大型水面艦船工作艙室光環(huán)境設(shè)計(jì)中的眩光評(píng)價(jià)

周曉易，周拓陽(yáng)，鄧 野

(中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，北京 100081)

引言

隨著大型水面艦船武器裝備的數(shù)字化與集成化發(fā)展，工作艙室控制臺(tái)的顯示屏大小各異、種類繁多，導(dǎo)致艙室內(nèi)光環(huán)境變得日益復(fù)雜。艙室光環(huán)境設(shè)計(jì)作為人-機(jī)-環(huán)設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)作業(yè)人員準(zhǔn)確及時(shí)地獲取態(tài)勢(shì)信息、保證操作效率及減緩視覺(jué)疲勞均起到不可忽視的作用。影響工作艙室光環(huán)境質(zhì)量的因素包括照度及照度均勻度、亮度分布、照明穩(wěn)定性、眩光等，其中眩光是影響光環(huán)境質(zhì)量最主要的因素[1]。造成工作艙室眩光的原因包括燈具發(fā)光角度不合理、燈具布置位置未充分考慮臺(tái)位的設(shè)置、艙室高度過(guò)低等。如何對(duì)眩光進(jìn)行科學(xué)評(píng)估是評(píng)判工作艙室光環(huán)境設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提條件之一，對(duì)于指導(dǎo)大型水面艦船工作艙室光環(huán)境設(shè)計(jì)具有重要意義。

眩光是一種產(chǎn)生不舒適感，或降低觀看主要目標(biāo)的能力，或兩者兼有的不良視覺(jué)環(huán)境。一般由視野中不適宜的亮度分布、懸殊的亮度對(duì)比引起。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)對(duì)眩光作如下定義：由于光亮度的分布或范圍不適當(dāng)，或?qū)Ρ榷忍珡?qiáng)，引起不舒適感或分辨細(xì)節(jié)物體能力減弱的視覺(jué)條件。根據(jù)對(duì)視覺(jué)影響程度的不同，眩光分為不舒適眩光和失能眩光，其中不舒適眩光是指產(chǎn)生不舒適感但不一定削弱目標(biāo)可見(jiàn)性的眩光[2]，即心理眩光。失能眩光是指在視野內(nèi)使人的視覺(jué)功能在一定程度上受損的眩光。失能眩光主要發(fā)生在室外照明環(huán)境中，如大型體育場(chǎng)照明，而像艦船工作艙室這種室內(nèi)照明產(chǎn)生的眩光大多屬于不舒適眩光范疇。

1 不舒適眩光評(píng)估方法

室內(nèi)不舒適眩光評(píng)估方法的研究有GI(英國(guó)眩光指數(shù)評(píng)價(jià)方法)、VCP(美國(guó)視覺(jué)不舒適概率評(píng)價(jià)方法)、亮度限制曲線評(píng)價(jià)方法、CGI(CIE眩光指數(shù)法)及UGR(統(tǒng)一眩光值評(píng)價(jià)方法)等五種眩光評(píng)估方法。這些方法中除亮度限制曲線評(píng)價(jià)方法外均采用一個(gè)基本相似的公式計(jì)算出一組照明設(shè)施所產(chǎn)生眩光的不舒適感受。這些公式雖然各不相同，但是對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的眩光源來(lái)講，它們均具有下列形式：

(1)

式中：G為眩光感受，Ls為眩光源的亮度；ω為眩光源相對(duì)于眼睛所張的立體角；Lb為背景亮度；P為眩光源偏離視線的程度，稱作位置指數(shù)；a、b、c、d為指數(shù)。

每一項(xiàng)的指數(shù)在不同的公式中是不同的，但如果眩光源的亮度提高、眩光源的立體角增加、背景亮度降低以及視線對(duì)眩光源偏離的減少，均會(huì)增加該眩光源的不舒適感覺(jué)。

1.1 GI

GI[3]法是英國(guó)Petherbridge和Hopkingson在20世紀(jì)50年代發(fā)展出來(lái)的，該評(píng)價(jià)方法主要是在實(shí)驗(yàn)室中由被試對(duì)呈現(xiàn)在某一背景亮度前的一個(gè)亮斑的視覺(jué)舒適程度進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)而來(lái)，后來(lái)作為英國(guó)眩光指數(shù)系統(tǒng)被編入英國(guó)室內(nèi)照明規(guī)范。

對(duì)于單個(gè)眩光源而言，該系統(tǒng)的公式為

(2)

式中各符號(hào)的意義與式(1)相同，但是其背景亮度中不包含眩光源自身的亮度。

對(duì)于若干個(gè)眩光源的綜合作用，GI法是用下列公式將各個(gè)燈具的影響綜合起來(lái)：

GI=10log10(0.5∑G)

(3)

GI的數(shù)值在10～30之間，其中10表示感覺(jué)不到眩光，30表示感覺(jué)到非常不舒適的眩光。

1.2 VCP

VCP[4]法是20世紀(jì)60年代北美照明工程學(xué)會(huì)(IESNA)根據(jù)Guth的工作提出來(lái)的。

該評(píng)價(jià)方法對(duì)于單個(gè)眩光源的公式為

(4)

式中：Q=(20.4ω+1.52ω0.2-0.075)；F=視野(包括眩光源)的平均亮度；其余符號(hào)與式(1)中意義一致。

對(duì)于多個(gè)眩光源產(chǎn)生的眩光感覺(jué)，是用式(5)將它們綜合起來(lái)形成不舒適眩光評(píng)價(jià)(DGR)：

DGR=(∑Mn)a

(5)

式中a=n-0.0914；n=眩光源的數(shù)量。

再將DGR轉(zhuǎn)換成VCP，所謂VCP(視覺(jué)舒適概率)即有百分之幾的人認(rèn)為可以接受DGR所代表的眩光條件。為便于將DGR轉(zhuǎn)換成VCP，IESNA提供了一個(gè)圖表供設(shè)計(jì)人員使用[5]。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)VCP>70時(shí)，就表示一致認(rèn)為不會(huì)出現(xiàn)不舒適眩光。

1.3 亮度限制曲線評(píng)價(jià)方法

英國(guó)GI眩光指數(shù)評(píng)價(jià)方法和美國(guó)VCP視覺(jué)不舒適概率評(píng)價(jià)方法對(duì)于照明場(chǎng)景中多個(gè)眩光源對(duì)人視覺(jué)的影響均通過(guò)將單個(gè)眩光源的眩光感受累加而來(lái)，有部分學(xué)者對(duì)此做法感到并不滿意[5]。

德國(guó)Bodmann等用1/3比例的辦公室模型，以不同類型配光的熒光燈燈具進(jìn)行眩光評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用了7級(jí)量表來(lái)評(píng)價(jià)眩光不舒適的程度，其中：0級(jí)為無(wú)眩光，1級(jí)為介于不存在眩光至不顯著眩光之間，2級(jí)為顯著眩光，3級(jí)為介于顯著眩光至討厭眩光之間，4級(jí)為討厭眩光，5級(jí)為介于討厭至不能忍受的眩光之間，6級(jí)為不能忍受的眩光。他們?cè)谠u(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，只有燈具亮度、房間長(zhǎng)度和燈具的懸掛高度、適應(yīng)亮度及燈具的類型五個(gè)因素顯著地影響眩光評(píng)價(jià)結(jié)果。后來(lái)，經(jīng)過(guò)Sollner和Fisher[6]的工作發(fā)展，建立了歐洲眩光限制曲線系統(tǒng)，CIE將它作為眩光評(píng)價(jià)的暫行推薦方法。

雖然亮度限制曲線評(píng)價(jià)方法在發(fā)展的過(guò)程中使用真正的燈具，并由人來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是該方法具有現(xiàn)實(shí)的缺點(diǎn)，它只能預(yù)測(cè)由照明燈具產(chǎn)生的不舒適眩光，而GI眩光指數(shù)評(píng)價(jià)方法和VCP視覺(jué)不舒適概率評(píng)價(jià)方法能夠同時(shí)預(yù)測(cè)燈具及室內(nèi)表面反射率的改變對(duì)眩光產(chǎn)生的影響。

1.4 CGI

CIE眩光指數(shù)法[7]是基于Einhorn提出的眩光評(píng)價(jià)模型發(fā)展形成的。

Einhorn提出的公式原型為：

(6)

式中：CGI為CIE眩光指數(shù)；L為眩光源的亮度；ω為眩光源相對(duì)于眼睛所張的立體角；P為Guth位置指數(shù)；Ed為眼睛中所有光源的直接垂直照度；Ei為眼睛中的間接照度。

由于式(6)計(jì)算所得的眩光指數(shù)值范圍與英國(guó)眩光指數(shù)法和南非眩光指數(shù)法計(jì)算所得的數(shù)值范圍相差較大，為保持一定的參考性，在CIE第19屆會(huì)議上，Einhorn根據(jù)討論的結(jié)果，將公式調(diào)整為

(7)

由此，CGI的范圍變?yōu)?0～30，與英國(guó)眩光指數(shù)和南非眩光指數(shù)的范圍基本一致。

1.5 UGR

1987年，Sorensen在Einhorn的CGI基礎(chǔ)上提出了UGR統(tǒng)一眩光值評(píng)價(jià)方法，計(jì)算公式如下：

(8)

式中UGR為統(tǒng)一眩光值，其余符號(hào)意義與式(1)一致。

UGR統(tǒng)一眩光值評(píng)估公式輸出的是一個(gè)能預(yù)測(cè)視覺(jué)環(huán)境中光源引起的主觀不舒適感受的心理參量[8]。其實(shí)際值的范圍介于10～30之間，其中UGR<10被認(rèn)為無(wú)明顯的眩光感覺(jué)[9]。

但是在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)不同大小光源眩光時(shí)的結(jié)果與眩光主觀感受之間存在輕微的差異，主要體現(xiàn)在當(dāng)評(píng)估較大光源的眩光時(shí)UGR值偏低，而對(duì)于較小的光源UGR值則會(huì)偏高。文獻(xiàn)[10]中定義了一般光源為投影面積介于0.005～1.5 m2的光源，將小光源定義為投影面積小于0.005 m2(相當(dāng)于直徑為80 mm的圓)的光源，將大光源定義為投影面積大于1.5 m2的光源。研究表明式(8)適用于評(píng)價(jià)投影面積介于0.005～1.5 m2之間一般光源的眩光，因此，針對(duì)其他尺寸大小的光源的UGR眩光指數(shù)計(jì)算公式需在式(8)的基礎(chǔ)上做略微調(diào)整。

1)小光源的眩光評(píng)價(jià)。德國(guó)Karlsruhe大學(xué)和南非Cape Town大學(xué)的研究結(jié)果表明，小光源產(chǎn)生的眩光使用光強(qiáng)和投影面積代替亮度和立體角來(lái)計(jì)算UGR值更為準(zhǔn)確，即將UGR公式修正為：

(9)

式中：I為光源在眼睛方向的光強(qiáng)，r為光源離眼睛的距離，其余參數(shù)同式(1)。

2)大光源的眩光評(píng)價(jià)。對(duì)于發(fā)光頂棚大光源的眩光評(píng)價(jià)，可采用Hopkingson建議的較為簡(jiǎn)單的規(guī)則，即：

若要求UGR≤13，則平均照度需≤300 lx；

若要求UGR≤16，則平均照度需≤600 lx；

若要求UGR≤19，則平均照度需≤1 000 lx；

若要求UGR≤22，則平均照度需≤1 600 lx。

對(duì)于發(fā)光頂棚與一般燈具之間的過(guò)渡燈具，為了區(qū)別一般光源的UGR，這里采用GGR，公式如下：

(10)

GGR的值(用于大光源)提供的評(píng)價(jià)與UGR的值(用于一般光源)相同。例如GGR=21預(yù)計(jì)的眩光感覺(jué)與UGR=21的眩光感覺(jué)是一致的。

Akashi[11]通過(guò)被試主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究得到UGR指數(shù)與眩光的主觀不舒適感受之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.89，因此該公式被認(rèn)為是目前為止評(píng)估效果最理想的室內(nèi)不舒適眩光的評(píng)估模型。

GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》已明確采用UGR指數(shù)法對(duì)各種不同功能的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行不舒適眩光等級(jí)的規(guī)定。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)提出統(tǒng)一眩光值(UGR)的應(yīng)用條件應(yīng)符合下列規(guī)定[12]：

1)適用于立方體形式室內(nèi)空間的一般照明，不適用于采用間接照明和發(fā)光天棚的房間；

2)照明光源應(yīng)為雙對(duì)稱配光；

3)坐姿觀測(cè)者眼點(diǎn)高度取1.2 m，站姿觀測(cè)者眼點(diǎn)高度取1.5 m；

4)同一類照明燈具為均勻布置。

2 工作艙室眩光評(píng)價(jià)模型

2.1 大型水面艦船工作艙室光環(huán)境特點(diǎn)

大型水面艦船工作艙室內(nèi)的發(fā)光源主要包括艙頂照明燈具、顯示大屏、控制臺(tái)屏幕、內(nèi)帶光源的按鈕、各類指示燈等。由于艦船工作艙室空間有限，艙頂有效高度一般為距離地板面2 m左右，因此，照明燈具、帶光按鈕、指示燈等光源易直射進(jìn)入作業(yè)人員的視野范圍，在亮度對(duì)比過(guò)大時(shí)造成直射眩光現(xiàn)象，如圖 1(a)所示；隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，目前艦船裝備均以電子化為主，電子顯示屏、指示燈等成為作業(yè)人員與裝備之間的主要人機(jī)界面。照明燈具光源經(jīng)各類顯示屏表面反射，易進(jìn)入作業(yè)人員的視野范圍，從而造成反射眩光現(xiàn)象，如圖1(b)所示；此外，作業(yè)人員視野范圍內(nèi)會(huì)同時(shí)存在直射眩光與反射眩光兩種眩光，如圖 1(c)所示。

圖1 大型水面艦船典型工作艙室眩光Fig.1 Glare in typical working cabin of large surface warship

由圖1可知，大型水面艦船典型工作艙室光環(huán)境的特點(diǎn)可總結(jié)如下：

1)工作艙室一般為立方體封閉空間，照明方式為直接照明；

2)照明燈具一般包括日光燈與局部照明燈，均為均勻布置，光源均屬于雙對(duì)稱配光形式；

3)眩光種類不單一，通常直射眩光與反射眩光同時(shí)存在于作業(yè)人員的觀察視野范圍內(nèi)；

4)眩光來(lái)源途徑較多，通常包括各種照明燈具、顯示屏、按鈕、指示燈等；

5)單個(gè)眩光的面積較小，照明燈具、顯示屏光源通常投影面積介于0.005～1.5 m2之間，屬一般光源范疇，發(fā)光按鈕、指示燈通常投影面積小于0.005 m2，屬小光源范疇。

工作艙室作業(yè)人員主要采用坐姿操作，根據(jù)GJB/Z 131—2002《軍事裝備和設(shè)施的人機(jī)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》中我國(guó)作業(yè)人員身體尺寸數(shù)據(jù)，第五十百分位作業(yè)人員的坐姿眼高為1 249.4 mm[13]。

綜上所述，對(duì)于大型水面艦船工作艙室存在的眩光，符合UGR統(tǒng)一眩光值評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用條件，因此可采用UGR進(jìn)行眩光計(jì)算評(píng)價(jià)。

2.2 大型水面艦船工作艙室眩光評(píng)價(jià)模型建立

大型水面艦船工作艙室光環(huán)境較為復(fù)雜，眩光源的形狀及大小各不相同，眩光源的數(shù)量往往也不唯一。若僅僅把這些眩光源歸為一般光源或小光源進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)，所得結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)較大偏差。從2.1節(jié)典型工作艙室光環(huán)境特點(diǎn)來(lái)看，艙室內(nèi)可能產(chǎn)生的單個(gè)眩光源尺寸絕大多數(shù)應(yīng)屬于一般光源或小光源定義的范疇。因此，考慮這些不同大小眩光源對(duì)作業(yè)人員視覺(jué)的綜合影響，建立大型水面艦船工作艙室眩光UGR評(píng)價(jià)模型如下：

(11)

式中：m為一般光源總數(shù)；n為小光源總數(shù)；Lb為背景亮度；Li為第i個(gè)一般光源的亮度；ωi為第i個(gè)一般光源的立體角；Pi為第i個(gè)一般光源的位置指數(shù)；Ij為第j個(gè)小光源在眼睛方向的光強(qiáng)，rj為第j個(gè)小光源離眼睛的距離；Pj為第j個(gè)小光源的位置指數(shù)。

3 案例計(jì)算

對(duì)于處于設(shè)計(jì)初期的工作艙室，進(jìn)行眩光評(píng)估相關(guān)參數(shù)的采集需依賴實(shí)物模型進(jìn)行，大大增加了研制的風(fēng)險(xiǎn)和周期，因此，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)仿真的方法可有效避免上述問(wèn)題。目前，眩光評(píng)估問(wèn)題已在汽車(chē)駕駛?cè)藱C(jī)交互、飛機(jī)座艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)中引起了學(xué)者的關(guān)注，視覺(jué)仿真方法也已在這些領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用[14,15]。本文將采用基于CATIA平臺(tái)的SPEOS軟件進(jìn)行視覺(jué)仿真，并獲取眩光評(píng)價(jià)所需的參數(shù)。

3.1 照明眩光場(chǎng)景構(gòu)建

以日光燈與局部照明燈兩種照明環(huán)境(兩種燈具均為常用艦船艙室用燈)，在SPEOS仿真環(huán)境中構(gòu)建典型照明場(chǎng)景，如圖2所示。

圖2 典型照明場(chǎng)景示意圖Fig.2 Schematic diagram of typical lighting scene

場(chǎng)景中，所有照明燈具均為垂直向下照射，發(fā)光面距離地板均為2 000 mm。LED日光燈與局部照明燈具的參數(shù)如表1所示。

表1 艙室照明燈具參數(shù)列表Table 1 Parameters of cabin lights

在模型中，通過(guò)增加燈具、平移燈具的方式構(gòu)造六種不同的照明眩光場(chǎng)景，如圖3所示。從作業(yè)人員操作任務(wù)的角度而言，并非在所有位置產(chǎn)生的眩光都會(huì)對(duì)作業(yè)人員視覺(jué)的舒適性產(chǎn)生影響，應(yīng)從作業(yè)人員坐姿操作時(shí)的眼點(diǎn)位置出發(fā)對(duì)其視野范圍內(nèi)產(chǎn)生的眩光進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。

圖3 六種不同眩光場(chǎng)景設(shè)置示意圖Fig.3 Schematic diagram of six different glare scene settings

基于P50作業(yè)人員的眼點(diǎn)位置，上述6種眩光場(chǎng)景的視覺(jué)仿真如圖4所示。

圖4 6種眩光場(chǎng)景視覺(jué)仿真圖Fig.4 Visual simulation of six glare scenes

3.2 參數(shù)獲取

通過(guò)SPEOS軟件運(yùn)算并輸出.XMP文件，該文件記錄了仿真圖像及其每一個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)、亮度、照度等光度學(xué)信息并具備一定的統(tǒng)計(jì)功能，以場(chǎng)景1為例，關(guān)鍵參數(shù)獲取如圖5所示。

圖5 場(chǎng)景1 SPEOS運(yùn)算得到的.XMP文件截圖Fig.5 XMP file screenshots obtained by SPEOS operation for scene 1

UGR眩光值計(jì)算步驟如下：

1)采用.XMP文件自帶的自定義選取區(qū)域功能，統(tǒng)計(jì)計(jì)算視野范圍的平均亮度，這里選取視野范圍內(nèi)平均亮度值的4倍作為眩光源判定的閾值[16]，判定視野內(nèi)較亮光斑是否為眩光源；

2)根據(jù).XMP文件提供的眩光源的坐標(biāo)信息，計(jì)算眩光的投影面積、位置指數(shù)、立體角等參數(shù)；

3)根據(jù)計(jì)算得到的眩光投影面積大小，選擇相應(yīng)的計(jì)算公式；

4)采用.XMP文件自帶的自定義選取區(qū)域功能，計(jì)算眩光源、背景區(qū)域的平均亮度、眼位處照度等參數(shù)；

5)采用.XMP文件自帶的GetDepth功能采集眩光源幾何中心到作業(yè)人員眼點(diǎn)的距離；

6)累加所有視野范圍內(nèi)的眩光源的影響，綜合計(jì)算可得該照明場(chǎng)景下的UGR值。

其中，式(11)中的Lb、Li、rj可直接從.XMP文件中統(tǒng)計(jì)讀取，ωi、Ij、Pi、Pj可通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算。

1)一般光源立體角ωi。對(duì)于任意曲面，立體角可用如下公式計(jì)算：

(12)

這里選取眩光源幾何中心與作業(yè)人員眼點(diǎn)連線的法平面上的投影面積，將式(12)簡(jiǎn)化為

(13)

其中：AP為眩光源幾何中心與作業(yè)人員眼點(diǎn)連線的法平面上的投影面積；r為眩光源中心到人眼的距離。

2)小光源發(fā)光強(qiáng)度Ij。根據(jù)平方反比定律，光強(qiáng)與照度具有如下關(guān)系：

(14)

其中，I為反射光源的發(fā)光強(qiáng)度；E為光源在人眼處的照度；r為眩光源中心到人眼的距離。據(jù)此采集光源在作業(yè)人員眼點(diǎn)上照度再換算成發(fā)光強(qiáng)度。光源在人眼處的照度E可直接從.XMP文件中統(tǒng)計(jì)讀取。

3)光源位置指數(shù)。采用基于Luchiesh和Guth研究的位置指數(shù)，其表達(dá)形式有很多，如位置指數(shù)表、以人眼與光源之間夾角作為變量的位置指數(shù)表達(dá)式等。這里采用方便計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種位置指數(shù)表達(dá)式[7]：

(15)

圖6 Guth位置指數(shù)表達(dá)式的坐標(biāo)定義Fig.6 Guth coordinate definition of position index expression

通過(guò)三維作圖可直接得X、Y、Z，從而計(jì)算得到光源位置指數(shù)P。

3.3 計(jì)算結(jié)果

基于上述參數(shù)獲取方法，計(jì)算可得6種照明眩光場(chǎng)景下的UGR值，結(jié)果如表2所示。

表2 UGR值計(jì)算結(jié)果列表Table 2 UGR calculations results

4 評(píng)價(jià)方法驗(yàn)證

4.1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為了驗(yàn)證采用視覺(jué)仿真方法評(píng)估大型水面艦船工作艙室眩光的可行性，選取中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院艦船人因工程實(shí)驗(yàn)室搭建的某系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)艙室作為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)的控制臺(tái)為目前大型水面艦船工作艙室常用的典型工作臺(tái)，照明燈具為L(zhǎng)ED亮度可調(diào)式日光燈及亮度色溫可調(diào)式局部照明燈，燈具的布置位置及懸掛高度可自由調(diào)節(jié)。

4.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)采用的照明方案與第3節(jié)中的場(chǎng)景一致，實(shí)驗(yàn)前，將燈具按照表 1進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)并通過(guò)柔性調(diào)節(jié)裝置調(diào)整燈具與控制臺(tái)之間的相對(duì)位置。

實(shí)驗(yàn)共選取12名被試，均為男性，年齡分布在24～32歲，身高在165～180 cm范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，不同身高的被試就坐在控制臺(tái)前并調(diào)整座椅面高度，使其眼點(diǎn)位置位于地面上方約1.25 m，控制臺(tái)前沿后方約0.10 m處，視線保持為垂直控制臺(tái)屏幕表面。首先讓被試對(duì)每種照明方案進(jìn)行三分鐘的適應(yīng)過(guò)程，使其主觀感覺(jué)趨于穩(wěn)定，然后根據(jù)該照明方案所引起的眩光感覺(jué)填寫(xiě)主觀眩光評(píng)價(jià)量表。

主觀評(píng)價(jià)量表采用0～7級(jí)，并在文獻(xiàn)[11]中提到的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究得出的主觀眩光感覺(jué)與UGR指數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上調(diào)整了主觀感覺(jué)描述的表述方式，使各等級(jí)之間具有更好的區(qū)分度，主觀感覺(jué)等級(jí)與UGR指數(shù)值的關(guān)系如表 3所示。

表3 主觀感覺(jué)等級(jí)與UGR指數(shù)關(guān)系Table 3 Subjective sensory level and UGR index relationship

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)收集的每位被試對(duì)6種照明方案的主觀眩光感覺(jué)所對(duì)應(yīng)的UGR評(píng)分、每種方案的被試評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)UGR平均值以及借助計(jì)算機(jī)仿真方法計(jì)算獲得的眩光評(píng)估UGR值如表 4所示。兩種方法的評(píng)估結(jié)果趨勢(shì)對(duì)比如圖 7所示，可以看出主觀實(shí)驗(yàn)得到的UGR平均值和仿真方法獲得的UGR值大小相近，且隨著照明方案的不同，通過(guò)以上兩種方式獲得的UGR值變化趨勢(shì)也基本相同。

表4 實(shí)驗(yàn)評(píng)估及仿真計(jì)算UGR值Table 4 UGR of experimental evaluation and simulation

圖7 實(shí)驗(yàn)與仿真方法眩光評(píng)估結(jié)果趨勢(shì)對(duì)比Fig.7 Comparison of glare assessment results by experiment and simulation methods

采用SPSS對(duì)實(shí)驗(yàn)采集的主觀眩光感覺(jué)與仿真方法計(jì)算的眩光評(píng)估結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析，模型匯總?cè)绫?5所示，回歸直線與回歸方程如圖 8所示?；貧w模型的擬合優(yōu)度R2為0.962，表明仿真方法計(jì)算的眩光評(píng)估結(jié)果與主觀眩光感覺(jué)之間具有較好的線性相關(guān)性。表6給出了方差分析結(jié)果，回歸模型的F統(tǒng)計(jì)值為102.945，顯著性系數(shù)為0.001<0.05，進(jìn)一步證明仿真方法所得結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)之間的線性關(guān)系顯著，即該方法能夠有效地反映主觀眩光感覺(jué)，從而證明本文提出的基于視覺(jué)仿真方法的大型水面艦船工作艙室照明眩光評(píng)估方法可行。

圖8 實(shí)驗(yàn)與仿真方法眩光評(píng)估結(jié)果Fig.8 Results of glare evaluation by experimental and simulation methods

表5 模型匯總Table 5 Summary of models

表6 方差分析結(jié)果Table 6 Result of variance analysis

5 結(jié)論

本文對(duì)現(xiàn)有不舒適眩光常用評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了匯總，并結(jié)合大型水面艦船工作艙室的光環(huán)境特點(diǎn)提出了最適用的眩光評(píng)價(jià)方法，即一種基于UGR眩光評(píng)估公式與小光源UGR修正公式的眩光評(píng)估模型。為驗(yàn)證眩光評(píng)價(jià)方法的可行性，本文選取了6種工作艙室典型照明場(chǎng)景，分別通過(guò)視覺(jué)仿真獲取關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算UGR值的方法與被試主觀感受實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明本文提出的眩光評(píng)價(jià)方法能夠有效地反映工作艙室人的主觀眩光感覺(jué)。該方法可用于設(shè)計(jì)階段的大型水面艦船工作艙室照明眩光評(píng)價(jià)，從而為艙室光環(huán)境人因工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。