CC BY
7
3. Б. СМЕЛЯНСКИЙ (Москва)
О гигиеническом обосновании норм уличного освещения1
Совместная работа Института им. В. А. Обуха (дир. Г. Д. Арнаутов) и Академии коммунального хозяйства (дир. К. К. Трощнн)
Широкое развитие городов и автомобильного транспорта в них настойчиво выдвигает необходимость регламентации условий освещения улиц. Это необходимо для того, чтобы сделать городское движение возможно более безопасным.
Безопасность городского движения становится серьезной проблемой организации городской жизни современных индустриальных центров.
Достаточно указать, что, по данным Управления транспорта, в городах Англии за 6 месяцев 1932 г. (июль—декабрь) было 3129 несчастных случаев со смертельным исходам. В ряде причин несчастных случаев несомненную роль играет недостаточное освещение, о чем свидетельствует распределение этих случаев по часам дня. Максимум несчастных случаев падает на 22%—21 часа, а наибольшее их повышение регистрируется между 17И—21 часами.
Не менее показательны и данные об аварийности городского транспорта во Франции. Среди 26 554 несчастных случаев, отмеченных в 9 департаментах Франции в 1930, 1931 и 1932 гг., примерно около Уз, т. е. около 8 850 несчастных случаев, вызвано недостаточным освещением.
Особенно велик городской травматизм в США. Представление об этом дают данные табл. 1.
Таблица 1
Несчастные случаи со смертельным исходом за 1929—1935 гг. в США
Месяцы Годы
1929—1933 (среднее за год) 1934 1935
Январь . . . 2 239 2 808 2 480
Февраль . . • 1 898 2188 2 220
Март . . . 2 042 2 395 2 780
Апрель . . . 2 233 2 497 2 540
Май .... 2 466 2 760 2 700
Июнь .... 2 527 2 881 2 781
Июль .... 2 834 3 150 3 030
Август . . . 3 050 3 171 3 480
Сентябрь . . 3 070 3 372 3 220
Октябрь . . . 3 238 3 531 3 710
Ноябрь . . . 3 102 3 702 3 262
Приведенные в табл. 1 цифры говорят о серьезности проблемы безопасности городского движения в условиях того развития, которое автомобильный транспорт получил в США. Кроме того, из этих же цифр вытекает, что опасность городского движения значительно повышается в так называемые темные месяцы (осенние и зимние короткие дни) по сравнению с летними месяцами.
Роль недостаточного освещения в городском травматизме показывает и распределение аварий по Москве (рис. 1). Как видно из рис. 1,
1 Настоящая работа выполнена совместно с Академией коммунального хозяй ства при участии инж. Я. Ф. Зильберблата и проф. Б. Ф. Федорова.
максимум из кривой падает на темные месяцы и темные часы суток. Несомненно, недостаточное искусственное освещение улиц является одной из серьезных причин городского травматизма и аварийности городского транспорта.
В СССР имеются все предпосылки для того, чтобы развитие городского автотранспорта в условиях социалистической планомерно проводимой реконструкции крупнейших промышленных центров, в первую очередь Москвы, Ленинграда, Харькова, Киева и др., не было связано с человеческими жертвами, которые обычно сопровождают рост городов в капиталистических странах.
Не останавливаясь на всем сложном комплексе вопросов, с которыми связана борьба за безопасность городского движения, мы остановимся только на роли освещения улиц в безопасности городского движения.
Состояние уличного освещения р*ода городов в СССР нельзя признать удовлетворительным ни в смысле количественном, ни в смысле качественном (уровень освещенности, блескость, равномерность). До сих пор у нас нет установленных норм для уличного освещения и достаточно рациональных (экономически и гигиенически) светильников.
Сущность нормирования уличного освещения сводится к установлению наиболее благоприятного с гигиенической точки зрения уровня освещенности, предельно доступных степеней блескости и неравномерности, а так же наиболее благоприятного соотношения вертикальной и горизонтальной освещенности.
Правила уличного освещения в ряде стран (Германия. Англия, США) не обоснованы сколько-нибудь серьезными научными исследованиями i/кжду тем, с экономической точки зрения уличное освещение связано с весьма значительными расходами.
Поэтому вопрос о нормах для уличного освещения представляется со всех точек зрения весьма серьезным. '
По сути дела, имеется весыма мало исследований, посвященных этому вопросу. Среди них наиболее ценной является экспериментальная работа Klein, проведенная в 1931 г.
При всей спорности ряда исходных положений автора работа Klein единственно серьезная работа в этой области.
Основным спорным пунктам является вопрос о там, какая зрительная функция может определять эффективность осветительной установки в условиях уличного освещения. По мнению Klein, критерием для оценки зрительной работы в условиях уличного движения может служить время порога раздражения (Reizschwellen-Zeit), т. е. время, необходимое для восприятия раздражения, а не время, необходимое для точного узнавания предмета.
Это значительно облегчает задачу исследования, но это не соответствует условиям, имеющим место в реальных условиях работы шофера, вагоновожатого и других водителей городского транспорта.
Условия освещения должны быть такими, чтобы предмет определенной величины и определенного контраста мог бы быть замечен в минимальный промежуток времени с учетом скорости движения, расстояния, потребного для торможения, и т. д.
Наиболее важной характеристикой зрения, имеющего первенствующее значение в условиях уличного движения, является скорость различения объектов. Эта характеристика определяется промежутком времени, прошедшим с момента раздражения сетчатки появившимся в
ц*р и ifttt
* « § 3 .« 5 * Ü
Рис. 1. Рост аварийности при искусственном освещении (в процентах)
2 Гигиена и санитарии, № 8
поле зрения предметом до момента получения в сознании водителя или пешехода зрительного представления об этом предмете.
Таким образом, решение вопроса о тех уровнях освещенности, которые являются наиболее благоприятными для обеспечения безопасности уличного освещения, должно базироваться на изучении изменения временного протекания процесса восприятия форм при различных уровнях освещенности.
Чем меньший промежуток времени потребуется водителю или пешеходу для восприятия внезапно появившегося на некотором расстоянии препятствия, тем больше времени остается в их распоряжении для принятия необходимых мер предосторожности (торможение машины, обход препятствия и т. п.).
Имеющиеся данные о «степени видимости», необходимой водителю в условиях современного уличного движения, не подтверждают высказываний Klein. По ¡материалам Московского научно-исследовательского института городского движения, задачей водителя является прежде всего восприятие, до известной степени и оценка объекта, находящегося перед ним. Реакция водителя будет различной, в зависимости от того, видит ли он перед собой автомобиль, велосипедиста, пешехода и т. п. Ему небезразлично даже знать, какой именно пешеход находится на дороге. Так, например, появление в поле зрения стариков и детей заставляет принимать особые меры. Кроме того, водителю нужно знать, на каком расстоянии находится объект, с какой скоростью и в каком направлении он движется.
Чтобы "иметь возможность правильно и своевременно реагировать на встречающееся препятствие, водителю необходимо, таким образом, до известной степени узнавание формы этого препятствия. Уличное освещение с точки зрения обеспечения безопасности движения должно давать возможность водителям и пешеходам в кратчайшее время и на достаточно большом расстоянии различать форму встречающихся объектов и оценивать создающуюся ситуацию. Эта задача сильно осложняется еще и тем, что распознавание объекта должно происходит в условиях передвижения его среди других движущихся объектов.
В соответствии с этим предметом наших исследований было изучение изменяемости скорости различения подвижных объектов в зависимости от интенсивности освещения в условиях интенсивного уличного движения.
Изучение изменения скорости зрительного восприятия проводилось авторами как за границей, так и у нас СССР. Ферри и Ренд, а также Кобб и др. в своих работах исследовали зависимость скорости различения яркости от поля адаптации, от величин контраста, углового размера объектов и т. п., однако результаты этих работ, имеющие большую ценность для общей характеристики данной функции зрения, не дают достаточных данных для характеристики этой функции в условиях уличного освещения. Необходимо отметить, что указанными авторами скорость различения исследовалась для объектов малой угловой величины, не превышающей 5—8 минут. В этом случае изменение угловой величины объекта сильно сказывалось на степени скорости различения. В условиях уличного движения объекты имеют угловой размер примерно в 1° и выше. Исследования указанных авторов проведены в условиях световой адаптации и установленные ими закономерности относятся только к этим условиям. В условиях же уличного освещения речь идет об адаптации очень слабым яркостям порядка 0,3.10 5 стильб. Временная характеристика в этих условиях будет естественно иная и подчиняющаяся иным закономерностям, чем в указанных выше условиях адаптации к большим яркостям. Зрительная задача в условиях уличного движения очень сложна, так как речь идет о скорости различения движущегося объекта среди других объектов, находящихся в движении.
Основные опыты производились на специально оборудованной для этой цели модели улицы (рис. 2 и 3).
Общая схема установки дана на рис. 2. Здесь А—модель улицы, ограниченная с обеих сторон фасадами домов и замыкаемая перспективным видом, идущей в даль улицы; Вх и В —движущиеся продольные ленты — тротуары со скоростью 6,5 м/мин; С и С1—движущиеся ленты — мостовые со скоростью 14,5 м/мин; Са — движущаяся поперечная лента.— мостовая со скоростью 11 м/мин. Направление движения лент указано на рис. 2 стрелками. На движущихся лентах устанавливаются объекты 01 £>2 и т. д. — силуэты трамвая, авто-
сг
мс^биля, пешехода и тому подобных фигур, обычно встречающихся на улице. Фон и объекты освещаются осветительным устройством, состоящим из 8 осветителей, расположенных над моделью на высоте 1 м и поперечного фонаря. Включением определенного числа осветителей в различных комбинациях достигается изменение уровня освещенности фона в пределах от 10 до 0,2 люкс, а также необходимое соотношение Между горизонтальной и вертикальной осве-щенностыр. Указанное осветительное устройство позволяет установить равномерную освещенность по всей поверхности модели. Время различения регистрируется хроноскопом М который приводится в действие с помощью электромагнита и остановка которого производится испытуемым О размыканием ключа И в момент распознавания объектов. Одновременно с пуском хроноскопа происходит падение электромагнитно связанного с ним экрана Н.
Рис. 3
При включении электромагнита и падении экрана испытуемому открывает ся вид улицы с движущимися на ней в продольном и поперечном направлениях силуэтами фигур. Задачей испытуемого является распознавание движущегося объекта на поперечной улице и положение второй фигуры, пересекающей одновременно эту улицу. Отпусканием ключа К испытуемый останавливает хроноскоп и таким образам регистрирует время различения заданных фигур с точностью до 0,02 секунды. Объекты предъявлялись испытуемым в разных пунктах улицы, причем угловая величина объектов составляла от 1 до 2°. Перед началом эксперимента испытуемый ¡находился в течение 30 минут в там-
иой ко(инаТГе, после чего он адаптировался 15 минут к яркости того фона, на котором Ъ дальнейшем производились опыты. При переходе от одной освещенности * другой давался перерыв в 10 минут, в течение которого глаза испытуемого адаптировались к новой освещенности.
Влияние уровня освещенности (яркости) фона на быстроту различения (при контрасте между фоном и 'объектом — 1,5 и 7 объектах в поле зрения наблюдателя) (рис.4). По оси абсцисс (рис. 4)) нанесены уровни освещенности фона, коэфициент отражения которого равек 0,10, а тго оси ординат время различения в секундах.
Такое построение имело своей целью облегчить дальнейшую задачу применения настоящих результатов для целей практического нормирования освещения улиц с учетом отражательной сп'особности обычно применяемых асфальтовых мостовых. Принятая нами средняя величина коэфициента отражения асфальтовых мостовых в 0,10 'основана на многочисленных литературных данных, имеющихся по данному вопросу.
Из этой кривой 1 видно, что время различения резко уменьшается
по мере усиления освещенности фона до 4 люксов. При дальнейшем увеличении освещенности эта величина изменяется незначительно, при 6 люксах она практически заканчивается* достигая своего предельного значения при Е — 8 люксам. Такую закономерность изменения мы получаем у всех испытуемых, хотя абсолютные значения этой величины у отдельных испытуемых сильно различаются. Отсутствие детального роста времени различения кажется на первый взгляд противоречащим результатам многочисленных работ по изучению скорости зрительного восприятия, где рост этой функции наблюдается и при более высоких уровнях освещенностей, но эта противоречивость только кажущаяся; она реально отражает физиологические процессы, происходящие в зрительном приборе в условиях, имевшихся в обстановке наших опытов, и в реальных условиях уличного освещения. Аналогичные данные получены Н. В. Зимкиным и А. В. Лебединским при изучении вопроса об освещенности кабины летчика белым светом.
Измеряя «время ощущения» у 4 испытуемых при различных уровнях освещенности от 0,5 до 10 люксов, авторы нашли, что величины времени ощущений вариируют в зависимости от уровня освещенности, причем более или менее резкий перелом в кривой происходит при освещенностях порядка 3—4 люкса.
Этот перелом совпадает с периодом совместного действия палочек и колбочек (палочки функционируют при освещенности до 3 люкс, колбочки начинают функционировать при освещенности 4—5 люкса).
При низких освещенностях порядка 0,5—1,2 люкса, когда функционирует преимущественно палочковый аппарат или когда он преобла-
1 Наблюдения велись на 4 испытуемых; каждая точка кривой — средняя из 16 измерений для 1 испытуемого.
дает над колбочками, кривая времени ощущения резко падает, но когда преобладающее значение переходит к колбочковому аппарату (4 и выше), дальнейшее уменьшение времени ощущения в связи с ростом освещенности становится менее отчетливым, и кривая принимает, пологий вид.
Аналогичные данные мы получаем и в условиях уличного освещения.
Установленные закономерности как в .работе Зимкина и Лебединского, так и в нашей имеют весьма существенное значение для характеристики особенностей временного протекания зрительного процесса )в условиях малых яркостей и для практики нормирования освещенности.
Практически из изложенного вытекает, что в условиях адаптации к малым яркостям (что имеет место при уличном освещении) повышение освещенности до 4—6 люксов является выгодным с точки зрения повышения зрительной работоспособности; дальнейшее же повышение освещенности в этих условиях не оказывает уже заметного влияния на функции зрения.
Контраст в условиях уличного освещения создается между яркостью мостовой и яркостью объектов, движущихся по мостовой. Контраст зависит от различия между вертикальной (объект) и горизонтальной (мостовая) освещенностью. Практически представляется весьма важным установить, какой контраст является наиболее выгодным с точки зрения скорости зрительной работы, так как это определяет собой требования, которые необходимо предъявить к светильникам, применяемым для уличного освещения.
Опыты велись при контрасте, определяемом как отношение яркости фона к яркости объекта Ьф = Ъ (это имеет место при различении темных объектов на светлом фоне) Во =0,75 (это имеет место при различении светлых объектов на темном фоне) (рис. 5).
Как видно из рис. 5, при малом контрасте различение светлых объектов на темном фоне происходит с такой же скоростью, как при большом контрасте различение темных объектов на светлом фоне.
Таким образом, несмотря на слабый контраст, при различении светлых объектов на темном фоне создаются такие же благоприятные условия для зрительной работоспособности, как при большом контрасте, но при различении темных объектов на светлом фоне.
Практически это означает, что в условиях уличного освещения чрезвычайно важно создать вертикальную освещенность, дающую условия, облегчающие скорость различения, как это бывает при различении светлых объектов на темном фоне.
В случаях уличного движения обычно встречаются источники блес-кости, различающиеся размерами светящихся поверхностей, их видимой яркостью и расположением в поле зрения наблюдателя. Ясно, что для всестороннего изучения слепящего действия различных источников света необходимо последовательное выявление влияния на работоспособность глаза отдельных факторов (яркости, силы света, уг-
Рис. 5
ла зрения, угла наклона). Влияние слепящего действия нами было изучено применительно к установкам уличного освещения. Исследованию подвергалось слепящее действие блеских светильников наружного освещения при наименее благоприятном расположении их в поле зрения наблюдателя.
При проведении опытов была использована модель улицы с движущимися на ней объектами (рис. 2). Освещенность фона изменялась в пределах от 1 до 0,2 люкса при коэфициенте отражения поверхности фока и объектов в 0,10. Соотношение вертикальной и горизонтальной поддерживалось постоянным и ровным 1 : 1,5. Таким образом, исследование блескости проводилось при кон-Ьф
трасте ~= 1,5, что, повидимому, наиболее соответствует практике. Источник Вов
блескости устанавливался за моделью, на расстоянии 6,5 м от наблюдателя, причем перспектива улицы, на фоне которой находился источник, была затемнена. Источник блескости включался одновременно с падением ширмы и пуском в ход хроноскопа. В качестве источников блескости были использованы: автомобильная фара со слегка матированным стеклом, матовая и молочная лампы накаливания, а также проекционная лампа в комбинации с матовыми и молочными стеклами. Опыты производились |(в той же последовательности, как это было описано ранее) при следующих характеристиках блеских источников и их расположении в поле зрения наблюдателя: яркость светящейся поверхности
В —1,1; 2,7 и 5,5; угловой размер светящей-
Г
\s-Se и• о» у. 7 , }• а <,0'
\ \ \j'¿ 7
\ i \ \ * \ \ В--Н у
N v V
Освещенность на асфальте ¡) Рис. 6
ш 1 1 ся поверхности aL=40 минут, угол накло-
на к горизонтали <f = 5, 15 и 30°. Угловая величина поверхности принята в 40 минут, что соответствует велич но, наиболее часто встречающихся в практике светильников при угле наклона их к горизонтали в 10° и средней высоте подвеса в 7 м.
Для выяснения слепящего действия блеских источников большой яркости при небольших размерах светящихся поверхностей нами произведены также опыты с использованием в качестве блеского источника проекционной лампы накаливания в 50 ватт, 12 V (В =700 стильб, а = 5 мин.) и лампы накаливания с прозрачным стеклом 100 ватт и 120 V (В = 300 стильб, о =1,5 мин.).
На рис. 6 приведены кривые, рисующие изменение быстроты различения в зависимости от освещения фона при наличии в поле зрения наблюдателя блеского источника при В = 1,1; 2,7 и 5,6 стильб.
Из приведенных кривых видно, что:
1) слепящее действие блеского источника в сильной степени зависит от яркости поля адаптации; наиболее сильно сказывается слепящее действие при освещенностях ниже 4 люксов; при освещенности выше 4 люксов слепящий эффект менее заметен, при 6 люксах слепящее действие практически ничтожно;
2) для каждой из указанных величин яркостей имеется вполне определенная, компенсирующая величина освещенности фона, при которой слепящее действие становится незаметным; такими критическими величинами в условиях проведенного опыта являются: для яркости в 1,1 стильб — 4 люкса (на асфальте при коэфициенте отражения 10%), для яркости в 2,7 стильб — люксов, для яркости в 5,6 стильб— 10 люксов;
3) слепящее действие источников сказывается сильнее на быстроту различения в условиях нахождения в поле зрения большого числа объектов (рис. 7).
Влияние блеских источников больших яркостей видно из кривых, изображенных на рис. 7. Проекционная лампа накаливания с яркостью нити около 700 стильб оказывает такое же слепящее действие, как светящая поверхность в 2,7 стильб и угловой величины в 40 минут. Слепящее действие нормальней лампы накаливания в 100 ватт и 120 V
соответствует воздействию светящей поверхности в 40 минут при яркости последней около 6 стильб.
Полученные данные при коэфициенте отражения, равном 15°) показывают, что чем больше угол источника блескости (от горизонтали), тем меньше его слепящее дйствие при том условии, что наблюдатель, как это обычно бывает на практике, смотрит приблизительно в горизонтальном направлении.
При освещенности фона ниже 2 люксов слепящее действие источников блескости с яркостью больше 1 стильба даже для указанного-* угла наклона достигает значительной величины.
Приведенные результаты опытов позволяют сделать ряд заключений, имеющих серьезное значение для практики уличного освещения и для его нормирования. Слепящее действие блеского источника зависит не только от одной величины яркости его поверхности; в большей степени имеет значение (площадь) угловая величина поверхности блеского источника, которая при прочих равных условиях может быть выражена силой света источника в данном направлении и расстоянием до глаза наблюдателя или освещенностью в плоскости глаза наблюдателя, создаваемой блеским источником. В силу этого даже при небольшой яркости, но большой площади (молочная лампа) слепящий эффект будет больше, чем при большой яркости и малой площади (нить проекционной лампы). Большое влияние на степень слепимости оказыйает угол наклона, под которым виден источник блескости. Аналогичные выводы о воздействии указанных элементов мы находим в работах Холле-дая, Мешкова и многих других авторов при исследовании ими воздействия блеских источников на другие зрительные функции.
Но если в исследованиях указанных авторов мы находим указания на прямую зависимость, линейную логарифмическую или степенную между величинами, выражающими слепящее действие блескости источника, и яркостью фона, то для исследуемой нами функции эта зависимость несколько сложнее. Здесь мы видим резкую грань при переходе от освещенностей фона в 4 люкса на более высокие уровни освещенности. При £ = 4 люксам резко сказывается слепящее действие источников, обладающих малой блескостью; при более высоких уровнях освещенностей (6—10 люксов) воздействие источников сравнительно большой ярости и силы света становится почти незаметным, и влияние их на быстроту различения подвижных объектов лежит в пределах точности опытов.
Практически из этих данных следует, что в условиях уличного освещения допустимым пределом яркости для светильников является около 6 стильб при освещенности в 6 люксов и около 1 стильб при освещенности в 3 люкса.
Для определения влияния неравномерности освещения фона был проведен следующий опыт.
/7'/ а - 5' 1 -.1.5
кв-о Д норна < Г '¿Аирм* льна я ла ц. лампа ипа шоуг г2г,50»
\ 'У па на мо. ■очн. стек. па-то*
ч -л \ \\Ч
0 ? Ю /1
вс в ещенмост> из ас/ральте (р>ю%) Рис. 7
Поверхность улицы подразделялась на две части, из которых одна имела освещенность в 0,8 люкса, а другая — 9,5 люксов. Движущийся предмет появлялся в более темной части поверхности улицы и определялось время, необходимое для различения объектов при наличии указанной неравномерности в 0,8 люкса, а другая — 9,5 люксов. В результате этих опытов были получены средние данные из 24 наблюдений.
Таблица 3
Таблица 2
Время в секундах
Испытуемый равно мерн. неравно-мерн. 1 : 12
Ж..... 1,10 1,17
К..... 0,96 1,03
ц..... 0,58 0,62
Характери- -Q f-
стика улиц О
(наибольшая 5 к
Класс Улицы пропускная Ü
способность Ü 2
в единицах- и •
часах) О ш
I Транзитные 1 000 6
II Магистраль-
ные ...... 750 2-4
III Жилые---- 300 1
Как видно из приведенных в табл. 2 данных, при неравномерности в 1 : 12 не получается резкого ухудшения быстроты различения, так как разница получается в пределах 6—8°/о, тогда как 2% являются уже пределом точности опыта.
Выводы
1. Уровень освещенности на улице должен быть таков, чтобы обеспечить возможно более быструю остановку и торможение машины. По данным Московского научно - исследовательского института городского движения скорость зрительного восприятия при езде на главных улицах (транзитных и магистральных) должна составлять не более 0,8—1 секунды с учетом темпов движения, расстояния между машинами и устройства тормозных приспособлений.
Нормы освещенности могут быть рекомендованы для улиц различных классов следующие (табл. 3).
2. Поскольку светящаяся поверхность светильника ограничена определенными размерами 0,3 — 0,5 м, а высота подвеса 6 — 8 м (угловой размер светящейся поверхности, таким образом, не превышает 1°), можно указать величины допустимых яркостей, не вызывающих заметного ухудшения зрительных функций при указанных выше уровнях освещенности: для 6 люкс — до 3 стильб, и для 3 люкс — до 1 стильба.
3. С гигиенической точки зрения представляет большой практический интерес вопрос о времени включения искусственного освещения. Ввиду того что переходное время от дневного освещения к искусственному является тем периодом, в течение которого происходит больше всего аварий, необходимо регламентировать время включения и выключения искусственного освещения. Для Москвы, например, как это видно из данных о световом климате, включение искусственного освещения должно производиться летом через 1 час после захода солнца, зимой—■ через у2 часа после захода солнца, а выключение: летом за 1 Уг часа до восхода солнца и зимой за 1 час до восхода солнца.
