轻轨铁路LED栏杆灯应用及性能分析

摘要:本文根据LED 栏杆灯的特点，结合麦加轻轨铁路工程实例，在低安装高度、照度等进行了性能分析，通过设计和实际使用效果分析，提出了相关的解决方法。应用这些方法，在安装今后类似的工程可以借鉴，同时也对设计提供了参考。

关键词 LED 栏杆灯 低安装高度 照度

中图分类号： F531 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

1.1 LED的发展历史

二十世纪以来，尽管白炽灯、荧光灯和高压散射灯一直占据着照明技术的主要位置，而且工业研究者们一直不断的探索，但是这些光源的发光效率始终没有太大的提高空间。与其恰恰相反的是，固体发光技术的提出，使得固体 发光光源不但可以满足现在白光照明的需要，而且其发光效率可以达到以前发光光源的两倍多。这种固体发光被称作发光二极管即Light Emitting Diodes(LED)。

以氮化物为代表的材料体系的历史性突破，以及LED完备的三基色发光体系的实现，使得1996年世界上第一只白光LED问世，并被迅速推上了市场。 由于LED具有低电压、发光效率高、高可靠性、耗电量小、使用寿命长及易维护的特性，在照明灯具领域中，属于“冷光源”，无多余的热能散失，非常符合绿色照明工程节能与环保的要求。

2 LED栏杆灯的应用

近年以来，在高架公路、桥梁等有行人栏杆的部位，装设LED栏杆灯成了一种越来越广的应用，不仅能够用于路面或应急疏散照明，还能起到装饰城市夜景的功能。

2.1 LED栏杆灯在本工程的情况

沙特麦加轻轨铁路是为了每年数百万穆斯林麦加朝觐所建设的轻轨铁路，最大运量期间每小时近8万人。全线约18公里，其中约16公里为高架桥形式，两侧均设有行人通道及扶手栏杆，为平时检修避让车辆及运营期间车辆故障时人员疏散使用，根据朝觐相关仪式，夜间也需要运营，故在所有栏杆均安装了LED栏杆灯，共约6000套，同时也对铁路的起到了夜间装饰效果。

2.2 本工程LED栏杆灯的应用特点

2.2.1 采用低位安装方式，小功率、长寿命的白光LED，表面安装在铝材质的基础电路板，传热效果好；，解决了传统栏杆灯装饰性大于功能性的问题；

2.2.2依靠图像软件测试灯具的配光曲线，获得了一个高亮度均匀度的人行通道表面；

2.2.3 所选用的产品采用二次非成像技术实现光的大角度水平投射，避免了投光范围的局限；

2.2.4 本工程车辆均为12辆编组，运营密度且满载时高架桥振动较大，故灯具内部光源结构选用了防震型，表面使用防火聚碳酸酯材质。

3 LED栏杆灯的光学性能分析

3.1 栏杆灯的安装

由于LED具有优异的光色电性能、精确配光和高度可控性，在充分考虑灯具间隔的情况下，本工程中轻轨铁路高架桥栏杆灯选用了高度距地1.2m安装，属于典型的低位安装方式，如图1所示。

图1 栏杆灯安装示意图

其中，利用了空心栏杆作为电气导管，将导线敷设在管内，如图2所示：

图2 栏杆内部线路敷设示意图

安装连接好的情况见图3剖面及图4示意所示；

图3 完成连接的剖面图

图4 安装完成的横切面示意图

3.2LED灯的间隔及材料性能分析

3.2.1 LED灯的间隔设置

本工程高架桥上每片梁均为25m，梁两侧的通道分为普通区域和应急区域两种，其中紧急疏散区域属于三个逃生出口两侧，因此灯具间隔较密，灯光照度也进行了加强处理。

基于上述原则，在普通区域选用了1.5w的LED灯具，在紧急疏散区域选用了4.5m的LED灯具，接下来需要确定灯具间隔。

首先在U型梁的两侧通道上选取了1m的距离，如图5所示。

图5 现场通道模拟示意图

普通区域

根据单位长度的模拟情况，利用相关灯光测试软件，得出了按最低10lux（有关普通路面的欧洲标准）的光照光谱图，如图6所示。

图6 普通区域LED灯具（1.5w）光照光谱图

根据上根据上述内容，同时得出了色坐标分布图，如图7所示。

图7 普通区域色坐标分布图

由上图可以得出，普通区域在每4.5m内设置一处光源，可以满足至少10lux的最低照明，由于每片梁是25m，故设置6盏灯具，其间隔为：

25m/6=4.16m≤4.5m符合要求。

应急区域

根据单位长度的模拟情况，利用相关灯光测试软件，得出了按最低150lux（有关应急路面照明的欧洲标准）的光照光谱图，如图8所示。

图8 应急区域LED灯具（4.5w）光照光谱图

根据上述内容，同时得出了色坐标分布图，如图9所示。

图9应急区域色坐标分布图

由上图可以得出，普通区域在每2.3m内设置一处光源，可以满足至少150lux的应急最低照明，由于每片梁是25m，故设置14盏灯具，其间隔为：

25m/14=2.16m≤2.3m符合要求。

3.2.2 栏杆灯的功能参数

考虑到本工程处于高温（年平均气温超过35℃，最高气温超过45℃）、风沙（沙漠丘陵地带），加之运营高峰期时满载车辆频繁通过时桥体时的振动等外界因素，故选用的特殊形式的栏杆灯，其主要性能参数如表1所示：

3.3 LED灯的光学性能分析

3.3.1 配光曲线

3.3 LED灯的光学性能分析

3.3.1 配光曲线

LED的一个主要特点是定向性好，能在晶体封装时就进行配光，然后整灯再通过单颗LED的叠加进行配光，比较灵活而具优势。为了取得路面较均匀的照度，目前一般采用蝙蝠型配光：如图10所示：

图10 LED灯的配光曲线

3.3.2 平均照度计算

计算道路平均照度的公式：Eav=

其中Φ一光源的总光通量；

U一利用系数(查找利用系数曲线);

K一维护系数；

N一单侧排列或交错排列时取1，双向对称排列时取2；

S一灯具间距；

W一道路宽度；

本工程中，以应急灯具为例，道路宽1m，灯间距2.16m，灯高l.2m，仰角90度，双向对称布置，光通量为130lm。

则计算如下：

Eav===144.23

4 智能控制性能分析

LED路灯方式由于工作电压低、启动快、电流直接影响到光通量、色温丰富，加上技术的不

断发展，使得LED灯的智能控制技术成为可能。在本工程中，也应用了这些最新的技术。

4.1 亮度控制

由于加在LED上的电流直接影响到LED发出的光通量，因此利用PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调节)技术，在本工程中实现LED灯的多级亮度可调，在灯具接收到控制指令后，通过PWM(脉宽调制)模块调节恒流电源输出对应的电流值，进而达到改变LED路灯亮度的目的。目前理论上可以将某款LED灯进行255级的亮度调节，而实际运用中，一般需要那么多级。只选几种典型的数值进行调整，比如100％、80％、50％、20％的亮度。

4.2智能监控

传统的灯具控制只能凭借手动开关实现某路多盏灯的统一亮灭控制，或者借助于初级的时控和光控的自动控制技术对单灯进行简单控制，都有很大的使用局限性，而且不能实现监视和信息化管理。在本工程中，由CBS(centre battery system，中央电池控制系统)对LED栏杆灯进行配电和控制，结合先进的通信技术，在供电回路中增加控制信号，使得LED栏杆灯的具有了智能监控形式。可以利用设置在各站的网络中心对远端的各组LED栏杆灯控制箱进行控制，再由该LED栏杆灯控制箱在其目标范围内的LED栏杆灯进行通信管理，进而形成一个完整的LED栏杆灯控制网络，实现了对每组LED栏杆灯的亮灭情况、电能负荷状态、灯杆损坏漏电各类报警的监控，也可按设定好的参数分时间、分地点对单灯进行多级智能调控。

这种智能监控技术，在本工程中产生了如下好处：

4.2.1提高亮灯率

使用LED栏杆灯智能监控技术，能及时发现LED栏杆灯运行中出现的问题，及时处理，提高了亮灯率；

4.2.2节约能源和电费

可以根据季节、时段、地域和业主的不同使用需求，灵活配置每组灯的运行程序，在LED栏杆灯的节能基础上再深层次的节约能源和减少用户的电费支出。

4.2.3节约人物力，提高管理水平

由于可以随时监控每组LED栏杆灯的使用情况，通过中央控制室动态模拟显示屏，监视各处的LED栏杆灯，减少巡灯的维护成本和减轻人员的工作强度，大大的提高工作效率。此外对监控信息的统计分析，也可给管理者提供准确的运行数据，有助于决策和不断提高管理水平。

5 结束语

以上所述为沙特麦加轻轨铁路工程中LED栏杆灯安装、使用过程中的一些性能分析，希望能够给设计及施工技术管理人员提供一些借鉴。作为一种新型的绿色能源工具，LED灯具的性能将随着科学技术的逐渐发展而更加完善，使用的区域也将越来越广。

参考文献

[1] 北京照明学会照明设计专业委员会．照明设计手册．中国电力出版社

[2] 李铁楠．城市道路照明设计．机械工业出版社

[3] GB7000．1灯具一般安全要求与试验

[4] GB7000．5道路与街路照明灯具的安全要求