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京津地區LED廣告屏的光侵擾模擬研究

發布日期:2020-03-10 點擊次數:1147

汪亞江,李娜,王琛,張明宇*

(天津大學,天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室,天津 300072)

 

摘要:以往研究表明,LED廣告屏的亮度是造成光侵擾問題的主要因素。論文調查了京津地區17LED廣告屏參數及其對周邊居住建筑造成的光侵擾。展開針對不同設置條件下LED廣告屏光侵擾模擬研究。設置條件確定為LED廣告屏亮度、距受侵擾建筑水平距離、面積、與居住建筑水平夾角、以及與居住建筑垂直夾角五個自變量,以窗口受到25lx的侵擾照度為基準,得出多變量共同影響下窗口照度的變化規律以及單一變量與窗口照度之間的相對關系。

關鍵詞:光侵擾;模擬;亮度;窗口照度

Study on Light Intrusion Simulation of LED Advertising Screen in Beijing and Tianjin

ABSTRACT

Previous studies have shown that the brightness of the LED advertising screen is the main cause of optical intrusion problems. The research includes the optical intrusion to the surrounding residential architectures with different setting conditions based on the parameters of 17 LED advertising screens in Beijing and Tianjin. The setting conditions is composed of five independent variables including the brightness and area of the screens, straight and level distance from the intrusive architectures, and both the horizontal and vertical angle of the architectures. The research is based on 25lx intrusive illumination indicating the the variation tendency of window illumination under multi-variable influence , and relationship between the single variable and window illumination.

Key words: optical intrusion; simulation; brightness; window illumination

 

1 引言

隨著城市建設快速發展,LED廣告屏得到了普遍的應用,隨之產生了其對周邊居住區居民光侵擾的問題。LED廣告屏光侵擾問題研究較為復雜,主要涉及亮度、瞬時變化、光色等多重因素的影響,根據為京津地區17LED廣告屏的現場調研發現,居民最介意“LED廣告屏太亮了”“太晃眼了”對其的影響(約占30%),因此,本文對LED屏的亮度侵擾進行模擬。

本文通過模擬軟件GWLE2015計算出居住建筑窗口的照度,通過窗口照度值是否滿足相關標準來判斷是否對居住區產生光侵擾,衡量是否超標的標準取值于《城市夜景照明設計規范》(JGJ/T 163-2008),因為本文研究的范圍主要是商住混合區的LED廣告屏,該區域屬于E4區,綜合實際情況取值為25lx。

 

2 模擬軟件及模擬方法

2.1 模擬評價原則及模擬軟件

本文采用的模擬軟件GWLE2015是上海天喬科技有限公司基于建模軟件AutoCAD上研發的國內關于幕墻光環境分析的軟件,并二次開發了LED屏亮度侵擾模擬插件。其可以計算出受LED廣告屏侵擾窗口的平均照度。

2.2 模擬方法

采用的GWLE2015模擬軟件使用步驟如下

1、 SU建造建筑模型。還原LED屏周邊環境和建筑以及受侵擾的居住建筑。

2、 建筑模型上插入受侵擾的窗口。

3、 創建LED廣告屏??梢宰孕?/span>設定LED廣告屏的亮度,尺寸等自身參數,調整距地面高度,建筑的相對位置(包括角度和距離)安裝位置參數。

4、 計算照度。通過選擇建筑窗口、LED顯示屏、遮擋物等相關現狀,軟件就能分析對應的建筑窗口照度。

3  典型模擬模型

通過改變LED廣告屏與居住區建筑窗口的水平夾角、垂直夾角、水平直線距離就能包括相對位置的所有情況,因此將典型居住建筑窗口模型簡化為單一窗口模型,通過設置LED本身參數,調整LED確定相對位置關系,便可以構成典型模擬模型,具體模型構建和流程如圖1所示。

 

 圖1典型模擬模型

 

Fig.1  Typical simulation model 

4 LED廣告屏光侵擾多因素模擬

居住建筑窗口照度會隨著LED廣告屏面積、亮度、與居住建筑水平夾角、與居住建筑垂直夾角以及距受侵擾建筑水平直線距離五個參數的變化而變化。通過模擬研究這些變量對窗口照度的共同影響趨勢,得出單一變量與窗口照度之間的關系。

4.1 模擬參數數值選取

單一因素模擬中將居住建筑的窗口尺寸定為1.5m*1.5m,五個變量具體取值根據前期調研分級如下。

1、 LED廣告屏亮度取值

將LED屏亮度值在調研閾值之間按照等比數列進行分級,亮度劃分為65cd/m2,195 cd/m2,585 cd/m2,1755 cd/m2,5265 cd/m2

2、 LED廣告屏面積取值

LED屏面積在數值上呈等比變化,邊長則呈等差變化。因此本次模擬LED屏面積分為48 m2,192 m2,432 m2,768 m2,1200 m2五個等級,設定參數寬高比為4:3,則寬高分別為8 m *6 m,16 m *12 m,24 m *18 m,32 m *24 m,40 m *30 m。

3、 LED廣告屏距受侵擾建筑水平直線距離取值

水平直線距離取41m,106m,171m,236m,301m五個距離,滿足等差變化。

4、 居住建筑窗口與LED屏水平夾角取值

為滿足夾角等差變化和具體參數選擇范圍,水平夾角取值為0°,30°,60°三個角度。

5、 居住建筑窗口與LED屏垂直夾角取值

垂直夾角取值為0°,30°,60°三個角度。

4.2數據初步分析

通過模擬結果(表1)可知,模擬結果共1125個,最大值為3020.5945lx,最小值僅為為0.0011lx。利用SPSS軟件可知,數據的標準偏差為221.378。說明數據較為分散,照度數據主要集中于100lx以內,約占91.38%。

1數據統計結果

Table1 Data statistical results

N

有效

1125

缺失

0

均值

51.33157813333332

中值

2.4154

全距

3020.5934

極小值

0.0011

極大值

3020.5945

4.3相關性分析

利用統計學原理,探討單一模擬參數與居住建筑窗口照度之間的關系,用SPSS軟件進行相關性分析,對模型進行皮爾森相關系數檢驗,如果P0.01<P<0.05,則為差異顯著,如果P<0.01,則差異極顯著。根據表2所示,LED屏亮度居住建筑窗口照度呈現正相關,P=0.286;LED屏面積和窗口照度顯著相關,P值為0.180,表明兩者呈現正相關;LED屏與居住建筑窗口間的垂直夾角和水平直線距離與窗口照度值均成呈現負相關,P分別為-0.270-0.160.;而窗口照度和水平夾角之間并沒有明顯的關聯。

2各變量窗口照度相關性分析

Table2 Correlation analysis of variable and window illumination

 

LED廣告屏亮度

LED廣告屏面積

LED廣告屏距窗口水平直線距離

LED廣告屏與窗口垂直夾角

LED廣告屏與窗口水平夾角

窗口照度值

LED廣告屏亮度

Pearson相關性

1

0.000

0.000

0.000

0.000

0.286**

顯著性(雙側)

 

10.000

10.000

10.000

10.000

0.000

N

1125

1125

1125

1125

1125

1125

LED廣告屏面積

Pearson相關性

0.000

1

0.000

0.000

0.000

0.180**

顯著性(雙側)

10.000

 

10.000

10.000

10.000

0.000

N

1125

1125

1125

1125

1125

1125

LED廣告屏距窗口水平直線距離

Pearson相關性

0.000

0.000

1

0.000

0.000

-0.270**

顯著性(雙側)

10.000

10.000

 

10.000

10.000

0.000

N

1125

1125

1125

11205

1125

1125

LED廣告屏與窗口垂直夾角

Pearson相關性

0.000

0.000

0.000

1

0.000

-0.160**

顯著性(雙側)

10.000

10.000

10.000

 

10.000

0.000

N

1125

1125

1125

1125

1125

1125

LED廣告屏與窗口水平夾角

Pearson相關性

0.000

0.000

0.000

0.000

1

-0.045

顯著性(雙側)

10.000

10.000

10.000

10.000

 

0.134

N

1125

1125

1125

1125

1125

1125

窗口照度值

Pearson相關性

0.286**

0.180**

-0.270**

-0.160**

-0.045

1

顯著性(雙側)

0.000

0.000

0.000

0.000

0.134

 

N

1125

1125

1125

1125

1125

1125

**0. 在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

 

5窗口照度與單一影響因素規律模擬及分析

5.1 LED屏亮度與窗口照度的關系

通過控制水平直線距離、LED廣告面積、水平夾角和垂直夾角,分析LED亮度與窗口照度的關系。

1、 模擬參數值選取

控制變量模擬參數取值根據調研數據選擇(表3,LED屏水平直線距離、LED屏面積取值調研數據平均值,水平夾角和垂直夾角均取值均為。模擬自變量亮度參數數值等比數列分為以下21等級65 cd/m2,80.97251 cd/m2,100.87 cd/m2,125.6568 cd/m2,156.5346 cd/m2,195 cd/m2,242.9175 cd/m2,302.6099 cd/m2,376.9705 cd/m2,469.6038 cd/m2,585 cd/m2,728.7526 cd/m2,907.8297 cd/m2,1130.912 cd/m2,1408.811 cd/m2,1755 cd/m2,2186.258 cd/m2,2723.489 cd/m2,3392.735 cd/m2,4226.434 cd/m2,5265 cd/m2。

3模擬參數

Table3  Simulation parameters table

亮度(cd/m2

面積(m2

水平直線距離(m)

垂直夾角

(°)

水平夾角

(°)

65-5265

300

147

0

0

 

2、 模擬結果及分析

 模擬結果如圖2所示,窗口照度值隨著LED屏亮度值增加而增加,且趨勢相近,呈現顯著的相關性。

 

圖2 模擬結果

Fig.2  Simulation results

明確LED亮度與窗口照度的關系,對數據結果進行統計分析。如圖3可知,決定系數R21,模型擬合效果良好。因此得出,LED屏亮度跟受侵擾窗口照度為線性關系,擬合方程為 y = 0.0138x + 4E-05。

 


 

 

3  LED廣告屏亮度與窗口照度關系圖

Fig.3  LED advertising screen brightness and window illumination diagram

5.2 LED廣告屏面積與窗口照度的關系

通過控制LED廣告亮度、水平夾角、垂直夾角和水平直線距離,可以分析LED屏面積與窗口照度的相互關系。

1、 模擬參數值選取

控制變量模擬參數取值根據調研數據選擇(表4,LED屏水平直線距離、LED屏亮度取值均調研數據平均值,垂直夾角和水平夾角取值均為。LED廣告屏面積參數數值按等比數列分為21等級,取值分別為48 m2,69.12 m2,94.08 m2,122.88 m2,155.52 m2,192 m2,232.32 m2,276.48 m2,324.48 m2,376.32 m2,432 m2,491.52 m2,554.88 m2,622.08 m2,693.12 m2,768 m2,846.72 m2,929.28 m2,1015.68 m2,1105.92 m2,1200 m2。

4模擬參數

Table4  Simulation parameters table

亮度(cd/m2

面積

(m2)

水平直線距離

(m)

垂直夾角

(°)

水平夾角

(°)

792

48-1200

147

0

0

 

2、 模擬結果及分析

模擬結果如圖4所示,窗口照度值隨著面積值增加而增加。

圖4 模擬結果

Fig.4  Simulation results

 


對模擬
數據進行分析可知(圖5,因此可以確定LED屏面積與窗口照度為線性關系,決定系數值1,擬合曲線y = 0.036x + 0.1189。

 

圖5  LED廣告屏面積與窗口照度關系圖

Fig.5  LED advertising screen area and window illumination diagram

 


5.3
LED廣告屏距窗口的水平直線距離與窗口照度的關系

 

通過控制LED屏亮度、面積、垂直夾角和水平夾角,分析水平直線距離與窗口照度的對應關系。

1、 模擬參數值選取

控制變量模擬參數取值根據調研數據選擇(表5),LED屏亮度、面積取值調研數據平均值,LED距居民窗口水平和垂直夾角均取值均為0°。LED屏距受侵擾窗口的水平直線距離參數數值按等數列可以分為以下21等級41m,54 m,67 m,80 m,93 m,106 m,129 m,132 m,145m,158m,171m,184 m,197 m,210m,223m,236m,249 m,262m,275 m,288 m,301 m。

5模擬參數

Table5  Simulation parameters table

亮度(cd/m2

面積

m2

水平直線距離

m

垂直夾角

(°)

水平夾角

(°)

792

48-1200

41-301

0

0

 

2、模擬結果及分析

模擬結果如圖6所示, LED廣告屏到居民窗口的水平直線距離越遠,窗口照度值也就越低。

 


圖6 模擬數據結果

 

Fig.6  Simulation results

對模擬數據進行分析可知,如圖7,LED屏到居民窗口的水平直線距離受侵擾窗口照度為指數函數關系,利用SPSS軟件擬合可以得到擬合曲線y = 109.85e-0.014x,。

 


7 LED廣告屏距窗口的水平直線距離與窗口照度關系圖

 

Fig.7  LED advertising screen from the window of the horizontal line distance and window illumination diagram

5.4 LED廣告屏與窗口的水平夾角與窗口照度的關系

通過控制LED屏亮度、面積、LED與居住建筑窗口間的水平直線距離和垂直夾角,分析水平夾角與窗口照度的關系。

1、 模擬參數值選取

LED屏亮度、LED屏面積、LED距居民窗口水平直線距離均取值為調研數據平均值,垂直夾角均取值均為(表6)。LED屏距窗口的水平夾角參數數值按等數列可以分為以下21等級0°,3°,6°,9°,12°,15°,18°,21°,24°,27°,30°,33°,36°,39°,42°,45°,48°,51°,54°,57°,60°。

6模擬參數

Table6  Simulation parameters table

亮度(cd/m2

面積

m2

水平直線距離

m

垂直夾角

(°)

水平夾角

(°)

792

300

174

0

0-60

 

2、模擬結果及分析

 


通過8可知,窗口照度值隨著水平角度的增加而逐漸降低,水平角度時,窗口照度到達最大值,數值為10.9436lx。

 

圖8 模擬結果

Fig.8  Simulation results

 


經過
分析,得知LED屏與受侵擾建筑窗口間的水平夾角與受侵擾窗口照度之間的關系為二元一次方程,如圖9。曲線的擬合度較高,R2值為0.9999,擬合方程為:y = -0.0014x2 - 0.0066x + 10.977(R2=0.9999)。

 

9  LED廣告屏與居民窗口水平夾角與窗口照度關系圖

Fig.9  LED advertising screen and residents window horizontal angle and window illumination diagram

5.5 LED廣告屏與窗口的垂直夾角與窗口照度的關系

通過控制LED屏亮度、面積、LED受侵擾建筑窗口間的水平直線距離和水平夾角,分析垂直夾角與窗口照度的對應關系。

1、 模擬參數值選取

LED屏亮度、LED屏面積、LED距居民窗口水平直線距離均取值為調研數據平均值,水平夾角均取值均為(如表7)。LED屏距窗口的垂直夾角參數數值按等數列可以分為以下21等級0°,3°,6°,9°,12°,15°,18°,21°,24°,27°,30°,33°,36°,39°,42°,45°,48°,51°,54°,57°,60°。

7模擬參數

Table7  Simulation parameters table

亮度(cd/m2

面積

m2

水平直線距離

m

垂直夾角

(°)

水平夾角

(°)

792

300

174

0-60

0

 

2、模擬結果及分析

通過10可知,垂直角度時,窗口照度到達最大值。通過數據可知受侵擾窗口照度值隨著垂直角度的增加而逐漸降低。

 


圖10模擬結果

 

Fig.10  Simulation results

經過統計可知,LED屏與居住建筑窗口間的垂直夾角和窗口照度呈三元一次方程的關系,如圖11,擬合系數值為0.9999,程度較高,方程為y = 8E-05x3 - 0.0078x2 + 0.0015x + 10.963。

 


11 LED廣告屏與居民窗口垂直夾角與窗口照度關系圖

 

Fig11.  LED advertising screen and residential windows vertical angle and window illumination diagram

6 總結

1. 本文通過模擬軟件GWLE2015計算出居住建筑窗口的照度,通過窗口照度值是否滿足相關標準來判斷是否對居住區產生光侵擾,衡量是否超標的標準取值于《城市夜景照明設計規范》(JGJ/T 163-2008),因為本文研究的范圍主要是商住混合區的LED廣告屏,該區域屬于E4區,綜合實際情況取值為25lx。

2.對每個單一模擬參數與受侵擾建筑窗口照度進行相關性分析可知,LED屏亮度與居住建筑窗口照度顯著正相關,P=0.286;LED屏面積和窗口照度顯著相關,P值為0.180,表明兩者呈正相關; LED屏與受侵擾建筑窗口間的垂直夾角和水平直線距離與窗口照度值均成呈負相關,P值分別為-0.270-0.160;而水平夾角和受侵擾窗口照度之間并沒有顯著的相關性。

3.構建控制變量的模擬模型,最終可知。

① LED屏亮度與受侵擾窗口照度為線性關系,擬合方程: y = 0.0138x + 4E-05(R2=1)。

② LED屏面積參數與受侵擾窗口照度的為線性關系,擬合曲線:y = 0.036x + 0.1189(R2=1)。

③ LED屏到受侵擾居民窗口的水平直線距離與受侵擾居民窗口照度為指數函數關系,擬合曲線:(R2=0.9445)。

④ LED屏與受侵擾居住建筑窗口間的水平夾角與受侵擾窗口照度之間的關系為二元一次方程。擬合曲線:(R2=0.9999)。

⑤ LED屏與受侵擾居住建筑窗口間的垂直夾角和受侵擾窗口照度呈三元一次方程的關系,擬合曲線:(R2=0.9999)。

 

REFERENCES

[1]JA Brons,JD Bullough, Rea,Outdoor site-lighting performance: A comprehensive and quantitative framework assessing light pollution,Lighting Research Technology

[2]Ha Na ,Kim Jeong Tai, Field Investigations on Trespass of Residential Building by Street Lighting,Journal of the KIEAE,2010,10(2): 71-78

[3]Zhao Youzen, The study of outdoor lighting disturbances: [doctoral dissertation], Taiwan: success university, 2009

[4]Ma Jian, Yao Xin, Liu Gang, etc., urban residential area light environment status quo investigation, lighting engineering journal, 2009,20 (4): 9 ~ 13

[5]Su Xiao ming, comprehensive evaluation of light pollution in residential areas: [doctoral dissertation], tian jin: tianjin university, 2011

[6]Yu Juan, Tianjin residential building night light intrusion evaluation study: [Master's thesis], Tianjin: Tianjin University, 2013

[7]李娜,張明宇,于娟,宋婕翹,“LED廣告屏對居住建筑形成的典型色光侵擾數據調查研究——以天津市為例”,《照明工程學報》,201512

[8]李娜,張明宇,于娟,“Research On The Light Intrusion Caused By LED   Advertising Screens In The Beijing-Tianjin Region,Lighting Quality and Energy Efficiency Conference”,2016Lighting Quality and Energy Efficiency Conference,20163

[9]李娜,張明宇,“戶外LED廣告屏色光侵擾問題調查研究”, 《土木建筑與環境工程學報》,201610

[10]馬劍,姚鑫,劉剛等,城市居住區室外光環境現狀調查研究,照明工程學報,2009,20(4):9~13

[11]趙又禪,住宅區戶外照明光侵擾之研究:[博士學位論文],臺灣:成功大學,2009

[12]天津市質量技術監督局,天津市戶外廣告設施設置技術規范,DB12/ 313—2007,天津:2007.3.7

[13]中華人民共和國住房和城鄉建設部,JGJ/T163-2008,城市夜景照明設計規范 ,中華人民共和國行業標準,北京:中國建筑工業出版社,2008-11-04

[14]中華人民共和國行業標準,城市戶外廣告設施技術規范,CJJ149-2010,北京:建筑工業出版社,2010

[15]于婷婷,夜間城市交匯區LED大型顯示屏對駕駛人員的視覺干擾的研究:[碩士學位論文],天津:天津大學,2011

[16]袁有無,城市戶外LED 顯示屏亮度與設置評價研究:[碩士學位論文],重慶:重慶大學,2014

 

 

 

 

 

 

 

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