高速列車車內照度舒適性評價指標研究

蘇燕辰，張瑞萍，李 俊

（西南交通大學機械工程學院，四川 成都 610031）

0 引 言

高速鐵路經過40多年的發展，已經形成以日、法、德3國為代表的適合各國國情的技術體系，各國高速列車車內照明也形成了以這3個國家的大不相同的風格特點為基礎的設計。

高速鐵路的照明舒適性很大程度上來自于乘客的全程性自我生理和心理的感受，比較感性且具有個性特點，所以，對其進行定量化和標準化是不容易的。日本、法國和德國等高速鐵路發達的國家在速度與安全方面都有重大突破，在速度和安全性方面上都已形成符合各自國情的量化指標，但是對于乘客的乘坐舒適性方面卻尚未形成明確的統一的評價指標和評價體系。所以，對車內照明舒適性進行系統的研究能夠為未來高速列車的發展和系統綜合優化提供指導方向。研究高速動車組車內照度和舒適性數學關系模型，得到照度舒適度的評價指標，為高速動車組車內照度舒適性評價方法的建立提供基礎。

1 綜合照度舒適性評價指標

高速列車車內照明環境中，影響視覺舒適度的因素有多個。照度大小關系到車內空間的明亮程度，照度太大或太小（環境過明或過暗）都會導致人眼的不舒適感覺。在不同的車外環境（明線、隧道等）下需要及時調節車內照度大小，調節速率即照度變化率太大也會導致人眼的不舒適感。分別研究照度本身與視覺舒適度之間的數學關系以及照度的變化率與視覺舒適度之間的數學關系，并考慮二者對于視覺舒適度的權重關系，得出照度舒適性關系模型。

1.1 照度舒適性指標

根據已有的分析研究，得到了照度與舒適性之間的數學關系模型：

由于視覺舒適度的極大值并不為1，不便于不同環境下視覺舒適度的比較，所以需要對其進行歸一化處理，即用視覺舒適度的極大值Zm去除Z，得到：

歸一化后的視覺舒適度函數Z1與原函數Z相比較后得到圖1的曲線。

由圖1可知，人眼的舒適度并不是簡單的隨著照度值的增大而增大或減小的，而是當照度增大到某一值時，舒適度達到最大，此后，照度再增加便可引起視覺舒適度的下降，也就是說滿足人眼舒適感的照度是存在某個限值的。

圖1 歸一化后的照度舒適性回歸模型與原回歸模型

1.2 照度變化率舒適性指標

照度變化率與舒適性的數學關系模型為

照度變化率最小為0時，即照度穩定不變的情況下，利用此模型得到的舒適性并不為1，所以也將其進行歸一化處理，用視覺舒適度的極大值Zm去除Z，得到：

歸一化后的視覺舒適度函數Z1與原函數Z相比較后得到圖2的曲線。

圖2 歸一化后的照度變化率舒適性回歸模型與原回歸模型

由圖2可知，隨著照度變化率的增加，視覺舒適度逐漸降低，人眼的不舒適感逐漸增強。也即照度變化越快，人越會覺得不舒適。視覺舒適性與照度變化率之間呈線性關系。

1.3 綜合照度舒適性指標

在對總體進行評價的過程中，需要了解總體中每一個評價因子的重要程度，按照其對總體評價的影響程度進行定量分配，也就是確定總體評價中各評價因子的權重系數。

綜合照度舒適性評價指標包括照度舒適性評價指標和照度變化率舒適性評價指標兩個因子，二者對綜合舒適性的影響程度有所不同。為了綜合舒適度中這兩個因子對舒適度的影響，故將照度及照度變化率對舒適性的影響程度分別分為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%這11個等級。由于本次討論僅限于這兩個因子，若視照度值與照度變化率二者對綜合舒適性的影響程度是相等的，那么其中任何一個指標的權重系數都為0.5，故照度和照度變化率對舒適度影響的權重系數相加等于1。對50人進行隨機調查問卷，調查問卷結果見表1。

表1 照度與照度變化率影響權重問卷調查統計結果

根據分析：

最終確定的k1=43%，k2=57%，綜合照度舒適性指標如下：

將上述得到的當量照度值和當量照度變化率值代入綜合舒適性評價的數學模型中，即得到綜合舒適性評價指標的值。

2 綜合照度舒適性評價等級劃分

根據以上得到的照度舒適性綜合指標，將極不舒適到很舒適劃分為5個等級，每個等級對應的綜合舒適性指標如表2所示，最舒適的時候綜合舒適性指標可以達到1，不舒適時的綜合評價指標也可接近0。介于最舒適和最不舒適之間的其他感覺相應的綜合舒適性評價指標介于0～1之間。

結合照度舒適性評價等級的劃分表評價車內照明的舒適性情況，若得到的綜合舒適性評價指標的值在1～0.8范圍內，則說明這個位置的照度是很舒適的，若得到的綜合舒適性評價指標的值在0～0.2的范圍呢，則說明這個位置的照度是很不舒適的，中間的情況參照表2依次類推。由此即可判定車內照明的舒適程度。

表2 照度舒適性評價等級

3 結束語

通過在廣義舒適度模擬試驗臺上控制不同照度和不同照度變化率，使被測人員感受不同的光環境并做出舒適程度的評價，利用統計學原理以及描述人體感覺量與物理刺激量之間的關系的重要定律——廣義的韋伯-費昔勒定律得到包含照度與照度變化率兩個因素的照度綜合舒適性評價指標。

[1]王曉剛.國外高速鐵路建設及發展趨勢[J].建筑機械，2007（3）：30-36.

[2]張曙光.京滬高速鐵路系統優化研究[M].北京：中國鐵道出版社，2009：74-93.

[3]李愛仙.國內外照明產品標準概述[J].世界標準化與質量管理，2000（2）：29-33.

[4]Muller M.對德國高速鐵路各發展階段的評價[J].鄭雅文，譯.中國鐵路，1998（10）：19-27.

[5]劉自遠.綜合評價中指標權重系數確定探討[J].中國衛生質量管理，2006，13（2）：44-48.

[6]范靜靜.中國高速列車內室照明設計研究[D].成都：西南交通大學，2010.

[7]陶愛榮.關于室內環境舒適性評價指標的研究[J].通風除塵，1996（2）：25-27.

[8]GB 50034—1992工業企業照明設計標準[S].北京：中國標準出版社，1992.

[9]GBT 26189—2010室內工作場所的照明[S].北京：中國質檢出版社，2010.