黄 磊，马静洁，曹 明，郑嘉麒

(公安部交通管理科学研究所，江苏 无锡 214000)

引言

道路监控作为加强交通管理、改善交通状况的重要手段，随着科技不断进步，对其质量要求也越来越高。为获得更加清晰、真实的拍摄效果，需要在光线不足或黑夜环境时，采取适当补光的形式对光环境进行改善，在城市路口，交通技术监控成像补光装置随处可见。为更好地规范补光技术要求，2014年公安部制定了行业标准GA/T 1202—2014《交通技术监控成像补光装置通用技术要求》，较好地促进了补光装置行业发展。

而随着补光方式、光源技术等新兴技术的不断发展，GA/T 1202—2014标准中对交通技术监控成像补光装置的性能要求并不能对监控补光装置进行全面地评价。随着监控设备对图像质量要求变高，在实际路面应用补光装置时，其设置安装的位置、基准轴照度值无法与监控设备、驾驶人之间达到较好的平衡。设置安装的不合理，过高的光源照度值对人眼会产生较强的眩光效应，造成人眼视力短暂失能。近年来，因监控补光闪烁眩光导致的交通事故案例引起了社会和行业的争议和关注。如何对监控补光装置的眩光影响进行评价及控制，成为了交管部门和监控补光装置行业的重点关注问题。

目前，国内各行业中对不同类型环境下的眩光、补光灯的眩光测评都开展过一定的研究。CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》中对与城市道路照明相关的眩光参数进行了定义，并对各类型道路(机动车道、交会区、人行道和非机动车道)的路面眩光限制值进行了规定；GB 50034—2013《建筑照明设计标准》标准中对室内、体育场馆等多场景的眩光参数进行了定义，同样对其阈值进行了规定。这两个标准主要针对路灯照明、室内、体育场馆照明，考虑到补光灯与其光源、设置情况的差异性，其眩光参数及阈值的设定并不能直接引用。

GB/T 37958—2019《视频监控系统主动照明部件光辐射安全要求》中对机动车用补光灯失能眩光评价参数及测试原理进行了介绍，文中选取阈值增量(TI)作为补光灯眩光评价的主要指标，选取路面平均亮度作为人眼适应亮度，对不同平均亮度的路面进行分级评价。

当待测路面的平均亮度0.05 cd/m2

(1)

当待测路面的平均亮度Lav≥5 cd/m2时，采用式(2)计算：

(2)

(3)

式中：Lv为视场内的光幕亮度，单位为cd/m2；Lav为待测道路的平均亮度，单位为坎德拉每平方米cd/m2；Eeye，i为在垂直于视线的平面上，观察者眼睛位置处(1.5 m高度)的照度初始值；θi为视线与灯具中心线之间的角度；n为视场内灯具的数量；k为根据观察者年龄变化的常数，观察者年龄为23岁时，k一般取10。

该标准对补光装置的眩光测评参数进行了确定，且详细地说明了不同路面亮度条件下的阈值增量计算公式，同时也提供了补光装置的测试原理示意图。但文中并未对补光装置眩光的评价阈值进行规定，也未提及如何较好地控制补光装置眩光。

目前，除标准层面外，关于补光装置眩光控制及阈值规定方面的文献相对较少，主要聚焦于测试方法的确定及眩光对驾驶人的影响层面。福建省产品质量检验研究院的许巧云[1]基于补光装置的特性提出了基于成像式亮度计的眩光测试方法，分别对阈值增量(TI)和GR指数进行了测量，实现了对补光装置眩光的初步评价；重庆大学建筑城规学院的何荥[2]对重庆大学内部道路进行了补光装置的眩光调查，得到了距离监控不同距离下的阈值增量值。李媛、刘锡成、杨春宇等人[3-11]在眩光评价方法上进行了一定的研究。

上述研究中在一定程度上得到了补光装置的眩光测试方法，但都未系统地提及眩光控制方法及眩光阈值的确定。因此，为有利于减少夜间道路交通安全隐患，降低夜间道路交通事故的发生率，保障夜间机动车道路交通安全运行，有必要对补光灯眩光控制及眩光阈值的确定进行研究。

1 构建补光装置测试环境

基于上述原理，考虑补光装置性能、使用环境的特殊性，以及实验室、实际路面的测试条件局限性等多方面因素，本研究针对实验室环境和实际路面两个测试环境，对不同维度下的补光装置眩光情况进行测试分析。

1.1 实验室测试环境

针对实际路面补光灯用龙门架的设置高度及具体使用要求，设计小型实验室用龙门架作为补光装置的基座，通过手摇绞盘控制补光灯升降，并在灯架侧面设计角度调节滑轨。

设计参数为：(1)角度调节范围：0°～30°；(2)升降高度量程：1.2～3 m。支架示意图如图1所示。

根据补光装置眩光测试要求，选取符合测试精度的Kernel-70D型眩光亮度计，如图2所示。

眩光亮度计性能参数为：(1)亮度范围：0.1～480 kcd/m2；(2)亮度准确度：±3%(标准A光源)；(3)亮度重复性：1%(A光源)。

根据实际路面补光装置、驾驶人的位置关系，在实验室搭建模拟环境。基于实际路面驾驶人高度为1.5 m，补光装置设置高度依据GA/T 1202—2014《交通技术监控成像补光装置通用技术要求》中要求不低于6 m(实际路面一般为6 m)，补光区域一般为距离龙门架前15～35 m处。因此，实验室模拟环境中对此距离环境进行等比例缩放，构建测试环境。

图1 补光装置支架示意图Fig.1 Schematic diagram of fill light bracket

图2 眩光亮度计示意图Fig.2 Schematic diagram of glare brightness meter

基于标准要求，夜间不允许使用脉冲型监控补光装置，而眩光问题主要聚焦于夜间，因此，本研究中设计测试样品选用频闪类型监控补光装置。

模拟龙门架与眩光亮度计设置环境如图3所示。

1.2 实路测试环境

为更好地模拟实际路面的补光灯眩光测试，并较好地实现实路测试，课题组设计了车载补光装置眩光测试方案。选用眩光亮度计车用支架将其固定于机动车前车盖，测试高度模拟实际驾驶人眼高度(1.5 m)。选取内部道路作为测试场地，补光灯设置高度为6 m，机动车距离补光装置所在龙门架距离为100 m，为保证测试环境的稳定，本次测试中实路测试环境中的路面亮度设定为2 cd/m2。测试场景如图4所示。

图3 实验室眩光测试模拟环境Fig.3 Laboratory glare test simulation environment

图4 实路测试场景Fig.4 Real road test scenario

2 补光装置眩光控制方法研究

考虑到补光装置在实际使用条件下眩光受安装设置、自身光源类型、不同监控类型条件下的不同补光距离等因素影响，从以下几个维度对补光装置眩光进行测试分析，以得到相应的眩光控制方法。

2.1 安装设置

GA/T 1202—2014中规定补光车道的侧上方、基准轴与补光车道的车道分界线所成的空间角度应大于等于20°、安装高度应大于等于6 m。生物学研究表明，人眼能分辨清楚物体的视域约为15°，能立刻看清物体的存在的有效视域约为30°，在此之外统称眼睛的余光。正常驾驶时，司机视线基本是向前的，能够清晰观察的就是视野中心的狭小范围，补光装置应避免从这个角度进入驾驶人视线，保证车辆在补光区域时补光装置在驾驶人有效视域以外[12-16]。安装要求的俯视图和水平视图如图5所示。

图5 补光装置设置要求示意图Fig.5 The requivements for setting up light supplement

图6 不同垂直角度下的补光装置眩光测试图比对(序号1、2、3号)Fig.6 Comparison of the glare test diagrams of the supplementary light device under different vertical angles (No. 1, 2, 3)

考虑实际驾驶人行车情况下与补光装置的相对位置，选取不同的角度进行眩光测试，测试在实验室模拟环境下进行，测试结果见表1。

表1 不同安装设置条件的补光装置眩光测试Table 1 Glare test of supplementary light device under different installation conditions

比对表1中测试结果1、2和3号数据可得，随着补光装置垂直方向角度越来越大，相对于驾驶人眼的视场角越来越小，人眼接收到的照度值也随之变大，阈值增量(TI)也越来越大。图7中的眩光测试图也显示，随着补光装置测试角度的增大，光源亮度也随之增大。而考虑到补光装置的设置是为摄像头提供足够照度进行抓拍，因此应在两者中寻求平衡，在满足摄像机抓拍照度的条件下，控制补光装置俯仰角度从而减少对驾驶人的眩光。

比对表1中测试结果4、5号数据可得，相同的补光装置设置情况下，驾驶人与补光装置的相对水平位置不同也会影响阈值增量的大小。测试条件模拟在实际路面上补光装置对应的为本车道驾驶人或是相邻车道驾驶人。相对于4号正斜对的相对位置条件，5号中斜正对的相对位置条件既保证了驾驶人处接收的照度值，而且阈值增量相比也有所下降。因此补光灯设置时，应安排错车道补光，保证了抓拍效果，也能有效地控制眩光影响。

图7 正斜对、斜正对条件下的补光装置眩光测试图比对(序号4、5号)Fig.7 Comparison of the glare test diagrams of the supplementary light device under the conditions of oblique and oblique alignment (No.4 and No.5)

2.2 光源类型

GA/T 1202—2014中对规定补光装置的色温应不低于4 000 K，而目前监控补光装置在实际应用中已开始尝试使用不同色温条件下的光源。为验证不同色温条件是否会对补光装置的眩光产生影响，在实验室测试环境选取同一型号，不同色温条件下的补光装置，进行比对测试[17]。测试效果图如图8。

图8 不同色温条件下的补光装置Fig.8 Fill light device under different color temperature conditions

控制比对测试的两个补光装置样品在相同安装测试条件，测试位置的照度值、显色指数、视场角都相同，选取不同色温参数的补光装置进行测试，测试结果见表2。由数据可得，在数据上，色温参数并不会影响补光装置的阈值增量大小。而在测试过程中，相对于冷光源，暖光源的优势主要是对于人眼的刺激较弱。因此，选用暖光源也可以一定程度上控制补光装置对驾驶人的眩光。

表2 不同色温条件下的补光装置眩光测试Table 2 Glare test of supplementary light device under different color temperature conditions

2.3 补光距离

基于补光装置的不同使用环境，目前典型的道路监控装置主要有卡口、电子警察类型，如图9。针对不同用途的监控装置抓拍特点，补光装置的工作距离也不尽相同。经实地调研，对于电子警察监控设备，补光距离一般设置在25～28 m；对于卡口监控设备，补光距离一般设置在16～25 m。因此，为验证不同使用环境下的补光装置眩光情况，本研究选取不同补光距离，对补光装置眩光影响进行测试分析。

图9 卡口和电子警察Fig.9 Bayonet and electronic police

为覆盖不同使用环境，测试距离选取15～35 m。为验证补光距离、抓拍照度和眩光参数三者之间关系，控制补光装置的亮度保持不变，分别测试不同补光距离情况下的照度值、阈值增量值。从表3中数据可知，随着补光距离设置的越来越远，视场角随之变小，且驾驶人处接收到的照度值也随之变小，阈值增量也随之变小。

表3 不同补光距离条件下补光灯眩光测试Table 3 Glare test of fill light under different fill light distance conditions

由图10可以得到，在15～25 m的补光距离范围内，照度值变化较快，而阈值增量值变化相对较慢。在保证阈值增量平稳的前提下，实现摄像机补光照度的大范围可调，补光距离宜设置在15～25 m范围。针对不同类型、不同使用要求的摄像机，可在15～25 m的补光距离对应选择合适的距离进行补光装置设置。

图10 不同补光距离条件下照度、阈值增量变化趋势图Fig.10 The change trend of illuminance and threshold increment under different supplementary light distance conditions

3 补光装置眩光阈值研究

在GA/T 1202—2014标准中对不同类型的补光装置的照度提出了上限值要求，该照度不仅需要满足摄像机的抓拍要求，同时要保证对驾驶人眼产生的眩光不影响安全驾驶。研究得到，摄像机不同抓拍要求下的照度值不尽相同，号牌清晰抓拍照度要求不低于10 lx，车身信息清晰抓拍照度要求不低于50 lx，人脸抓拍照度要求不低于100 lx。而由于标准中并未对补光装置的眩光参数提出具体要求，因此有必要对不同抓拍照度情况下的眩光值进行比对，从而得到符合使用要求的补光装置的眩光值参数阈值。

选取不同补光距离(15～25 m)，设置补光装置6个不同的亮度级别，测试不同照度条件下的阈值增量值，试验数据见表4。

表4 不同照度条件下的阈值增量Table 4 Threshold increment under different illumination conditions

基于不同的补光距离、不同的抓拍照度要求，整理数据，得到(10 lx、50 lx、100 lx)照度条件对应的阈值增量下限值。在进行补光装置的路面验收工作时，可参考表5中的阈值增量值，该数值也可以为标准GA/T 1202—2014的修订提供眩光参数的数据支撑。

表5 不同设置条件下的阈值增量参考值Table 5 The threshold increment reference value under different setting conditions

4 结语

本文主要着眼于实现交通技术监控补光装置的定性、定量眩光控制方法研究。主要工作内容有：

1)分析补光装置的使用场景、设置要求，确定补光装置的眩光控制因素应聚焦于安装设置、光源类型、补光距离三个维度。

2)从安装设置层面控制眩光，基于标准GA/T 1202—2014中的错车道补光要求，开展补光装置不同垂直、水平角度、补光装置、驾驶人不同相对位置下的眩光测试，得出结论：调整补光装置俯仰角度、选择斜正对的补光装置与驾驶人相对位置可以在保证抓拍照度的前提下控制眩光。

3)从光源类型层面控制眩光，对不同色温条件(6 227 K、3 007 K)下的补光装置进行眩光测试，控制安装设置、光源亮度等因素完全一致，得出结论：色温不会影响眩光，从减少对人眼刺激角度来看，可选用暖光光源的补光装置。

4)基于补光装置在实际使用中应用于卡口、电子警察的不同用途，要求设置距离也不尽相同，选取15～35 m的补光距离区间进行筛选，比对照度变化趋势图、阈值增量变化趋势图，得出结论：补光距离宜选取15～25 m范围，在此范围内，补光装置抓拍照度可调，且阈值增量变化较为平稳，在一定程度上控制了眩光影响。

5)在定性实现补光装置眩光控制的前提下，提出不同抓拍要求下的补光装置眩光阈值：在仅满足机动车号牌抓拍要求的前提下，设置补光距离分别为15 m/20 m/25 m时，补光装置眩光阈值增量应不高于16.57/21.03/30.15；在满足机动车车身信息抓拍要求的前提下，设置补光距离分别为15 m/20 m/25 m时，补光装置眩光阈值增量应不高于61.38/90.08/117.74;在满足机动车驾驶人面部信息抓拍要求的前提下，设置补光距离分别为15 m/20 m/25 m时，补光装置眩光阈值增量应不高于85.04/129.08/163.26。

本研究主要聚焦监控补光装置的眩光控制方法，可以实现监控设备的画质高要求和监控补光装置眩光对人眼影响的矛盾点的平衡，对监控补光装置的眩光危害进行控制；为监控补光装置的技术发展提供方向，为行业标准的修订提供参考。目前关于监控补光装置的眩光参数要求并未在标准中涉及，本课题的研究有利于推动标准的修订。

本研究中针对的安装设置条件、光源类型、补光距离维度主要为典型的补光装置应用情况，针对的补光装置也主要聚焦为传统类型补光装置。目前，随着摄像机技术的不断更新及交通管理要求的不断提高，类似远光灯抓拍、违法鸣笛抓拍等补光装置应用新场景，红外、微光等新的补光装置新技术，本研究中尚未涉及，后续会关注这些方面的研究。