СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2006 года по МПК E01C23/07 G01J1/16 

Изобретение относится к области световых измерений и может быть использовано при измерении яркости покрытий проезжей части автомобильных дорог и улиц в условиях искусственного освещения.

Как известно, при проектировании искусственного освещения автомобильных дорог и улиц основным светотехническим параметром является яркость дорожного покрытия. Нормами проектирования освещения большинства стран, включая и действующие российские нормы СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение", регламентируется ряд показателей, непосредственно базирующихся на яркости дорожного покрытия в заданной точке. К таким показателям относятся: средняя яркость дорожного покрытия, коэффициенты общей и продольной равномерности яркости дорожного покрытия.

При вводе в эксплуатацию новой или контроле уже эксплуатируемой осветительной установки необходимо экспериментальное определение каждого из этих показателей, для чего проводят измерение яркости в определенных точках контрольного участка дорожного полотна по определенной методике. Для большинства ведущих в области светотехники стран такая методика унифицирована и регламентируется национальными нормативно-методическими документами по освещению дорог и улиц, например британским стандартом BS 5489 "Road lighting". Part 10 "Code of practice for lighting for motorways" или методикой IESNA (Американское Светотехническое общество) LM-50-99 "Guide for photometric measurement of roadway lighting installation". В России такая методика регламентируется ГОСТ 26824-86 "Методы измерения яркости", в соответствии с которой измерение яркости дорожного покрытия в осветительной установке должно осуществляться специально предназначенным для этой цели фотоэлектрическим измерительным прибором (яркомером) в определенных стандартных условиях, имитирующих условия видения дороги водителем транспортного средства. Яркомер устанавливается на высоте 1,5 м над полотном дороги и ориентируется по ходу движения транспорта, при этом его оптическая ось, нацеленная на измеряемую точку на поверхности дорожного полотна, должна иметь строго определенный угол наклона относительно плоскости полотна дороги. В настоящее время общепринятый регламентируемый угол наклона составляет 1°±0,5°.

Указанный способ имеет ряд существенных недостатков. Первый недостаток обусловлен тем фактом, что результаты измерения в большой степени зависят от состояния поверхности полотна дороги при измерениях. Наиболее существенное влияние оказывают погодные и сезонные условия. При влажном, а особенно мокром асфальте яркость покрытия при регламентируемом угле наблюдения возрастает в десятки и даже сотни раз по сравнению с сухим покрытием. Наличие снега на дороге приводит к значительному повышению отраженного светового потока и совершенно другому характеру отражения. Зимой даже сухое покрытие отражает иначе, чем летом, так как содержит частицы льда в микротрещинах покрытия. Запыленность покрытия наоборот снижает направленность отражения и тем самым уменьшает его яркость. Загрязнение, вызванное различными причинами (грязь от колес машин, пятна масел, бензина, раствора, просыпанный песок и т.п.), обуславливает неустойчивый, трудно предсказуемый характер отражения. Сюда же можно отнести поливку улиц специальными реагентами для таяния снега, что оказывает свое действие даже при высохшей дороге (появляется белесость). В период отделочных работ особенно значительным загрязнениям подвергается дорожное покрытие автотранспортных туннелей. Не менее важную роль играет накатанность покрытия. При эксплуатации осветительной установки дорожные покрытия, выполненные в основном из асфальтобетонных смесей, приобретают направленность (т.е. определенную степень зеркальности) отражения света, что приводит к повышению средней яркости покрытия и изменению распределения яркости по поверхности дорожного полотна. Период, в течение которого указанная накатанность принимает устойчивый характер, составляет от полугода до года в зависимости от интенсивности движения транспорта.

Учитывая сложный и разнонаправленный характер влияния этих многочисленных факторов на отражающие свойства покрытия, в документах, регламентирующих проведение измерений яркости дорожных покрытий в осветительной установке, как правило, оговаривается, что эти измерения должны проводиться на прямом горизонтальном участке дороги, имеющем сухое, чистое, однородное и накатанное в течение не менее года покрытие. Такая регламентация позволяет проводить сопоставление результатов светотехнических расчетов осветительной установки с экспериментальными данными с целью установления их соответствия техническим требованиям и нормам, принятым на стадии проектирования, а также контролировать состояние установки при ее эксплуатации.

Однако на практике удовлетворить всем указанным выше требованиям проведения регламентированных измерений бывает очень сложно, а в ряде случаев невозможно. Связано это с тем, что во многих странах, в том числе на большей части территории России, период, в течение которого состояние покрытия отвечает должным требованиям, составляет от трех до пяти месяцев в году (в основном летом), а с учетом среднестатистической вероятности сырой и дождливой погоды, а также времени, необходимого для высыхания асфальта, указанный период сокращается до нескольких десятков дней в году. Но особенно острой является проблема, связанная с накатанностью покрытия. Приемка новой или реконструированной осветительной установки (улицы, дороги) в эксплуатацию должна проводиться по результатам измерения яркости сразу после завершения строительства, а соответствующая накатанность покрытия может быть осуществлена только после, по крайней мере, полугодовой эксплуатации объекта.

Другим существенным недостатком данного способа является малая точность измерения. Связано это с тем, что при регламентируемых условиях измерения (высоте расположения яркомера 1,5 м над дорогой и угле наблюдения 1°, что соответствует удалению точки нацеливания на 86 м) измеряемая область дорожного покрытия, определяемая угловым измерительным полем яркомера, имеет достаточно большой продольный размер. Так, при использовании даже самого высокоточного на сегодняшний день цифрового яркомера фирмы LMT (Германия) типа L1009 со специальной насадкой, при которой вертикальный размер углового поля измерения равен двум угловым минутам, продольный размер поля измерения на покрытии дороги составит около 3 м. Следовательно, этим способом мы можем получить только усредненные, а не близкие к точечным показания. В результате нормируемые показатели определяются не корректно. В частности, минимальное значение яркости L_min будет завышено, а максимальное L_max - занижено, и, как следствие, значение показателя продольной равномерности, определяемое в виде отношения L_min/L_max, может быть существенно выше фактического. В таких случаях наблюдатель отчетливо видит на дороге чередование темных и светлых полос, а яркомер "сглаживает" картину.

Кроме того, имеется еще один немаловажный фактор, затрудняющий проведение измерений указанным способом в натурных условиях. Дело в том, что процедура проведения измерений непосредственно на объекте требует больших затрат времени. Это связано с предварительной разметкой измеряемого участка дороги, установкой и настройкой измерительного оборудования, а также проведением непосредственно самих измерений. В зависимости от числа полос движения контрольного участка количество точек измерения яркости может достигать 90 и более, поэтому весь измерительный комплекс может занимать от трех до пяти часов. Понятно, что при этом должно быть перекрыто движение транспорта, по крайней мере, по измеряемой полосе движения. Важно, что транспорт, движущийся по неперекрытой части дороги, своими фарами и бликами от корпуса может оказывать существенное влияние на результаты измерений (заметим, что измерения проводятся в темное время суток). Поэтому если интервалы между машинами меньше времени проведения одного замера, то приходится перекрывать движение полностью. Очевидно, что все это может привести к серьезным нарушениям в организации движения транспорта, что особенно негативно сказывается в условиях крупного современного города.

Все указанные недостатки устраняются с помощью предлагаемого изобретения, суть которого заключается в следующем. Измерение яркости в осветительной установке, проводимое с помощью яркомера, осуществляют не на реальном дорожном покрытии, а на эталонном образце, представляющем собой фрагмент дорожного покрытия (например, асфальта), идентичного по типу реальному измеряемому покрытию. Указанный образец является ровным, сухим, чистым, однородным и накатанным. Его располагают над точкой измерения параллельно плоскости дорожного полотна, а яркомер устанавливают на таком удалении от образца, при котором измерительное поле яркомера при его нацеливании на образец под регламентируемым углом полностью вписывается в площадь поверхности образца.

Предлагаемый способ удобно осуществить с помощью устройства, содержащего плоское основание, на котором жестко закреплены яркомер и эталонный образец. При этом эталонный образец расположен параллельно нижней плоскости основания устройства.

Другое отличие состоит в том, что указанное устройство устанавливают на транспортное средство (например, автомобиль), и измерение производят при движении этого средства вдоль измеряемого участка дороги. При этом устройство располагают либо непосредственно на самом транспортном средстве (например, на крыше автомобиля или выносной консоли), либо на сцепленном с этим транспортным средством прицепе.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

на фиг.1 изображена схема измерения яркости дорожного покрытия улицы с помощью устройства;

на фиг.2 изображен эталонный образец дорожного покрытия;

на фиг.3 изображена схема измерения яркости дорожного покрытия с использованием транспортного средства при размещении устройства на его крыше;

на фиг.4 - то же, на передней консоли;

на фиг.5 - то же, на прицепе.

Измерение по предлагаемому способу производится следующим образом. Над точкой измерения 1 (фиг.1) дорожного полотна 2, освещаемого светильниками 3, установленными, например, на опорах 4, располагают устройство 5, содержащее основание 6, на котором размещены яркомер 7 и эталонный образец 8. При этом центр эталонного образца 9 располагают над точкой измерения 1, а устройство ориентируют таким образом, чтобы оптическая ось 10 яркомера 7 была направлена по ходу движения транспорта, указанного стрелкой 11. В устройстве 5 оптическая ось 10 яркомера 7 направлена на центр 9 под регламентируемым углом α (например, 1°) к верхней поверхности эталонного образца 8, что обеспечивается установкой яркомера 7 на наклонной подставке 12. При этом удаление яркомера 7 от образца 8 и высота расположения верхней поверхности образца 8 относительно яркомера 7 выбраны такими, при которых измерительное поле 13 (заштрихованная область) яркомера 7 полностью вписывается в верхнюю поверхность образца 8. Высота расположения образца 8 относительно основания обеспечивается подставкой 14.

Так, например, при использовании яркомера, измерительное поле которого составляет десять угловых минут в меридиональном (вертикальном) сечении и три градуса в сагиттальном сечении, расположенного на высоте 35 мм над верхней поверхностью образца и удаленного на расстояние 2 м от центра образца, размеры области измерения составят: в продольном сечении 336 мм, в поперечном сечении 105 мм. С учетом точности юстировки яркомера минимальные габаритные размеры верхней поверхности образца должны быть 400×150 мм. При этом габаритная длина устройства составит около 2,5 м. Такое устройство может быть легко транспортируемо и установлено на месте измерения.

В качестве эталонного образца 8 (фиг.2) может быть использован фрагмент дорожного покрытия, либо изъятый из верхнего слоя реального полотна дороги, идентичного по типу покрытия с измеряемым участком и отвечающего указанным выше требованиям к состоянию его поверхности, либо изготовленный в лабораторных или заводских условиях по технологии, идентичной технологии изготовления реального покрытия, и имеющий искусственную накатанность, эквивалентную накатанности, получаемой в реальных условиях в течение не менее года. С целью удобства крепления образца 8 в устройстве 5 указанный фрагмент дорожного покрытия 15 закрепляют в рамную конструкцию 16.

Другим отличием обладает способ измерения яркости дорожного покрытия с использованием транспортного средства, например автомобиля, схема которого показана на фиг.3. Устройство 5 закрепляют на одном из элементов транспортного средства, например крыше автомобиля 17. Регистрацию показаний яркомера 7 осуществляют с помощью подключенного к нему регистрирующего устройства 18, например компьютера, располагаемого в салоне автомобиля. Измерение осуществляется следующим образом. При движении автомобиля 17 с заданной скоростью вдоль измеряемого участка дорожного полотна 2 через заданные промежутки времени с помощью регистрирующего устройства 18 производят фиксацию показаний яркомера 7, измеряющего яркость образца 8.

Модификациями этого способа является установка устройства 5 с образцом 8 и яркомером 7 на консоль 19, располагаемую, например, спереди (фиг.4), сзади или сбоку автомобиля 17 и жестко с ним соединенную, или на прицепе 20 к автомобилю 17 (фиг.5).

Учитывая, что при использовании транспортного средства образец располагается на некоторой высоте относительно полотна дороги, в полученные результаты необходимо внести соответствующую поправку. Как показали расчеты, выполненные для типовой установки уличного освещения, при расположении светильников над полотном дороги на высоте 12 м, а образца - на высоте один метр поправочный коэффициент лежит в пределах 1,05-1,10.

Изобретение относится к области световых измерений и может быть использовано при измерении яркости покрытий проезжей части автомобильных дорог и улиц. Сущность изобретения: в качестве объекта измерения используется эталонный образец с покрытием, идентичным по типу покрытию измеряемого участка полотна дороги и являющимся ровным, сухим, чистым, однородным и накатанным, который располагают над точкой измерения, при этом верхнюю плоскость образца устанавливают параллельно плоскости полотна дороги, а яркомер нацеливают оптической осью на эталонный образец под регламентируемым углом к верхней плоскости образца и располагают на таком удалении от образца, при котором измерительное поле яркомера полностью вписывается в площадь верхней поверхности эталонного образца. Техническим результатом является повышение точности измерений и сокращение трудозатрат. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ измерения яркости дорожного покрытия в заданной точке автомобильной дороги или улицы, освещенной светильниками, путем расположения яркомера на высоте 1,5 м над полотном дороги, его ориентации по ходу движения транспорта и нацеливания своей оптической осью на измеряемую точку полотна дороги под регламентируемым углом наклона к плоскости полотна дороги, например, 1°±0,5°, отличающийся тем, что используют эталонный образец с покрытием, идентичным по типу покрытию измеряемого участка полотна дороги и являющимся ровным, сухим, чистым, однородным и накатанным, который располагают над точкой измерения, при этом верхнюю плоскость образца устанавливают параллельно плоскости полотна дороги, а яркомер нацеливают оптической осью на эталонный образец под регламентируемым углом с верхней плоскостью образца и располагают на таком удалении от образца, при котором измерительное поле яркомера полностью вписывается в площадь верхней поверхности эталонного образца.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве эталонного образца используют фрагмент реального дорожного покрытия, имеющий накатанность в течение не менее года.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве эталонного образца используют фрагмент дорожного покрытия, изготовленный в лабораторных или заводских условиях и имеющий накатанность, эквивалентную накатанности, приобретаемой в реальных условиях в течение не менее года.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что яркомер и эталонный образец устанавливают на транспортное средство, а измерение осуществляют при движении транспортного средства вдоль полотна дороги.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что яркомер и эталонный образец устанавливают на одном из элементов транспортного средства, например крыше автомобиля.6. Способ по п.4, отличающийся тем, что яркомер и эталонный образец устанавливают на выносной консоли, располагаемой спереди, сзади или сбоку транспортного средства и жестко с ним соединенной.7. Способ по п.4, отличающийся тем, что яркомер и эталонный образец устанавливают на прицепе, соединенном с транспортным средством.