广告标识、LED显示屏和媒体立面干扰光测量方法探究

马 晔,李铁楠,徐 华

(1.北京清城品盛照明研究院有限公司，北京 100089；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013；3.清华大学建筑设计研究院有限公司，北京 100084)

引言

随着城市照明的快速发展，广告标识、LED显示屏和媒体立面及道路照明、景观照明等室外照明设施日益增加，这些设施在保障城市治安、交通安全，提升城市形象，丰富人们夜间文化生活上起到积极作用，同时对城市环境也带来一些问题。其产生的光污染已对城市环境和居民生活产生负面影响，干扰人们的正常生活，引起的投诉和法律纠纷不断增加，急需加以管辖和治理。为保证室外照明更好地服务城市环境和居民，促进公共照明工程的设计、施工、运行、维护和管理更加科学化、规范化，实现创造和谐的城市夜晚环境的目的[1]，2017年国家标准GB/T 35626《室外照明干扰光限制规范》发布。为保证GB/T 35626—2017的贯彻执行，科学地确定干扰光的影响，依法依规地治理干扰光，我国多家单位联合开展了室外照明干扰光测量方法的系统研究，为编制GB/T 38439—2019《室外照明干扰光测量规范》提供科学依据。

本文主要介绍广告标识、LED显示屏和媒体立面所产生的干扰光的测量方法的研究过程。 这三种形式的干扰源都属于显示一定视觉信息的干扰源，既可显示静态画面也可显示动态画面，它们的位置和形式多样，面积差异较大，单独某帧画面的亮度不均匀。同时它们又具有各自的特点，广告标识的面积差异大，LED显示屏的光源间距一致并具有画面变化的特点，媒体立面的光源分布形式多样也具有画面变化的特点。测量中应充分考虑光源分布和亮度分布的特殊性[2]。通过大量的调研和案例分析，结合它们各自的特点提出了测量点的选取方法、主要测量参数、测量仪器选择、数据处理方法等。

1 研究对象

干扰光是指有害的人工光对人或生物的正常活动造成干扰的现象，可按干扰光造成的影响和干扰光的来源进行分类。其中根据干扰光受害对象的不同又可以分为五种：①居住区的干扰光,光线射入居住建筑的居室，影响居民的生活和休息；②行人的干扰光,人工照明装置因不合适的亮度、照射方向或安装位置，对行人造成眩光影响，导致其视觉可见度下降；③道路交通的干扰光,道路周边的各类非道路照明装置因不合适的亮度、照射方向或安装位置，对机动车驾驶员造成眩光影响，导致其视觉可见度下降；④夜空的光污染,照明装置的光线直射或反射向夜空，影响天文观测；⑤对机动车道路交通的干扰光，道路周边的各类非道路照明装置对机动车驾驶员造成眩光影响，导致其视觉可见度下降[3]。按干扰光的来源可分为如下三类：①广告、标识或显示屏产生的干扰光，因不合适亮度、色彩、闪烁以及过量的溢散光，影响其周围环境和人们的生活；②景观照明产生的干扰光，因景观照明的不合适亮度、色彩、闪烁，以及过量的溢散光，影响其周围环境和人们的生活；③道路照明和室外作业场地照明等功能性照明的溢散光形成的干扰光。

本文主要阐述广告标识，显示屏和媒体立面这三种具体的干扰源，对居住区、行人和交通这三类受干扰者的影响。这三类干扰光的受影响者所处的物理空间差异很大，干扰源的不同方位所产生的干扰光的数量不同，测量时应在受干扰对象所在的位置进行测量，测量方向应为测量点与干扰源的连线方向。干扰源在不同方位的亮度不同，应在受干扰所在位置进行测量，图1所示为店铺门头牌匾对行人和车辆造成干扰的示意图。实验室较难还原现场情况，所以测量一般在现场进行，如果为研究灯具、显示屏等的设计、安装方式或布置方案，也可在实验室模拟各种场景进行研究性测量。

图1 店铺门头牌匾对行人和车辆的干扰Fig.1 The obtrustive light of shop front sign

2 测量参数

影响干扰光测量的因素有很多，如单帧画面的亮度和颜色、动态画面的帧刷新频率、视看条件等。而每一种因素又可细分为许多子项，如单帧画面的亮度与干扰源的排布密度、测量时的取样范围有关；动态画面在帧刷新频率相同时还应考虑亮度变化差、颜色变化差、面积变化差等因素；视看效果与天气、距离、视场角等因素有关。研究每种因素对视觉感受的影响需要设计相应的场景，开展大量的人因试验予以确定。目前我们仅对大量室外照明工程中的主要干扰源的影响测量结果的关键因素进行分析研究，得到能反映视觉感受的切实可行的测量方法。

经过在多个项目实地调查观察者的感受，附近居民反映最强烈的是干扰源开启时间过长和亮度过高，对颜色和频率的反映相对较小。开启时间段可通过各城市照明管理规定进行规范；亮度控制应根据受扰对象的特点制定最高亮度的限制值，制定不同干扰源亮度的测量方法，使设计师和施工者在前期将干扰源亮度控制在标准限定的范围内。

3 测量方法

3.1 广告标识

广告标识极其普遍且形式多样，大多数建筑物的顶部有徽标(logo)，店铺有门头牌匾，商业建筑还有落地广告等，图2为常见的广告标识的类型、位置和形式。这些广告标识主要采用投光、背景发光的照明方式，以提高所显示内容的整体亮度，形成与环境背景的亮度反差，达到突显标识的目的。针对广告标识的特点对其产生的干扰光一般用亮度评价。

图2 广告标识的类型和位置Fig.2 The type and location of advertisement sign

测量时应以考核其平均亮度为主，部分广告标识采用翻转画面的形式，不同画面的亮度偏差较大，应分别测量不同画面的亮度，再计算其平均值。为保证测量结果的准确性可根据广告、标识的面积大小，将整个表面划分成矩形网格，测量每个矩形网格中心点的亮度，作为该网格的亮度，以所有网格的平均亮度作为测量结果。网格的划分依据广告面积大小确定，网格应覆盖被测广告、标识的所有面积，一般对于2 m2及以下的面积应不少于6个测点，2 m2以上的面积应不少于9个测点。对干扰光的危害程度的评估应考虑广告标识的面积，面积小的亮度可适当放宽，面积大的应适当严格。

3.2 LED显示屏

同广告标识相比，LED显示屏即可播放静态画面又可播放连续变化的动态画面，以播放动态画面为主。测量应考虑以下几个因素：测量距离和位置——在受干扰的位置进行测量，测量方向为测量位置与LED显示屏被测点的连线；采样点的选取——覆盖高亮度画面内的高亮度区域，且测量范围不得少于16个相邻像素[4]；采样时长——不少于一个完整播放周期，采集不少于50组亮度数据。同时还应考虑环境照度、夜间关机时段等内容[5]。对于仅播放静态画面的显示屏测量应视画面内容确定测量组数，测量应取显示画面中的亮度最大的画面，并应测量画面中的最大亮度区域。如图3所示，我们测量了abcd四组画面的平均亮度，画面a为507.8 cd/m2，画面b为101.7 cd/m2，画面c为52.8 cd/m2，画面d为221.5 cd/m2，亮度最大的为画面a。画面a分区明显，各区域的亮度值差异较大，其中左侧红色区域亮度值为168.3 cd/m2，中间白色区域为1081.6 cd/m2，右侧蓝色区域为56.5 cd/m2。画面a中，亮度最大的区域为中间区域，且该区域对人造成明显干扰。此时不仅应将画面a的平均亮度507.8 cd/m2与标准中的亮度限值600 cd/m2进行比对，还应将造成干扰的区域即中间区域的平均亮度1 081.6 cd/m2，与标准中的亮度限值600 cd/m2进行比对，判断超标。其他画面如有部分区域对行人或居民造成干扰，也应用以上方法进行测量评价。

图3 LED显示屏的不同画面Fig.3 Different frame of LED panel

3.3 媒体立面

媒体立面的形式多样、手段灵活，其大小依据建筑物的外形相差悬殊，如图4所示，从硬件上划分主要有两种方式，一种为采用LED投光形成小的显示单元，另一种为类LED显示屏。类LED显示屏可以被认为是像素点间距变化后的LED显示屏，如整铺的屏式排布或单点排布；线性排布，为单线、双线或三线为一组的排布,也有网格型排布等，是将网格作为一组的排布；还有通过投光的方式形成小的重复显示单元。

图4 媒体立面的常见形式Fig.4 Common forms of media facade

为与建筑形式配合，或营造艺术化的氛围，媒体立面在建筑上的排布方式各具特点，分布不均匀，有时只排布在建筑物的特殊位置(如轮廓上)，见图5；排布密度和形状变化多端，见图6；多种光源混用。测量时应对不同的情况分别予以考虑。

图5 媒体立面在建筑上的分布位置Fig.5 The distribution of the media facade in the building

图6 同一建筑上不同排布密度的媒体立面Fig.6 Media facade with different arrangement density on the same building

测量平均亮度时应注意如果在一个建筑上，只有部分区域布置了媒体立面，其他的区域采用投光照明等其他照明方式或不进行照明，则人对建筑亮度的认知与全部布置媒体立面会有很大差异，这时应测量安装了媒体立面部分的亮度，如果将整个建筑的平均亮度作为被评价指标，则不符合实际情况[6]。图5的建筑各部分的亮度见表1，如果将立面其他区域亮度，或整体平均亮度作为媒体立面部分的亮度，则有可能得出错误的评价结果。

表1 具有媒体立面的建筑物上各部分的亮度Table 1 The luminance of the building with the media facade cd/m2

灯具均匀排布时点亮度计的测量结果可以代表整个区域内的结果，但如果灯具非均匀排布时，点亮度计的测量区域无法保证正好覆盖一个完整重复单元，这时应采用二维影像亮度计，测量范围应至少覆盖灯具排布的一个完整重复单元；如有多个不同排布密度的媒体立面单元，应测量每个单元的亮度，测量的场景应包含完整播放周期中的最亮画面，评价干扰光的危害时每个单元的亮度都不应超过规范限制。如图6所示，对于不同密度排布的媒体立面区域，亮度差异达到两倍以上，而对于均匀排布的媒体立面，各区域亮度相等，具体亮度数值见表2。灯具非均匀排布时的单点最大亮度的测量，应合理选择点亮度计的视场角以及二维影像亮度计的测量区域，保证测量范围仅为高亮度点。

表2 不同排布的媒体立面亮度Table 2 The luminance of the media facade with different arrangement cd/m2

4 总结

本文主要针对广告标识、LED显示屏和LED媒体立面的干扰光测量方法进行研究，得到了能反映视觉感受的切实可行的测量方法；分析了这三种干扰源的特点，针对实际工程中影响最大的单帧亮度给出了具体的测量方法。广告标识应通过划分面积布点的方式进行测试；LED显示屏应对多个画面进行测试，并选择最亮画面中最亮区域的亮度平均值，每个测试区域至少包含16个像素点；LED媒体立面的测试范围为媒体立面发光点排布的区域，并要求每个测试区域至少包含一个完整的重复单元，同时测量平均亮度和最大亮度。此外测试仪器的选取应依据测量场景的特点，瞄点式亮度计仅适用于测量均匀分布的干扰源，非均匀布置的光源推荐用二维影像亮度计，测试的位置应位于受干扰的位置。同时本文给出了实际测试的常见案例，对测量方法进行了阐述。