THORN THORN THORN THORN. Concept de luminance en éclairage routier. Concept de luminance : CIE 140 et EN

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1 LUMINANCE ET MESURE DES REVÊTEMENTS ROUTIERS A L AIDE DE LUMINANCEMETRES NUMERIQUES Auteurs : Jean-Paul Rami Jacques Lecocq Retrouvez le programme et les autres présentations sur rubrique documentation Présentation CIE France J.Lecocq : 22/1/29 Concept de luminance en éclairage routier Concept de luminance : CIE 14 et EN Fondé sur la visibilité => obstacles généralement en contraste négatif Niveau d éclairage du fond => luminance de la chaussée Eclairements : distribution lumineuse des luminaires => photométrie Luminances : photométrie + réflexion du revêtement routier Difficulté n 1 : mesures des luminances sur site Complexité pour le repérage précis des points de mesure. Plusieurs heures nécessaires : nécessité d arrêter le trafic Difficulté de mesure Variation des conditions de mesure (surface, atmosphère, tension électrique, ) Fiabilité relativement faible Difficulté n 2 : Maîtrise des paramètres optique du revêtement routier Choix parmi des tableaux-r standardisés pour les projets d éclairage (R1,R2, ) Hypothèses de calcul Irregularités géometriques de la chaussée, marquages Influence du vieillissement, traces de pneus 5,5 cd/m² Maintenance, restauration 2,5 cd/m² Conditions climatiques 1

2 Ecarts (%) Mesures d éclairage / mesure des surfaces routières Luminances routières mesurées par une caméra CCD Luminancemètre numérique + logiciel Phase 1 : Mesures de contrôle des routes Opérationnel Phase 2 : Caractérisation des chaussées (matrices de réflexion des surfaces routières) Recherche => Validation en laboratoire Nouvelle méthode alternative. 1,5 m Caméra CCD,8 <α <1,4 6 m Luminance (cd/klm) matrice CCD Pixel Caractéristiques d un luminancemètre numérique Méthode de mesure sur site éclairé 1- Repérage de la surface et position de la caméra Chaque pixel de la matrice CCD fournit un signal électrique qui est traduit en luminance Résolution angulaire :,9mn à 1,6mn d arc Sensibilité :,1 à,5 cd/m² Précision en un point : 5 à 15% Calibration V(lambda) : filtre / recomposition de 3 signaux RVB Etalonnage lié aux lampes : iodures / sodium haute pression 2- Photo en luminance 3- Extraction des valeurs,5,79,85,9,94,99 1,,96,89,8,72,72 1,5 1,4 1,15 1,24 1,29 1,31 1,3 1,28 1,19 1,6,96,73 2,5 1,43 1,62 1,69 1,73 1,69 1,68 1,66 1,64 1,47 1,32,76 3,5 1,98 2,24 2,26 2,19 2,13 2,8 2,12 2,15 2,6 1,87,83 4,5 2,36 2,71 2,69 2,56 2,47 2,44 2,49 2,63 2,63 2,39,87 5,5 2,11 2,58 2,6 2,55 2,58 2,54 2,57 2,69 2,78 2,41,76 Lmoy 1,81 U,4 4- Traitement des données 5- Résultats sur points de référence Conditions de relevés Méthodologie sur site Deux personnes nécessaires Neutralisation d une partie de la chaussée pendant quelques minutes Conditions climatiques acceptables Appareil portatif (caméra, tripode, PC portable) Validation sur la route d essai de aux Andelys (avec des lampes SHP T 15W) Comparaison de la moyenne de 3 échantillons de route mesurés avec un gonio-réflectomètre (méthode de référence) Calculs sur le revêtement routier mesuré avec un gonio-réflectomètre Nombres Nombre de points de calcul de points de luminance,5,79,85,9,94,99 1,,96,89,8,72,85 L moy(cd/m²) 1,81 1,5 1,4 1,15 1,24 1,29 1,31 1,3 1,28 1,19 1,6,96,79 U,4 2,5 1,43 1,62 1,69 1,73 1,69 1,68 1,66 1,64 1,47 1,32,79 3,5 1,98 2,24 2,26 2,19 2,13 2,8 2,12 2,15 2,6 1,87,84 4,5 2,36 2,71 2,69 2,56 2,47 2,44 2,49 2,63 2,63 2,39,87 5,5 2,11 2,58 2,6 2,55 2,58 2,54 2,57 2,69 2,78 2,41,75 Comparaison Comparaison entre des calculs en projet de luminance sur une grille de 6 àpoints partir : de Tableaux écarts r par de rapport 3 échantillons à la méthode avec mesurés goniophotomètre sur un 3 échantillons réflectomètre 7 1% des valeurs Différences en %,5,93,96 1,8 1,1 1,6 1,11 1,13 1,15 1,1,82,83 L moy(cd/m²) 1,84 1,5 1,12 1,29 1,4 1,41 1,43 1,41 1,35 1,35 1,18 1,9,83 Uo,45 2,5 1,53 1,69 1,9 1,93 1,93 1,86 1,84 1,78 1,56 1,39,77 3,5 2,18 2,42 2,64 2,5 2,48 2,44 2,33 2,37 2,24 2,1,85 4,5 2,23 2,77 2,97 2,87 2,8 2,78 2,7 2,76 2,65 2,48,78 5,5 1,73 2,13 2,12 2,3 1,73 1,6 1,95 2,26 2,8 1,5,67 Mesures avec un luminancemètre CCD Différences / projet avec «gonio-réflectomètre» : - Lmoy (Luminance moyenne) : 2% - Uo (Uniformité générale) : 11% - Ul (Uniformités longitudinales) < 12% - 8% < 15% d écart - 97% < 25% d écart 2

3 Comparaison des calculs en projet sur une grille de 42 points : écarts par rapport à la méthode avec goniophotomètre sur 3 échantillons Ecarts (%) Validation sur le site d Albi (Lampes à iodures mét.15w) Nombres de points de de calcul points de luminance Comparaison de la moyenne de 3 échantillons de route mesurés avec un gonio-réflectomètre (méthode de référence) Calculs sur le revêtement routier mesuré avec un gonio-réflectomètre 87,9 83,6 79,3 75, 7,7 66,4 62,1 Ul 6,4 3,44 3,22 2,96 2,71 2,27 2,59 2,69,69 L moy(cd/m²) 1,56 5,3 3,1 3,5 2,61 2,21 2,2 2,14 2,26,75 U,36 4,1 1,96 1,51 1,32 1,21 1,19 1,19 1,39,69 2,9 1,4 1,23 1,5,89,9,99 1,2,69 1,8 1,2,93,89,81,77,83,87,78,6,77,72,66,61,57,63,69,87 Comparaison entre calculs de luminance à partir de Tableaux r de 3 échantillons mesurés sur un réflectomètre 42 1% of values Différences en % 2,1 6,4 1,7 15, 19,3 23,6 27,9 Ul,6 2,9 2,48 2,4 2,22 2,17 2,13 1,96,79 L moy(cd/m²) 1,7 1,8 2,43 2,72 3,1 2,96 2,91 2,94 2,56,81 Uo,34 2,9 2,1 2,6 2,21 2,22 2,22 2,43 2,16,83 4,1 1,46 1,42 1,42 1,35 1,39 1,45 1,53,88 5,3,97,98,91,85,88,95 1,1,84 6,4,73,68,59,59,58,64,7,79 Mesures avec un luminancemètre CCD Différences / projet avec «gonio-réflectomètre» : Lmoy (Luminance moyenne) : 8% - Uo (Uniformité générale) : 7% - Ul (Uniformités longitudinales) < 28% - 6% < 25% d écart - 97% < 4% d écart Exemple 1: diagnostic 6,2 5,1 4, 2,8 1,7,6 84,1,66 1,2 1,69 4,84 2,89 1,2 8,4,9 1,94 3,75 4,86 4,64 2,5 76,7 1,17 1,72 2,6 4,84 4,86 2,54 73,,62 1,2 1,58 4,86 4,86 1,97 69,3,79 1,3 1,87 4,8 4,99 1,55 65,6 1,1 1,6 1,9 4,83 4,85 1,6 Lmoy 2,59cd/m² 61,9,97 1,37 1,57 4,21 4,84 1,63 Uo,24 Ul,53,53,42,99,58,47 Ul min,53 Uo =,24 Mauvaise uniformité Example 2 : diagnostic 6,2 5,1 4, 2,8 1,7,6 8,22 14,9 14,48 7,79 4,77 2,53 84,1 8,4 8,4 9,72 14,58 8,7 4,75 2,77 76,7 6,91 14,85 14,8 7,9 5,9 3,31 73, 8,2 14,73 14,42 7,31 5,82 3,44 69,3 7,66 14,86 14,57 8,96 5,77 3,15 65,6 6,99 14,97 14,35 9,28 4,81 2,76 Lmoy 8,71 cd/m² 61,9 7,12 14,7 14,52 8,38 4,19 2,38 Uo,27 Ul,84,65,97,79,82,74 Ul min,65 L moy = 8 cd/m² Sur-éclairage Mesures d installations : conclusion Avantages comparé à la méthode classique : Beaucoup plus rapide (quelques minutes / quelques heures) Globalement plus précis : résolution, photo instantanée (Pas de variation climatique ni temporelle.) Plus d informations : image complète de l installation Traitement des données immédiat Outil opérationnel distribué par des fabricants de photomètres Intérêt pour les installations d éclairage : diagnostics d installations existantes Meilleure connaissance des routes: facteur d utilisation & méthode R (Emoy = Lmoy x R) : si mesures d éclairements connexes => bonne évaluation du coefficient moyen de luminance Q contrôle photométrique d une installation pendant sa durée de vie comparaison entre calculs pour analyse et éventuel changement de réglage Traduction de l aspect visuel en données numériques - Image du champ visuel Mesures photométriques des surfaces routières par caméra CCD : principe Mesures photométriques des surfaces routières par caméra CCD L(pixel) β R I γ Luminaire e h Hypothèses : Alpha non constant Surface plane Route réelle (pas vraiment isotrope) α = 1 Caméra CCD I L = r ( tan γ,β ). P P P P 2 h coefficient de luminance réduit 3

4 Méthode de mesure d un revêtement routier 1- Localisation de la surface et position de la caméra 2- Photo en luminance 3- Extraction des valeurs mesures labo Conditions pratiques Méthode non destructive sur site Deux personnes impliquées pour les mesures Nécessité d extinction d une éventuelle installation d éclairage Neutralisation d une partie de chaussée pendant quelques minutes Les conditions climatiques doivent être claires et la route sèche Surface routière de bonne apparence (pas trop d irregularités) Planéité relative de la zone de surface routière mesurée Appareil portatif + source de lumière autonome (batterie) Caméra de luminance de haute qualité (V λ et grande dynamique) 4- Traitement des données 5- Résultat : Tableau r -1 Validation : route d essai de aux Andelys -1 Comparaison avec échantillons mesurés par un gonio-réflectomètre (méthode de référence) LRPC mesures Valeurs Caméra Ecarts relatifs gonio-réflectom. Q,76,73 4,3 % S 1,349,372 6,6 % S2 1,53 1,567 4 % Maximum à 59,3 464,1 8,9 % mesures moyennes par LRPC Q =,76 mesures du site Q=,73 h = 1,15m obj = 1, Représentation polaire du tableau r Validation d un projet en 6 points (Route d essai de aux Andelys) Calculs sur un maillage de 6 points à partir de tableaux r du gonio-réflectomètre (LCPC) 1,4 4,2 7, 9,8 12,6 15,4 18,2 21, 23,8 26,6 Ul,5 2,1 2,1 1,9 1,7 1,7 1,7 1,9 2,2 2,4 2,5,68 Lmoy 1,94 1,5 2,2 2,3 2,1 1,9 2, 1,9 2,1 2,4 2,6 2,7,7 U,62 2,5 2,1 2,3 2,1 1,9 2, 1,8 2,1 2,4 2,5 2,6,69 3,5 1,8 2, 1,9 1,8 1,9 1,8 1,9 2,1 2,2 2,2,82 4,5 1,5 1,6 1,6 1,6 1,7 1,7 1,7 1,9 1,9 1,9,78 5,5 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,6 1,6 1,7 1,7 1,6,71 Calculs à partir des tableaux r mesurés avec une caméra CCD 1,4 4,2 7, 9,8 12,6 15,4 18,2 21, 23,8 26,6 Ul,5 2,1 1,9 1,8 1,8 1,8 1,8 1,9 2,1 2,4 2,5,7 Lmoy 2,4 1,5 2,2 2,1 2,1 2, 2,1 1,9 2,2 2,4 2,7 2,7,72 U,6 2,5 2,1 2,2 2,2 2,1 2,2 2, 2,3 2,4 2,4 2,5,8 3,5 1,9 2,1 2,1 2,1 2,3 2,1 2,3 2,3 2,2 2,2,83 4,5 1,6 1,8 1,9 2, 2,2 2,1 2,1 2, 1,9 1,9,73 5,5 1,2 1,4 1,6 1,8 2, 1,9 1,9 1,7 1,5 1,5,61 Comparaison Comparaison entre des calculs en de projet luminance sur une grille de par 6 points tableaux : r écarts par rapport à la méthode avec goniophotomètre sur 3 échantillons de 3 échantillons mesurés sur un réflectomètre Nombres Nombre de points de de calcul points de luminance % des valeurs Différences Ecarts (%) en % Différences dans le projet d éclairage : - Luminance moyenne: 5% - Uniformité générale : 3% - Uniformité longitudinale < 15% - 8% < 1% d écart - 98% < 2% d écart Principe d un appareil de mesure portatif des tableaux r de surfaces routières sur site Luminancemètre CCD Miroirs (4) PC Appareil de mesure portatif des tableaux r : tracé de rayons En rouge : limites d ouvertures du luminancemètre Ecran Source lumineuse côté côté Caméra CCD Revêtement routier 1,2 m,6 m dessus Perspective En jaune : rayons en provenance de la source En gris : aire de la surface mesurée 4

5 CONCLUSION Mesures de luminance par caméra CCD : Outil de mesure disponible Images en échelle de luminance : correspondant à ce que l oeil perçoit (aspect visuel et données en images => rendant objective une situation plutôt subjective) Diagnostic, analyses et relevés d installations d éclairage Mesures photométriques des chaussées par caméra CCD : Représentatives de la réalité des revêtements routiers actuels Extension des tableaux de valeurs mesurées pour l éclairage rasant Améliore la recherche des distributions lumineuses optimales incluant dans un tout projet d éclairage et vérification sur site. Possibilité de créer un système de mesure portatif précis Maîtrise des luminances pour éclairage approprié. Merci pour votre attention Présentation : Jacques Lecocq Support R&D - Applications (Les Andelys - France) Tel : 33 ()

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