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城市LED屏幕光污染影响评价及防治初探
2016-12-26 14:06:48  作者:许琰  来源:中国设计师网  
  •   随着我国现代化城市建设的不断推进,城市中LED屏幕的光污染问题日益受到人们的关注和重视。本文从光污染的定义与分类出发,论述LED屏幕光污染的危害和其光污染影响评价因素,并提出LED屏幕光污染的防治对策,以期引起人们对光污染的重视,为相关政府职能部门制定法律法规、标准等提供了一些参考。
  1 引言

  近年来,LED显示屏技术飞速发展,凭借其表现力强、传播效果好、价格逐渐下降的优势,已广泛地应用于各行各业,各大城市LED显示屏如雨后春笋般竖立在街头巷尾。可是随着LED显示屏增多,LED显示屏产生的“光污染”问题越来越多,并引起了广泛的重视。

  2 光污染的定义与分类

  光污染泛指影响自然环境,对人类正常生活、工作、休息和娱乐带来不利影响,损害人们观察物体的能力,引起人体不适和损害人体健康的各种光。在我国颁布的行业标准《城市夜景照明设计规范》中“光污染“的定义是干扰光或过量的光辐射含可见光、紫外和红外光辐射对人、生态环境和天文观测等造成的负面影响的总称。一般将现代社会产生的过量的或不适当的光辐射对人类生活和生产环境所造成的不良影响的现象统称为“光污染”。

  光污染主要有以下几类:

  (1)眩光污染

  眩光是指由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜,或存在极端的对比,以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。

  (2)辐射污染

  目前在城市灯光建设中广泛使用的大功率光源在发出可见光的同时也辐射出非可见的射线,这些射线的一部分对人体或建筑材料具有损害作用,主要表现为紫外辐射和红外辐射(热辐射)。

  (3)光泛滥

  光泛滥表现在宏观上使城市天空溢散光水平提高,导致夜空发亮;在微观上,表现为光线的过量溢散。光泛滥可归结为光误用和光干扰两个方面。

  (4)视单调

  视觉单调表现为空间单调、色彩单调和光形单调等。

  (5)视遮蔽

  视遮蔽是人的视界被不适当的遮蔽的现象,包括灯光遮蔽和灯光设施遮蔽。

  (6)濒闪

  频闪指在以一定频率(通常在50Hz下)变化的光的照射下,观察到物体运动显现出不同于实际运动的现象。

  3 LED显示屏产生光污染的危害

  LED屏幕产生光污染对屏幕周边生态系统的各个层面产生多种危害,主要表现为对周边人群、动植物、交通等产生或大或小的影响,主要表现在以下几方面:

  3.1 对附近居民的影响

  当LED屏幕射出光线直接侵入附近居民的窗户时,就很可能对居民的正常生活产生负面的影响。这些影响包括:入夜后LED屏幕发出光线使居民的睡眠受到影响。LED屏幕播放画面产生频繁闪烁的光线使房屋内的居民感到烦躁难以进行正常的活动。

  3.2 对附近行人的影响

  当道路旁LED屏幕设备安装不合理时,会对附近的行人产生眩光,当屏幕画面切换时会瞬间降低或完全丧失正常的视觉功能。这一方面影响到行人对周围环境的认知,同时增加了发生交通事故的危险性。并且当LED屏幕本身的亮度照射路面等处产生的高亮度反射面出现在行人的视野范围内时,因为出现很大的亮度对比,行人将无法看清周围较暗的地方,使之成为盲区,从而产生道路交通安全隐患。

  4 LED屏幕光污染环境影响评价的几个因素

  (1)光强

  发光强度简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd。对于LED显示屏这种主动发光体一股采用cd·m-2作为发光强度单位,并配合观察角度为辅助参数,其等效于屏体表面的照度单位勒克司,将此数值与屏体有效显示面积相乘,得到整个屏体在最佳视角上的发光强度,假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定,则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。

  (2)光的频闪度

  电光源频闪是指电光源光通量波动的深度。当电光源的光通量波动深度越大,频闪越严重。光的闪烁会引发视觉疲劳、偏头痛,造成人眼分辩能力下降,视力下降,还会引发心跳过速等,这种现象称为频闪效应(或闪烁现象)。有时光源的发光强度并不大,但它不断闪烁,造成视觉混乱,产生了光污染。光的闪烁度可以用Hz每秒所闪烁的次数(次/秒)来计量。人眼较敏感的闪烁频率是8. 8Hz,当闪烁40Hz以上感觉就不灵敏,至50Hz以上时则完全感觉不到。

  (3)光照与周边环境的对比度

  同样的光照强度和频闪度的情况下,如果与周边环境照度的对比越大,产生光污染的强度就越大,例如同样的LED屏幕在白天观看并不是十分刺眼,而在夜晚观看却十分刺眼。

  目前国内外学者大多认为对光污染评价应通过对上述指标的综合评定来确定光污染的等级。例如国际照明学会(CIE)CIE对住宅干扰光照度和光强均有严格的规定,并对相关区域宵禁前后照度和光强进行了限定,如表1所示。

 

  在国内上海市质量技术监督局发布《城市环境(装饰)照明规范》DB31/T 316-2004中对广告、招牌的最大允许亮度的限值的相关内容(见表2)。

 

  注:在其他区域中设置此类广告、招牌其允许亮度应酌情降低,行政办公(工业)区或公共活动区应按表中所列最大允许亮度值乘以0.4,居住小区应按表中所列最大允许亮度值乘以0.1。

  北京和南京等大城市都出台了《户外电子显示屏设置规范》,规定在商业区及其周边设置的户外电子显示屏,夜间亮度值应不大于1000 cd·m-2;在其他地区设置的户外电子显示屏,夜间亮度值应不大于400 cd·m-2。

  所以根据上述指标,我们可以得出,当LED屏幕的光强超出表中所列强度时,认为会产生光污染,且超出越高产生光污染的强度越高。

  同时LED屏幕的光强与周边环境的照度对比同样也是影响光污染的重要因素,相同的光强下,当与周边环境照度对比强烈时,光污染的强度会增大。根据对人群进行主观感觉测试的得出不同环境照度下屏幕光强的临界值(见表3),当光强超过临界值时,人们会感觉刺眼和不适。

 

  LED屏幕播放静止画面是本身刷新都高于50HZ对人眼影响不大,但在播放动态画面时,特别是在切换对比强烈的画面时会产生闪烁感,对人眼刺激较大,所以LED播放动态画面应避免强对比度画面的切换,切换画面要柔和,减少财人眼的刺激。

  综上所述,LED屏幕对环境产生光污染的因素主要有LED屏幕的光强、屏幕光强与周边环境的对比度、LED屏幕播放内容产生的频闪度几个方面。

  5 减少LED屏幕产生光污染的几个措施

  5.1 LED屏幕亮度控制

  LED屏幕亮度对人眼的影响是随周边环境的亮度影响的,同样的屏幕亮度在白天,人们看起来并不刺眼,而到了夜间或光照不好时就显得十分刺眼。所以建议LED屏幕增加亮度自适应调节的功能,通过对周边环境亮度的感知,自动调节LED屏幕本身的亮度,从而减少取所产生的光污染同时也可以达到节约能源的效果。

  5.2 LED屏幕播放内容评估

  LED屏幕在频繁切换大对比度,色彩鲜艳的画面时,会给人眼带来频繁闪烁的效果,所以对LED屏幕播放的内容应进行评估与控制,对色彩对比度大的画面要采取渐进切换的方式,同时播放动态画面时适当降低播放速度,减少对人眼的刺激。

  5.3 特殊时段或条件下关闭大屏幕

  为了减少LED屏幕光源对周围居民和行人的影响,在特殊的时段如深夜,由于LED屏幕的光线会影响周边居民的睡眠。特殊天气,如雨天,LED屏幕的光线投射到路面会产生较强的反射应用驾驶员看清路面,所以在每天的特殊时段和特殊天气条件线关闭大屏幕以减少屏幕对周边环境带来的影响。

  6 结语

  光污染已成为21世纪人们关注的问题,城市越来越多的LED屏幕已从多个方面影响着人们的生活和工作环境,现已引起广泛的重视与关心。LED光污染环境影响评价是LED屏幕建设项目环境管理的一项新内容。目前我国对LED屏幕的光污染评价还没有建立起一套完善的统一的指标、标准。希望本文可以为相关政府职能部门制定法律法规、标准等提供了一些参考。

  参考文献

  [1]Jari L,Petri T,Timo A.Unawareness in environmental protection:the case of light pollution from traffic[J].Land Use Policy,2012,29(3):598-604.

  [2]到洁,彭晓春,钟齐佳等.关于城市光污染控制管理对策探讨[J],环境与可持续发展,2012,6(4):64-68.

  [3]周倜.城市夜景照明光污染问题及设计对策[D],武汉:华中科技大学[硕士论文],2004.

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