Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4774
Main Title: Zum Einfluss optimierter Lichtstärkeverteilungskörper auf die Erkennbarkeit bei niedrigen Beleuchtungsniveaus in der Straßenbeleuchtung
Translated Title: About the influence of optimized light intensity distributions on visibility at low illumination levels in road lighting
Author(s): Schade, Sebastian
Advisor(s): Völker, Stephan
Referee(s): Völker, Stephan
Schierz, Christoph
Neumann, Cornelius
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Seit der Einführung der Straßenbeleuchtung besteht ein Zielkonflikt zwischen dem Bestreben geringer Anlagenbetriebskosten und der Forderung nach angemessen hoher Beleuchtungsqualität zur Wahrung der Verkehrssicherheit. Mit den steigenden Energiekosten nimmt der Druck, Beleuchtungsanlagen auf ein Mindestbeleuchtungsniveau hin zu dimensionieren, weiter zu. Aus lichttechnischer Sicht kann dieser Konflikt durch eine optimal dimensionierte Verteilung des Lichts auf die Verkehrsfläche entschärft werden. Allerdings orientieren sich die Qualitätsvorgaben bestehender Planungs- und Bewertungsansätze an den lichttechnischen Möglichkeiten vergleichsweise inflexibler konventioneller Beleuchtungstechnologien. Anhand der Erkennbarkeit einfacher Sehobjekte auf der Fahrbahn klärt die Arbeit auf, welche Sicherheit diese Ansätze bereitstellen, wenn sie mittels optimierter Lichtstärkeverteilungskörper (LVK) bestmöglich erfüllt werden und identifiziert mögliche Verbesserungspotentiale. Die etablierten Optimierungsansätze Beleuchtungsstärke, Leuchtdichte und Visibility Level (VL) bilden dafür den Untersuchungsschwerpunkt. Installationsspezifisch erzeugte LVK werden im Rahmen der Untersuchungen so optimiert, dass sie für ein festgelegtes Beleuchtungsniveau eine größtmögliche Gesamtgleichmäßigkeit oder ein Mindestniveau an Erkennbarkeit bereitstellen. Gleichzeitig wird der benötigte Gesamtlichtstrom so gering wie möglich gehalten, um so unnötig hohen Energiebedarf zu vermeiden. Die vergleichende Bewertung der bereitgestellten Erkennbarkeit erfolgt mittels des VL und unter Verwendung flacher Sehobjekte unterschiedlichen Reflexionsgrades. Simulationen und exemplarische Nachstellungen von Beleuchtungsszenen decken Zusammenhänge zwischen den Bewertungsansätzen auf. So präzisiert die Arbeit den Gültigkeitsbereich vorangegangener Forschung zu den betrachteten Methoden und liefert neue Erkenntnisse für deren zielgerichtete Anwendbarkeit. Ein einzelner Ansatz, welcher für alle Beleuchtungssituationen die besten Sichtbedingungen bereitstellt, erwies sich dabei nicht als nachweisbar. Denn, wie die Arbeit zeigt, ist die bisher angestrebte hohe Gleichmäßigkeit bei adäquatem Beleuchtungsniveau allein kein Garant für gute Erkennbarkeit. Stattdessen ist situationsspezifisch oft eine Kombination aus Leuchtdichteniveau, Leuchtdichtegleichmäßigkeit und VL optimal. Die Resultate werden in einem Katalog fundierter Empfehlungen, unter welchen Bedingungen sich die verschiedenen Ansätze vorteilhaft anwenden lassen, zusammengefasst. Installationsbedingte Einflüsse, wie der Einfluss der Straßendeckschicht auf die Optimierungen oder die Auswirkungen der Vergrößerung des Lichtpunktabstandes im Verhältnis zur Lichtpunkthöhe runden werden ebenfalls diskutiert.
Since the introduction of street lighting, there has been a trade-off between the desire to lower operating costs and the demand for appropriate lighting quality to maintain road safety. Ever-increasing energy costs demand the dimensioning of lighting systems limited to a minimum luminance or illuminance level. From a technical perspective, this conflict can be mitigated by an optimally matched distribution of light on the road surface. However, the requirements of existing planning and evaluation approaches are still based on comparatively inflexible conventional lighting technologies. Using flat targets visibility on the road this work clarifies, which level of security is provided by existing quality criteria when optimized using luminous intensity distributions (LID). The most common optimization approaches, illuminance, luminance, and visibility level (VL), are in the main focus of this study. Installation-specific LID are optimized to provide maximum luminance/illuminance uniformity or a minimum visibility level for a given average luminance/illuminance. At the same time the total luminous flux is kept to a minimum in order to avoid unnecessary energy usage. The comparative assessment of small object detecion is evaluated calulating the VL of flat targets of different reflectances. Using simulations and exemplary reproduction of lighting scenes, the optimized LID help to unravel dependencies between common assessment approaches. In this way this work helps to clarify the range of validity of previous research on different evaluation techniques and provides new insights on their application. As a result, a single approach providing the best visibility conditions for all lighting situations did not prove effective. The study shows that aiming on high uniformity at an adequate lighting level alone will not guarantee good visibility. Instead, a selection of average luminance, luminance uniformity, and VL leads to more meaningful results. The outcomes of this work are then combined in a catalog of recommendations, showing under which conditions the various approaches can be applied advantageously. Installation-related factors, such as the influence of the road surface or the impact of a change in pole spacing in relation to the mounting height are also discussed.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-73149
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5071
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4774
Exam Date: 27-Jul-2015
Issue Date: 21-Oct-2015
Date Available: 21-Oct-2015
DDC Class: 600 Technik, Technologie
Subject(s): Straßenbeleuchtung
Lichtstärkeverteilungskörper
optimierte Lichtverteilungen
adaptive Beleuchtung
Erkennbarkeit
Visibility Level
Energieeffizienz
Road lighting
street lighting
luminous intensity distribution
optimized light distribution
visibility level
small target visibility
adaptive street lighting
energy efficiency
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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