Der Einsatz moderner LED-Leuchten in der Straßenbeleuchtung ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen und kann eine Gelegenheit sein, die Lichtverhältnisse auf beleuchteten Straßenabschnitten zu verbessern. Daher entscheiden sich Städte, Gemeinden und Straßenverwaltungen, in moderne Beleuchtungslösungen zu investieren.
Die optimale Nutzung der Vorteile der neuen LED-Technologie und die Gewährleistung einer angemessenen Beleuchtungsqualität werden durch eine angemessene Projektbeschreibung, eine angemessene Beleuchtungsplanung und -installation sowie - was ebenso wichtig ist - durch Instrumente zur Überprüfung der Übereinstimmung der Investition mit der Planung und den Annahmen gewährleistet.
Text von Krzysztof Wandachowicz, M.Sc., Ph.D., D.Sc., Małgorzata Zalesińska, M.Sc., Ph.D., Technische Universität Poznań, Jacek Dylak, M.Sc., Mikołaj Przybyła, M.Sc.
Die Praxis zeigt, dass viel Mühe in die Erstellung von Leistungsverzeichnissen gesteckt wird, die dem Investor die höchste Qualität der zu liefernden Ausrüstung im Investitionsprozess garantieren sollen. Es stellt sich jedoch die Frage, ob die Annahmen und das Projekt korrekt waren. Außerdem stellt sich die Frage, ob in der Ausführungsphase Änderungen an den Beleuchtungsparametern vorgenommen wurden. Und schließlich stellt sich die Frage nach der Übereinstimmung der Leuchten mit der Spezifikation.
Eine der in der aktuellen Norm EN 13201 beschriebenen Methoden ist die Messung der Verteilung der auf der Straße erzeugten Leuchtdichte. In diesem Artikel werden Leitlinien für die Planung der Straßenbeleuchtung, Messmethoden und -geräte sowie Erfahrungen und Probleme im Zusammenhang mit der Durchführung von Messungen bei der Straßenbeleuchtung vorgestellt.
Welche Arten von Straßen werden beleuchtet und wie wird die Qualität der Beleuchtung überprüft?
Die europäische Norm EN 13201 Straßenbeleuchtung bildet die Grundlage für die Planung und Bewertung der Parameter der Straßenbeleuchtung. Im Jahr 2014 veröffentlichte das Technische Komitee 169 "Licht und Beleuchtung" (CEN/TC169) der Europäischen Kommission für Normung den ersten Teil der neuen Fassung der bestehenden Norm - den Technischen Bericht, der Leitlinien und Verfahren für die Auswahl der Beleuchtungsanforderungen enthält. Ende 2015 wurden die übrigen Teile der aktualisierten Fassung der Norm veröffentlicht, darunter der jüngste - der fünfte -, der die Bewertung der Energieeffizienz von Straßenbeleuchtungsanlagen betrifft.
Die allgemeinen Annahmen sowohl zu den Auswahlverfahren als auch zu den quantitativen Beleuchtungsanforderungen in der neuen Norm basieren auf der Veröffentlichung der Internationalen Beleuchtungskommission von 2010 mit dem Titel "Beleuchtung von Straßen für den Kraftverkehr und Fußgänger".
Alle Teile der neuen europäischen Norm wurden zwischen Februar und März 2016 vom Polnischen Komitee für Normung veröffentlicht. Sie ersetzen die vorherige Version der Norm PN-EN 13201:2007 Straßenbeleuchtung. Die neue Norm PN-EN 13201:2016 Straßenbeleuchtung besteht aus fünf Teilen (alle auf Englisch veröffentlicht):
- CEN/TR 13201-1:2016-02 Straßenbeleuchtung - Teil 1: Leitlinien zur Auswahl von Beleuchtungsklassen
- EN 13201-2:2016-03 Straßenbeleuchtung - Teil 2: Leistungsanforderungen
- EN 13201-3:2016-03 Straßenbeleuchtung - Teil 3: Berechnung der Leistung
- EN 13201-4:2016-03 Straßenbeleuchtung - Teil 4: Verfahren zur Messung der Beleuchtungsleistung
- EN 13201-5:2016-03 Straßenbeleuchtung - Teil 5: Indikatoren für die Gesamtenergieeffizienz
Die grundlegenden Anforderungen an die Beleuchtung von Straßen, die in erster Linie für den Kraftfahrzeugverkehr mit hohen und mittleren Geschwindigkeiten bestimmt sind, beruhen auf Kriterien, die sich auf das Niveau und die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte der Straße selbst, ihrer unmittelbaren Umgebung und der Blendungsbegrenzung beziehen. Eine ordnungsgemäß ausgelegte Straßenbeleuchtung erhöht die Sicherheit von Autofahrern und Fußgängern auf der Straße.
Das Leuchtdichteverfahren zur Bewertung der Qualität der Straßenbeleuchtung gilt für Straßen der Klasse M. Die Beleuchtungsklasse M ist für den Einsatz auf Autobahnen vorgesehen, auf denen mittlere und hohe Geschwindigkeiten erlaubt sind.
Die mittlere Leuchtdichte Lav sollte als arithmetisches Mittel der Leuchtdichten der Punkte des Messfeldgitters berechnet werden. Die Gesamtgleichmäßigkeit Uo sollte als das Verhältnis der niedrigsten Leuchtdichte an jedem Punkt des Messfeldgitters zur mittleren Leuchtdichte berechnet werden. Die Längsgleichmäßigkeit Ul sollte als das Verhältnis der geringsten Leuchtdichte zur höchsten Leuchtdichte in Längsrichtung der Achse jeder Fahrspur berechnet werden.
Die Leuchtdichteverteilungen sind in einem Feld zu messen, das zwei aufeinanderfolgende Leuchten in derselben Reihe umfasst. Das Messgerät ist 60 m von der ersten Leuchte entfernt zu positionieren (Abbildung 1). Die Messpunkte müssen in gleichmäßigen Abständen angeordnet sein.
Abb. 1: Berechnungsfeld der Leuchtdichte, Positionen der Berechnungspunkte in der Fahrspur:
1 - Fahrbahnrand, 2 - letzte Leuchte im Messfeld, 3 - Messfeld, 4 - Fahrbahnachse, 5 - erste Leuchte im Messfeld, 6 - Beobachtungsrichtung, 7 - Position des Leuchtdichtemessers für die Längsbeobachtung, x - Markierung der Messpunkte
Das Leuchtdichtemessgerät sollte sich in einer Höhe von 1,5 m über dem Straßenniveau befinden. In Querrichtung sollte das Messgerät nacheinander in der Mitte jeder Fahrspur der Straße angebracht werden. Die durchschnittliche Leuchtdichte und die Gesamtgleichmäßigkeit der Leuchtdichte sollten für die gesamte Fahrbahn und für jede Position des Messgerätes gemessen werden. Aus der Sicht des Fahrers ist der Straßenbereich zwischen 60 m und 160 m vor dem Fahrzeug wichtig. Bei einer Sichthöhe des Fahrers von 1,5 m über der Fahrbahn (oder, falls gemessen, von der Messposition aus) ändert sich der Winkel zwischen der optischen Achse des Messgeräts und der Fahrbahnoberfläche zwischen 1,5° und 0,5°. Die Durchführung von Messungen in diesem Bereich erfordert ein präzises System, das es ermöglicht, die Neigung des Messgeräts mit hoher Auflösung zu verändern, um das Messfeld auf den gegebenen Messpunkt auszurichten, der in dem oben beschriebenen Entfernungsbereich liegt.
Um eine Übereinstimmung zwischen den gemessenen und den berechneten Werten zu erreichen, empfiehlt die Norm, dass die Messpunkte und die Position des Beobachters mit den für die Berechnungen verwendeten Positionen übereinstimmen sollten. Es wird empfohlen, dass diese Positionen auch mit den Anforderungen der EN 13201-3 übereinstimmen. Die Anwendung dieser Anforderungen führt zu den folgenden Problemen:
wird eine sehr große Anzahl von Messpunkten geschaffen,
wird die Messung von Leuchtdichteverteilungen zu einer schwierigen Aufgabe. Probleme, die bei der Leuchtdichtemessung auftreten können, hängen eher nur mit der großen Anzahl von Messpunkten zusammen. Andererseits können die Probleme, die bei Leuchtdichtemessungen auftreten, in den folgenden Punkten dargestellt werden:
die Notwendigkeit eines präzisen und technisch fortschrittlichen Leuchtdichtemessgeräts, das den Gesamtwinkel des Messkegels auf 2 Bogenminuten auf der vertikalen Fläche und auf 20 Bogenminuten auf der horizontalen Fläche begrenzen sollte,
Möglichkeit der Überlappung von Messfeldern benachbarter Punkte,
Probleme bei der genauen Ausrichtung des Beobachtungsfelds des Messgeräts auf das Messfeld.
Abb. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Straße, wobei die Dichte der Messpunkte weiter vom Beobachter entfernt ist.
Abb. 2. Dichte der Messpunkte.
Die langjährige Erfahrung des Teams der Technischen Universität Poznan zeigt, dass es bei Messungen mit einem Punktleuchtdichtemessgerät praktisch unmöglich ist, eine zuverlässige Messung, insbesondere der Leuchtdichteverteilung, durchzuführen und somit einen objektiven Wert der Leuchtdichtegleichmäßigkeit zu erhalten. Die oben genannten Probleme können gelöst werden, wenn ein bildgebendes Leuchtdichtemessgerät (ILMD) verwendet wird. Die Funktionsweise eines solchen Messgeräts ähnelt derjenigen einer Digitalkamera. Professionelle Versionen solcher Messgeräte verfügen nicht über einen optischen Sucher, und das analysierte Bild kann auf dem Bildschirm eines tragbaren Computers angezeigt werden. Die Messungen werden durchgeführt mit Hilfe von
- die Einstellung des Messgeräts an einer geeigneten Stelle,
- Kennzeichnung des Messfeldes (einschließlich seiner Abmessungen),
- Einzelaufnahme des analysierten Oberflächenbildes,
- Verarbeitung des aufgenommenen Bildes außerhalb des Ortes, an dem die Messungen vorgenommen wurden.
Das Team der Abteilung für Lichttechnologie und elektrothermische Energie der Technischen Universität Poznań hat langjährige Erfahrung in der Durchführung von Leuchtdichtemessungen auf Straßen mit Hilfe von Spot-Leuchtdichtemessgeräten und einem bildgebenden Leuchtdichtemessgerät. Die Verwendung eines ILMD-Messgeräts erleichtert die Durchführung von Messungen erheblich und trägt dazu bei, zuverlässigere Ergebnisse zu erhalten, die eine objektive Beurteilung der Leistung der Straßenbeleuchtungsanlage ermöglichen.
Das Team der Technischen Universität Poznan ist im Besitz eines der populärsten bildgebenden Leuchtdichtemessgeräte. Das Messgerät muss an einen PC angeschlossen werden, auf dem die Software läuft. Dieses Programm kann mit einem EN13201-Add-on angereichert werden, das die Berechnung der Leuchtdichte auf der Straße gemäß der Norm EN 13201 ermöglicht.
Nach der Durchführung einer Reihe von Messungen mit diesem Messgerät stellt das Team der Technischen Universität Poznań fest, dass die derzeit verfügbaren Leuchtdichtemessgeräte nicht ausreichend geeignet sind, um Messungen der Leuchtdichteverteilung auf der Straße durchzuführen.
Messgeräte dieser Art, die von verschiedenen Unternehmen hergestellt werden, sind im Wesentlichen Labormessgeräte und die Durchführung von Messungen mit ihren Mitteln im Feld ist sehr umständlich.
Das Projekt zur Entwicklung eines modernen Messgeräts
Das Unternehmen GL Optic mit seinem Forschungs- und Entwicklungszentrum in Polen, das auf die Herstellung von Beleuchtungsmessgeräten spezialisiert ist, arbeitet im Rahmen des Projekts mit der Technischen Universität Poznań in der Forschungs- und Entwicklungsphase sowie in der industriellen Forschung zusammen: "Entwicklung eines Systems zur bildgebenden Leuchtdichtemessung", das von der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung im Rahmen des Programms Smart Development kofinanziert wird. Das Projekt wird im Rahmen des Programms "Fast Track" des Nationalen Zentrums für Forschung und Entwicklung durchgeführt.
Das Projekt geht von der Arbeit an einem Messsystem aus, das die Messung der Leuchtdichteverteilung ermöglicht. Das Ergebnis der Arbeit wird die Entwicklung eines umfassenden Systems zur bildgebenden Messung der Leuchtdichte sein, mit besonderem Schwerpunkt auf der Messung der Straßenbeleuchtung gemäß den Anforderungen der EN 13201 und in Laboranwendungen.
Zum Projektumfang gehört auch die Entwicklung einer Methode zur Anpassung der Selbstbelichtung. Die Methode wird auf einem Programm beruhen, das das Sichtfeld des Messgeräts in Echtzeit analysiert und die Felder mit hoher Leuchtdichte (hauptsächlich Leuchten) aus der Analyse eliminiert. Es wird eine präzise Anpassung der Matrixbelichtungszeit an den auf der gemessenen Straßenoberfläche auftretenden Leuchtdichtebereich ermöglichen.
Die Messungen der Leuchtdichteverteilung auf der Straße sollten durchgeführt werden, indem das Messgerät in der Mitte der Fahrspuren platziert wird. Möglicherweise müssen wir mit einer unterschiedlichen Anzahl von Fahrspuren und deren unterschiedlicher Breite umgehen. Eine der Aufgaben des Projekts besteht darin, das optische System des Messgeräts zu entwickeln, das Messungen mit einer angemessenen Winkelauflösung ermöglicht, die der Auflösung des menschlichen Auges unter den Bedingungen der Anpassung an die Leuchtdichten auf einer mit Kunstlicht beleuchteten Straße entspricht. Die Autoren des Projekts begründen ihre Entscheidung, an dem neuen Messgerät zu arbeiten, mit der Tatsache, dass die derzeit auf dem Markt erhältlichen Leuchtdichtemessgeräte die oben genannten Annahmen nicht berücksichtigen.
Eine wichtige Aufgabe des Projekts besteht darin, ein Messsystem zu entwickeln, das nicht nur aus einem bildgebenden Leuchtdichtemessgerät, sondern auch aus Peripheriegeräten besteht, die eine komfortable Messung der Leuchtdichteverteilung auf Straßen ermöglichen und keine Fachkenntnisse erfordern. Die auf dem Markt erhältlichen bildgebenden Leuchtdichtemessgeräte sind teuer, kompliziert zu bedienen und für Leuchtdichtemessungen an Straßen gemäß den Anforderungen der EN 12301 nicht ausreichend geeignet. Das entwickelte System wird es ermöglichen, dass auch Anwender, die nicht über akademisches Fachwissen verfügen, effiziente Messungen durchführen können.
Das neue System wird Folgendes umfassen:
- eine zuverlässige Stromversorgung,
- Tags, die die Kennzeichnung des Messfeldes ermöglichen,
- eine an das Messfeld angepasste Optik,
- integriertes Modul, das eine effiziente und schnelle Einstellung des Messsystems in einer bestimmten Position durch eine Person ermöglicht, unter Berücksichtigung der Anforderungen der EN 12301,
- bequemes System zur Messung des Abstands zwischen dem Messgerät und dem Beginn des Messfelds,
- benutzerfreundliche Software, die eine effiziente, bequeme und schnelle Gewinnung von Ergebnissen zur Bewertung der Qualität der Straßenbeleuchtung gemäß EN 12301 in Echtzeit ermöglicht.
Messungen mit dem Bildgebenden Leuchtdichtemessgerät - wichtige Aspekte
Um die Leuchtdichteverteilung auf der Straße gemäß den Anforderungen der Norm korrekt zu messen, muss das Messfeld zwischen zwei aufeinanderfolgenden Leuchten gewählt werden. Der zu messende Straßenabschnitt sollte gerade sein. Dies ist in der Praxis selten der Fall. Wählen Sie einen möglichst streifenarmen Straßenabschnitt und achten Sie bei der Auswertung der Messergebnisse darauf, dass sich die Messpunkte nicht mit den Fahrbahnmarkierungen, z. B. den Fahrbahnbegrenzungslinien, überschneiden. Außerdem sollte die Straße hinter dem Messfeld in einem Abstand von mindestens der zwölffachen Höhe des Lichtmastes beleuchtet sein.
Der nächste wichtige Schritt ist die korrekte Markierung des Messfeldes. Die Markierungen des Messfelds sollten die tatsächlichen Grenzen des zu messenden Bereichs deutlich anzeigen. Dies ist für die Positionierung der Berechnungspunkte bei der Analyse des mit dem Matrix-Leuchtdichte-Messgerät aufgenommenen Bildes erforderlich.
Als nächstes ist die Position des Messgeräts während der Messungen zu beachten. Das Messgerät sollte in der Mitte jeder Fahrspur in einer Höhe von 1,5 m über der Fahrbahnoberfläche und 60 m vor dem Messfeld positioniert werden, und die verwendete Optik muss so beschaffen sein, dass die Leuchtdichte über die gesamte Breite der gemessenen Straße gemessen werden kann.
Schließlich muss vor der Messung die geeignete Belichtungszeit entsprechend der Leuchtdichte des Messfelds gewählt werden.
Zusammenfassung
Die Überprüfung des Projektauftrags, der in der Bewertung der Beleuchtungsparameter auf der Straße besteht, ist dank der Verwendung von hochwertigen, für diese Zwecke geeigneten Messgeräten möglich. Die Wahl des Messgeräts ist besonders wichtig für Leuchtdichtemessungen, da diese Messungen schwierig und zeitaufwendig sind und Verkehrsstopps während der Vorbereitung und Messung erfordern. In dieser Situation ist es am besten, für die Messungen ein Messsystem zu verwenden, das aus einem bildgebenden Leuchtdichtemessgerät mit entsprechend ausgewählter Optik und benutzerfreundlicher Software besteht und die Parameter auf der Straße gemäß den Anforderungen der Norm EN 13201:2016 auswertet.
Eine effiziente Durchführung der Messungen ist möglich, wenn das System mit zusätzlichen Elementen ausgestattet ist, wie z. B.: Schilder zur Markierung des Messfeldes, eine Vorrichtung zur Messung des Abstands zwischen Messgerät und Messfeld, ein integriertes Modul zur Einstellung des Messgeräts auf die geeignete Höhe und Position mit einem Computer. Die kompakte Form des Messsystems ermöglicht eine schnelle und effiziente Messung der Leuchtdichteverteilung auf der Straße durch nur eine Person und minimiert die mit der Reduzierung des Fahrzeugverkehrs während der Messungen verbundenen Belästigungen, wenn die Messungen auf den in Betrieb befindlichen Straßen durchgeführt werden.
Bildgebendes Leuchtdichtemessgerät
GL OPTICAM 3.0 4K TEC - nnovatives Tool für Leuchtdichtemessungen bei der Straßenbeleuchtung
Bildgebendes Leuchtdichtemessgerät mit Optik für ein breites Spektrum von Anwendungen: allgemeine Beleuchtungsmessungen einschließlich LED-Lampen und -Leuchten, LED-Chips und -Module, interne und externe Beleuchtungsaudits sowie Straßenbeleuchtungsaudits.
- Kalibriert und ausgestattet mit V-Lambda-Korrekturfilter und empfindlichem CMOS-Bildsensor.
- Es nimmt Bilder auf und berechnet schnell die Leuchtdichte an jedem Punkt des Bildes, alles in einem einzigen Bild und in einer einzigen Messung.
- Die Analysesoftware bietet eine benutzerfreundliche, intuitive Schnittstelle für die Verarbeitung der aufgezeichneten Daten und die Erstellung von Messberichten.
- Kann an das Spektrometer angeschlossen werden und ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von Spektral-, Farb- und Leuchtdichtedaten.
