基于TracePro和DIALux的LED路灯综合照明系统仿真

王娟娟

（黎明职业大学信息与电子工程学院，福建泉州362000）

经过近几年的快速发展，我国LED行业取得了很大进步。目前生产LED路灯的企业数量越来越多，产能越来越大，预计到2020年我国LED路灯产能将达到2 176万盏，供给远远大于需求［1］。因此，如何让客户认可LED路灯质量、占有更多的市场份额是企业家们的考虑重点。有些企业将LED路灯送检，专业检测报告确实可以让客户认可产品质量，但测试数据对客户并没有实际意义，安装时客户还是根据经验选择路灯高度、灯具间距等安装参数，但这种经验判断具有很强的主观因素，缺乏严格的专业指导。

迄今为止，大家普遍采用TracePro软件进行灯具设计［2］，利用DIALux软件进行照明场景模拟［3］，本文将这两种软件结合起来，使用TracePro模拟再现LED路灯的光谱分布和配光检测曲线，进而将拟合数据导入DIALux进行道路实景模拟，得出符合我国行业标准《城市道路照明设计标准（CJJ 45-2006）》的LED路灯安装推荐参数和3D效果图，为企业的好产品提供可靠的理论依据，让用户更快了解产品的安装参数和最终效果，进而为企业赢得市场。

1 TracePro灯具模拟

专业检测机构出具的LED路灯检测报告中，光谱分布图和光强分布图提供了LED路灯的光谱分布和光强分布情况、最大光强、光束角等，但这些专业数据并不能直接帮助使用者选灯和设置LED路灯参数。因此，通过TracePro进行光谱拟合和配光拟合，以IES文件格式保存LED路灯数据。

1.1 光谱曲线拟合

将检测报告中的光谱分布图黏贴到TracePro的Surface Source Property Generator插件中的波长编辑器，设置好参考坐标点和波长，在光谱曲线上取点拟合。为了保证数据准确，必须让拟合曲线和光谱曲线尽量完全重合，进而采样100个数据点后生成如图1所示的拟合曲线。

图1 光谱分布曲线拟合

1.2 配光曲线拟合

将检测报告中的光强分布曲线图复制到光强编辑器中，继续使用Surface Source Property Generator插件进行配光采样。设置极坐标原点、最强光强点和0度光强点的位置和光强比例值，沿着LED光强曲线取点拟合，获得如图2a所示的0°～180°剖面的LED路灯配光数据。以同样的方法模拟90°～270°剖面的LED路灯配光，数据如图2b所示。综合两个剖面数据获得图中右下角的3D光强模型，为LED路灯的横向和纵向间距提供计算依据。

图2 LED路灯配光模拟

1.3 灯具模拟

将光谱和光强的拟合数据输出到TracePro软件中，自定义表面光源特性目录及名称，设置好光通量。在TracePro界面中插入一个几何物体代表光源，选取物体的发光面，设置已定义的表面光源属性。光线追迹后即可获得如图3所示拟合曲线，该曲线不仅还原了专业机构两个剖面的测试结果，更计算模拟出24个剖面的配光分布曲线，真实反映了LED路灯在各个方向的光强分布情况。配光曲线和光谱分布数据以IES文件保存备用。

图3 LED配光模拟图

2 DIALux实景模拟

该款路灯常用于支路，为机动车和非机动车、行人提供照明。《城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）》中规定：

（1）支路路面亮度要求：平均亮度Lav≥0.5 cd/m2，总均匀度U0≥0.4，均匀度Ul不作要求；

（2）支路路面照度：平均照度Eav≥8，均匀度UE≥0.3；

（3）眩光限制阈值增量最大值TI[%]≤15；

（4）环境比SR不作要求；

（5）截光型灯具单侧布灯时的灯具高度H≥Weff，路灯间距≥3Weff，Weff为路面有效宽度。

打开DIALux精灵的快速街道设计，假设支路路面宽度5 m，双车道，路灯单侧排列，灯杆与道路之间距离0.65 m，导入TracePro生成的IES拟合文件进行参数目标优化。设计时一般选择软件自带的欧标（CIN 140/EN13201）评估区域照明种类ME5，虽然ME5适用于支路的机动车，但只有亮度相关目标参数，根据国标支路照度要求，添加适用于支路非机动车和行人的评估区域照明种类S2作为照度相关目标参数。根据安装经验和国标要求设置路灯排列范围：

（1）路灯间距∈（18 m，25 m）；

（2）光点高度∈（6 m，10 m）；

（3）光点突出部分∈（-2 m，3 m）；

（4）斜坡角度∈（0°，15°）。

优化计算后获得完全符合欧标ME5要求（Lm=0.5 cd/m2，U0=0.4，TI=15%）的数据组合共226组，完全符合欧标S2要求（Eav≥10，Emin≥3）的数据组合共114组。两组数据通过WPS的Excell软件数据比对功能的“标记两区域中重复值”，筛选出110组完全符合国标要求的路灯安装参数。这些组合为客户提供了路灯间距、灯杆高度等参数的设计推荐值。表1筛选了灯具高度H=6 m、6.5 m、7 m中符合国标要求的参数推荐值。其中，路灯间距21 m的五种组合方式是最经济合理的。

最终选取路灯间距21 m、灯杆高度6 m、灯具突出3 m、灯杆倾角0°的灯具参数布置街景，在户外模式下导入灯杆模型和建筑物模型，实现如图4所示的3D效果，该效果图可导入LED路灯产品说明书，更直观展现该款路灯的布灯实景。图5展现了街道评估区域的点照度值、平均照度等，从图中可以看出，两灯之间的最小照度为3.07 lx，照度均匀度（最小照度/平均照度）大于0.3，即该灯在灯下6 m的覆盖范围超过11 m，在两灯交汇区域可以实现完美过渡，没有明显的斑马纹，能够满足司机和行人的视觉需求。

3 结语

本文将专业测试曲线与实际道路应用紧密结合，为客户选灯提供了很好的参考依据，不仅模拟出体现LED路灯光谱和光强分布情况的IES文件，提供了路灯间距和高度等安装推荐值，还计算出路灯安装后的路面亮度和照度，真实再现路灯的安装效果，其专业性对客户具有很大的吸引力。该方法还适用于所有灯具的实景再现，只要提供灯具测试数据即可获得专业安装数据和实景效果图，具有很好的商业价值；此外，将仿真与模拟相结合，构建LED照明设计教学系统，对《LED照明分析与设计》等课程进行项目化教学改革，可以更好地实现工程运用与教学相结合［4］。

表1 路灯参数设置推荐值和照明计算结果

图4 户外模式下道路的3D效果图

图5 街道评估区域的点照度值