户外LED电子屏亮度量化方法研究

张 一 凡

(北京工业大学城市照明规划设计研究所，北京 100022)

随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对美好生活的向往越来越高，人居生活环境(其中最具代表的便为夜间的生活环境)的品质要求已经成为美好生活的基础和前提，目前城市照明标准已经日渐完善，但随着LED电子屏技术的迅速推广，LED电子屏亮度标准略显单薄，因此，为建设更为舒适的城市生活环境，减少夜间光污染对人生理和心理造成的危害，户外LED电子屏亮度量化标准不可或缺。

目前我国现有的户外LED电子屏亮度规范还未形成体系。由于户外LED电子屏普及度的提高和面积的扩大，户外LED电子屏亮度已经影响到城市人居环境，因此，针对户外LED电子屏亮度标准与方法的分析与研究，对减少光污染的危害，保障人们的生理及心理需求都具有现实的社会意义。

1 城市亮度与环境

城市照明规划分为功能照明和景观照明，功能照明是为了满足场所的功能需求而设计的照明，因此功能照明的标准是相对独立的；而景观照明指既有功能照明，又兼有艺术装饰和美化环境功能的户外照明，户外LED电子屏则属于广告照明的一部分，因此，户外LED电子屏的亮度与城市环境亮度有着直接的关系，屏幕的亮度要与城市环境亮度相协调，确定屏幕亮度首先要确定城市环境亮度。

《城市照明规划控制指标体系构成研究》[1]曾对城市环境亮度的确定做过相应方面的研究并得出了不同规模区域环境背景亮度的取值，弥补了此前国内国外尚未规范给出的E1～E4区具体城市区域环境背景亮度对应数值范围[2]。笔者在此基础上，将E1～E4四个区域内的环境背景亮度范围，遵从原文中划分区域的比例关系1∶2∶4，划分为三段以匹配三种城市规模，并取其中值作为该城市规模下该区域的背景环境亮度代表值，数值如表1所示。

2 传统户外广告照明亮度与城市环境亮度的关系

在《城市户外广告照明设计研究》[3]中对户外广告照明设计进行了科学的研究，并根据城市规模和亮度区域得出了广告照明设计亮度的推荐值。户外LED电子屏的亮度与其所设置的城市区域环境背景亮度有着紧密关系，区域环境亮度直接关系着户外LED电子屏亮度值的确定，因此，笔者通过对前文中的城市环境亮度与户外广告照明设计亮度推荐值进行拟合，以广告面积10 m2以上时取值为例，数值如表2所示，试图得出二者的对应关系即计算公式。

表1 不同城市规模区域环境背景平均亮度取值

表2 不同城市规模区域环境背景平均亮度与户外广告照明设计亮度取值 cd/m2

本文利用KaleidaGraph软件，首先选用下列抛物线标准方程进行了数学拟合：

Y=1/2p×(X-h)2+k

(1)

拟合结果见式(2)，拟合曲线的相关系数达到了0.99。当广告面积不小于10 m2时：

L=1/(2×0.310 31)×(Lh+7.55)2-3 299.12=
1/(2×0.310 31)×[(Lh+7.55)2-2 047.5]

(2)

其中，L为广告照明亮度值，cd/m2；Lh为城市环境亮度，cd/m2；p=0.310 31。

计算值与标准值的误差分布见表3，误差值是按拟合公式的计算结果算出的，分析误差分布可知，在环境亮度较小即中小规模城市的E1区的拟合结果中，误差值偏移较大达20%，当背景环境亮度增大后，在其余区域内的拟合结果较为精确，根据CIE给出的E1区默认为自然公园，保护区，对应为城市的森林公园，保护区，不宜有照明建设的建议，该区域设置户外LED电子屏的可能极小，且设置意义几乎为0，因此公式将不对E1区域内的背景环境亮度其取值。

表3 不同城市规模区域环境背景平均亮度与户外广告照明设计亮度取值及误差

3 传统户外广告照明亮度与广告面积的关系

式(2)为屏幕面积在不小于10 m2的面积范围内，环境背景亮度与户外广告照明亮度的公式拟合；传统户外广告按照面积划分为：S>10 m2，10 m2～2 m2，2 m2～0.5 m2，S≤0.5 m2四个区间[4]，其中的亮度关系系数i为1∶1.5∶2∶2.5。因此，可以构建关于拟合公式系数p与广告照明面积S的关系表如表4所示。

根据表4中的数据则可以拟合出系数p与户外广告照明面积S的关系公式(3)：

p=0.012 3S+0.130 8 (R2=0.990 8)

(3)

其中，S为户外广告照明面积，m2。

表4 面积S与拟合式系数p关系表

将式(4)与式(2)相结合，则得到了含有两个自变量即：环境背景亮度Lh与广告照明面积S，关于广告照明亮度L的拟合公式(4)：

(4)

其中，L为户外广告照明设计亮度值，cd/m2；Lh为城市环境亮度，cd/m2；S为户外广告照明面积，m2。

公式将城市背景环境亮度与城市照明规划亮度的设计值以数学公式的思维建立联系，试图用数学的思维来思考规划中的实际问题，寻找户外LED电子屏亮度的设计标准，填补了现阶段LED电子屏亮度设计规范的不确定之处。

公式使用时考虑到CIE给出的E1区默认为自然公园，保护区，对应为城市的森林公园，保护区，不宜有照明建设的建议，不对E1区域的背景环境亮度进行取值，取值范围从E2区域开始(即0.128 cd/m2～2.00 cd/m2)，以符合该区域设置户外LED电子屏的可能极小，且设置意义几乎为零的实际情况。

4 结语

随着LED电子屏技术的迅速发展，提升城市人居生活环境的品质势在必行，完善户外LED电子屏亮度规范，通过LED电子屏亮度的深入研究构建完善的城市照明规划标准，以满足城市空间夜晚生态健康的发展需求。现有的户外LED电子屏亮度标准多基于经验总结，标准较为单薄，因此，建立科学系统的户外LED电子屏亮度标准，对保障人居环境，从而促进城市向生态绿色发展意义重大。