建立列车前照灯模拟场景，对前照灯照明情况进行模拟；在轨道正前方建立校核平面，平面尺寸选为0.6m*0.6m，计算该平面的平均照度，由于眼睛能够感知的最小照度为10-12Lux，一般以照度12Lux为可见标准，判断动车组前照灯的最远照射距离。
2.2 发光强度校核
首先根据列车前照灯配光特性，建立灯具模拟文件；并建立列车前照灯模拟场景，对前照灯照明情况进行模拟；在轨道正前方，按照参考距离，建立校核平面，平面尺寸选为0.6m*0.6m，计算该平面的平均照度，根据照明相关公式，可计算光轴方向的发光强度：
I=E*S2
式中：
I——发光强度，单位为坎德拉（cd）
E——光照度，单位为勒克斯（Lux）
S——发光面至测试面的距离，单位为米（m）
3 校核分析步骤
图1 列车前照灯灯具配光曲线
以某动车组为例，对其前照灯的照射距离和发光强度进行校核。
首先需要根据动车组司机室情况，建立列车前照灯校核模型，根据动车组车头特点，确定高速列车前照灯灯具装配位置及投射角度。根据前照灯的装配关系，确定前照灯灯具装配位置和投射方向，并对模拟中其他不影响前照灯的部件进行了简化，对于模拟外环境，模拟为无外界照明其他照明条件的全黑环境。对于地面及路况情况的模拟，设定铁轨为直线，模拟长度为500米。根据以上要求，建立列车前照灯模型效果如图1所示：
3.1 灯具文件建立
为了精确的计算列车前照灯的照明情况，需要对列车所采用的前照灯具进行模拟，编制出专业照明软件的灯具插件，以便于照明模拟计算。灯具文件采用北美照明工程师协会提出的IES推荐配光资料电子版转换标准格式，并按照动车组前照灯配光曲线和灯具功率编制列车前照灯灯具文件。其灯具文件的配光曲线及相关参数如图2所示：
图2 列车前照灯灯具配光曲线
图3 列车前照灯照明效果模拟图
灯具位置及投射角度的确定是依据当前列车模型的灯孔位置及方向来确定。根据当前列车模型中灯具的装配关系，车前照灯位置及投射角度如表2所示，其计算模拟图如图4所示。
3.2 照射距离校核
对动车头等的测试方法为：前照灯的照射距离采用目视法试验，至少视觉正常的3人为观察者，被观察者为身穿白色衣服的行人或边长为0.6m的正方形白色标
志板。
图4 列车前照灯照明模拟图
由于此处未标明被观察者的高度或正方形白色标志板的高度，因此在仿真模型构建时，建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面，并且其最高位置为中国成年人第50百分位人身高的位置。即在车体正前方1.636m处建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面。分布规则为，在可能出现最大照度值处按每隔5米分布一个计算平面，其余按10米或50米或100米进行分布。总共放置16个计算平面。通过计算该平面的平均照度，并根据其平均照度值，确定可视距离。在确定最远可视距离中，以照度12Lux为可见标准，判断动车组前照灯的最远照射距离。
由于动车组前照灯采用气体放电光源，同时车型结构可能会对灯的照射情况产生影响，因此根据之前提出的校核原理及步骤，将灯具安装到车体模型上，校核前照灯照明的情况。过程如下：
根据之前建立的校核模型，对照射距离平面进行模拟计算，将灯具装配到车体模型进行照明时，正前方测试平面照度值如表3所示，其趋势图如图5所示。
由表3与图5可知，以12Lux为判断眼睛能够感知的最小照度，可以得出：在裸灯进行照明情况下，其照射直线距离约为130m，在40米处列车照明平均照度最大。
图5 列车前照灯照明趋势图
3.3 发光强度校核
对动车组前照灯发光强度进行校核，在灯具正前方建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面，其测试面距灯具距离为表1所列出的参照值，并模拟计算该平面的平均照度，根据照明相关公式，可计算光轴方向的发光强度：
I=E*S2
式中：
I——发光强度，单位为坎德拉（cd）
E——光照度，单位为勒克斯（Lux）
S——发光面至测试面的距离，单位为米（m）
由于动车组采用气体放电光源，其测试参考距离为450m根据校核模型模拟计算照度值，动车组前照灯的发光强度为：
前照灯中对光照性能的规定，气体放电光源前照灯基准轴上的光强度不应低于5*105cd，因此，动车组在单灯照明情况下低于规定的标准，动车组应增加辐照灯具照明。
4 结语
本文以动车组司机室前照灯照明为实例提出了列车前照灯的照射距离和发光强度校核分析方法：利用DIALux软件，根据司机室特点，建立前照灯校核模型，按照动车组前照灯配光曲线和灯具功率编制列车前照灯灯具文件进行模拟计算，对前照灯提出优化设计建议。此方法可以提高前照灯照明参数合理性，减少前照灯设计周期，降低设计成本，当然，具体优化效果仍需按照文献[3][4]等标准在列车照度型式试验中进一步验证。
参考文献
[1] 王敬荣，尚忠伟，高军平，孙伟.对机车前照灯
（头灯）的改造方案[J].内燃机车，2006，
（3）：47-48.
[2] 李诩君.DIALux软件在道路照明设计中的应用
[J].城市道桥与防洪，2013，（2）：99-108.
[3] 中华人民共和国铁道部.TB/T2325.1-2325.2—2006
机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条
件第1部分[S].北京：中国铁道出版社，2006.
[4] 中华人民共和国铁道部.高速动车组整车试验规
范（铁运[2008]28号）[S].中华人民共和国铁道
部，2008.
基金项目：本文系铁道部科技项目（项目编号2012J003-C）研究成果。
作者简介：刘慧军，男，湖南桃源人，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：轨道车辆人机工程仿真计算。endprint
摘要：在列车运行中是否有一个良好的瞭望条件，对列车的安全运行起着重要的作用。影响瞭望的因素主要有自然条件和照明设备两个方面，文章以动车组司机室前照灯照明为例，阐述了基于DIALux软件的列车司机室前照灯的照射距离和发光强度校核分析方法。
关键词：列车司机室；前照灯；DIALux；列车照明
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0156-03
在列车运行过程中，乘务员主要依赖于机车灯光照明来瞭望，以此方式来获知道路前方的信息，若发现异常情况，乘务员立即采取措施，以保证列车安全。因此，在列车运行中是否有一个良好的瞭望条件，对列车的安全运行起着重要的作用。影响瞭望的因素主要有自然条件和照明设备两个方面，其中，选择合适的照明设施是提高瞭望效果的最便捷有效的途径之一。
列车夜晚前方照明设施有前照灯和副前照灯，而前照灯的照射距离和发光强度直接影响乘务员在夜间瞭望的距离和效果。校核动车组前照灯的照射距离及照射效果的最佳方式是实际测量，但是在设计阶段，无法对实车进行实测校核，只有依据列车前照灯的配光特性，进行前照灯照明仿真校核分析。而DIALux是一款由德国软件公司开发的、著名的、免费的专业照明设计软件，用此软件对前照灯的照射距离和发光强度进行校核分析，不但可以大幅提高前照灯照明参数合理性，而且可以减少设计周期，降低设计成本。
1 校核分析标准
根据前照灯中对光照性能的规定，前照灯基准轴上的光强度及照射距离（参考值）不应低于表1中的
规定。
2 校核分析原理
2.1 照射距离校核
首先根据列车前照灯配光特性，建立灯具模拟文件，并建立列车前照灯模拟场景，对前照灯照明情况进行模拟；在轨道正前方建立校核平面，平面尺寸选为0.6m*0.6m，计算该平面的平均照度，由于眼睛能够感知的最小照度为10-12Lux，一般以照度12Lux为可见标准，判断动车组前照灯的最远照射距离。
2.2 发光强度校核
首先根据列车前照灯配光特性，建立灯具模拟文件；并建立列车前照灯模拟场景，对前照灯照明情况进行模拟；在轨道正前方，按照参考距离，建立校核平面，平面尺寸选为0.6m*0.6m，计算该平面的平均照度，根据照明相关公式，可计算光轴方向的发光强度：
I=E*S2
式中：
I——发光强度，单位为坎德拉（cd）
E——光照度，单位为勒克斯（Lux）
S——发光面至测试面的距离，单位为米（m）
3 校核分析步骤
图1 列车前照灯灯具配光曲线
以某动车组为例，对其前照灯的照射距离和发光强度进行校核。
首先需要根据动车组司机室情况，建立列车前照灯校核模型，根据动车组车头特点，确定高速列车前照灯灯具装配位置及投射角度。根据前照灯的装配关系，确定前照灯灯具装配位置和投射方向，并对模拟中其他不影响前照灯的部件进行了简化，对于模拟外环境，模拟为无外界照明其他照明条件的全黑环境。对于地面及路况情况的模拟，设定铁轨为直线，模拟长度为500米。根据以上要求，建立列车前照灯模型效果如图1所示：
3.1 灯具文件建立
为了精确的计算列车前照灯的照明情况，需要对列车所采用的前照灯具进行模拟，编制出专业照明软件的灯具插件，以便于照明模拟计算。灯具文件采用北美照明工程师协会提出的IES推荐配光资料电子版转换标准格式，并按照动车组前照灯配光曲线和灯具功率编制列车前照灯灯具文件。其灯具文件的配光曲线及相关参数如图2所示：
图2 列车前照灯灯具配光曲线
图3 列车前照灯照明效果模拟图
灯具位置及投射角度的确定是依据当前列车模型的灯孔位置及方向来确定。根据当前列车模型中灯具的装配关系，车前照灯位置及投射角度如表2所示，其计算模拟图如图4所示。
3.2 照射距离校核
对动车头等的测试方法为：前照灯的照射距离采用目视法试验，至少视觉正常的3人为观察者，被观察者为身穿白色衣服的行人或边长为0.6m的正方形白色标
志板。
图4 列车前照灯照明模拟图
由于此处未标明被观察者的高度或正方形白色标志板的高度，因此在仿真模型构建时，建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面，并且其最高位置为中国成年人第50百分位人身高的位置。即在车体正前方1.636m处建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面。分布规则为，在可能出现最大照度值处按每隔5米分布一个计算平面，其余按10米或50米或100米进行分布。总共放置16个计算平面。通过计算该平面的平均照度，并根据其平均照度值，确定可视距离。在确定最远可视距离中，以照度12Lux为可见标准，判断动车组前照灯的最远照射距离。
由于动车组前照灯采用气体放电光源，同时车型结构可能会对灯的照射情况产生影响，因此根据之前提出的校核原理及步骤，将灯具安装到车体模型上，校核前照灯照明的情况。过程如下：
根据之前建立的校核模型，对照射距离平面进行模拟计算，将灯具装配到车体模型进行照明时，正前方测试平面照度值如表3所示，其趋势图如图5所示。
由表3与图5可知，以12Lux为判断眼睛能够感知的最小照度，可以得出：在裸灯进行照明情况下，其照射直线距离约为130m，在40米处列车照明平均照度最大。
图5 列车前照灯照明趋势图
3.3 发光强度校核
对动车组前照灯发光强度进行校核，在灯具正前方建立平面尺寸为0.6m*0.6m的校核平面，其测试面距灯具距离为表1所列出的参照值，并模拟计算该平面的平均照度，根据照明相关公式，可计算光轴方向的发光强度：
I=E*S2
式中：
I——发光强度，单位为坎德拉（cd）
E——光照度，单位为勒克斯（Lux）
S——发光面至测试面的距离，单位为米（m）
由于动车组采用气体放电光源，其测试参考距离为450m根据校核模型模拟计算照度值，动车组前照灯的发光强度为：
前照灯中对光照性能的规定，气体放电光源前照灯基准轴上的光强度不应低于5*105cd，因此，动车组在单灯照明情况下低于规定的标准，动车组应增加辐照灯具照明。
4 结语
本文以动车组司机室前照灯照明为实例提出了列车前照灯的照射距离和发光强度校核分析方法：利用DIALux软件，根据司机室特点，建立前照灯校核模型，按照动车组前照灯配光曲线和灯具功率编制列车前照灯灯具文件进行模拟计算，对前照灯提出优化设计建议。此方法可以提高前照灯照明参数合理性，减少前照灯设计周期，降低设计成本，当然，具体优化效果仍需按照文献[3][4]等标准在列车照度型式试验中进一步验证。
参考文献
[1] 王敬荣，尚忠伟，高军平，孙伟.对机车前照灯
（头灯）的改造方案[J].内燃机车，2006，
（3）：47-48.
[2] 李诩君.DIALux软件在道路照明设计中的应用
[J].城市道桥与防洪，2013，（2）：99-108.
[3] 中华人民共和国铁道部.TB/T2325.1-2325.2—2006
机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条
件第1部分[S].北京：中国铁道出版社，2006.
[4] 中华人民共和国铁道部.高速动车组整车试验规
范（铁运[2008]28号）[S].中华人民共和国铁道
部，2008.
基金项目：本文系铁道部科技项目（项目编号2012J003-C）研究成果。
作者简介：刘慧军，男，湖南桃源人，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：轨道车辆人机工程仿真计算。endprint
