scieee Science in your language
[en] (orig)
Zum Einfluss optimierter
Lichtstärkeverteilungskörper auf die
Erkennbarkeit bei niedrigen
Beleuchtungsniveaus in der
Straßenbeleuchtung
vorgelegt von
Diplom-Ingenieur
Sebastian Schade
geboren in Bad Hersfeld
von der Fakultät IV – Elektrotechnik und Informatik
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
– Dr.-Ing. –
genehmigte Dissertation
Promotionsausschuss:
Vorsitzender:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Sebastian Möller
Gutachter:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stephan Völker
Gutachter:
Univ.-Prof. Dr. sc. nat. Christoph Schierz
Gutachter:
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Cornelius Neumann
Tag der wissenschaftlichen Aussprache:
27. Juli 2015
Berlin 2015
II
III
DANKSAGUNG
An dieser Stelle möchte ich all denen, die zum Gelingen dieses Werkes aktiv beigetragen haben,
meinen herzlichen Dank aussprechen.
Mein besonderer Dank gilt meinen Betreuern Prof. Dr. Stephan Völker, Prof. Dr. Christoph
Schierz und Prof. Dr. Cornelius Neumann, welche mir als Mentoren immer zum kritischen
wissenschaftlichen Diskurs zur Verfügung standen. Insbesondere das Engagement von Herrn
Prof. Dr. Stephan Völker, die Thematik der Arbeit mit aktuellen Forschungsprojekten zu
verbinden, um so die finanziellen Möglichkeiten für die Untersuchungen bereitzustellen, soll
hervorgehoben sein.
Für ihre Unterstützung und das hervorragende Arbeitsklima während meiner Zeit am
Fachgebiet Lichttechnik danke ich meinen ehemaligen Kommilitonen und Mitarbeitern sowie
allen von mir betreuten Studenten. Hier möchte ich namentlich Juri Steblau für sein
Engagement bei der Erstellung des Simulationswerkzeuges und Yu-Wen Lu für die unzähligen
Radiance Berechnungen wertschätzend erwähnen. Ohne die Anstrengungen von Dr. Martine
Knoop und Dr. Heiko Herzberg zum Fortbestand der Laborräume wären die praktischen
lichttechnischen Messungen wohl nicht zustande gekommen.
Des Weiteren bedanke ich mich bei meinen Korrekturlesern Dr. Martine Knoop, Dr. Felix
Serick, Dr. Michael Böhm, Hans-Georg Schmidt sowie meiner Schwester Natalie Schade.
Für ihre Begeisterung und Kritik durch all die langen fachlichen und persönlichen Gespräche
möchte ich Carolin Liedtke, Dr. Raphael Kirsch und Hans-Georg Schmidt danken. Sie gaben
mir die Motivation durchzuhalten.
Ferner möchte ich mich bei Anne Richter bedanken, die mich nicht nur tatkräftig unterstützt,
sondern auch stets aufgebaut und für die nötige Regeneration gesorgt hat.
Abschließend gilt persönlicher Dank meinen Eltern und Geschwistern, die diese Arbeit durch
alle Phasen hinweg mit außerordentlicher Unterstützung begleitet haben.
IV
V
KURZFASSUNG
Seit der Einführung der Straßenbeleuchtung besteht ein Zielkonflikt zwischen dem Bestreben
geringer Anlagenbetriebskosten und der Forderung nach angemessen hoher Beleuchtungsquali-
tät zur Wahrung der Verkehrssicherheit. Mit den steigenden Energiekosten nimmt der Druck,
Beleuchtungsanlagen auf ein Mindestbeleuchtungsniveau hin zu dimensionieren, weiter zu. Aus
lichttechnischer Sicht kann dieser Konflikt durch eine optimal dimensionierte Verteilung des
Lichts auf die Verkehrsfläche entschärft werden. Allerdings orientieren sich die Qualitätsvorga-
ben bestehender Planungs- und Bewertungsansätze an den lichttechnischen Möglichkeiten
vergleichsweise inflexibler konventioneller Beleuchtungstechnologien. Anhand der Erkennbar-
keit einfacher Sehobjekte auf der Fahrbahn klärt die Arbeit auf, welche Sicherheit diese Ansätze
bereitstellen, wenn sie mittels optimierter Lichtstärkeverteilungskörper (LVK) bestmöglich
erfüllt werden und identifiziert mögliche Verbesserungspotentiale. Die etablierten Optimie-
rungsansätze Beleuchtungsstärke, Leuchtdichte und Visibility Level (VL) bilden dafür den
Untersuchungsschwerpunkt. Installationsspezifisch erzeugte LVK werden im Rahmen der
Untersuchungen so optimiert, dass sie für ein festgelegtes Beleuchtungsniveau eine größtmög-
liche Gesamtgleichmäßigkeit oder ein Mindestniveau an Erkennbarkeit bereitstellen. Gleich-
zeitig wird der benötigte Gesamtlichtstrom so gering wie möglich gehalten, um so unnötig
hohen Energiebedarf zu vermeiden. Die vergleichende Bewertung der bereitgestellten Erkenn-
barkeit erfolgt mittels des VL und unter Verwendung flacher Sehobjekte unterschiedlichen
Reflexionsgrades. Simulationen und exemplarische Nachstellungen von Beleuchtungsszenen
decken Zusammenhänge zwischen den Bewertungsansätzen auf. So präzisiert die Arbeit den
Gültigkeitsbereich vorangegangener Forschung zu den betrachteten Methoden und liefert neue
Erkenntnisse für deren zielgerichtete Anwendbarkeit. Ein einzelner Ansatz, welcher für alle
Beleuchtungssituationen die besten Sichtbedingungen bereitstellt, erwies sich dabei nicht als
nachweisbar. Denn, wie die Arbeit zeigt, ist die bisher angestrebte hohe Gleichmäßigkeit bei
adäquatem Beleuchtungsniveau allein kein Garant für gute Erkennbarkeit. Stattdessen ist
situationsspezifisch oft eine Kombination aus Leuchtdichteniveau, Leuchtdichtegleichmäßigkeit
und VL optimal. Die Resultate werden in einem Katalog fundierter Empfehlungen, unter
welchen Bedingungen sich die verschiedenen Ansätze vorteilhaft anwenden lassen, zusammen-
gefasst. Installationsbedingte Einflüsse, wie der Einfluss der Straßendeckschicht auf die
Optimierungen oder die Auswirkungen der Vergrößerung des Lichtpunktabstandes im
Verhältnis zur Lichtpunkthöhe runden werden ebenfalls diskutiert.
Schlagwörter: Straßenbeleuchtung, Lichtstärkeverteilungskörper, optimierte Lichtverteilungen,
adaptive Beleuchtung, Erkennbarkeit, Visibility Level, Energieeffizienz
VI
VII
ABSTRACT
Since the introduction of street lighting, there has been a trade-off between the desire to lower
operating costs and the demand for appropriate lighting quality to maintain road safety. Ever-
increasing energy costs demand the dimensioning of lighting systems limited to a minimum
luminance or illuminance level. From a technical perspective, this conflict can be mitigated by
an optimally matched distribution of light on the road surface. However, the requirements of
existing planning and evaluation approaches are still based on comparatively inflexible
conventional lighting technologies. Using flat targets visibility on the road this work clarifies,
which level of security is provided by existing quality criteria when optimized using luminous
intensity distributions (LID). The most common optimization approaches, illuminance,
luminance, and visibility level (VL), are in the main focus of this study. Installation-specific
LID are optimized to provide maximum luminance/illuminance uniformity or a minimum
visibility level for a given average luminance/illuminance. At the same time the total luminous
flux is kept to a minimum in order to avoid unnecessary energy usage. The comparative
assessment of small object detecion is evaluated calulating the VL of flat targets of different
reflectances. Using simulations and exemplary reproduction of lighting scenes, the optimized
LID help to unravel dependencies between common assessment approaches. In this way this
work helps to clarify the range of validity of previous research on different evaluation
techniques and provides new insights on their application. As a result, a single approach
providing the best visibility conditions for all lighting situations did not prove effective. The
study shows that aiming on high uniformity at an adequate lighting level alone will not
guarantee good visibility. Instead, a selection of average luminance, luminance uniformity, and
VL leads to more meaningful results. The outcomes of this work are then combined in a catalog
of recommendations, showing under which conditions the various approaches can be applied
advantageously. Installation-related factors, such as the influence of the road surface or the
impact of a change in pole spacing in relation to the mounting height are also discussed.
Keywords: Road lighting, street lighting, luminous intensity distribution, optimized light
distribution, visibility level, small target visibility, adaptive street lighting, energy efficiency
VIII
IX
SYMBOL- UND ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
Beschreibung
Einheit
Blondel-Rey-Konstante, Korrekturfaktor bei Darbietungsdauern
Koeffizient der Polynombeschreibung von Lichtstärkeverteilungskörpern
Maximaler prozentualer Lichtstärkesprung je Grad zwischen zwei
Lichtstrahlen des Lichtstärkeverteilungskörpers
[%]
Einem Messpunkt zugeordnetes Flächenelement
[m2]
Altersfaktor bei der Berechnung von Leuchtdichteunterschiedsschwellen
Sehobjektwinkel, Winkelgröße des Sehobjektes in Winkelminuten
[Min.]
Beobachterposition
Einstrahlwinkel zwischen Beobachtungsebene und der vertikalen Ebene
der kürzesten Verbindung zwischen Berechnungspunkt und Lichtpunkt
[°]
Kontrast, Sehobjektkontrast
Winkelbeziehung: Azimut, ausgehend der ersten photometrischen Achse
Fahrbahndeckschichtcharakteristik nach Reflexionstabelle
Schwellenkontrast, Kontrastschwelle
Durch die äquivalente Schleierleuchtdichte reduzierter Kontrast
Unterschiedsempfindlichkeit, engl. Contrast Sensitivity
Schwellenkontrast nach Kokoschka
Interpolationsabstand
Winkelabstand
[°]
Leuchtdichteunterschied zwischen Sehobjekt und Umfeld
[cd/m2]
Schwellenwert bei einer Adaptationsleuchtdichte
[cd/m2]
Negativer Leuchtdichteunterschiedswert
[cd/m2]
Schwellenwert bei einer Adaptationsleuchtdichte
[cd/m2]
Positiver Leuchtdichteunterschiedswert
[cd/m2]
Linearisierung der Leuchtdichteunterschiedsschwelle
[cd/m2]
Leuchtdichteunterschiedsschwelle in Abhängigkeit der Darbietungsdauer t
[cd/m2]
Leuchtdichteunterschiedsschwelle bei 2 s Darbietungsdauer
[cd/m2]
Leuchtdichteunterschiedsschwelle
[cd/m2]
Leuchtdichteunterschiedsschwelle nach Hentschel
[cd/m2]
Gleichmäßigkeitsunterschied
VL-Differenz zwischen minimalem und maximalem VL
[cd/m2]
Messentfernung
[m]
Blendbeleuchtungsstärke im Auge
[lx]
Horizontale Beleuchtungsstärke
[lx]
Mittlere horizontale Beleuchtungsstärke, Beleuchtungsniveau von 𝐸ℎ𝑜𝑟
[lx]
Gesamtbeleuchtungsstärke in einem Punkt, horizontal
[lx]
Einzelbeleuchtungsstärke, horizontal
[lx]
X
Symbol
Beschreibung
Einheit
𝐸hor,max
Maximale Beleuchtungsstärke, horizontal
[lx]
𝐸hor,min
Minimale Beleuchtungsstärke, horizontal
[lx]
𝐸o
Vertikale Beleuchtungsstärke auf dem Sehobjekt
[lx]
𝐸o,direkt
Vertikale Beleuchtungsstärke auf dem Sehobjekt, direkter Anteil
[lx]
𝐸o,indirekt
Vertikale Beleuchtungsstärke auf dem Sehobjekt, indirekter Anteil
[lx]
𝐸ver
Vertikale Beleuchtungsstärke
[lx]
𝐸ver
Mittlere vertikale Beleuchtungsstärke
[lx]
𝐸ver,max
Maximale Beleuchtungsstärke, vertikal
[lx]
𝐸ver,min
Minimale Beleuchtungsstärke, vertikal
[lx]
f
Unsicherheit, Fehler, Abweichung
𝐹CP
Kontrastpolaritätsfaktor
𝑔1
Gesamtgleichmäßigkeit der horizontalen Beleuchtungsstärke
𝑔2
Längsgleichmäßigkeit der horizontalen Beleuchtungsstärke
𝛾
Winkel zur Charakterisierung der Ausstrahlrichtung; im Zusammenhang
mit CIE-Definition der LVK vertikaler Winkel, ab der ersten
photometrischen Achse, Lichteinfallswinkel
[°]
𝛾1
Einstrahlwinkel zwischen Z-Achse und der kürzesten Verbindung
zwischen Berechnungspunkt und Ausstrahlpunkt,
[°]
𝛾2
Winkel zwischen Lichtstrahl und Flächennormalen
[°]
H
Lichtpunkthöhe, Masthöhe
[m]
hB
Beobachterhöhe
[m]
I, 𝐼(𝛾,𝜑)
Lichtstärke, abhängig von der Ausstrahlrichtung
[cd]
i
Indizes
IBl
Lichtstärke der blendungsverursachenden Lichtquelle
[cd]
j
Index der Beobachtungsrichtung
KF
Umrechnungsfaktor
k
Faktor zur Berücksichtigung des Alters
k, kBl
Konstante, Einfluss des Beobachteralters auf physiologische Belendung
kp
Faktor zur Berücksichtigung der Wahrnehmungswahrscheinlichkeit
L
Lichtpunkt
L
Leuchtdichte
[cd/m2]
𝐿
Mittlere Leuchtdichte, Leuchtdichteniveau
[cd/m2]
𝐿mess
Mittelwert der im definierten Messfeld real gemessenen Leuchtdichten
[cd/m2]
Lad
Adaptationsbestimmende Umfeldleuchtdichte
[cd/m2]
Lad,RP
Adaptationsbestimmende Umfeldleuchtdichte nach ANSI IESNA RP-8-00
[cd/m2]
𝐿max
Maximale Leuchtdichte
[cd/m2]
𝐿min
Minimale Leuchtdichte
[cd/m2]
𝐿o
Leuchtdichte eines Sehobjektes
[cd/m2]
𝐿P
Leuchtdichte eines Punktes P auf der Fahrbahn aus Beobachterrichtung
[cd/m2]
Ls
Schleierleuchtdichte
[cd/m2]
Ls,äq
Äquivalente Schleierleuchtdichte
[cd/m2]
𝐿Str
Mittlere Fahrbahnleuchtdichte nach Hentschel
[cd/m2]
𝐿u
Umfeldleuchtdichte
[cd/m2]
𝐿unt
Untergrundleuchtdichte
[cd/m2]
𝐿unt,RP
Untergrundleuchtdichte nach ANSI IESNA Standard RP-8-00
[cd/m2]
XI
Beschreibung
Einheit
Umfeldleuchtdichte, bei Differenzierung nach Umfeld und Untergrund
[cd/m2]
Allgemeine Fahrbahnleuchtdichte
[cd/m2]
Index (z. B. einer Fahrbahndeckschicht)
Index (z. B. einer Leuchte)
Differenzierte Gesamtanzahl
Gesamtanzahl
Raumwinkel
Einheitsraumwinkel
Wahrnehmungswahrscheinlichkeit
Kumulative Wahrscheinlichkeit des Erkennen eines Sehobjektes nach dem
Revealing-Power-Ansatz für Positiv- oder Negativkontraste
Index der Leuchtenhöhe
Exponent der Distanzgewichtung im Falle der inversen Distanzgewichtung
Lichtstrom
[lm]
Azimutwinkel zwischen Fahrbahnrichtung und der Projektion der Ebene
zwischen Messpunkt und Lichtquelle auf der Fahrbahn
[°]
Verdrehwinkel zwischen vertikaler Einfalls- und Beobachtungsebene
[°]
Leuchtdichtekoeffizient
Mittlerer Leuchtdichtekoeffizient
Reflexionsgrad
[%]
Reflexionsgrad des Sehobjektes
[%]
Kritischer Reflexionsgrad eines Sehobjektes
[%]
Referenzreflexionsgrad
[%]
Reflexionskoeffizient, abhängig von Lichteinfallswinkel 𝛾
Index, Laufvariable der Potenz des C-Winkels,
Abstand zwischen Lichtpunkt und Messpunkt (z. B. der
Beleuchtungsstärke mit dem Flächenabschnitt dAi)
[m]
Abstand zur blendungsverursachenden Lichtquelle
[m]
Radius der Lichtaustrittsfläche einer Leuchte
[m]
Revealing Power, Erkennbarkeitsleistung
Revealing Power für Negativkontraste (Silhouette-Prinzip)
Straßendeckschichtkategorien r-Tabelle
Bestimmtheitsmaß
Index, Laufvariable der Potenz des 𝛾-Winkels
Lichtpunkt- oder Mastabstand
[m]
Praxisfaktor
Standardabweichung
Relativer Lichtpunktabstand, relativer Mastabstand
Fahrspuren 0 (den Leuchten abgewandt) und 1 (den Leuchten zugewandt)
Glanzfaktor zur Beschreibung der Spiegelung an Fahrbahndeckschichten
Faktor zur Beschreibung der Spiegelung an Fahrbahndeckschichten
Varianz
Blendwinkel zwischen Blickrichtung des Beobachters und Blendquelle
[°]
Neigung des Beobachtungswinkels
[°]
Small Target Visibility
Small Target Visibility Level
Minimales STVL
XII
Symbol
Beschreibung
Einheit
t
Darbietungszeit
[s]
TI
Schwellenwerterhöhung (engl. Treshold Increment)
TSF
Transienter Schwellenwerterhöhungsfaktor
𝑈l,L
Längsgleichmäßigkeit der Leuchtdichte
𝑈l,Ehor
Gesamtgleichmäßigkeit der horizontalen Beleuchtungsstärke, auch 𝑔1
𝑈l,Ever
Längsgleichmäßigkeit der vertikalen Beleuchtungsstärke
𝑈o,L
Längsgleichmäßigkeit der Leuchtdichte
𝑈o,Ehor
Gesamtgleichmäßigkeit der horizontalen Beleuchtungsstärke, auch 𝑔1
𝑈o,Ever
Gesamtgleichmäßigkeit der vertikalen Beleuchtungsstärke
Ul
Längsgleichmäßigkeit
𝑉(𝜆)
Spektrale Empfindlichkeitsfunktion eines photopisch adaptierten 2°-
Normalbeobachters
VL
Visibility Level, Überschwelligkeit
𝑉𝐿
Arithmetisches Mittel Visibility Level
VLmax
Maximum Visibility Level
VLmed
Median Visibility Level
VLmin
Minimum Visibility Level
VLPraxis
Visibility Level unter Einbeziehung von Praxiseinflüssen
WL, WLn
Breite der Fahrspur mit n = (1; 2)
[m]
WL, red
Reduzierte Messfeldbreite, reduzierte Fahrbahnbreite
[m]
WS
Breite der Straße bzw. Fahrbahn
[m]
XVL
Grenze der Randbedingung für VL
Kürzel
Beschreibung
ANSI
American National Standards Institute
AV
Abhängige Variable
BRDF
Bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion
bzw.
Beziehungsweise
CIE
Commission Internationale de l'Éclairage: Internationale Beleuchtungskommission
DIN
Deutsches Institut für Normung
EN
Europäisches Institut für Normung, Europäische Norm
F
Forschungsfrage
GUI
Grafische Benutzeroberfäche (engl. Graphical User Interface)
H
Hypothese
IDW
Inverse Distanzgewichtung
IESNA
Illuminating Engineering Society of North America
Kfz
Kraftfahrzeug
LED
Leuchtdiode, engl. light-emitting diode
LVK
Lichtstärkeverteilungskörper, auch Lichtstärkeverteilungskurve
RLVK
Referenz-LVK
u. a.
Unter anderem, und andere
U
Untersuchungsfeld
UV
Unabhängige Variable
vgl.
Vergleiche
z. B.
Zum Beispiel
XIII
INHALTSVERZEICHNIS
Danksagung
III
Kurzfassung
V
Abstract
VII
Symbol- und Abkürzungsverzeichnis
IX
Inhaltsverzeichnis
XIII
Kapitel 1
Einleitung
1
1.1 Motivation und Ziel der Arbeit ............................................................................................. 1
1.2 Inhalt und Aufbau der Arbeit ................................................................................................ 2
1.3 Betreute wissenschaftliche Arbeiten ..................................................................................... 3
Kapitel 2
Wissenschaftliche Ausgangssituation
4
2.1 Übergreifende Berechnungsgrundlagen ................................................................................ 4
2.1.1 Lichtstärkeverteilungskörper....................................................................................... 4
2.1.2 Fahrbahndeckschichten ............................................................................................... 5
2.1.3 Beobachter und Beobachtung ..................................................................................... 7
2.2 Bewertung der visuellen Qualität der Straßenbeleuchtung ................................................... 8
2.2.1 Bewertung anhand des Beleuchtungsniveaus ............................................................. 9
2.2.2 Bewertung anhand der Gleichmäßigkeit ................................................................... 10
2.2.3 Berücksichtigung der Blendung ................................................................................ 12
2.2.4 Bewertung mittels erkennbarkeitsorientierter Ansätze ............................................. 12
2.2.4.1 Leuchtdichteunterschiedsschwelle ............................................................... 13
2.2.4.2 Relevante Leuchtdichten .............................................................................. 15
2.2.4.3 Sehobjekteeigenschaften .............................................................................. 16
XIV
2.2.4.4 Wahrnehmungswahrscheinlichkeit ............................................................... 20
2.2.4.5 Kontrastpolarität ........................................................................................... 21
2.2.4.6 Darbietungszeit ............................................................................................. 22
2.2.4.7 Einfluss des Alters ........................................................................................ 23
2.2.4.8 Einfluss der Komplexität des Gesichtsfeldes ............................................... 23
2.2.4.9 Quantifizierung der Blendung ...................................................................... 24
2.2.4.10 Objektkontrast und Schwellenkontrast .................................................... 26
2.2.4.11 Visibility Level ........................................................................................ 28
2.2.4.12 Small Target Visibility-Konzept .............................................................. 29
2.2.4.13 Revealing Power und kritischer Reflexionsgrad ...................................... 29
2.2.4.14 Beobachtungsbedingungen in der praktischen Anwendung .................... 31
2.2.5 Aktuelle Anforderungen an die Erkennbarkeit .......................................................... 31
2.3 Optimierung von Lichtstärkeverteilungskörpern ................................................................. 33
2.3.1 Optimierung auf Sicherheit ....................................................................................... 33
2.3.2 Optimierung auf Energieeinsparung ......................................................................... 34
2.4 Ableitung der Relevanz der Arbeit aus den aktuellen Erkenntnissen .................................. 35
Kapitel 3
Untersuchungsmethodik
36
3.1 Ableitung der Forschungsfragen aus der Zielstellung ......................................................... 36
3.2 Getroffene Festlegungen ...................................................................................................... 38
3.2.1 Zusammenfassender Begriff des Beleuchtungsniveaus ............................................ 38
3.2.2 Lichtstärkeverteilung und Lichtverteilung ................................................................ 39
3.2.3 Installationsgeometrie und Fahrbahneigenschaften .................................................. 39
3.2.4 Bewertungsfeld .......................................................................................................... 42
3.2.5 Beobachter und Beobachtung .................................................................................... 43
3.2.6 Sehobjekt ................................................................................................................... 44
3.2.7 Kontrastprinzip der Erkennbarkeitsoptimierung ....................................................... 45
3.3 Definition der Arbeitshypothesen ........................................................................................ 46
3.4 Umfang der Operationalisierung ......................................................................................... 48
XV
Kapitel 4
Generierung optimierter Lichtstärkeverteilungskörper
50
4.1 Ansatz .................................................................................................................................. 50
4.2 Zielfunktion ......................................................................................................................... 50
4.3 Gleichmäßigkeitsorientierte Optimierungen ....................................................................... 51
4.3.1 Horizontale Beleuchtungsstärke................................................................................ 52
4.3.2 Vertikale Beleuchtungsstärke.................................................................................... 53
4.3.3 Leuchtdichte .............................................................................................................. 53
4.4 Erkennbarkeitsorientierte Optimierung ............................................................................... 55
4.4.1 Linearisierung der Leuchtdichteunterschiedsschwelle .............................................. 55
4.4.2 Lineare Optimierung ................................................................................................. 56
4.4.3 Integration der Visibility Level Optimierung............................................................ 56
4.5 Differenzierte Begrenzung der Schwellenwerterhöhung .................................................... 59
4.6 Systemimplementierung ...................................................................................................... 60
Kapitel 5
Auswirkungen unterschiedlich optimierter Lichtverteilungen
63
5.1 Konventionen ...................................................................................................................... 63
5.2 Gleichmäßigkeitsorientierte Optimierungen ....................................................................... 64
5.2.1 Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper................................................................... 64
5.2.2 Resultierende Lichtverteilungen auf der Fahrbahn ................................................... 67
5.2.3 Resultierende Erkennbarkeiten, stationäre Beobachtung .......................................... 69
5.2.3.1 Einfluss Sehobjektreflexionsgrad ................................................................. 69
5.2.3.2 Einfluss Fahrbahndeckschicht ...................................................................... 73
5.2.3.3 Einfluss Lichtpunktabstand .......................................................................... 75
5.2.3.4 Vergleich der Uo-orienterten Ansätze .......................................................... 78
5.2.4 Resultierende Erkennbarkeiten, dynamische Beobachtung ...................................... 80
5.2.5 Zusammenfassung ..................................................................................................... 83
5.3 Erkennbarkeitsorientierte Optimierung ............................................................................... 84
5.3.1 Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper................................................................... 84
5.3.2 Resultierende Lichtverteilungen ............................................................................... 87
5.3.3 Resultierende Erkennbarkeiten ................................................................................. 91
5.3.3.1 Einfluss Sehobjektreflexionsgrad ................................................................. 91
XVI
5.3.3.2 Einfluss Fahrbahndeckschicht ...................................................................... 94
5.3.3.3 Einfluss Lichtpunktabstand .......................................................................... 96
5.3.4 Zusammenfassung ..................................................................................................... 96
5.4 Kennzahlensysteme ............................................................................................................. 97
5.4.1 Vergleich der VL-Verläufe mit der STVL-Methode .................................................. 97
5.4.2 Separate Bewertung der Blendung mittels TI .......................................................... 100
5.5 Minimierung des Lichtstromes .......................................................................................... 102
Kapitel 6
Verifikation im Laborversuch
104
6.1 Versuchssetup .................................................................................................................... 104
6.2 Durchführung..................................................................................................................... 107
6.3 Resultierende Lichtstärkeverteilungskörper ...................................................................... 109
6.4 Erzielte Leuchtdichte-, Beleuchtungsstärke- und VL-Verteilungen .................................. 110
6.4.1 Gleichmäßigkeitsorientierte Optimierungen ........................................................... 110
6.4.2 Erkennbarkeitsorientierte Optimierung ................................................................... 112
6.5 Vergleich der Simulationen und Labormessungen ............................................................ 114
6.6 Zusammenfassung ............................................................................................................. 116
Kapitel 7
Unsicherheitsbetrachtung
117
7.1 VL-Bestimmung ................................................................................................................. 118
7.2 Berechnung und Simulation der Lichtstärkeverteilungskörper ......................................... 118
7.2.1 Abweichungen durch Interpolation bei Transformation und Glättung ................... 118
7.2.2 Linearisierung der Leuchtdichteunterschiedsschwelle ............................................ 119
7.2.3 indirekte Beleuchtung und Schattenbildung des Sehobjektes ................................. 120
7.2.4 Anzahl der berücksichtigten Lichtpunkte ................................................................ 121
7.2.5 Unsicherheiten bei der VL-Berechnung................................................................... 121
7.2.6 Gesamtunsicherheit der Simulationen ..................................................................... 122
7.3 Unsicherheiten Messung .................................................................................................... 122
7.3.1 Bestimmung des Lichtstärkeverteilungskörpers ...................................................... 122
7.3.2 Leuchtenmontage und -Einstellung ......................................................................... 123
7.3.3 Messung Beleuchtungsstärke .................................................................................. 123
XVII
7.3.4 Bildaufgelöste Messung der Leuchtdichte .............................................................. 124
7.3.5 Verwendung einfacher Sehobjekte zur Kontrastbestimmung ................................. 127
7.3.6 Unsicherheit Deckschicht........................................................................................ 127
7.3.7 Unsicherheit Bestimmung Reflexionsgrade ............................................................ 128
7.3.8 Unsicherheit Streulicht ............................................................................................ 128
7.3.9 Gesamtunsicherheit Messungen im Lichtkanal....................................................... 128
Kapitel 8
Diskussion im Kontext des Forschungsfeldes
129
8.1 Umsetzung und Untersuchung Optimierungsmethoden .................................................... 130
8.1.1 Umsetzung des Primärziels Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke ................... 130
8.1.2 Umsetzung des Primärziels Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte.............................. 130
8.1.3 Umsetzung des Primärziels gute Erkennbarkeit...................................................... 131
8.1.4 Einhaltung der Blendungsbegrenzung .................................................................... 132
8.1.5 Vergleich Ergebnisse und wahrnehmungsphysiologische Forderungen ................. 132
8.2 Beleuchtungsinstallation und Beobachtungsform ............................................................. 133
8.2.1 Einfluss des Sehobjektreflexionsgrades auf die Erkennbarkeit .............................. 133
8.2.2 Einfluss der Straßendeckschicht auf die Erkennbarkeit .......................................... 134
8.2.3 Einfluss des relativen Mastabstandes auf die Optimierungsergebnisse .................. 135
8.2.4 Einfluss der Beobachtungsart zur Bestimmung der Erkennbarkeit ......................... 135
8.3 Aussagekraft und Vergleichbarkeit weiterer Qualitätskennzahlensysteme ....................... 136
8.4 Betrachtung des Lichtstroms als sekundäres Optimierungsziel ........................................ 137
Kapitel 9
Schlussfolgerungen und Ausblick
139
9.1 Zusammenfassendes Fazit ................................................................................................. 139
9.2 Ausblick ............................................................................................................................ 142
XVIII
Anhang A
Tabellen und Übersichten
A-1
A.1 Randparameter Standard-R- und –C-Deckschichten ......................................................... A-1
A.2 Betreute studentische Arbeiten .......................................................................................... A-2
A.3 Übersicht der gesamten Parametervariation ...................................................................... A-3
A.4 Übersicht Ergebnisse Lichtverteilungen ............................................................................ A-5
A.5 Übersichten Ergebnisse Erkennbarkeiten .......................................................................... A-9
A.5.1 Horizontale Beleuchtungsstärke .............................................................................. A-9
A.5.2 Vertikale Beleuchtungsstärke ................................................................................ A-11
A.5.3 Leuchtdichte .......................................................................................................... A-13
A.5.4 VL-Optimierung .................................................................................................... A-15
A.6 Übersicht STVL-Werte .................................................................................................... A-17
A.7 Übersicht Einfluss Mastabstand ...................................................................................... A-19
A.8 Ergänzung Lichtstrombedarf ........................................................................................... A-24
A.9 Anhänge zum Laborversuch ............................................................................................ A-25
A.9.1 Einfluss Streulicht ................................................................................................. A-25
A.9.2 Reflexionstabelle und Kennwerte Laborteppich ................................................... A-25
A.9.3 Laborleuchte und Steuerung .................................................................................. A-27
A.9.4 Leuchtekonfigurator .............................................................................................. A-29
A.9.5 Übersicht realisierte LVK Laborversuch............................................................... A-30
A.9.6 Übersicht Vergleiche Erkennbarkeiten Simulation und Messung ......................... A-34
A.10 Daten Messgeräte ........................................................................................................... A-37
A.11 Verwandte Publikationen ............................................................................................... A-37
EINLEITUNG
1
1
EINLEITUNG
1.1 MOTIVATION UND ZIEL DER ARBEIT
Mit der zunehmenden Etablierung der LED
1
-Technik im Bereich der Straßenbeleuchtung
vollzieht sich ein Wandel in der Planung und Realisierung von neu zu errichtenden
Beleuchtungsanlagen. Die Verteilung des Lichtes auf die Zielfläche kann heute in einer
Präzision erfolgen, die bisher nicht möglich war. Lichtstärkeverteilungskörper (LVK) – diese
beschreiben die vektorielle Verteilung der Lichtstärken eines Lichtpunktes im Raum – können
durch Simulationswerkzeuge auf weitgehend beliebige Anforderungen hin entwickelt werden.
Die Einführung dieser hochentwickelten ortsfesten Beleuchtungsanlagen im öffentlichen Raum
geht über den Effizienzgewinn aus der verbesserten Lichterzeugung hinaus, einher mit der
wirtschaftlichen Anforderung zur Energieeinsparung. Aus dem daraus resultierenden und sich
immer weiter zuspitzendem Zielkonflikt der Forderung nach weniger Aufwand einerseits und
angemessen hoher Beleuchtung zur Wahrung der Verkehrssicherheit andererseits besteht der
Druck, Beleuchtungsanlagen nur noch auf das Nötigste an mittlerem Beleuchtungsniveau hin zu
dimensionieren.
Hierdurch hat sich in der letzten Dekade unter Ausnutzung der bestehenden Normung [CIE
2010A; DIN 2007D; IESNA 2005] bei stetig steigender Effizienz der LED-Technik das
Vorgehen entwickelt, ausschließlich dort präzise zu beleuchten, wo es aus Sicht der Sicherheit
zwingend erforderlich ist. Dies führte zu einer Determinierung der Lichtverteilungen, da sich in
der Aufbauphase der LED-Technologie eine noch fehlende Flexibilität als ein Nachteil der
LED-Straßenleuchten gezeigt hat: Weicht die gegebene Installationsgeometrie zu stark vom für
diese maßgebenden Ideal ab, kann dies durch den harten Lichtabfall am Rand der beleuchteten
Zielfläche zu sicherheitskritischen Effekten führen [SCHADE ET AL. 2009; SCHADE ET AL. 2010;
SCHADE & VÖLKER 2011].
Ein Fallbeispiel soll an dieser Stelle nach Abbildung 1.1 illustrieren, wie sich ein gegebener,
geringfügig zu großer Lichtpunktabstand auf die Qualität der Beleuchtung auswirkt. Die linke
Szene zeigt ein Sehobjekt mittig zwischen zwei zu weit auseinander stehenden Leuchten. Der
harte Lichtabfall am Rand der gegebenen Lichtverteilung führt dort zu einem dunklen Bereich,
welcher das Erkennen des Sehobjektes gegenüber dem Hintergrund erschwert. Der Verkehrs-
teilnehmer kann das Objekt kaum erkennen. In der rechts gezeigten Szene wurde die ideale
1
LED, englisch für light-emitting diode, kurz für Leuchtdiode als lichterzeugendes Halbleiterelement. Es werden im
Zusammenhang der vorgestellten Untersuchungen ausschließlich LEDs betrachtet, welche weißes Licht emittieren.
Farbmetrische Aspekte werden nicht behandelt.
2
EINLEITUNG
Anlagengeometrie verwendet, so dass sich Objekte auf der Fahrbahn gut vom Hintergrund
unterscheiden. Nach DIN EN 13201 erfüllen beide Szenen noch die aktuellen normativen
Anforderungen ihrer Beleuchtungsklasse hinsichtlich mittlerer Beleuchtungsstärke und deren
Gesamtgleichmäßigkeit. Die normierten Verfahren können solche speziellen Effekte eventuell
nicht erfassen, so dass aktuelle Standards kein Garant für ausreichendes Erkennen sind.
Abbildung 1.1: Sehobjekte bei unpassend dimensionierter (links) und idealer Beleuchtung (rechts) in der
Gesamtszene und vergrößert (gelber Rahmen).
Die Arbeit soll daher aufklären, ob mit anderen Ansätzen eine verbesserte Erkennung erzielt
werden kann. Dazu bietet sich eine vergleichende Untersuchung weltweit bekannter Methoden
zur Planung und Bewertung von Straßenbeleuchtung an. Ein weiteres Ziel dieser umfassenden
Untersuchung ist die Identifizierung des Verbesserungspotentials der betrachteten Methoden.
Das Ergebnis kann so durch die Anpassung der aktuellen Standards für Planungs- und
Bewertungsverfahren ortsfester Straßenbeleuchtung zu einer permanenten Verbesserung der
Sicherheit im nächtlichen Straßenverkehr führen.
1.2 INHALT UND AUFBAU DER ARBEIT
Die Arbeit befasst sich mit der Analyse von Erkennbarkeiten einfacher Sehobjekte in Straßen-
beleuchtungssituationen, welche durch multikriteriell optimierte Lichtstärkeverteilungskörper
ortsfester Anlagen bereitgestellt werden. Die Analyse erfolgt, der ortsfesten Straßenbeleuchtung
entsprechend, für niedrige mittlere Leuchtdichten von 0,7 cd/m2 ≤ 𝐿 ≤ 1 cd/m2 sowie Niveaus
mittlerer horizontaler Beleuchtungsstärken von 10 lx ≤ 𝐸hor ≤ 15 lx. Zwar sind diese 𝐸hor und 𝐿
am unteren Übergang des Geltungsbereiches photopisch adaptierter Beobachtung hin zum
mesopischen Sehen [SCHÄFER 2011, S. 44-49], doch erfolgt die Bewertung ortsfester Straßen-
beleuchtungsanlagen vorrangig anhand der photopischen Beobachtung [vgl. SCHREUDER 2008,
S. 327]. Der Vergleichbarkeit zu anderen Arbeiten halber und aufgrund der Anwendbarkeit der
heranzuziehenden etablierten Bewertungsmethoden für die Gütebetrachtung von Straßen-
beleuchtung, wie EN 13210, ANSI IESNA RP-8-00 und CIE 115:2010, wird für die
Untersuchungen der photopisch adaptierte 2°-Normalbeobachter nach CIE Publikation 41:1978
[CIE 1978] herangezogen. Mesopische und skotopische Beobachtung sind daher nicht
Bestandteil dieser Arbeit.
Die verwendeten Bezeichnungen und Abkürzungen lichttechnischer Ausdrücke orientieren sich
weitestgehend am internationalen Wörterbuch der Lichttechnik [CIE 2011]. Die der Übersicht-
lichkeit und Verständlichkeit dienenden Abweichungen sind im Abkürzungsverzeichnis ab
Seite IX angeführt.
EINLEITUNG
3
Zum Verständnis der Arbeit werden in Kapitel 2 detaillierte Grundlagen zur optimalen
Dimensionierung und Bewertung ortsfester Straßenbeleuchtung dargelegt. Insbesondere die
Bewertung der Sichtbarkeitsverhältnisse wird hierbei ausführlich erläutert. In Kapitel 3 zur
Methodik der Arbeit werden daraufhin elementare Forschungsfragen aus dem hier in Kapitel 1
dargelegten Ziel der Arbeit abgeleitet und in Arbeitshypothesen überführt.
Da bis zum Zeitpunkt dieser Arbeit keine Untersuchungen optimierter LVK in einem derartigen
Umfang stattgefunden haben, wird in Kapitel 4 das im Rahmen der Arbeit eigens entwickelte
LVK-Optimierungswerkzeug zur Generierung optimierter Lichtstärkeverteilungskörper
ausführlich beschrieben.
Die Simulationsergebnisse der LVK-Variation werden in Kapitel 5 ausgewertet und im Kontext
der Arbeit diskutiert. Um die Anwendbarkeit der Optimierungen aus den Simulationen zu
überprüfen, findet in Kapitel 6 die Validierung durch ein Laborsetup für ausgewählte
Beleuchtungssituationen statt. Messunsicherheiten von Optimierung, Simulation und
Validierung werden umfassend in Kapitel 7 diskutiert. In Kapitel 8 erfolgt eine Abschätzung der
Gültigkeit der Untersuchungsergebnisse, für welche anhand einer ebenfalls in diesem Kapitel
behandelten arbeitsübergreifenden Diskussion schließlich in Kapitel 9 belastbare Schluss-
folgerungen gezogen werden können. Abschließend erfolgt hier auch der Ausblick, der die
Anwendbarkeit der gewonnen Erkenntnisse für zukünftige Forschung und praktische
Anwendungen diskutiert.
1.3 BETREUTE WISSENSCHAFTLICHE ARBEITEN
Sowohl die Entwicklung der angewandten Software als auch Teile der Untersuchungen und
Validierung des Konzeptes wären in diesem Umfang nicht ohne die tatkräftige Unterstützung
einer Reihe studentischer Arbeiten möglich gewesen. Diese, vom Autor betreuten und
erfolgreich abgeschlossenen wissenschaftlichen Arbeiten, sind in Tabelle A.2 des Anhangs
aufgeführt.
4
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
2
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
Die wissenschaftliche Ausgangssituation gliedert sich, abgesehen von den übergreifenden
Berechnungsgrundlagen des Unterkapitels 2.1, in zwei wesentliche thematische Schwerpunkte.
Zuerst erläutert Unterkapitel 2.2 die verschiedenen Möglichkeiten der quantitativen Bewertung
der visuellen Sicherheit ortsfester Straßenbeleuchtungsanlagen. Unterpunkt 2.3 beschreibt
daraufhin den aktuellen Stand der Technik auf dem Gebiet der Optimierung der dafür relevan-
ten Lichtstärkeverteilungskörper. Die Ableitung der Relevanz der Arbeit aus der Darlegung der
Ausgangssituation schließt das Kapitel ab.
2.1 ÜBERGREIFENDE BERECHNUNGSGRUNDLAGEN
Hier werden grundlegende Zusammenhänge und Begriffe erläutert, die bei der Optimierung von
Lichtverteilungen und Lichtstärkeverteilungskörpern (LVK) und der Analyse ihrer Auswirkun-
gen auf die Erkennbarkeit von Relevanz sind.
2.1.1 LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Da es in der Anwendung immer wieder zu Missverständnissen bei der Zuordnung der Winkel-
und Ebenenbeziehungen bei der LVK-Definition kommt, wird ausdrücklich definiert, dass im
Rahmen dieser Arbeit die Konvention des (C,γ)-Koordinatensystems nach DIN EN 13201-3 und
CIE Publikation 121 [CIE 1996; DIN 2007F] angewandt wird (siehe Abbildung 2.1). Zu
beachten ist, dass sich dieses von den in der IESNA Publikation LM-75-01 [IESNA 2001]
getroffenen Konventionen unterscheidet.
Abbildung 2.1: (C,γ)-System, bezogen auf die Längsrichtung der Fahrbahn [CIE 1996; DIN 2007F].
Nach den Festlegungen der Publikationen CIE 121 und DIN EN 13201-3 gilt:
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
5
1 = Mittelpunkt der Lichtaustrittsfläche
2 = Längsrichtung der Fahrbahn
3 = Erste photometrische Achse
4 = Richtung der Lichtstärke
C = 0°-180° = Ebene längs zur Fahrbahn
C = 270°- 90° = Ebene quer zur Fahrbahn
C = Azimut, gemessen an der ersten photometrischen Ebene
γ = Vertikaler Winkel, ab der ersten photometrischen Achse
2.1.2 FAHRBAHNDECKSCHICHTEN
Die Untersuchung und Diskussion der Gültigkeiten der in der Praxis etablierten Beschreibung
der Eigenschaften und Kategorisierungen der Fahrbahndeckschichten und deren Grundlage soll
explizit nicht Bestandteil dieser Arbeit sein. Die Deckschichten sind jedoch ein wesentlicher
Bestanteil der Beleuchtungsinstallation, insbesondere bei der Bestimmung von Leuchtdichten
und Erkennbarkeiten. Sie sollen daher folgend näher erläutert werden. Für ausführliche
Informationen sei auf CIE Publikation 66:1984 [CIE 1984] sowie auf Untersuchungen von
SCHMIDT [1987] verwiesen.
Der in der ortsfesten Straßenbeleuchtung wirksame Reflexionsmechanismus in Form der
Überlagerung gerichteter Reflexionen an vielen kleinen unterschiedlich orientierten Teilober-
flächen der Deckschicht wird durch den Leuchtdichtekoeffizienten q definiert. Er beschreibt die
Proportionalität zwischen der unter dem um 1° ± 0,5° geneigtem Beobachtungswinkel bei fest
definiertem Beobachterstandort bestimmten Leuchtdichte L und der Summe der horizontalen
Beleuchtungsstärken Ehor aller den Flächenpunkt P beleuchtenden n Lichtquellen (Leuchten)
[KEBSCHULL 1968; SCHMIDT 1987, S. 13; KÖHLER 2011]:
Abbildung 2.2 illustriert dies für den Fall der Beleuchtung durch eine einzelne Leuchte. Es gilt
[vgl. SCHMIDT 1987, S. 13 f.]:
𝐿P,i = Leuchtdichte i in einem Punkt P auf der Fahrbahnoberfläche
𝛾i = Ausstrahlwinkel zwischen Z-Achse und der kürzesten Verbindung
zwischen Berechnungspunkt und Beobachtungspunkt
q = Leuchtdichtekoeffizient
H = Lichtpunkthöhe
𝜑 = Azimutwinkel des einfallenden Lichts
𝐿=∑ 𝑞i(𝛾i,𝛽i)∙𝐸hor,i
ni=1
[cd
m2]
(2.1)
𝐿P,i=𝑞(𝛾i;𝛽i)∙𝐸hor,i=𝑞(𝛾i;𝛽i)∙𝐼(𝛾i;𝜑i)𝑐𝑜𝑠3𝛾i
𝐻2∙Ω0
(2.2)
6
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
𝛽 = Einstrahlwinkel zwischen Beobachtungsebene vertikaler Ebene der
kürzesten Verbindung zwischen Berechnungspunkt und Lichtpunkt
Weiter gilt für reduzierten Leuchtdichtekoeffizienten:
Abbildung 2.2: Darstellung des räumlichen Leuchtdichtekoeffizienten q(γ,ß) der Fahrbahn und
Geometrie von Lichteinfalls- und Blickrichtung des Beobachters.
Die tabellarische Darstellung der Reflexionseigenschaften der Deckschicht anhand des
reduzierten Leuchtdichtekoeffizienten erfolgt mittels der r-Tabellen. Die r-Tabellen sind anhand
des normalisierten mittleren Leuchtdichtekoeffizienten
sowie des Grades der Spiegelung der Deckschicht beschreibenden Spiegelfaktoren S1
und S2
zusammengestellt. Nähere Informationen hierzu finden sich in HENTSCHEL [2002, S. 223–228]
und [SCHMIDT 1987].
Die r-Klassen nach CIE Publikation 66:1984 [CIE 1984] gelten als etablierte Vereinfachung und
bilden mit den Arbeiten von unter anderen DE BOER & WESTERMANN [1964A; 1964B],
KEBSCHULL [1968], PUSCH [1973], ERBAY [1973], SÖRENSEN [1975], FREDERIKSEN &
SÖRENSEN [1976], GIBBONS [1997], DE BOER ET AL. [2009] und YLILEN ET AL. [2010] die
umfangreichste Datengrundlage, Eigenschaften von Fahrbahndeckschichten zu abstrahieren. Es
sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass je nach lokal verwendeten Materialien die
BRDF
2
der Deckschichten hinsichtlich ihrer Reflexionsgrade und in ihrer Rauigkeit stark
2
Bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion, engl. für bidirectional reflectance distribution function.
𝑟(𝛾i;𝛽i)=𝑞(𝛾i;𝛽i) ∙𝑐𝑜𝑠3𝛾i
(2.3)
𝑞0=∫𝑞(𝛾 ;𝛽 )∙𝑑Ω
Ω0,
(2.4)
𝑆1=𝑟(tan𝛾=2,𝛽=0°)
𝑟(tan𝛾=0,𝛽=0°)
(2.5)
𝑆2 =𝑞0
𝑟(0,0)
(2.6)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
7
variieren kann, so dass Abweichungen von bis zu 6 % je r-Wert möglich sind [VAN BOMMEL &
DE BOER 1980]. Daher ersetzt keine der Klassen eine individuelle Bestimmung der
Reflexionseigenschaften einer individuellen Deckschicht, sondern kann nur als Näherung
gesehen werden. Die R- und C-Klassen werden daher hinsichtlich ihrer Aussagefähigkeit, vor
allem hinsichtlich ihres q0-Wertes und ihres Glanzfaktors S1, immer wieder diskutiert [GIBBONS
1997; YLINEN ET AL. 2010]. In der vorliegenden Arbeit werden ausschließlich Reflexions-
tabellen für trockene Fahrbahnen in der Konstellation nach Tabelle 2.1 verwendet. Dabei geht
mit steigender Ziffer der Kategorisierung die diffuse Reflexion in eine gerichtete Reflexion
über.
Tabelle 2.1: Berücksichtigte Fahrbahndeckschichtklassen [YLINEN ET AL. 2010, S. 80; CIE 1984, S. 70].
Standard-
tabelle
Beschreibung der
Deckschicht
S1-Limit
Standard
S1
Normalisier-
ter q0 Wert
Anwendung in
R1
Trockener Beton,
rau
S1 < 0.42
0.25
0.10
DIN 13201, CIE 66:1984,
ANSI / IESNA RP-8-00
R2
Gussasphalt, neu
0.42 ≤ S1 < 0.85
0.58
0.07
DIN 13201, CIE 66:1984,
ANSI / IESNA RP-8-00
R3
Asphaltfeinbeton,
abgefahren
0.85 ≤ S1 < 1.35
1.11
0.07
DIN 13201, CIE 66:1984,
ANSI / IESNA RP-8-00
R4
Gussasphalt
abgefahren
1.35 ≤ S1
1.55
0.08
DIN 13201, CIE 66:1984,
ANSI / IESNA RP-8-00
C1
ähnlich R1
S1 < 0.40
0.24
0.10
CIE 66:1984
C2
R-Klassen außer R1
S1 ≥ 0.4
0.97
0.07
CIE 66:1984
2.1.3 BEOBACHTER UND BEOBACHTUNG
Der Beobachter nimmt bei der Leuchtdichte- und Erkennbarkeitsbewertung die zentrale
Empfängerrolle ein. In Unterkapitel 1.2 wurde dieser bereits als photopisch adaptierter 2°-
Normalbeobachter festgelegt. Für die Anwendung der r-Tabellen ist dessen Augenhöhe bei
1,50 m über der Straßenoberfläche vorgesehen [SØRENSEN 1975; FREDERIKSEN & SØRENSEN
1976; ERBAY 1973]. Dies resultiert aus der Festlegung des innerhalb eines Bereiches von
1° ± 0,5° gesenkten Beobachtungswinkels bei entsprechender Beobachtungsentfernung.
Bei der Erfassung von Objekt- und Umfeldleuchtdichten zur Bestimmung von Leuchtdichte-
unterschieden und Objektkontrasten im Verkehrsraum soll in dieser Arbeit zwischen zwei
Formen bei der Beobachtung von Objekten unterschieden werden. Die bekannteste Form der
Beobachtung ist die stationäre. Sie wird in der aktuellen Europäischen Norm zur ortsfesten
Straßenbeleuchtung, der DIN EN 13201 angewandt. Der Beobachter hat dabei eine fixe,
„stationäre“ Position (engl. fix position), aus welcher er eine Szene betrachtet. Diese Form der
Beobachtung wird bei der Leuchtdichteplanung und -bewertung ebenso verwendet, wie bei der
Blendungsbewertung. Im Falle der Bestimmung von Objektkontrasten und Leuchtdichteunter-
schieden bedeutet dies für eine entsprechende Messreihe entlang der Fahrbahn, dass Beobachter
und Sehobjekt, entsprechend der Messpositionen des Objektes, keinen konstanten Beobach-
tungsabstand aufweisen.
8
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
Die dynamische Beobachtung dagegen ist durch einen konstanten Abstand von Beobachter zu
Sehobjekt (engl. fix distance) definiert. Für eine Messreihe mit mehreren Objektpositionen
entlang des Bewertungsfeldes bewegen sich also Objekt und Beobachter mit konstantem
Beobachtungsabstand in dieselbe Richtung
3
.
2.2 BEWERTUNG DER VISUELLEN QUALITÄT DER STRAßENBELEUCHTUNG
Die ortsfeste Beleuchtung des Verkehrsraumes bei Nacht dient in erster Linie der Sicherheit
aller Verkehrsteilnehmer. Um diese zu gewährleisten, müssen die Verkehrsteilnehmer ihre
Sehaufgaben sicher ausführen können. Grundlage dafür ist die visuelle Informationsgewinnung
zum Zustand und Verlauf der Straße und allem was sich auf ihr und in nächster Umgebung
befindet oder bewegt [vgl. CIE 2010A]. Der visuelle Informationsgewinn ist essentiell für eine
sichere Fortbewegung innerhalb des Verkehrsraumes. Andere Verkehrsteilnehmer, Hindernisse
sowie der Verlauf von Fahrbahn und Gehwegen, müssen klar erkennbar sein, um Gefahrensitua-
tionen zu vermeiden. Damit gehen auch Wohlbefinden und Sicherheitsempfinden einher. Denn
je besser eine Situation unter ortsfester Straßenbeleuchtung überblickbar ist und je mehr
Klarheit über die Gesamtsituation der Verkehrslage herrscht, desto besser kann das Individuum
auf diese reagieren [DIN 2007B; CIE 2010A]. Maßgeblich für Sicherheit und Qualität dieser
Beleuchtung sind daher die Sichtverhältnisse, die sie bereitstellt [vgl. ADRIAN & GIBBONS 1993;
IESNA 2005]. Aus diesem Anspruch haben sich international vier Maße zur Quantifizierung
von Qualität und Sicherheit anhand der Sichtverhältnisse etabliert [ADRIAN & WALTHERT 1975;
ADRIAN 1995; CIE 2010A; KOKOSCHKA 1988]:
1. Das Beleuchtungsniveau anhand der mittleren horizontalen Beleuchtungsstärke oder der
mittleren Leuchtdichte (siehe Unterpunkt 2.2.1),
2. die Gleichmäßigkeit als Maß der Verteilung von Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte
auf der Fahrbahn (siehe Unterpunkt 2.2.2),
3. die Blendung zur Beschreibung der Störeinflüsse der sichtbaren Leuchten und
konkurrierender Lichtquellen in unmittelbarer Umgebung (siehe Unterpunkt 2.2.3)
sowie
4. die Erkennbarkeit als maßgebliches Kriterium für die Sichtverhältnisse auf der
Fahrbahn (siehe Unterpunkt 2.2.4).
3
Diese Definitionen sind nicht zu verwechseln mit denen von REEB [1954], nach welchen sich bei dynamischer
Beobachtung „Objekt und Beobachter in dieselbe Richtung, der Beobachter jedoch mit höherer Geschwindigkeit“
[REEB 1954, S. 283], bewegen. Bei seiner zusätzlichen Definition „quasistationärer“ Beobachtung steht der
Beobachter still und die Position des Objektes variiert [REEB 1954].
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
9
In der Praxis der ortsfesten Straßenbeleuchtung haben sich aus diesen vier Qualitätsmaßen drei
wesentliche Methoden zur Dimensionierung und Bewertung ortsfester Straßenbeleuchtungs-
anlagen durchgesetzt. Dies sind zum einen die unmittelbar mit der Beleuchtung verknüpften
Methoden der Beleuchtungsstärke- und der Leuchtdichtebewertung innerhalb einer definierten
Bewertungsfläche, kombiniert mit der Blendungsbewertung anhand des Treshold Increment
Faktors TI; zum anderen die über die Kontrastwahrnehmung, Blendung und Adaptation
4
eines
definierten Beobachters verknüpfte Qualitätskennzahl Small Target Visibility (STV) [DIN
2007D; IESNA 2005; CIE 1992; CIE 1981A; CIE 1981B; CIE 2010A].
2.2.1 BEWERTUNG ANHAND DES BELEUCHTUNGSNIVEAUS
Der im Folgenden zusammenfassende Begriff des Beleuchtungsniveaus einer Straße bezieht
sich im Kontext dieser Arbeit explizit nicht ausschließlich auf das Niveau horizontaler oder
vertikaler Beleuchtungsstärke 𝐸hor bzw. 𝐸ver, sondern beschreibt ferner auch das Niveau der
Leuchtdichte anhand der mittleren Leuchtdichte 𝐿. Ein gewisses Beleuchtungsniveau ist
essentiell zur Erfüllung der Sehaufgaben der Verkehrsteilnehmer und gilt daher als wesentliches
Qualitätskriterium in der Straßenbeleuchtung. Die Bestimmung des Beleuchtungsniveaus durch
die horizontale Beleuchtungsstärke Ehor ist unkompliziert und von Umgebungseigenschaften
nahezu unabhängig. Eine Beleuchtungsplanung nach dieser erfordert kaum mehr als das Wissen
über die Eigenschaften der Leuchte, in Form ihrer absoluten Lichtstärkeverteilung, sowie der
Geometrie der Installation, welche sich im Wesentlichen aus Mastabstand, Breite der Fahrbahn,
Lichtpunkthöhe, dem Überhang der Leuchten und ihrem Anstellwinkel zusammensetzt und
folgend bestimmt wird [vgl. BAER 2006; DIN 2007F]:
𝐼(𝛾1,𝜑) = Lichtstärke in [cd], abhängig von der Ausstrahlrichtung
R = Abstand des Lichtpunktes zwischen Lichtquelle und
Bewertungspunkt in [m]
𝛾2 = Winkel zwischen Lichtstrahl und Flächennormalen [°]
𝛾1 = Winkel zur Charakterisierung der Ausstrahlrichtung [°]
𝜑 = Azimutwinkel zwischen Fahrbahnrichtung und Projektion der
Ebene zwischen Messpunkt und Lichtquelle in [°]
Ω0 = Einheitsraumwinkel, 1 sr
Unter der Berücksichtigung, dass ein Punkt auf der Straße in der Regel durch mehrere Leuchten
beleuchtet wird, setzt sich die Gesamtbeleuchtungsstärke in diesem Punkt Ehor,ges aus den n
Einzelbeleuchtungsstärken Ehor,i der verschiedenen Leuchten zusammen:
4
Damit das visuelle System des Menschen den Leuchtdichtedynamikbereich von 10-6 cd/m2 bis 105 ... 106 cd/m2 mit
maximaler Leistung verarbeiten kann, passt es sich mittels der Veränderung von Pupillengröße, dem Wechsel und
Übergang von Zapfen- zu Stäbchensehen und neuronalen und chemischen Anpassungen seiner Empfindlichkeit an
das vorherrschende Beleuchtungsniveau an. Diese Anpassung wird als Adaptation beschrieben [vgl. BAER 2006,
S. 53; DILAURA ET AL. 2011]. Für ausführliche Informationen zur Adaptation und dem damit verbundenen Wechsel
zwischen photopischem, mesopischem und skotopischem Sehen sei an dieser Stelle an die vergleichend zitierte
Fachliteratur [ECKERT 1993; BAER 2006; DILAURA ET AL. 2011] und hinsichtlich mesopischer Photometrie auf die CIE
Publikation 191:2010 [CIE 2010B] verwiesen.
𝐸hor=𝐼(𝛾1,𝜑)
𝑅2∙cos (𝛾2)∙Ω0
[lx]
(2.7)
10
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
𝐸hor ist schließlich das arithmetische Mittel aller N 𝐸hor,ges,j auf einer definierten Fläche:
j = Index der Messpunkte des Messrasters der betrachteten Fläche
Die Bewertung der Qualität der Beleuchtung anhand 𝐸hor berücksichtigt nicht den Einfluss der
Fahrbahndeckschicht [CIE 2010A]. Präzisere Aussagen über die Sichtverhältnisse lassen sich
erst mittels der Leuchtdichte L treffen. Denn diese ist maßgeblich für die Helligkeitsempfin-
dung, die das Auge des Beobachters hervorruft [vgl. ADRIAN & WALTHERT 1975, S. 1; vgl.
HENTSCHEL 2002, S. 32 f.]. Die weit verbreitete Planung und Bewertung von Beleuchtungs-
anlagen in Anwohner- und Nebenerschließungsstraßen mittels 𝐸hor (S-Klassen, entsprechend
EN 13201) ist daher mit Vorsicht durchzuführen, da sie bei vergleichbaren Werten zu
variierenden Sichtbedingungen führen kann.
Die Verknüpfung einzelner Leuchtdichten der Fahrbahn mit den Einzelbeleuchtungsstärken in
einem Punkt erfolgt in der Straßenbeleuchtung anhand des zuvor in Abschnitt 2.1.2
eingeführten Leuchtdichtekoeffizienten 𝑞. Dies mag zunächst trivial erscheinen, erfordert
jedoch eine umfassende Kenntnis über die Reflexionseigenschaften der Fahrbahndeckschicht.
Die mittlere Leuchtdichte 𝐿 bestimmt sich wiederum als arithmetisches Mittel der lokalen
Leuchtdichten [DIN 2007F; IESNA 2005] und wird folgend als Leuchtdichteniveau bezeichnet.
Gleichwenn ein Mindestbeleuchtungsniveau essenziell für die Erfüllung der Sehaufgaben eines
jeden Verkehrsteilnehmers ist, kann dieser Mittelwert keine ausreichende Information über das
Auftreten zu dunkler Bereiche auf der Fahrbahn geben.
2.2.2 BEWERTUNG ANHAND DER GLEICHMÄßIGKEIT
Zusammen mit dem Niveau der Beleuchtungsstärke beziehungsweise der Leuchtdichte ist deren
Gleichmäßigkeit auf der Fahrbahn international als Qualitätskennzahl von hoher Relevanz [DIN
2007D; IESNA 2005; CIE 2010A]. Denn eine hohe Ungleichmäßigkeit kann nicht nur Kontrast-
verflachungen durch die zuvor erwähnten Bereiche besonders niedrigen Beleuchtungsniveaus
hervorrufen, sondern anhand der Reaktionsleistung auch zur Ermüdung des Beobachters
aufgrund der häufigen Änderung des Adaptationszustandes führen
5
[vgl. WALTHERT 1973,
S. 116 f.; ADRIAN & WALTHERT 1975, S. 19-22). Darüber hinaus kann sie die blendungsrele-
vante Schleierleuchtdichte im Auge durch punktuell hohe Leuchtdichten im sonst verhältnis-
mäßig dunkleren Gesichtsfeld negativ beeinflussen [vgl. BAER 2006, S. 87; vgl. NARISADA
1995, S. 126, 128 f.; vgl. NARISADA ET AL. 2003, S. D4-50 f.]. Es soll an dieser Stelle
unterschieden werden zwischen Gesamtgleichmäßigkeit Uo und Längsgleichmäßigkeit Ul:
5
Untersuchungen von WALTHERT [1973, S. 77 f.] belegen den negativen Einfluss ungleichmäßiger Fahrbahnbeleuch-
tung auf die Kontrastempfindlichkeit sowie die Reaktions- und Aktionszeiten von Probanden. Er weist nach, dass bei
geringer Gleichmäßigkeit und 𝐿 = 2 cd/m2 die gleichen Ergebnisse erzielt werden wie bei homogener Ausleuchtung
der Fahrbahn und lediglich 𝐿 = 0,6 cd/m2 bzw. 𝐿 = 0,25 cd/m2.
𝐸hor,ges=∑𝐸hor,i
n
i=1
[lx]
(2.8)
𝐸hor=1
𝑁∑𝐸hor,ges,j
N
j=1
[lx]
(2.9)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
11
𝐿min = geringste Leuchtdichte innerhalb der bewertungsrelevanten
Fläche
𝐸hor,min = geringste horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb der
bewertungsrelevanten Fläche
Dementsprechend wird die Gesamtgleichmäßigkeit der vertikalen Beleuchtungsstärke definiert:
𝐸ver,min = geringste vertikale Beleuchtungsstärke innerhalb der
bewertungsrelevanten Fläche
𝐸ver = arithmetisches Mittel aller berücksichtigten vertikalen
Beleuchtungsstäken innerhalb der bewertungsrelevanten Fläche
Die Längsgleichmäßigkeit dient vor allem der Begrenzung des Auftretens heller und dunkler
Streifen auf der Fahrbahn und den daraus resultierenden Bereichen kritisch niedriger
Leuchtdichten oder Beleuchtungsstärken. Sie berechnet sich für die drei lichttechnischen
Größen jeweils aus einer bestimmten Anzahl an Werten entlang der Mittellinie einer Fahrspur.
Relevant für die Längsgleichmäßigkeit der gesamten Fahrbahn ist der niedrigste Wert aller
betrachteten Fahrspuren [vgl. BAER 2006, S. 87]:
Mit der Kombination aus Beleuchtungsniveau, Längs- und Gesamtgleichmäßigkeit hat sich in
der Straßenbeleuchtung ein wirkungsvolles Bewertungskriterium für Qualität und Sicherheit mit
situationsspezifischen Mindestanforderungen etabliert. Doch wie Lichtverteilungen, die die
Mindestanforderungen an Gleichmäßigkeit weit übertreffen oder gar nahezu ideal (100 %ige
Gleichmäßigkeit) sind, sich wirklich auf die Sicherheit anhand der Erkennbarkeit auswirken, ist
nicht eindeutig geklärt. WALTHERT [1973] und ENZMANN [1977] zeigten allerdings, dass auch
zu gleichmäßige Verteilungen der Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte einen negativen
Einfluss auf das Erkennen von Objekten haben können.
𝑈o,L=𝐿min
𝐿
(2.10)
𝑈o,Ehor=𝐸hor,min
𝐸hor =𝑔1
(2.11)
𝑈o,Ever=𝐸ver,min
𝐸ver
(2.12)
𝑈l,Ehor=𝐸hor,min
𝐸hor,max=𝑔2
(2.13)
𝑈l,Ever=𝐸ver,min
𝐸ver,max
(2.14)
𝑈l,L=𝐿min
𝐿max
(2.15)
12
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
2.2.3 BERÜCKSICHTIGUNG DER BLENDUNG
Bei den in der ortsfesten Straßenbeleuchtung vorherrschenden niedrigen Beleuchtungsniveaus
beeinflusst die Blendung die Sehleistung der Verkehrsteilnehmer maßgeblich. Dies kann sich in
einer unangenehmen Störempfindung, der psychologischen Blendung (engl. discomfort glare)
ebenso wie in einer Beeinträchtigung der Sehfunktion, der physiologischen Blendung (engl.
disability glare), äußern. Letztere wirkt sich direkt auf die Unterschiedsempfindlichkeit des
Beobachters aus. Dieser Einfluss und ihre Bewertung anhand des TI werden später ausführlich
in Abschnitt 2.2.4.9 beschrieben. Eine eingehende Diskussion der psychologischen Blendung ist
nicht Bestandteil dieser Arbeit.
2.2.4 BEWERTUNG MITTELS ERKENNBARKEITSORIENTIERTER ANSÄTZE
Eine unmittelbare Bewertung der Straßenbeleuchtungsqualität anhand der Erkennbarkeit findet
in den Europäischen Standards bisher keine Anwendung, wird jedoch als Möglichkeit für deren
Quantifizierung in der Publikation 115:2010 der Internationalen Beleuchtungskommission CIE
[CIE 2010A] angeführt. Die Amerikanische Straßenbeleuchtungsnorm ANSI IESNA RP-8-00
[IESNA 2005] bietet die Möglichkeit der Anwendung des „Small Target Visibility“ (STV)-
Konzeptes, welches auf der Erkennbarkeit basiert. Dort wird sogar die Möglichkeit gegeben, es
als alleiniges Qualitätskriterium der Sichtverhältnisse und damit einhergehender Sicherheit
heranzuziehen [ADRIAN & GIBBONS 1993, S. 734; IESNA 2005; CIE 2010A, S. 6 ff.].
Meist wird die Erkennbarkeit mithilfe kleiner Sehobjekte, wie Grautafeln, bestimmt [ADRIAN
ET AL. 1993 u. a. in KECK & VICKSBURG 1993; MÉNARD & CARIOU 1992; MENARD ET AL.
1994; DIJON & MALDAQUE 1997; LECOCQ 1999; BACELAR ET AL. 1999A]. Sie wird maßgeblich
durch den Kontrast zwischen der Leuchtdichte des Objektes und dessen unmittelbarem
sichtbaren Umfeld, das allgemeine Adaptationsniveau des Sehapparates des Beobachters, das
Ausmaß der Schleierleuchtdichte (physiologische Blendung) im Auge, die Komplexität des
Hintergrundes, die Dynamik der Bewegung (von Objekt und Beobachter) und die Sehleistung
der Verkehrsteilnehmer beeinflusst [IESNA 2005; CIE 2010A]. Die Erkennbarkeit wird daher
oft als das umfassendste und zugleich komplexeste Qualitätskriterium der Straßenbeleuchtung
gesehen. Die ihr zugrunde liegenden Berechnungsgrundlagen basieren unter anderem auf
umfangreichen Untersuchungen von ADRIAN [1969, 1989, 1993], BLACKWELL [1946], DUNBAR
[1939] und KOKOSCHKA [1989] (siehe auch [CIE 1992]).
Zum besseren Verständnis der späteren Untersuchungsmethodik werden die möglichen
Kennzahlen zur Quantifizierung der Erkennbarkeit folgend weiter differenziert. Sie alle haben
gemein, die Sichtverhältnisse anhand der Erkennbarkeit von standardisierten Sehobjekten auf
der Fahrbahn quantitativ zu bewerten und geben für eine dargebotene Situation präzise
Informationen zur Sichtbarkeit. Sie werden allerdings für ihre fehlende Vergleichbarkeit
aufgrund der sehr speziellen Beobachtungs- und Darbietungsbedingungen kritisiert.
In den folgenden Abschnitten dieses Unterkapitels werden die Berechnungsmethoden zur
Bestimmung der Erkennbarkeit und deren Einflussparameter, geordnet nach wachsender
Komplexität, erläutert.
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
13
2.2.4.1 LEUCHTDICHTEUNTERSCHIEDSSCHWELLE
Die ursprünglichste Art zur Beschreibung der Erkennbarkeit von Objekten ist der Leuchtdichte-
unterschied ∆L zwischen einem Sehobjekt und seinem unmittelbaren Hintergrund:
𝐿o = Leuchtdichte des Sehobjektes in [cd/m2]
𝐿u = Homogene Leuchtdichte der Umgebung in [cd/m2] (auch als
Umfeld, Untergrund oder Hintergrund bezeichnet
6
)
Ist ∆L positiv, hebt sich ein helles Objekt von dunklem Hintergrund ab. Ist ∆L negativ, so
handelt es sich um ein dunkles Objekt vor hellerem Umfeld.
Die Unterschiedsschwelle ∆𝐿th ist das Ergebnis einer Reihe von Laborexperimenten innerhalb
der 1940er bis 1960er Jahre, von welchen hauptsächlich die Arbeiten von BEREK [1943],
DUNBAR [1939], BLACKWELL [1946, 1952] und ADRIAN [1969] verbreitet sind. Die
Leuchtdichteunterschiedsschwelle soll als elementare Sehfunktion darüber Auskunft geben, wie
groß Leuchtdichteunterschiede sein müssen, damit ein definierter Beobachter unter definierten
Sehbedingungen (Sehobjektgröße, Darbietungszeit, Wahrnehmungswahrscheinlichkeit, u. a.)
ein Objekt vom unmittelbaren Untergrund gerade unterscheiden (identifizieren) kann. Adrian
bezeichnet ∆𝐿th als „Schwellenwert der Unterschiedsleuchtdichte, der durch die Helligkeits-
empfindung bestimmt wird“ [ADRIAN 1969, S. 2 A]. Aber auch die Bezeichnung Schwellenwert
der Unterschiedsleuchtdichte [ENZMANN 1977, S. 7], (Leuchtdichte-) Unterschiedsschwelle und
kritischer Leuchtdichteunterschied [ENZMANN 1977; HENTSCHEL 1971; A. BACELAR ET AL.
1999A] sind gängige Bezeichnungen für ∆𝐿th. ADRIAN [1969, S. 5 A] leitet aus empirischen
Untersuchungen folgenden theoretischen Zusammenhang entsprechend dem Beispiel in
Abbildung 2.3 ab
7
:
∆𝐿th = 𝑓(Alter des Beobachters, Darbietungszeit, Sehobjektgröße,
Kontrastart, Adaptationsleuchtdichte) [VGL. MENARD ET AL. 1994, S. 19]
𝛼 = Größe des Sehwinkels in [Minuten]
k = Faktor zur Berücksichtigung des Alters
𝛷 = Lichtstrom [lm] der Lichtstromfunktion nach ADRIAN [1969, S. 5 A]
Da es häufig zu Verwechslungen bei der Wahl der Hilfsfunktionen √𝛷 und √𝐿 aufgrund
unterschiedlicher Geltungsbereiche des heranzuziehenden vorherrschenden Leuchtdichteniveaus
kommt, werden folgend die verschiedenen Berechnungswege differenziert. Nach dem ursprüng-
lichen Ansatz von ADRIAN [vgl. 1969, S. 3 A ff.] gilt:
6
Sofern keine weitere Differenzierung des Umfeldes und der adaptationsbestimmenden Bereiche im Sichtfeld des
Beobachters erfolgt, wird Lu als adaptationsbestimmende Umfeldleuchtdichte angenommen.
7
Zur Herleitung über die Riccosche und Webersche Gleichung und zugrunde liegenden Messwerten der Unter-
suchungen Blackwells sei verwiesen auf [ADRIAN 1969, 2 A-5 A] und [BLACKWELL 1946].
∆𝐿= 𝐿o−𝐿u
[cd
m2]
(2.16)
∆𝐿th= 𝑘(√𝛷
𝛼+√𝐿)2
[cd
m2]
(2.17)
14
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
1. Für 𝐿u≥2,59 𝑐𝑑𝑚2
⁄:
2. Für 𝐿u≤0,00418 𝑐𝑑𝑚2
⁄:
3. Für 0,00418 𝑐𝑑𝑚2≤
⁄𝐿u≤2,59𝑐𝑑𝑚2
⁄:
Abbildung 2.3: Verlauf der Leuchtdichteunterschiedsschwelle ∆Lth als Funktion des Sehwinkels 𝛼 bei
eine konstanten Umfeldleuchtdichte von Lu = 103 cd/m2 als Überlagerung der Funktionen
von Weber und Ricco nach ADRIAN [vgl. 1993, S. 18].
Eine angepasste Variante zur Bestimmung der Unterschiedsschwelle nach den Gleichungen
(2.18) bis (2.23) gibt ADRIAN [vgl. 1989, S. 182] alternativ wie folgt an:
1. Für 𝐿u≥0,6 𝑐𝑑𝑚2
⁄:
2. Für 𝐿u≤0,00418 𝑐𝑑𝑚2
⁄:
3. Für 0,00418 𝑐𝑑𝑚2≤
⁄𝐿u≤0,6𝑐𝑑𝑚2
⁄:
log√𝛷=−2,059+0,343∙log𝐿u
(2.18)
log√𝐿=−3,382+0,643∙log𝐿u−0,0475(log𝐿u)2
(2.19)
log√𝛷=−1,972+0,173∙log𝐿u
(2.20)
log√𝐿=−2,891+0,5275∙log𝐿u+0,0227(log𝐿u)2
(2.21)
log√𝛷=−2,072+0,3372∙log𝐿u+0,0866(log𝐿u)2
(2.22)
log√𝐿=−3,256+0,319∙log𝐿u
(2.23)
√𝛷=(log4,1925∙ 𝐿u0,1556)+0,1684∙𝐿u0,5867
(2.24)
√𝐿=0,05946∙𝐿u0,466
(2.25)
log√𝛷=0,028+0,173∙log𝐿u
(2.26)
log√𝐿=−0,891+0,5275∙log𝐿u+0,0227(log𝐿u)2
(2.27)
log√𝛷=−0,072+0,3372∙log𝐿u+0,0866(log𝐿u)2
(2.28)
log√𝐿=−1,256+0,319∙log𝐿u
(2.29)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
15
Diese Aufteilung findet ebenso in der Implementierung des im folgenden Abschnitt 2.2.4.11
ausführlich beschriebenen Visibility-Konzeptes im ANSI IESNA RP-8-00-Standard Anwen-
dung und ist nicht mit der als Erstes beschriebenen, ursprünglichen Aufteilung nach ADRIAN
[1969, S. 2 A ff.] zu verwechseln. Jedoch sind hier nochmals Anpassungen für 1.) vorgenom-
men worden [IESNA 2005, S. 23]:
1. Für 𝐿u≥0,6 𝑐𝑑𝑚2
⁄:
Dabei wird Lu = Lad,RP als adaptationsbestimmend vorausgesetzt. Die adaptationsbestimmende
Umfeldleuchtdichte Lad, RP setzt sich additiv aus direkter Umfeldleuchtdichte Lunt,RP und
Schleierleichtdichte im Auge des Beobachters Ls,äq zusammen:
mit
nach Abbildung 2.4:
Abbildung 2.4: Leuchtdichtebereiche zur Bestimmung der mittleren Untergrundleuchtdichte 𝐿𝑢𝑛𝑡,𝑅𝑃 nach
ANSI IESNA RP-8-0. Untergrundleuchtdichte der oberen Objektkante 𝐿𝑢𝑛𝑡1,𝑅𝑃 (orange
gefüllt links) und Untergrundleuchtdichte der unteren Sehobjektkante 𝐿𝑢𝑛𝑡2,𝑅𝑃 (orange
gefüllt, rechts)[FRANKE 2012, S. 47].
Eine umfassende Übersicht zur Thematik der äquivalenten Schleierleuchtdichte in Interaktion
mit der Adaptationsleuchtdichte gibt VÖLKER [2006, S. 14-21]. Die Thematik wird auch in der
folgenden Passage 2.2.4.2 sowie in den Unterkapiteln 4.4 und 4.5 aufgegriffen.
2.2.4.2 RELEVANTE LEUCHTDICHTEN
An dieser Stelle ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass zur Bestimmung der Leuchtdichte-
unterschiedsschwelle unterschiedliche Bereiche für die einzelnen zur Berechnung verwendeten
Leuchtdichten herangezogen werden können.
Bei der einfachen Präsentation homogener Sehobjekte auf einem ebenfalls homogenen Umfeld
wird keine Einschränkung der Fläche zur Bestimmung der Umfeldleuchtdichte getroffen. Die
Präsentation von Sehobjekten in der Straßenbeleuchtung erfordert, aufgrund der inhomogenen
Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld des Beobachters, jedoch eine differenzierte Betrachtung
der kontrastbestimmenden Untergrundleuchtdichte, die das Sehobjekt unmittelbar umgibt.
Daher bezieht sich die Hintergrundleuchtdichte im Gegensatz zur Untergrundleuchtdichte nicht
auf den Bereich unmittelbar um das Sehobjekt herum, sondern auf Bereiche, die den
Untergrund weiträumig umschließen. Zu ihrer Bestimmung wird meist über einen großflächigen
√𝛷=(log4,2841∙ 𝐿u0,1556)+0,1684∙𝐿u0,5867
(2.30)
√𝐿 bleibt unverändert
𝐿ad,RP= 𝐿unt,RP+𝐿s,äq
(2.31)
𝐿unt,RP=𝐿unt1,RP+𝐿unt2,RP
2
(2.32)
16
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
Bereich im Gesichtsfeld des Beobachters arithmetisch gemittelt. Typische Bereiche hierfür sind
z. B. die Fahrbahn, das gesamte Gesichtsfeld des Fahrers oder ein großräumiger Ausschnitt des
Gesichtsfeldes, der den Bereich der durch eine Kfz-Windschutzscheibe zu sehenden Umgebung
repräsentiert. In dieser Arbeit wird der Hintergrund mit dem Umfeld gleichgesetzt, so dass bei
differenzierter Betrachtung ausschließlich nach der Untergrundleuchtdichte Lu beziehungsweise
Lunt und der Umfeldleuchtdichte Lumf unterschieden wird. Bei Berücksichtigung von
Adaptations- und Blendungsprozessen entspricht die dafür relevante adaptationsbestimmende
Leuchtdichte Lad der Umfeldleuchtdichte nach Abbildung 2.5.
Abbildung 2.5: Gegenüberstellung der einfachen Betrachtung der Objektumgebung [BLACKWELL 1946;
ADRIAN 1969] und der differenzierten Betrachtung nach KOKOSCHKA [1988].
Die Komplexität des Umfeldes bildet eine weitere Einflussgröße auf die Erkennbarkeit von
Objekten. Untersuchungen von PAULMIER ET AL. [2001] zum Einfluss der Hintergrundstruktur
auf die Erkennbarkeit zeigen den Zusammenhang zwischen der Erkennbarkeit von Objekten auf
der Fahrbahn und der Komplexität des Hintergrundes, der sie umgibt. Sie fanden heraus, dass
die Komplexität des Gesichtsfeldes einen maßgeblichen Einfluss auf die Erkennbarkeit von
Sehobjekten hat. Über welchen Sichtbereich sich das Sichtfeld eines Verkehrsteilnehmers
erstreckt, ist aktuell umstritten. Der ANSI IESNA RP-8-00 beruft sich in Annex C.2.3 auf
unveröffentlichte Daten von Adrian et al, nach welchen 75 % aller Kfz-Führer aufgrund der
Karosserie eine Begrenzung des Sichtfeldes 25° oberhalb der Horizontalen vorfinden würden.
Fußgänger und Radfahrer ohne Helm hätten eine Abschattung durch die Augenbrauenpartie von
45° über der Horizontalen [IESNA 2005].
2.2.4.3 SEHOBJEKTEEIGENSCHAFTEN
Die meisten Untersuchungen und Berechnungsmethoden zur Quantifizierung der Erkennbarkeit
befassen sich mit einfachen Sehobjekten. „Unter einfach aufgebauten Sehobjekten werden [...]
Objekte verstanden, die sich durch zwei Leuchtdichten kennzeichnen lassen, nämlich die
Objektleuchtdichte und die Umfeldleuchtdichte“ [KOKOSCHKA 1988, S. 305]. Das so
abstrahierte Sehobjekt muss einen Reflexionsgrad aufweisen, welcher realen Objekten auf der
Fahrbahn entspricht.
Viele Untersuchungen zur Erkennbarkeit [u. a. HENTSCHEL 1971; ENZMANN 1977, S. 69 f.;
WASSILEV 1982] orientieren sich in der Wahl des ihnen zugrunde liegenden Sehobjekt-
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
17
reflexionsgrades an der Häufigkeitsverteilung der Kleidungsreflexionsgrade nach GOLDMANN
[1956B] entsprechend Abbildung 2.6
Abbildung 2.6: Goldmann-Häufigkeitsverteilung von Reflexionsgraden typischer Fußgängerbekleidung
nach [ENZMANN 1977, S. 70].
Je nach Saison geben KOSMATKA [2003, S. 550] und BHISE ET AL. [1977] typische
Reflexionsgrade für die Kleidung von Fußgängern von ρo = 0,1 an. Für die Beinbekleidung
unterhalb des Knies liegt der Reflexionsgrad nach KOSMATKA [2003, S. 550] jedoch
saisonbedingt bei lediglich ρo = 0,05. Das im Unterkapitel 2.2.4.13 beschriebene „Revealing
Power“ Bewertungsprinzip legt die Arbeit von SMITH [1938] zur statistischen Verteilung von
Sehobjektreflexionsgraden zugrunde und verwendet die Ergebnisse nach Abbildung 2.7, um die
Wahrscheinlichkeit des Erkennens von Objekten nach Sehobjektreflexionsgrad zu beschreiben.
Abbildung 2.7: Kumulative Wahrscheinlichkeit zum Erkennen von Objekten in Abhängigkeit des Seh-
objektreflexionsgrades für Negativkontraste nach SMITH [1938; WALDRAM 1938, S. 138].
Entsprechend der Kumulation dieser Erkennbarkeitswahrscheinlichkeiten über den Sehobjekt-
reflexionsgrad basieren seither viele Untersuchungen zur Erkennbarkeit ebenso wie die
ursprünglichen Empfehlungen der IESNA vor dem RP-8-00 auf einem Sehobjektreflexionsgrad
18
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
von um die 20 % als Worst-Case Szenario für Objekte auf der Fahrbahn. Auch ADRIAN ET AL.
[ADRIAN ET AL. 1993; ADRIAN & GIBBONS 1993] definieren ρo = 0,25 bis ρo = 0,3 als Referenz-
Reflexionsgrad für die Berechnung der Erkennbarkeit von Sehobjekten in der Straßenbeleuch-
tung. Denn – so dieser häufig gewählte Argumentationsansatz – wenn ein Objekt mit einem
niedrigen Reflexionsgrad erkannt wird, würden Objekte höherer Reflexionsgrade leichter
erkannt werden [vgl. GIBBONS 1997, S. 11 f.]. Hier besteht jedoch eine essenzielle, nicht zu
vernachlässigende Einschränkung: Die Argumentation gilt nur für Negativkontraste.
Die aktuelle US-Amerikanische Richtlinie „American National Standard Practice for Roadway
Lighting, ANSI/IESNA RP-8-00“, aus dem Jahr 2000, [IESNA 2005] verweist zwar darauf,
dass in der Forschung [KECK & VICKSBURG 1993] meist niedrigere Reflexionsgrade verwendet
werden. Die im Standard inbegriffene STVL-Methode wendet im Gegensatz dazu allerdings
einen Objektreflexionsgrad von ρo = 50 % an. Nach GIBBONS [vgl. 1997, S. 11 f.] liegt diese
Entscheidung in den Untersuchungen von MACE [1997] begründet, nach welchen mit diesem
Reflexionsgrad berechnete STV näher an realen Unfallzahlen lägen als STV, die mit ρo = 20 %
Sehobjekten berechnet würden [vgl. GIBBONS 1997, S. 12].
Oft berücksichtigen Forschungen zur Erkennbarkeit daher mehrere Reflexionsgrade, um eine
bessere Allgemeingültigkeit, losgelöst von der Kontrastart zu erreichen. So konzentriert sich
z. B. Wassilev bei seinen Untersuchungen zur „Optimierung der Straßenbeleuchtung auf der
Grundlage der Kontrastwiedergabe“ [WASSILEV 1982, S.123] auf Reflexionsgrade von ρo = 5 %
und ρo = 45 %. Für ihren Ansatz einer LVK-Optimierungsmethode verwenden LEZCZYNSKA &
KURZAWA [1990] als kritisches Sehobjekt eine Grautafel mit ρo = 20 % einer Größe von
20 cm x 20 cm. DIJON & JUSTIN [1998] entschieden sich in ihren Untersuchungen zur
Erkennbarkeit für Graukarten mit Reflexionsgraden von ρo = 24 %, ρo = 31 % und ρo = 38 % als
Auszug ihrer Voruntersuchungen mit ρo = 15 % bis ρo = 40 %. Die Diskussion, welcher
Reflexionsgrad reale Objekte am besten repräsentiert und idealerweise der Ermittlung von
Sehobjekterkennbarkeiten zugrunde liegen sollte, dauert noch immer an.
Neben dem Reflexionsgrad wird ein Sehobjekt über seine Form und Größe definiert. Die
Objektgröße ist von signifikanter Bedeutung für die Bestimmung der Leuchtdichte-
unterschiedsschwelle und in Folge dessen für die Erkennbarkeit des Objektes [vgl. VÖLKER
2006, S. 60]. Viele allgemeine Laboruntersuchungen zur Leuchtdichteunterschiedsschwelle oder
zum Schwellenkontrast verwendeten flache runde Sehobjekte [u. a. BLACKWELL 1946;
BLACKWELL 1952; ADRIAN 1989; ADRIAN 1969]. Die meisten Untersuchungen zur Erkennbar-
keit von Sehobjekten in der Straßenbeleuchtung wenden deren Erkenntnisse jedoch auf flache
eckige Sehobjekte an oder nutzen von vornherein eckige Sehobjekte [U. A. ADRIAN 1995;
HENTSCHEL 1969; DIJON & JUSTIN 1998; REEB 1954; REEB & SCHLEISS 1956; ENZMANN 1977].
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
19
Die Wahl der Größe orientiert sich meist entweder an der Größe von für den Kfz-Verkehr
gefährlichen Objekten oder am unteren Beinbereich von Fußgängern
8
. Dies abstrahieren u. a.
Untersuchungen von LESZCZYNSKA & KURZAWA [1990], DIJON & JUSTIN [1998] und ADRIAN
& GIBBONS [1993, S. 734] sowie Normen im Bereich der Straßenbeleuchtung mit einer
Standard-Objektgröße von circa 20 cm
9
[IESNA 2005].
LECOCQ [1991; 1997; 1999] untersuchte mehrfach die Erkennbarkeit von halbsphärischen
Sehobjekten als Repräsentation realer, plastischer Sehobjekte. DIJON UND MALDAQUE [1997]
sowie DIJON UND JUSTIN [1998] verglichen die Erkennbarkeiten flacher Graukarten von
20 cm x 20 cm Kantenlänge mit sphärischen Sehobjekten eines Durchmessers von 20 cm,
jeweils bei Reflexionsgraden von ρo = 0,24, ρo = 0,31 und ρo = 0,38 in einer Simulationsumge-
bung und auf einer realen Teststrecke mit verschiedenen Beleuchtungsinstallationen. Die
Beobachtungen zeigten, dass es wesentlich schwerer ist, ein sphärisches Sehobjekt
verschwinden zu lassen als eine typische Graukarte, da der Innerobjektkontrast bei den
sphärischen Sehobjekten zur besseren Sichtbarkeit führt. Flache Objekte weisen diesen Effekt
nicht auf. Bezogen auf den Objektkontrast im Rahmen der verwendeten „Visibility Level“-
Berechnungsmethode nach ANSI IESNA RP-8-00 für die Bewertung einer gesamten
Beleuchtungsinstallation, bringt keines der beiden Objekte einen entscheidenden Vorteil. Teils
sind sphärische Objekte an Stellen, an denen bereits flache Objekte bereits nicht mehr sichtbar
sind, noch schwach erkennbar, und an Stellen, an denen flache Objekte erkennbar sind, sind
auch die sphärischen klar erkennbar. Daher gilt für Dijon und Justin das flache Sehobjekt
gegenüber dem sphärischen als das kritischere Objekt [vgl. DIJON & JUSTIN 1998, S. 141].
BACELAR ET AL. [1999A] stützten diese Erkenntnisse, indem sie flache und hemisphärische
Sehobjekte hinsichtlich ihrer Erkennbarkeit unter sonst gleichen Sehbedingungen untersuchten.
Ihre Ergebnisse zeigten zwar keine vollkommen identischen Regressionsgeraden für den
Probandenversuch mit flachem Sehobjekt und dem mit sphärischem Sehobjekt, konnten jedoch
keinen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Ratingergebnissen ableiten. Die
Eigenschaft hemisphärischer Sehobjekte, hohe Leuchtdichteunterschiede auf dem Objekt zu
haben, stellt sich darüber hinaus zur Bestimmung der Objektleuchtdichte als problematisch
heraus. Denn eine vereinfachte Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der Leuchtdichte
der angestrahlten und schattigen Objektbereiche ist nicht ohne weiteres möglich. Lediglich ein
verallgemeinernder Ansatz des Verlaufes der Bereiche höherer Leuchtdichte auf der angestrahl-
ten Seite des Objektes hin zu den Bereichen niedriger Leuchtdichten auch der verdunkelten
Objektseite ist möglich [BACELAR ET AL. 1999A]. Ein direkter Vergleich zwischen den
Methoden von ADRIAN [1989] und LECOCQ [1991] ist also nur mittels eines Probandenversuchs
zur Erkennbarkeit der beiden Objektarten sinnvoll. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen,
dass aufgrund des „luminous gradient“ auf den Kugeln die Erkennbarkeit bei niedrigen
Visibility Levels besser war als bei den flachen Sehobjekten. Die Graukarten schnitten dagegen
bei mittleren und höheren Visibility Levels (>10) besser ab. Daraus folgt, dass gerade bei
8
KOSMATKA [2003] verwendet ein ca. 1860 cm2 großes Rechteck, dessen vertikaler Mittelpunkt 33 cm unterhalb der
Hell-Dunkel-Grenze eines Kfz-Abblendlichtes liegt. Da es vertikal den Bereich der Beine eines Fußgängers abdeckt
und 2 Quadrat-Fuß groß ist, ergibt sich bei einer Montagehöhe von Standard-Kfz-Scheinwerfern ein 1 Fuß
(30,48 cm) breites und 2 Fuß (60,96 cm) hohes Sehobjekt mit vertikalem Mittelpunkt auf 32,00 cm Höhe. Dies kann
angenommen werden als ein Sehobjekt, dass auf dem Boden steht, 1 Fuß breit und 2 Fuß hoch ist [vgl. KOSMATKA
2003, S. 552].
9
RP-8-00 definiert für ein Standardsehobjekt der Größe 0,18 m· 0,18 m mit einem Sehwinkel 𝛼 = 7,47 min bei
83,07 m Beobachtungsentfernung [IESNA 2005, S. 23].
20
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
niedrig beleuchteten Straßen geringer VL-Werte (<10) die flachen Sehobjekte als die für die
Erkennbarkeit kritischeren zu sehen sind [vgl. BACELAR ET AL. 1999A, S. 179].
Die Objektleuchtdichte setzt sich aus zwei wesentlichen Komponenten zusammen. Dies ist zum
einen die von der Leuchte her rührende direkte Leuchtdichte und zum anderen die Leuchtdichte,
die durch Reflexion von der Fahrbahn auf das Objekt verursacht wird. Für die Leuchtdichte Lo
eines Sehobjektes mit diffus reflektierender Oberfläche gilt entsprechend Abbildung 2.8 nach
dem Lambertschen Gesetz [vgl. ADRIAN 1995, S. 825]:
𝐸o,direkt,𝐸o,indirekt = Vertikale Beleuchtungsstärke auf dem Sehobjekt, direkter
und indirekter Anteil
ρo = Reflexionsgrad des Sehobjektes
Abbildung 2.8: Direkte und indirekte Anstrahlung des Sehobjektes.
Falluntersuchungen von ADRIAN [1995, S. 825 f.] haben gezeigt, dass der indirekte Anteil der
Objektleuchtdichte bei Negativkontrasten entscheidenden Einfluss auf die Gesamtsehobjekt-
leuchtdichte haben kann. In bestimmten Konstellationen von Geometrie, Sehobjekt- und
Fahrbahndeckschichtcharakteristik hat die Berücksichtigung des Indirektanteils an manchen
Fahrbahnorten fast zu einer Halbierung des VL geführt. Erste Ergebnisse sind in [ADRIAN 1995]
und [ADRIAN & GIBBONS 1993] veröffentlicht. Sie beschränken sich jedoch auf eine
exemplarische Installationsgeometrie und R3-Fahrbahndeckschichtcharakteristik. Gibbons
diskutiert diese Thematik ausführlich in [GIBBONS 1997].
2.2.4.4 WAHRNEHMUNGSWAHRSCHEINLICHKEIT
Bei der Wahrnehmung von Sehobjekten wird allgemein unterschieden zwischen der Detektion
eines Sehobjektes und der Identifikation eines Sehobjektes. Während für die Detektion eines
Sehobjektes eine Wahrnehmungswahrscheinlichkeit von p = 50 % angenommen wird (das
Objekt gilt als „gerade gesehen“), wird der Identifikation eines Objektes eine
Wahrnehmungswahrscheinlichkeit von 95 % ≤ p < 100 % zugrunde gelegt (das Objekt gilt als
„sicher gesehen“) [vgl. KOKOSCHKA 1988; VÖLKER 2006]. Bei sonst gleichbleibenden
Sehbedingungen führt ein kontinuierliches langsames Erhöhen der Umgebungsleuchtdichte bei
Negativkontrast zu einer kontinuierlichen, nicht sprunghaften Zunahme der Wahrnehmungs-
wahrscheinlichkeit.
Zu beachten ist deshalb, dass Blackwell und Berek unterschiedliche Wahrnehmungs-
wahrscheinlichkeiten verwenden: Berek nahezu 100 % und Blackwell 50 %. Daher ist eine
𝐿o=(𝐸o,direkt+𝐸o,indirekt)∙𝜌o
𝜋
(2.33)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
21
Anpassung der Schwellenwerte mit einem Korrekturfaktor nötig. Enzmann empfiehlt die
Schwellenwerte Blackwells mit dem Faktor kp = 3,1 zu multiplizieren, damit die nach Blackwell
folgenden Kurven gut mit denen nach Berek zusammenfallen, so dass der Zusammenhang nach
Gleichung (2.17) auf Seite 13 für eine Wahrnehmungswahrscheinlichkeit von nahezu 100 %
gilt, wenn er mit kp multipliziert wird [vgl. ENZMANN 1977, S. 8-11].
Diesen Unterschied zwischen den Untersuchungen von Berek und Blackwell bestätigt
Kokoschka. Er beziffert die Abweichung auf einen Faktor von etwa 3 bis 4 und vermutet den
Unterschied in der Qualität der Versuchsbedingungen [vgl. KOKOSCHKA 1988, S. 306]. ADRIAN
[ADRIAN & GIBBONS 1993, S. 735; WERNER ADRIAN 1993, S. 25] gibt für Gleichung (2.17) den
Faktor mit kp = 2,6 für 99,9 % Wahrnehmungswahrscheinlichkeit an. Dieser Faktor hat sich bei
den angrenzenden Forschungen seit den 1990er Jahren, auf welche die vorliegende Arbeit
Bezug nimmt, durchgesetzt.
Zwar gibt es nach HENTSCHEL [1971] erweiterte Untersuchungen zur Betrachtung bewegter
Sehobjekte und Vergleiche mit dem „Revealing Power“-Ansatz nach Unterkapitel 2.2.4.13,
doch werden diese aufgrund der Betrachtung unbewegter Objekte innerhalb der hier vorgestell-
ten Untersuchungen nur erwähnt und nicht angewandt. Hentschel gibt die Leuchtdichteunter-
schiedsschwelle auf Basis seiner Probandenversuche mit
an. Dabei ist
𝐿𝑆𝑡𝑟 = die mittlere Fahrbahnleuchtdichte, innerhalb seiner Untersuchungen.
2.2.4.5 KONTRASTPOLARITÄT
Leuchtdichteunterschiede können in zweierlei Weise auftreten. Dunklere Objekte vor hellerem
Umfeld rufen negative Werte für ∆𝐿 hervor, was folgend als Negativkontrast oder als Silhouette
bezeichnet wird. Hellere Objekte vor dunklerem Umfeld rufen aufgrund ihrer positiven Werte
für ∆𝐿 und dementsprechend einen Positivkontrast hervor, also eine Non-Silhouette.
Die Unterschiedsschwellen von Positivkontrasten nehmen unter sonst gleichen Bedingungen
andere Werte an als die von Negativkontrasten. Dunklere Objekte sind allgemein leichter vor
hellem Hintergrund zu detektieren als helle Objekte vor dunklerem Hintergrund [IESNA 2005;
KOKOSCHKA 1988; ADRIAN ET AL. 1993; ADRIAN & GIBBONS 1993; ADRIAN 1995; AULHORN
1964]. Wenn hinsichtlich der Erkennbarkeit ausschließlich über die Beträge von ∆𝐿 und ∆𝐿th
argumentiert werden soll, so muss dieser Effekt mittels eines Korrekturfaktors, dem
Kontrastpolaritätsfaktor FCP, ausgeglichen werden:
Da explizit die negativen Werte mit dem Faktor multipliziert werden, wird vom
Negativkontrast-Korrekturfaktor gesprochen [ADRIAN 1989, S. 183; IESNA 2005, S. 23 f.]:
mit
∆𝐿th,Hentschel=0,38∙𝐿𝑆𝑡𝑟0,87
(2.34)
|∆𝐿neg|=|∆𝐿pos|∙𝐹CP
(2.35)
𝐹CP(𝛼,𝐿ad)=1−𝑚∙𝛼−0,6∙𝐿ad−0,1488
2,4∙∆𝐿pos,t=2s
(2.36)
22
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
t = Darbietungszeit,
𝛼 = Blondel-Rey-Konstante.
Wenn Lu adaptationsbestimmend ist, werden drei Adaptationsbereiche berücksichtigt:
1. 𝐿u≥0,1 𝑐𝑑𝑚2
⁄:
2. 𝐿u≤0,004𝑐𝑑𝑚2
⁄:
3. 0,004𝑐𝑑𝑚2
⁄<𝐿u<0,1𝑐𝑑𝑚2
⁄:
2.2.4.6 DARBIETUNGSZEIT
Die Dauer der Darbietung t eines Sehobjektes hat ebenfalls einen Einfluss auf die Leuchtdichte-
unterschiedsschwelle. Sie wird in den Modellen zur Schwellenbestimmung im Allgemeinen mit
t ≥ 2 s festgelegt. Meist wird diese Darbietungsdauer bereits als „unendliche“ Darbietungszeit
angesehen [vgl. u. a. BLACKWELL 1946, S. 639; ADRIAN 1989, S. 182; ENZMANN 1977, S. 15-
22; NARISADA 1995]. Oft werden auch 0,1 s ≤ t ≤ 1 s betrachtet, um den Einfluss von t kritisch
zu untersuchen [vgl. ENZMANN 1977, S. 15-22; NARISADA 1971; NARISADA & YOSEOIKAWA
1974, S. 14]. ADRIAN & GIBBONS [vgl. 1993, S. 735] diskutieren den Einfluss der nach
NARISADA & YOSEOIKAWA [1974] und ZWAHLEN [1985] zu durchschnittlichen Fixationszeiten
eines Kfz-Fahrers von 0,2 s bei Tag und 0,35 s bei Nacht. Nach ihnen können die Schwellen-
werte für Tagsehen auch nachts angewendet werden. Bei einem nächtlichen Leuchtdichteniveau
von 0,5 bis 2 cd/m2 verringert daraufhin die verlängerte Beobachtungszeit allerdings den
jeweiligen Schwellenwert auf 83 % - 85 % des entsprechenden Wertes für Tagsehen. Das
Modell von Adrian zur Bestimmung der Leuchtdichteunterschiedsschwelle nach den Formeln
(2.16) bis (2.32) gilt für t ≥ 0,2 s. Im ANSI IESNA RP-8-00 [IESNA 2005, S. 24] ist t mit 0,2 s
festgelegt. Kürzere Darbietungszeiten bewirken höhere Schwellenwerte und werden nach
ADRIAN [1989, S. 82] in Gleichung (2.17) wie folgt berücksichtigt:
t = Tatsächliche Dauer der Darbietung des Sehobjektes
𝑎(𝛼,𝐿u) wird berechnet nach:
mit
log𝑚=−10−(0,125(log𝐿u+1)2+0,0245)
(2.37)
𝐹CP(𝛼,𝐿ad)=0,5,
da m hier nicht berechnet werden muss.
(2.38)
log𝑚=−10−(0,075(log𝐿u+1)2+0,0245)
(2.39)
∆𝐿t=∆𝐿t=2s 𝑎(𝛼,𝐿u)+𝑡
𝑡
(2.40)
𝑎(𝛼)=0,36−0,0972 𝛼const
2
𝛼const
2−2,513∙𝛼const+2,7895
(2.41)
𝑎(𝐿𝑢)=0,355−0,1217 𝐿u,const
2
𝐿u,const
2−10,4∙𝐿u,const+52,28
(2.42)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
23
und
Für 𝛼 < 60’ gilt durch Approximation:
Diese Vorgehensweise besitzt ihre Gültigkeit ebenfalls zur Korrektur der Schwellenkontraste
nach Kapitel 2.2.4.10 [vgl. VÖLKER 2006, S. 38].
2.2.4.7 EINFLUSS DES ALTERS
Der Einfluss des Beobachteralters wird folgend mittels des Altersfaktors AF berücksichtigt. Er
wurde aus den Untersuchungen von BLACKWELL & BLACKWELL [1980] empirisch ermittelt.
Hierfür gilt nach [ADRIAN 1989, S. 184 f.; ADRIAN 1993, S. 25; IESNA 2005, S. 24] für t = 0,2 s,
Lu = 100 cd/m2:
Alternative Betrachtungen die sich insbesondere mit den Kontrastschwellen in Übergangsbe-
reichen zum skotopischen Sehen beschäftigen, sind z. B. in [SCHEFRIN ET AL. 1999] zu finden.
Da die Diskussion skotopischen Sehens nicht Fokus dieser Arbeit ist, soll an dieser Stelle nicht
vertiefend darauf eingegangen werden.
2.2.4.8 EINFLUSS DER KOMPLEXITÄT DES GESICHTSFELDES
Die Komplexität des Gesichtsfeldes wirkt sich maßgeblich auf die Leuchtdichteschwelle aus
und wird nach [CIE 1992, S. 15; KOKOSCHKA & GALL 2000, S. 12 f.] definiert als:
TSF = transienter Schwellenerhöhungsfaktor, dimensionslos
𝐿unt = Untergrundleuchtdichte
𝐿ad = adaptationsbestimmende Umfeldleuchtdichte
10
Nach [ADRIAN 1989, S.1 184 f.] und ANSI IESNA RP-8-00 [IESNA 2005, S. 24].
11
Nach [ADRIAN 1993, S. 25].
𝛼const=log𝛼+0,523
(2.43)
𝐿u,const=log𝐿u+6
(2.44)
𝑎(𝛼,𝐿u)=√𝑎(𝛼)2+𝑎(𝐿u)2
2,1
(2.45)
𝐴𝐹=
{
(𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟−19)2
2160 +0,99 23<𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟≤64
(𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟−56,6)2
116,3 +1,43 64<𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟<75 10
(𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟−58,45)2
125 +1,7 64<𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟<75 11
(2.46)
𝑇𝑆𝐹= (1+𝐿unt
𝐿ad)2
4𝐿unt
𝐿ad
(2.47)
24
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
Sollen für die Leuchtdichteunterschiedsschwelle, ausgenommen den Einfluss der Blendung, alle
relevanten Einflussfaktoren berücksichtigt werden, gilt die Erweiterung von Gleichung (2.17)
auf [ADRIAN & GIBBONS 1993, S. 735; ADRIAN 1995, S. 820]:
kp = Faktor zur Berücksichtigung der Wahrnehmungswahrschein-
lichkeit
𝛼 = Winkelgröße des Sehobjektes in Winkelminuten
𝑎(𝛼,𝐿u) = Blondel-Rey-Konstante nach Formel (2.40) bis (2.45)
t = Darbietungs- oder Beobachtungszeit in [s]
FCP = Faktor zur Verrechnung des Negativkontrastes
𝐴𝐹 = Faktor zur Berücksichtigung des Alters
2.2.4.9 QUANTIFIZIERUNG DER BLENDUNG
Da durch Blendquellen in den Augenmedien des Beobachters Streulicht hervorgerufen wird,
erhöht sich die Leuchtdichteunterschiedsschwelle zum Erkennen eines Objektes durch die in
Kapitel 2.2.3 eingeführte physiologische Blendung. Für ein vernachlässigbar kleines Sehobjekt
wird deren Wirkung anhand der äquivalenten Schleierleuchtdichte Ls,äq der Blendquelle und der
Umfeldleuchtdichte Lumf auf die Adaptationsleuchtdichte Lad berücksichtigt:
mit der allgemeinen Definition der Schleierleuchtdichte nach IESNA und CIE Publikation
146:2002 [DILAURA ET AL. 2011; BOYCE 2009; CIE 2002] und den Leuchtdichtebewertungs-
feldern nach Abbildung 2.9:
Abbildung 2.9: Zur Bewertung von Kontrast und Schleierleuchtdichte relevante Leuchtdichtebereiche
[SCHADE 2008, S. 19].
∆𝐿th=𝑘p∙(√𝛷
𝛼+√𝐿)2∙𝑎(𝛼,𝐿u)+𝑡
𝑡∙𝐹CP∙𝐴𝐹∙𝑇𝑆𝐹
(2.48)
𝐿ad=𝐿umf+𝐿s,äq
(2.49)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
25
𝐸Bl,i = Blendbeleuchtungsstärke im Auge, die von der i-ten
Blendquelle hervorgerufen wird in [lx]
kBl = Konstante zum Einfluss des Beobachteralters auf die physiologi-
sche Blendung, dimensionslos
Für Formel (2.50) gilt zum Beispiel, bezogen auf 𝐸Bl eines 25-jährigen Beobachters, kBl = 10:
m = Modellabhängige Konstante mit m ≈ 2 für 𝜃 ≥ 2° und
m ≈ 2 – 0,7 · log(𝜃) für 𝜃 < 2° [IESNA 2005, S. 20].
Für Gleichung (2.51) ist m fest definiert mit m = 3. Weiter gilt:
𝜃i = Blendwinkel zwischen Blickrichtung des Beobachters und der
i-ten Blendquelle nach Abbildung 2.9
Alter = Alter des Beobachters in Jahren
Analog hierzu lässt sich Ls,äq vereinfacht nach [IESNA 2005, S. 20] bestimmen:
Sowohl Gleichung (2.50) als auch (2.51) basieren auf den Ergebnissen von HOLLADAY [1926]
sowie LUCKIESH & HOLLADAY [1925]. Nach ADRIAN [1989, S. 189] und [CIE 2002, S. 7] gilt
für 1,5° < 𝜃i < 30° und ein Beobachteralter zwischen 25 und 80 Jahren:
Beispielwerte für k enthält Tabelle 2.2.
Tabelle 2.2: Beziehung zwischen Alter und Faktor k [vgl. BAER 2006, S. 73].
Alter
20
30
40
50
60
k
6,3
9,2
12,1
15,0
17,8
Wird 𝐿s,äq nicht direkt in die Leuchtdichteunterschiedsschwelle miteinbezogen, kann eine
Bewertung der Blendung unabhängig von ∆𝐿th vorgenommen werden, indem die relative
Schwellenwerterhöhung (engl. treshold increment) TI separat betrachtet wird. Diese Variante ist
allgemein anerkannt als Gütekennzahl der Blendungsbewertung in der Straßenbeleuchtung und
wird berechnet nach:
∆𝐿BL = Schwellenwert der adaptationsbestimmenden Leuchtdichte
∆𝐿oB = Summe aus ∆𝐿BL und 𝐿s,äq
𝐿s,äq=𝑘Bl∑
[
𝐸Bl,i
𝜃im+𝐸Bl,i
2[(𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟
62,5)4𝜃i2]
]
n
i=1
[cd/m2]
(2.50)
𝐿s,äq=𝑘∑𝐸Bl,i
𝜃im
n
i=1
in cd/m2
(2.51)
𝑘=(0,0752∙𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟−1,883)2+9,2.
(2.52)
𝑇𝐼=(∆𝐿BL
∆𝐿oB−1)∙100 %
(2.53)
26
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
In DIN EN 13201-3 [DIN 2007F, S. 31] werden die Gleichungen (2.51) bis (2.53) vereinfacht
zu:
𝐿 = mittlere Fahrbahnleuchtdichte.
2.2.4.10 OBJEKTKONTRAST UND SCHWELLENKONTRAST
Als Alternative zum Leuchtdichteunterschied kann auch der Leuchtdichtekontrast bei einer
Umgebungsleuchtdichte Lu zur Bestimmung der Erkennbarkeit herangezogen werden. Nach den
Vorgaben aktueller Standards zur Straßenbeleuchtung, wie der Europäischen Norm DIN EN
13201 [DIN 2007E, S. 7] oder dem Amerikanischen Standard RP-8-00 [IESNA 2005], sollte Lu
entsprechend der Beleuchtungsklasse Werte für Leuchtdichten von 0,3 cd/m2 ≤ Lu ≤ 2,0 cd/m2
annehmen. Unter Berücksichtigung der geforderten Gleichmäßigkeiten und unter der Annahme,
dass die maximale Leuchtdichte aus Gründen der Energieeffizienz und Gleichmäßigkeit der
Verteilung nicht das 1,5-fache des mittleren Beleuchtungsniveaus überschreiten sollte, erweitert
sich dieser Bereich zu 0,1 cd/m2 ≤ Lu,max ≤ 3,0 cd/m2. In diesem Leuchtdichtebereich lässt sich
die Erkennbarkeit von Objekten mittels des Leuchtdichtekontrastes C verlässlich bestimmen,
jedoch ist auf die Unstetigkeiten im Verlauf der Kurve des Schwellenkontrastes nach Adrian
und Blackwell zu achten.
Da zur Bestimmung des Leuchtdichtekontrastes im Allgemeinen standardisierte Objekte
verwendet werden, wird dieser auch als Objekt- oder Sehobjektkontrast bezeichnet. Die
CIE Publikation 95: 1992 [CIE 1992] definiert den Kontrast zwischen Sehobjekt und
Hintergrund als Leuchtdichteunterschied zwischen Objekt und unmittelbarem, das Objekt
umgebenden Umfeld an:
C = Kontrast (engl. contrast)
Lo = Objektleuchtdichte (engl. target luminance)
Lu = Umfeldleuchtdichte (engl. background luminance)
Der so definierte Objektkontrast nach Weber kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen, wenn
das Objekt dunkler als der Hintergrund ist. Dieser Zustand wird im Rahmen der Arbeit als
Negativkontrast definiert. Ist dagegen das Objekt heller als der Hintergrund, nimmt der Kontrast
Werte von 0 bis unendlich an und wird als Positivkontrast festgelegt [vgl. CIE 1992, S. 3 f.].
Damit ein Objekt wahrgenommen werden kann, muss der dargebotene Kontrast C den unter
gleichen Sehbedingungen notwendigen Schwellenkontrast übersteigen. Der Schwellenkontrast,
auch als Kontrastschwelle bezeichnet, ist allgemein definiert als
𝑇𝐼=(65
𝐿0,8)∙𝐿s,äq %=(65
𝐿0,8)∙10∑𝐸Bl,i
𝜃i2
n
i=1
(2.54)
𝐶=∆𝐿
𝐿u=|𝐿o−𝐿u
𝐿u|
(2.55)
𝐶th=∆𝐿th
𝐿u.
(2.56)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
27
Oft wird im Zusammenhang mit der Sichtbarkeit von Objekten im Straßenraum von Tarnzonen
gesprochen. Dieser Begriff dient als Umschreibung für Bereiche auf der Fahrbahn, in denen
eine Tarnung des Objektes vorliegt. Von einer Tarnzone kann also gesprochen werden, wenn
gilt [vgl. ENZMANN 1977, S. 12]:
beziehungsweise
Der Kehrwert des Schwellenkontrastes wird als Unterschiedlichkeitsempfindlichkeit (engl.
contrast sensitivity, CS) oder Unterschiedsschwelle bezeichnet.
Wie bei der Leuchtdichteunterschiedsschwelle ist auch bei den Arbeiten zum Schwellenkontrast
darauf zu achten, welche Wahrnehmungswahrscheinlichkeiten den Kurven der Schwellen
zugrunde liegen. Gegebenenfalls müssen Umrechnungsfaktoren zwischen Detektion und
Identifikation berücksichtigt werden. Im Falle der Berechnungen von Kokoschka ergibt sich ein
Korrekturfaktor von 1,9 zwischen p = 50 % und p = 95 % Wahrnehmungswahrscheinlichkeit
[KOKOSCHKA 1988; VÖLKER 2006, S. 29]. Als vertiefende Literatur zu Kontrast und Kontrast-
schwelle sind an dieser Stelle die CIE Publikationen 19/2.1:1981, 19/2.2:1981 und 95:1992
[CIE 1981A; CIE 1981B; CIE 1992] zu empfehlen sowie die Arbeiten von ADRIAN [1969],
KOKOSCHKA [1988] und ENZMANN [1977].
Leicht zu Verwechslungen führt die alternative Kontrastdefinition nach KOKOSCHKA [vgl.
1988, S. 305 f.], welche umgeht, dass bei der Beschreibung des Schwellenkontrastes für
verschiedene Adaptationsleuchtdichtebereiche bzw. Leuchtdichteniveaus unterschiedliche
Formeln angewendet werden müssen. Bei seiner Definition von C ist nicht das Objektumfeld im
Nenner, sondern abhängig von Positiv- oder Negativkontrast die kleinere der beiden
Leuchtdichten Ldunkel. Der Leuchtdichteunterschied zwischen Objekt und Untergrund bestimmt
sich immer durch die Differenz aus höherer Leuchtdichte Lhell und niedriger Leuchtdichte Ldunkel:
Dies hat den Sinn, dass beide Kontrastarten den gleichen Kontrastwertebereich von 0 bis
haben. Entsprechend bestimmt Kokoschka den theoretischen Schwellenkontrast nach der Form
mit der Leuchtdichtefunktion 𝑓1 und der Winkelfunktion 𝑓2,
sowie
𝐿u(1−𝐶th)<𝐿o<𝐿u(1+𝐶th),
(2.57)
𝐿u−∆𝐿th<𝐿o<𝐿u+∆𝐿th.
(2.58)
𝐶=𝐿hell−𝐿dunkel
𝐿dunkel
(2.59)
𝐶s,Kok=𝑆∙𝐶0∙𝑓1∙𝑓2
(2.60)
𝑓1=1+(𝐿ad
𝑐1)𝐶2; 𝑓2=1+(𝛼0
𝛼)2,
(2.61)
𝛼0=𝑐3+𝑐4∙(1− 1
1+(𝐿ad
𝑐5)𝑐6).
(2.62)
28
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
Der Faktor S berücksichtigt die Möglichkeit unterschiedlich schwieriger Beobachtungsbedin-
gungen. 𝑆 = 1 gilt für günstige Bedingungen. Bei schwierigen Bedingungen ist S entsprechend
höher anzusetzen. Für S = 1 gilt weiter: C0 = 0.00275, c1 = 0.158, c2 = -0.484, c3 = 7.5, c4 = 133,
c5 = 0.00075, c6 = -0.383. Formel (2.60) gilt unter der adaptationsbestimmenden Umfeldleucht-
dichte Lad für eine Wahrnehmungswahrscheinlichkeit von 50 %. Für eine einfache Detektions-
aufgabe nahezu 100 %iger Detektionswahrscheinlichkeit liegt der entsprechende Schwellen-
kontrast um etwa das Dreifache höher.
Nach Abbildung 2.5 differenziert KOKOSCHKA [1988] die Umgebung des Objektes in einen, das
Sehobjekt der Leuchtdichte Lo unmittelbar umschließenden Untergrund der Leuchtdichte Lu und
einen weitläufigen Hintergrund der Lad. Weicht die Lu deutlich von der adaptationsbestimmen-
den Hintergrundleuchtdichte ab, ist die differenzierte Methode eine sinnvolle Alternative zur
Unterscheidung von Objekt und Umfeld bei der Bestimmung der Kontrastschwelle.
Die Implementierung der äquivalenten Schleierleuchtdichte nach den Gleichungen (2.50) und
(2.51) aus dem Unterpunkt 2.2.4.9 erfolgt unter Berücksichtigung von Gleichung (2.49) nach
der Definition ADRIANS [1989, S. 189] für den durch die äquivalente Schleierleuchtdichte
reduzierter Kontrast Cred:
2.2.4.11 VISIBILITY LEVEL
Neben den bekannten und bereits vorgestellten Arbeiten von Blackwell, Adrian, Berek und
Dunbar stellten auch LOSSAGK [1955] und GROSSKURTH [1957] Untersuchungen zum Kontrast
und Schwellenkontrast an. Sie bezeichneten das Verhältnis C/Cs als „Überschwelligkeit“ oder
„Überschwelligkeitsfaktor“. Im englischsprachigen Raum etablierte sich für die Überschwellig-
keit der Begriff „Visibility Level“ (VL). Aufgrund der weiten Verbreitung folgt die Nomen-
klatur dieser Arbeit dieser Vereinbarung und definiert das Verhältnis von Kontrast C zum
Schwellenkontrast Cth bei fovealer Beobachtung wie folgt [ADRIAN & GIBBONS 1993, S. 734]:
Das Visibility Level kann ebenso über das Verhältnis des in der Beobachtungssituation
vorliegenden Leuchtdichteunterschiedes ∆𝐿 zwischen Objekt und Umfeld zum Schwellen-
leuchtdichteunterschied ∆𝐿th aus Kapitel 2.2.4.1 gebildet werden.
Die Berücksichtigung aller bisher vorgestellten Einflussfaktoren auf die Leuchtdichte-
unterschiedsschwelle erfolgt durch Einsetzen von Gleichung (2.48) auf Seite 24 wie folgt:
𝐶red=(𝐿o+𝐿s,äq)−(𝐿u+𝐿s,äq)
(𝐿u+𝐿s,äq)=𝐿o−𝐿u
𝐿u+𝐿s,äq=∆𝐿
𝐿ad.
(2.63)
𝑉𝐿=𝐶
𝐶th
(2.64)
𝑉𝐿=∆𝐿
∆𝐿th=𝐿o−𝐿u
∆𝐿th
(2.65)
|𝑉𝐿|=
|
|
𝐿o−𝐿u
𝑘∙(√𝛷
𝛼+√𝐿)2∙𝑎(𝛼,𝐿u)+𝑡
𝑡∙𝐹CP∙𝐴𝐹∙𝑇𝑆𝐹
|
|
(2.66)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
29
k = Faktor zur Berücksichtigung der Wahrnehmungs-
wahrscheinlichkeit
𝛼 = Winkelgröße des Sehobjektes in Winkelminuten
𝑎(𝛼,𝐿u) = Blondel-Rey-Konstante nach Formel (2.40) bis (2.45)
t = Darbietungs- oder Beobachtungszeit in [s]
FCP = Faktor zur Verrechnung des Negativkontrastes
𝐴𝐹 = Faktor zur Berücksichtigung des Alters
Erst das VL setzt also die Sichtbedingungen einer gegebenen Situation in Beziehung mit der
Schwelle, welche zum Erkennen eines definierten Objektes in dieser Situation notwendig ist. Es
eignet sich daher besonders zur Beschreibung der Erkennbarkeit von Objekten.
2.2.4.12 SMALL TARGET VISIBILITY-KONZEPT
Das im RP-8-00 Standard implementierte Small Target Visibility (STV)- Konzept ist im
Wesentlichen ein gewichteter Mittelwert aller 𝑁0 |VLi|-Werte eines VL-Verlaufes entlang des für
den Verlauf definierten Bewertungsfeldes unter Berücksichtigung des Kontrastpolaritätsfaktors
𝐹CP nach Gleichung (2.36) auf Seite 21 [vgl. IESNA 2005, S. 24]. Das STV Niveau ist definiert
als Small Target Visibility Level STVL:
N0 = Anzahl aller einzelnen VL-Werte
VLi = VL-Einzelwerte im Bereich des Bewertungsfeldes
2.2.4.13 REVEALING POWER UND KRITISCHER REFLEXIONSGRAD
Der Ansatz der Erkennbarkeitsleistung von Objekten auf der Fahrbahn wurde bereits 1938 von
WALDRAM [1938] als Maß der Qualität von Straßenbeleuchtung unter dem Begriff „Revealing
Power“ (RP) eingeführt und war somit einer der ersten umfassenden Ansätze zur Bestimmung
der Erkennbarkeit. Im Gegensatz zum „Visibility Level“-Ansatz nach Kapitel 2.2.4.11 bezieht
er sich nicht ausschließlich auf ein berücksichtigtes Referenzsehobjekt eines bestimmten
Reflexionsgrades, welches die Gültigkeit der Erkennbarkeit auf diese begrenzt. RP berücksich-
tigt vielmehr die kumulative Wahrscheinlichkeit des Vorkommens von Reflexionsgraden der
Bekleidung von Fußgängern nach den Untersuchungen von SMITH [1938], welche parallel zu
Waldrams Untersuchungen veröffentlicht wurden. Auf diese Weise wird eine Aussage über
komplette Reflexionsgradbereiche anstelle nur eines Referenz-Reflexionsgrades gegeben.
Abbildung 2.10 zeigt die kumulierte Wahrscheinlichkeit der Reflexionsgrade nach SMITH
[1938].
Nach der Definition von Waldram beschreibt die auch als Erkennbarkeitsleistung bezeichnete
RP die kumulierte Wahrscheinlichkeit des Reflexionsgrades nach Abbildung 2.10 unter
definierten Beobachtungsbedingungen mit der ein Objekt gerade erkannt wird [vgl. NARISADA
ET AL. 2003, S. D4-52; vgl. WALDRAM 1938, S. 173 f.]. Den Reflexionsgrad eines gerade
𝑆𝑇𝑉𝐿=−10log(1
𝑁0∑10(−0,1∙|𝑉𝐿i|)
N0
i=1 )
(2.67)
30
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
sichtbaren Objektes fassen NARISADA ET AL. [2003, S. D4-52] als kritischen Reflexionsgrad
zum Erkennen des Objektes mit dem kritischen Reflexionsgrad 𝜌k nach den Definitionen von
Waldram zusammen. Dieses Objekt wird als kritisches (Seh-)Objekt bezeichnet.
Kumulative Wahrscheinlichkeit
für Negativkontraste in [%]
Kritischer Reflxionsgrad in [%]
Kumulative Wahrscheinlichkeit
für Positivkontraste in [%]
Abbildung 2.10: Zusammenhang zwischen kritischem Sehobjektreflexionsgrad und der kumulierten
Wahrscheinlichkeit deren Erkennens für Negativ- und Positivkontrast anhand des VL
nach NARISADA ET AL. [2003, S. D4-52].
Nach NARISADA ET AL. [2003, S. D4-52] erfolgt die Verknüpfung von 𝜌𝑘 über die Definition
des gerade gesehenen Objektes mit |𝑉𝐿|≥1. Die Berücksichtigung des Einflusses, dass ein
Objekt mit negativem Objektkontrast besser gesehen wird, als ein Objekt mit positivem erfolgt
entsprechend Abbildung 2.10 mittels kumulierter Wahrscheinlichkeit von 𝜌𝑘. Es gilt weiter,
dass wenn ein kritisches Sehobjekt mit 𝜌k=20 % und einem VL = -1 (negativer Kontrast,
gerade sichtbar) erkannt wird, an derselben Position auch alle Objekte mit einem
Reflexionsgrad 𝜌k<20 % erkannt werden. Nach Abbildung 2.10 beträgt die kumulative
Wahrscheinlichkeit für 𝜌k = 20 % prev,neg = 90 %, was dem entsprechenden Revealing Power
Wert prev ohne eine Berücksichtigung der Blendung entspricht. Weist dasselbe Sehobjekt jedoch
einen Positivkontrast auf und wird mit VL = 1 gerade erkannt, so beträgt prev,pos lediglich 10 %.
Die Gesamterkennbarkeitsleistung (engl. overall revealing power) beschreibt den Anteil der
Fläche eines definierten Bewertungsfeldes für den eine bestimmte Revealing Power gegeben ist.
Auf diese Weise kann von einem Bewertungsfeld ein Iso-RP-Diagramm mit Linien gleichen
RPs erstellt werden. Die Bewertung der Erkennbarkeit mittels RP ist also nicht der Erkennbar-
keit nach VL gleichzusetzen, da dies ausschließlich Auskunft über einen speziellen der
Berechnung zugrunde liegenden Referenz-Reflexionsgrad gibt, meist 𝜌ref=20 % [IESNA
2005] oder [NARISADA ET AL. 2003; HENTSCHEL 1971; IESNA 2005] 𝜌ref=50 %. Wie der
Leuchtdichteansatz und das VL ist die RP ein statischer Beobachtungsansatz und unter
dynamischen Beobachtungen kaum erforscht [vgl. NARISADA ET AL. 2003, S. D4-50 f.].
Die Definition des kritischen Reflexionsgrades nach Waldram und Narisada ist nicht zu
verwechseln mit der Definition des kritischen Reflexionsgrades nach REEB [1954], der anzeigt,
„in welchem Beobachterabstand ein Objekt dieses Reflexionsgrades gegen den Hintergrund ver-
schwindet“ [REEB 1954, S. 287]. Er unterscheidet dabei die Beobachtungsbedingungen „statio-
när“, „quasistationär“ und „dynamisch“ [REEB & SCHLEISS 1956]. Siehe auch Kapitel 2.1.3.
010
20
40
60
80
100
20 30 40 50
0
20
40
60
80
1000
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
31
Einen konkurrierenden Ansatz zum Revealing Power Ansatz nach WALDRAM [1938] führte
Hentschel im Rahmen seiner Untersuchungen zur Erkennbarkeit [HENTSCHEL 1967;
HENTSCHEL 1969; HENTSCHEL 1971] mit der Tarnwahrscheinlichkeit ein. Der Ansatz von
Hentschel basiert jedoch auf der Gewichtung der Reflexionsgrade nach den Ergebnissen von
GOLDMANN [1956A] und ist somit nur ähnlich der inversen Funktion zum RP-Ansatz. Eine
interessante ergänzende Diskussion der Thematik bieten WALDRAM & HENTSCHEL [1972].
2.2.4.14 BEOBACHTUNGSBEDINGUNGEN IN DER PRAKTISCHEN ANWENDUNG
Nach ENZMANN [1977, S. 13], LOSSAGK [1955] und GROßKURTH [1957] sind für die praktische
Leuchtdichteunterschiedsschwelle unter realen Bedingungen weit höhere Werte anzusetzen als
die unter günstigen Laborbedingungen ermittelten Kurven von BLACKWELL [1946].
Insbesondere Korrekturfaktoren für die Unerwartetheit des Auftauchens eines Hindernisses
(Sehobjektes) und zur Berücksichtigung der Blickzeitverkürzung (siehe Abschnitt 2.2.4.6) von
unendlich (t > 2 s) auf praktische Werte müssen unter realen Beobachtungsbedingungen in die
Ermittlung der Unterschiedsschellen integriert werden. Die Kombination aus Blickzeit-
verkürzung und Unerwartetheit bei entsprechend schlechteren Sehbedingungen fasst Kokoschka
mit einem auf ähnliche Weise begründeten Praxisfaktor S (entspricht kP aus Abschnitt 2.2.4.4)
für ungünstige Sehbedingungen (S = 1 bei günstigen Sichtbedingungen bis hin zu S ≈ 10 für
ungünstige Bedingungen) [KOKOSCHKA 1988, S. 307] wie folgt zusammen:
2.2.5 AKTUELLE ANFORDERUNGEN AN DIE ERKENNBARKEIT
Die Berechnungsmethoden zur Quantifizierung der Erkennbarkeit wurden in Abschnitt 2.2.4
ausführlich beschrieben. Die Anforderungen für gute Erkennbarkeit, denen eine Vielzahl von
empirischen wahrnehmungsphysiologischen Untersuchungen zugrunde liegen, [AKASHI ET AL.
2007; BACELAR ET AL. 1999A; BLACKWELL & BLACKWELL 1971] werden in diesem Abschnitt
vorgestellt und sind u. a. in [CIE 1981A; CIE 1981B; CIE 1992; CIE 2010A; IESNA 2005]
festgehalten.
Die meisten Untersuchungen zum Visibilty Level empfehlen mindestens einen |VL| > 1, um
unter günstigen Sichtbedingungen ein Objekt überhaupt erkennen zu können [CIE 1981A; CIE
1981B; CIE 2010A; ADRIAN 1969; ADRIAN 1989; KECK & VICKSBURG 1993]. Nach ENZMANN
[1977, S. 13], LOSSAGK [1955] und GROßKURTH [1957] sowie DIJON ET AL. [1997; 1998] wird
unter praktischen Bedingungen, wie sie im Straßenverkehr vorkommen, ein wesentlich höherer
Wert benötigt. Ungünstige Bedingungen, wie die Unerwartetheit des Auftauchens eines
Hindernisses (Sehobjektes), (Erhöhung von ∆Lth um Faktor 4) oder die Verkürzung der
Blickzeit nach Kapitel 2.2.4.1 von unendlich (t > 2 s) auf praktische Werte (Erhöhung von ∆Lth
um Faktor 2,6) [vgl. ENZMANN 1977, S. 13] führen in Kombination zur Empfehlung eines
Praxisfaktors S von circa 10 [KOKOSCHKA 1988, S. 307].
𝑉𝐿Praxis=∆𝐿
𝑆∙∆𝐿th=𝐶
𝑆∙𝐶th
(2.68)
32
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
Um ausreichende Sicherheit bei realen Beobachtungsbedingungen unter ortsfester Straßenbe-
leuchtung zu garantieren, empfehlen DIJON ET AL. [1997; 1998] sowie MÉNARD & CARIOU
[1994] nach ihren empirischen Untersuchungen |VL|-Werte von mindestens 7 [vgl. DIJON &
JUSTIN 1998, S. 138]. Sie verglichen reale und simulierte Testszenarien zur Validierung des VL-
Modells mit 20 x 20 cm großen flachen Sehobjekten und sphärischen Objekten mit 20 cm
Durchmesser von ρo = 24%, ρo = 31% und ρo = 38 % [vgl. DIJON & JUSTIN 1998, S. 139].
Parallel führten sie Simulationen mit der Raytracing Software Radiance durch und verglichen
die Ergebnisse der Visibility-Berechnungen nach VL mit den Ergebnissen aus einer eigenen
Probandenuntersuchung. Die Skalierung der Probandenaussagen wurde nach Tabelle 2.3 auf
Basis der Ergebnisse des Probandenversuchs in Beziehung zu den Beträgen des VL gesetzt.
Tabelle 2.3: Zuordnung von VL-Bereichen und Beurteilung innerhalb des Experiments VON DIJON UND
JUSTIN [1998].
Erkennbarkeit
Beurteilung
0<|𝑉𝐿|<2
≙
0
target invisible
2<|𝑉𝐿|<6
≙
1
target hardly visible, more of a guess than anything else
6<|𝑉𝐿|<10
≙
2
target slightly visible, requires attention
10<|𝑉𝐿|<14
≙
3
target slightly visible, draws attention
14<|𝑉𝐿|<⋯
≙
4
target perfectly visible
Aus ihren Beobachtungen leiten DIJON & JUSTIN [1998, S. 140] ab, dass ein VL von 8 einem
gerade („slightly“) erkennbaren Objekt entspricht und empfehlen daraufhin diesen Wert als
Richtwert für ein minimales Visibility Level für sicheren Straßenverkehr. Sie betonen jedoch,
dass daraus keine simple Hypothese wie „higher than X = good, lower than Y = bad“ abgeleitet
werden kann. Vielmehr sei es notwendig, alle Einflussparameter der Erkennbarkeit als
Gesamtes zu betrachten und sich über die Grenzen des Konzeptes im Klaren zu sein. DIJON &
JUSTIN [1998] kommen mit ihren Untersuchungen daher zu dem Ergebnis, dass der
Bewertungsansatz des Visibility Level die Methode der Leuchtdichtebewertung vervollständigt.
Dies wirft jedoch die Frage auf, wie diese Methoden hinsichtlich der Planung und Bewertung
einer Beleuchtungssituation interagieren.
Umfangreiche Erkennbarkeitsuntersuchungen der 1990er und der frühen 2000er Jahre fordern
für den in den vorliegenden Untersuchungen angewandten Leuchtdichtebereich um 1 cd/m2
einem Mindest-|VL| von 7 [MÉNARD & CARIOU 1992; BACELAR ET AL. 1999A; BACELAR ET
AL. 1999B; LECOCQ 1997, S. 35 f.; PAULMIER ET AL. 2001]. Auch Untersuchungen von ADRIAN
[1995, S. 826] (STVLmin ≥ 6 - 9), Dunbar und De Boer (|VL|min ≥ 7 - 8,5), Janoff (|VL|min ≥ 9 - 11)
nach [ADRIAN 1993B, S. 51 f.] sowie DIJON & JUSTIN [1998, S. 138, 140] (|VL|min ≥ 8) (siehe
auch Tabelle 2.3) empfehlen ähnliche Mindestwerte. Andere Arbeiten zur Erkennbarkeit
[BACELAR ET AL. 1999B; PAULMIER ET AL. 2001; BRUSQUE ET AL. 1999] fordern bei
𝐿 ≈ 1 cd/m2 und höher, abhängig von der Komplexität des Hintergrundes |VL|min ≥ 7 - 8
(homogener Hintergrund), über |VL|min ≥ 10 (niedrige Komplexität) und |VL|min ≥ 25 (hohe
Komplexität) bis hin zu |VL|min ≥ 20 - 35 (hohe Komplexität, Detektionsrate 100 %).
Da Diskussionen zum VL oftmals |VL|min und 𝑉𝐿
nicht differenziert betrachten, untersuchten
GÜLER ET AL. [2003, S. 207-213] Straßen verschiedener Beleuchtungsniveaus mit einem guten
𝑉𝐿
≥7 hinsichtlich VLmin. Sie fanden heraus, dass die Einzel-VL oft Beträge < 1 in weiten
Bereichen der Fahrbahn aufwiesen und empfehlen bei der Kommunikation von 𝑉𝐿
oder STVL
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
33
die Ergänzung um die Minimalwerte. Dies bestätigt die unumstrittene Forderung danach, dass
einzelne VL-Beträge < 1 in jedem Fall zu vermeiden sind (vgl. Abschnitte 2.2.4 und 2.3.1).
2.3 OPTIMIERUNG VON LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPERN
Nach dem aktuellen Stand der Erkenntnisse wurden Optimierungen von Lichtstärkeverteilungen
entweder zur Verbesserung der Sicherheit oder zur Senkung des Energiebedarfs der Beleuch-
tungsanlage vorgenommen. Beide Forschungsfelder sollen daher nachfolgend bis hin zum
aktuellen Stand der Technik erläutert werden.
2.3.1 OPTIMIERUNG AUF SICHERHEIT
Mit der Einführung der Quantifizierung von Qualität und Sicherheit einer Straßenbeleuchtung
nach dem Leuchtdichteverfahren in den 1930er Jahren wurde es komplizierter, geeignete Licht-
stärkeverteilungen für eine hochwertige Ausleuchtung des Verkehrsraumes zu bestimmen. Es
wurden meist intuitive Suchverfahren zur Ermittlung geeigneter Lichtstärkeverteilungskörper
angewandt [ROCH & SMIATEK 1969; HOCHSTÄDT 1970].
Erste umfangreiche Untersuchungen zu einer sicherheitsorientierten Optimierung der
Straßenbeleuchtung anhand der Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte auf der Fahrbahn führten
u. a. EBERBACH [1973] und ENZMANN [1977] in den 1970er Jahren durch. Während sich
Eberbach zum Ziel seiner Arbeit die Optimierung von LVK auf eine hohe Gleichmäßigkeit der
Leuchtdichte bei definiertem Leuchtdichteniveau setzte [EBERBACH 1973, S. 2], fügte Enzmann
diesem Prinzip die gleichzeitige Bewertung der Erkennbarkeit anhand kleiner Sehtäfelchen
hinzu [ENZMANN 1977, S. 64].
Beide nutzen approximative Berechnungsverfahren mit linearen Gleichungssystemen, um den
LVK auf eine hohe Gleichmäßigkeit der Fahrbahnleuchtdichte hin zu optimieren. Eine
Optimierung direkt auf die Erkennbarkeit von Sehobjekten findet nicht statt. EBERBACH [1973]
verwendet lineare Gleichungssysteme, die durch Anwendung eines Gauss-Algorithmus gelöst
werden. Die so für jeden Berechnungspunkt auf der Fahrbahn aufgestellten linearen
Gleichungssysteme werden exakt oder im Falle der Überbestimmung approximativ gelöst. Der
Einsatz des Verfahrens ist auf die Ausleuchtung des Bewertungsfeldes mit zwei aufeinander
folgenden Leuchten beschränkt [EBERBACH 1973]. ENZMANN [1977] erweiterte das Verfahren
um den Einfluss der nicht unmittelbar das Bewertungsfeld einrahmenden Lichtpunkte. Die mit
seinem Verfahren erreichten hohen Leuchtdichtegleichmäßigkeiten gehen jedoch zu Lasten der
Blendung aufgrund der flachen Grenzabstrahlwinkel. Der betrachtete Leuchtenabstand wird
entsprechend dem Verhältnis von Masthöhe zu Mastabstand im Bereich von 1 zu 2 [ENZMANN
1977, S. 39] beziehungsweise 1 zu 3 [EBERBACH 1973, S. 37] gewählt, um den Einfluss der
Blendung durch den generierten LVK niedrig zu halten und hohe Längsgleichmäßigkeiten der
Fahrbahnleuchtdichte ermöglichen zu können. Bereits in diesen ersten Arbeiten wurde
untersucht, ob die Erkennbarkeit von Standard-Sehobjekten als ergänzendes Bewertungs-
kriterium für die Qualität der Beleuchtung heranzuziehen ist. ENZMANN [1977] ermittelte durch
gezielte Manipulation den Einfluss der Blendung auf die Erkennbarkeit und stellte fest, dass
eine hohe Gleichmäßigkeit nur bei erhöhter äquivalenter Schleierleuchtdichte am Auge zu
erzielen sei. Er empfiehlt daher eine Gleichmäßigkeit von 0,8 für gute Erkennbarkeiten nicht zu
34
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
überschreiten, da es bei seinen Untersuchungen für Gleichmäßigkeiten > 0,8 zu starker
Blendung kommt [vgl. ENZMANN 1977, S. 97].
Zu Beginn der 1980er Jahre führte WASSILEV [1982] diesen Ansatz fort und fokussierte sich
vor allem auf die Verbesserung der Objektkontraste auf der Fahrbahn und das damit eng
verbundene Visibility Level (VL) auf Basis des Modells von ADRIAN [1969]. Er führt jedoch
keine Optimierung im engeren Sinne durch, sondern vergleicht an einer Testanlage für
verschiedene Mastabstände und verschiedene Fahrbahndeckschichtreflexionstypen die VL-
Verteilungen für LVK-Kategorien, wie „Tiefstrahler“, „Breitstrahler“, „Gegenstrahl-„ und
„Mitstrahlprinzip“. Andere Untersuchungen von u. a. VASILEV ET AL. [2010A; 2010B)
orientieren sich weiter an dem im ANSI IESNA RP-8-00 definierten STVL.
2.3.2 OPTIMIERUNG AUF ENERGIEEINSPARUNG
In den 1990er Jahren führten LESZCZYNSKA & KURZAWA [1990] sowie VELINOV [1996] erste
lineare Optimierungen bezüglich der Minimierung des Gesamtlichtstroms einer Leuchte anhand
der Minimierung Summe der Einzellichtstärken nach
als Zielfunktion durch. Als Randbedingungen wurden Mindestvorgaben für das Leuchtdichte-
niveau, die Gesamt- und Längsgleichmäßigkeit festgelegt. Dabei wurde auch der Objektkontrast
eines Sehobjektes auf der Fahrbahn mit einem Reflexionsgrad von ρo = 20 % berücksichtigt.
Einen ähnlichen Ansatz, welcher die Anforderungen der Norm für Straßenbeleuchtung
DIN 5044-82 zur Grundlage hat, entwickelten VASSILEV & VELINOV [2004], um den
Lichtstrom einer Leuchte bei gegebener Beleuchtungsinstallation mittels linearer Optimierung
zu minimieren. Ein wesentliches Ergebnis ihrer Untersuchungen ist der Beleg für den negativen
Einfluss der Gesamtgleichmäßigkeit auf den aufzuwendenden Lichtstrom zur Erfüllung der
Norm [VASSILEV ET AL. 2005]. Aufgrund des nicht-linearen Zusammenhangs der Funktionen
von Leuchtdichte, Leuchtdichtegleichmäßigkeit, Blendung und dem Lichtstrom des LVK
entwickelten VASILEV & VELINOV [2007] eine Methode der nicht-linearen Optimierung von
LVK auf den minimalen Lichtstrom. Auch PACHAMANOV & PACHAMANOVA [2008]
bevorzugten den Weg einer nicht-linearen Optimierung, da die Berechnungen mittels linearer
Optimierung zwar präzise sind, allerdings leicht zu einer großen Anzahl von
Berechnungsvariablen und einer genauen, jedoch rauen Form der LVK führen können. Dabei
wird die Zielfunktion, in diesem Falle die Minimierung des Lichtstromes, mittels eines
Polynoms folgender Form vorgeschlagen:
𝑎 = gesuchter Koeffizient
r = Laufvariable der Potenz des C-Winkels
s = Laufvariable der Potenz des 𝛾-Winkels
∑𝐼i⇒𝑚𝑖𝑛
𝑛
𝑖=1
(2.69)
𝐼(𝛾,𝐶)=∑∑𝑎r,s
5
s=0 ∙𝐶γ∙𝛾s
3
r=0
(2.70)
WISSENSCHAFTLICHE AUSGANGSSITUATION
35
Diese Polynomschreibweise führt nach PACHAMANOV & PACHAMANOVA [2008] zu einer
Reduktion der Variablen und einer glatteren LVK. Die so errechnete Lösung ist jedoch nicht
unbedingt das gesuchte globale Extremum der Optimierung. Als beschränkende Randbedingun-
gen werden die Gütevorgaben für Straßen- und Tunnelbeleuchtung herangezogen [vgl.
PACHAMANOV & PACHAMANOVA 2008, S. 50-55]. Der nicht-lineare Ansatz wurde daraufhin
auch von GEORGIEV & VASILEV [2008] und STEFANOV & VASSILEV [2009] aufgegriffen, mit
Fokus auf die Vergleichbarkeit zum Standard ANSI IESNA RP-8-00 und der darin
angewandten STVL-Methode zur Bewertung der Erkennbarkeit standardisierter Sehobjekte.
2.4 ABLEITUNG DER RELEVANZ DER ARBEIT AUS DEN AKTUELLEN
ERKENNTNISSEN
Die zuvor beschriebenen Ansätze zur Optimierung der Lichtstärkeverteilungskörper befassen
sich entweder mit der Optimierung der Lichtverteilung auf angemessene Sichtbarkeit bei hohen
Mastabständen oder mit der Energieeffizienzsteigerung der Beleuchtungsanlage durch die
Minimierung des Lichtstroms. Sowohl die Verfahren zur Verbesserung der Leuchtdichtehomo-
genität oder Erkennbarkeit als auch die Optimierungsansätze zur Minimierung des Lichtstroms
erzielen gute Ergebnisse hinsichtlich ihres spezifizierten Optimierungsziels. Sie können sich
somit als Ansatz für eine Optimierung konkurrierender Optimierungsziele eignen.
Einen kombinierten Ansatz, welcher gleichzeitig den Lichtstrom einer ortsfesten
Straßenbeleuchtungsinstallation minimal halten und die Sicherheit anhand der Erkennbarkeit
maximiert, um so eine Lösung des Zielkonfliktes zwischen minimalem Energiebedarf und
maximaler Sicherheit anzustreben, gibt es bisher in dieser Form zum Zeitpunkt des Verfassens
dieser Arbeit nicht.
Ebenso ungeklärt ist der Einfluss bestehender Planungs- und Bewertungsansätze für qualitativ
hochwertige Straßenbeleuchtung auf das Ergebnis der Optimierung von LVK. Vergleiche
gleichmäßigkeitsorientierter Optimierungsansätze mit erkennbarkeitsbezogenen Optimierungen
hinsichtlich Energiebedarf und Sicherheit sind derzeit nicht bekannt.
Ein Ansatz, welcher die den Arbeiten aus Kapitel 2.3 zugrunde liegenden Verfahren zwar
aufgreift, jedoch vielmehr die Interaktion der einzelnen geometrischen, lichttechnischen und
wahrnehmungsphysiologischen Einflussparameter untereinander untersucht, bietet die
Möglichkeit, neue Erkenntnisse zu Planung und Bewertung von und mit örtlich optimierten
Lichtstärkeverteilungskörpern zu erlangen und entsprechende Empfehlungen zu geben.
36
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
3
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
Innerhalb dieses Kapitels werden aus der Zielstellung der Arbeit zentrale Forschungsfragen
abgeleitet, welche schließlich anhand von untersuchungsfeldspezifischen Arbeitshypothesen
operationalisiert werden. Die Randbedingungen und Festlegungen, welche die Abgrenzung des
Untersuchungsgegenstands voraussetzt, werden ebenfalls definiert. Intention dieser Parameter-
variation ist die Gewinnung fundierter Aussagen hinsichtlich der Interaktion der berücksichtig-
ten Beleuchtungssituationen und Optimierungsmethoden.
3.1 ABLEITUNG DER FORSCHUNGSFRAGEN AUS DER ZIELSTELLUNG
Aus der angestrebten Lösung zum Zielkonflikt zwischen bestmöglichen Sichtverhältnissen
ortsfester Straßenbeleuchtung und gleichzeitig geringem Energiebedarf durch die Optimierung
von Lichtstärkeverteilungskörpern (LVK) nach Kapitel 1.1 resultieren vier wesentliche
Untersuchungsfelder:
Untersuchungsfeld 1 (U1) – Auswahl, Umsetzung und Untersuchung unterschiedlicher
multikriteriell optimierter Lichtverteilungen zur Bereitstellung guter Erkennbarkeit
Als grundlegender Ansatz gilt bereits bei der Auswahl möglicher LVK-Optimierungsziele die
Forderung, den beiden durch den Zielkonflikt bedingten Leitgedanken nachzukommen:
1) Primärziel: Ermögliche mit hohen Erkennbarkeiten gute Sichtverhältnisse für
eine hohe Sicherheit der Verkehrsteilnehmer.
2) Sekundärziel: Halte den Energiebedarf des Systems niedrig.
Das Sekundärziel lässt sich anhand des Gesamtlichtstroms der betrachteten Lichtquelle
bewerten. Wenn dieser minimiert wird, so wird unter sonst gleichen Bedingungen der
Energiebedarf des einzelnen lichterzeugenden Systems minimiert. Diese Herangehensweise ist
daher auch Grundlage der bisherigen Arbeiten zur Einsparung von Energie durch die
Anpassung von LVK nach Abschnitt 2.3.2.
Um hierfür die Rahmenbedingungen entsprechend dem Primärziel vorzugeben, gibt es nach
Unterkapitel 2.2 mehrere Möglichkeiten für eine Quantifizierung der Qualität der Sicht-
verhältnisse. Die meisten der in Kapitel 2.3 dargelegten bisherigen Untersuchungen zur LVK-
Anpassung konzentrieren sich entweder auf eine Gleichmäßigkeit der Fahrbahnausleuchtung
oder die Erkennbarkeit von Sehobjekten als zentrales Kriterium. Vergleichende Untersuchungen
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
37
möglicher Optimierungsmethoden fanden in den bisherigen Forschungen nicht statt. Speziell
ein Vergleich der direkten Erkennbarkeitsoptimierung mit der Herangehensweise, die Gleich-
mäßigkeit der Leuchtdichte oder Beleuchtungsstärke zu maximieren, um durch eine uniforme
Ausleuchtung bei gegebenem Beleuchtungsniveau der Fahrbahn ein Höchstmaß an Sicherheit
bereitzustellen, wurde bisher nicht umfassend betrachtet. So stellen sich als zentrale
Forschungsfragen (F) des ersten Untersuchungsfeldes:
(F1.a): „Können die Ziele der ausgewählten Optimierungen sinnvoll erfüllt werden?“
(F1.b): „Bieten die ausgewählten Optimierungsmethoden, sofern ihre Ziele erfüllt sind,
jeweils die Möglichkeit, schlechte Erkennbarkeiten hinreichend zu vermeiden?“
(F1.c): „Welches Optimierungskriterium bietet in der ortsfesten Straßenbeleuchtung die besten
Erkennbarkeiten, wenn es entsprechend F1.a sinnvoll erfüllt wird?“
(F1.d): „Bewirkt die direkte Optimierung der Erkennbarkeit im Vergleich herausragende
Ergebnisse hinsichtlich der Erkennbarkeit oder gewährleisten die Optimierungen auf
eine gleichmäßige Fahrbahnausleuchtung gleichwertige Sichtbedingungen bei
angemessenem Beleuchtungsniveau?“
Untersuchungsfeld 2 (U2) – Betrachtung des Einflusses der Beleuchtungsinstallation und
der Beobachtungsform auf die Erkennbarkeiten aus U1
Die Untersuchungen sollen auch ein umfassendes Bild über den Einfluss kritischer Variablen
der Beleuchtungsszene auf die Erkennbarkeit im Rahmen der hier angewandten Optimierungen
geben. Hier stellt sich die Frage nach den Grenzen der Möglichkeiten, gute Sichtbedingungen
bereitzustellen und dem Einfluss typischer Variablen auf die Beleuchtungsinstallation:
(F2.a): „Welchen Einfluss hat die Wahl der Beobachtungsform (statisch oder dynamisch) auf
die Bestimmung der Erkennbarkeit?“
(F2.b): „Welchen Einfluss haben die Eigenschaften der Beleuchtungsinstallation auf die
Erkennbarkeit für die untersuchten LVK-Optimierungsvarianten?“
Untersuchungsfeld 3 (U3) – Untersuchung der Aussagekraft und Vergleichbarkeit
unterschiedlicher Qualitätskennzahlensysteme der Straßenbeleuchtung hinsichtlich der
Erkennbarkeit mit Hilfe der Erkenntnisse aus U1.
Zur Bewertung der Beleuchtungsqualität unter ortsfester Straßenbeleuchtung existieren
ausgiebige Untersuchungen zu den in den Abschnitten 2.2.1 bis 2.2.4 dargelegten Bewertungs-
methoden. Sie befassen sich mit der Quantifizierung der Qualität anhand der Sichtverhältnisse.
Aus dem Stand der Erkenntnisse zu diesen Methoden (siehe Unterkapitel 2.2) reicht deren
Komplexität von der Verwendung einzelner Kennzahlen bis hin zu räumlich auflösenden
Bewertungsmethoden. Dabei hat die Betrachtung der Verteilung einzelner Visibility Level
Werte auf der Fahrbahn eine hohe Aussagekraft hinsichtlich der Erkennbarkeit. Sie berück-
sichtigt von den in Abschnitt 2.2.4 beschriebenen Bewertungsansätzen zur Quantifizierung des
Merkmals Erkennbarkeit mehr als alle anderen herangezogenen Ansätze. Klare Ergebnisse
lassen sich jedoch mit dieser Methode nur aufwendig erzielen, was dazu führt, vereinfachende
Ansätze heranzuziehen, welche die Qualität der Sichtverhältnisse mittels nur einer Kennzahl
38
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
beschreiben. Hinsichtlich der hier verfolgten Optimierungsziele stellen sich bezüglich der
Bewertung der Sichtverhältnisse auf der Fahrbahn daher die wesentlichen Forschungsfragen:
(F3.a): „Lassen sich mit den unterschiedlichen, in sich schlüssigen Bewertungssystemen
gleichwertige Aussagen zu den Erkennbarkeiten und der darauf basierenden Qualität
der Beleuchtung treffen?“
(F3.b): „Ist eine Bewertung der Erkennbarkeit von Objekten hinreichend mit einer einzelnen
Kennzahl zu beschreiben oder ist eine hinreichende Beschreibung erst anhand der
Kombination mit einer Verteilung von Einzelwerten für ein Bewertungsfeld gegeben?“
Untersuchungsfeld 4 (U4) – Betrachtung des sekundären Optimierungsziels „Minimierung
des Energiebedarfes“ anhand der Bewertungskennzahl Lichtstrom
Obwohl die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer bei einer Optimierung der LVK in der ortsfesten
Straßenbeleuchtung höchste Priorität genießt, stellt ein möglichst niedriger Energiebedarf der
Beleuchtungsanlage entsprechend U1 ein weiteres, nicht zu vernachlässigendes Ziel dar. Dieser
Fokus wird vor allem dann interessant, wenn es bei der Bereitstellung gleich guter Erkennbar-
keiten und/oder gleichem Beleuchtungsniveau, Optimierungsvarianten gäbe, welche dies mit
einem wesentlich niedrigeren Lichtstrom erzielen könnten als andere. Als zentrale Forschungs-
frage gilt hier:
(F4): „Gibt es unter den untersuchten Varianten eine Optimierung, welche bei gleich guter
Erkennbarkeit auf vergleichbarem Beleuchtungsstärke- bzw. Leuchtdichteniveau
weniger Lichtstrom benötigt?“
An dieser Stelle muss klar zwischen gleich hohem Beleuchtungsniveau anhand mittlerer
Leuchtdichten oder Beleuchtungsstärken und gleich hohen Erkennbarkeiten differenziert
werden, da diese nicht zwingend miteinander zusammenhängen.
3.2 GETROFFENE FESTLEGUNGEN
Zur Eingrenzung und Präzisierung der aus den zentralen Forschungsfragen abgeleiteten
Arbeitshypothesen werden zunächst einige Festlegungen getroffen:
3.2.1 ZUSAMMENFASSENDER BEGRIFF DES BELEUCHTUNGSNIVEAUS
Es soll für die gesamte Untersuchung eindeutig definiert sein, dass das Beleuchtungsniveau im
Folgenden nicht ausschließlich die mittlere horizontale Beleuchtungsstärke im Bewertungsfeld
beschreibt, sondern darüber hinaus auch die mittlere vertikale Beleuchtungsstärke und die
mittlere Leuchtdichte umfasst und somit als übergeordnete Umschreibung gilt. Wird nach dem
Beleuchtungsniveau einzelner lichttechnischer Kennzahlen differenziert, wird dies explizit
erwähnt.
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
39
3.2.2 LICHTSTÄRKEVERTEILUNG UND LICHTVERTEILUNG
Jede beteiligte Leuchte wird ausschließlich durch die Koordinaten des Lichtschwerpunktes als
Punktlichtquelle beschrieben. Dieser ist zugleich Ursprung des LVK. Hierbei wird die verein-
fachende Annahme getroffen, dass die räumliche Ausdehnung der Leuchte nicht berücksichtigt
wird. Die dadurch resultierende Unsicherheit wird in Unterkapitel 7.3 der Unsicherheits-
betrachtung diskutiert. Die Ausrichtung des Koordinatensystems erfolgt anhand der CIE-
Definition entsprechend Abbildung 2.1, aus Abschnitt 2.1.1. Alle Leuchten besitzen eine
dreidimensional identische LVK.
Da wesentliche Teile dieser Arbeit darin bestehen, wie das von einer Lichtquelle emittierte
Licht auf einer Bewertungsfläche verteilt werden kann und soll, ist es an dieser Stelle wichtig,
eine Differenzierung zwischen der Verteilung des Lichtes aus der Lichtquelle heraus und dem
Charakter der beleuchteten Fläche zu treffen.
Die Beschreibung der Beleuchtung der Bewertungsfläche erfolgt daher mittels der „Lichtvertei-
lung“, bezüglich der Leuchtdichte sowie der vertikalen oder horizontalen Beleuchtungsstärke
auf der Fahrbahn innerhalb des Bewertungsfeldes.
3.2.3 INSTALLATIONSGEOMETRIE UND FAHRBAHNEIGENSCHAFTEN
Die Arbeit betrachtet bewusst lediglich einreihige Leuchtenanordnungen, da diese hinsichtlich
der Gewährleistung guter Kontraste und Gleichmäßigkeiten die kritischeren und
herausforderndsten sind [vgl. ENZMANN 1977, S. 58].
Die Leuchtenposition wird anhand von Lichtpunkthöhe H und Querversatz des
Lichtschwerpunktes zur x-Achse, welche das Bewertungsfeld auf der Leuchtseite begrenzt,
definiert. Der Leuchtenabstand S ist über die Bewertungsfeldlänge definiert. Die weiteren
Zusammenhänge sind Abbildung 3.1 zu entnehmen.
Abbildung 3.1 Geometrie- und Winkelkonventionen für Leuchten und Beleuchtungsszene, Grafik aus
[STEBLAU 2013].
40
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
L1, L2 = Leuchte, Lichtpunkt
B1, B2 = Beobachterposition
𝐼L1,P = Lichtstärke, die von L1 auf P trifft
𝛾L1,P = Einstrahlwinkel zwischen Z-Achse und der kürzesten Verbindung
zwischen P und L1
𝜅L1,P = Azimutwinkel, ab der ersten photometrischen Achse
𝛽L1,P = Versatzwinkel zwischen vertikaler Lichteinfalls- und
Beobachtungsebene
𝛼B = Beobachtungswinkel
ΘB,L1,P = Winkel zwischen der Achse der kürzesten Entfernung vom
Beobachtungs- zu Bewertungspunkt und der Achse zwischen
Beobachtungs- und Lichtpunkt
Einschränkender Weise wird die Anzahl der Lichtstrahlen einer LVK als endlich und diskret,
aufgefasst. Dadurch kann jeder Lichtstrahl innerhalb des verwendeten (𝐶,𝛾)-Koordinaten-
systems eindeutig durch seine 𝐶- und 𝛾-Winkelkomponente sowie seinen Lichtstärkewert
beschrieben werden und ist nur einmal je LVK vertreten. Ihm werden eine eindeutige
Identifikationszahl innerhalb des Koordinatensystems des Straßenraumes und ein Bewertungs-
punkt P nach Abbildung 3.1 zugeordnet, so dass jeder Bewertungspunkt von nur einem
Lichtstrahl der jeweiligen LVK der Leuchte getroffen werden kann [vgl. STEBLAU 2013, S. 29].
Die Anzahl der betrachteten Lichtstrahlen ist maßgeblich für den Rechenaufwand in den
Simulationen.
Aufgrund der Transformationen zwischen Kugelkoordinatensystem der LVK und kartesischem
Koordinatensystem des Bewertungsfeldes sowie der groben Rasterungen der r-Tabellen für die
Fahrbahndeckschichten kann es zu Sprüngen zwischen benachbarten, berechneten Lichtstärke-
werten der LVK kommen, die praktisch nicht realisierbar sind. Zur Minimierung dieses Effektes
wird sichergestellt, dass nur ein begrenzter Lichtstärkesprung zwischen zwei benachbarten
Lichtstrahlen möglich ist und so die Abweichung prozentual je Grad Winkelabstand einen
Maximalwert nicht überschreiten darf. Hierzu werden für jeden Lichtstrahl zwei „Nachbar-
schaftsbeziehungen“ definiert, welche wechselseitig für jeweils zwei dieser Strahlen gelten. Zu
jeder dieser „Nachbarschaftsbeziehungen“ wird der Winkelabstand ∆𝛾 in Grad bestimmt, für
welchen gilt:
Aufgrund der Festlegung der Abweichungsbegrenzung für beide Lichtstrahlen gilt
und äquivalent dazu
∆𝛾a,b=∆𝛾b,a
(3.1)
|𝐼a−𝐼b|
𝐼b≤𝐴∙∆𝛾b,a
(3.2)
|𝐼b−𝐼a|
𝐼a≤𝐴∙∆𝛾a,b
(3.3)
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
41
mit
I Lichtstärkewert des betrachteten Lichtstrahls,
a, b Indizes der benachbarten Lichtstrahlen,
∆𝛾 Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Lichtstrahlen,
A maximaler prozentualer Lichtstärkesprung pro Grad zwischen zwei
Lichtstrahlen der LVK.
Um die Allgemeingültigkeit der Arbeit zu gewährleisten, wird die Geometrie relativ
beschrieben. Ausgangspunkt der Beschreibung ist die Lichtpunkthöhe H, für welche synonym
die Bezeichnung „Masthöhe“ verwendet wird.
Die im Rahmen dieser Arbeit angestrebten niedrigen Beleuchtungsniveaus werden für die
Vergleichbarkeit der Untersuchungen mit angrenzenden Forschungen in die bestehende
Kategorisierung nach DIN [2007A; DIN 2007E] eingegliedert. Demnach ergeben sich die
Leuchtdichtekategorie ME4 und die vergleichbaren Beleuchtungsstärke-Klassen C4 und S2 der
Bewertung mittels der horizontalen Beleuchtungsstärke. Die Klassen bilden die Majorität der
Straßen mit Verteilcharakter. Die Übersicht der lichttechnischen Anforderungen an diese
Klassen zeigt Tabelle 3.2. Eine Entscheidung für diese Beleuchtungsniveaus wird durch die
Ergebnisse der Untersuchungen von WALTHERT [1973] gestützt, nach welchen eine Steigerung
des Leuchtdichteniveaus bei hohen Gleichmäßigkeiten über 4 cd/m2 als kaum mehr wirksam
bezeichnet werden kann. Interessant sind daher besonders die Bereiche mittlerer Leuchtdichten
der Straßenbeleuchtung kleiner 2 cd/m2, um dort die Gleichmäßigkeit zu untersuchen.
Die Fahrbahnbreite beträgt WS = 8 m. Aus Bestandsaufnahmen umfangreicher Voruntersu-
chungen im Rahmen des Forschungsprojektes „Innovative Beleuchtung“ [SCHADE ET AL. 2009;
SCHADE ET AL. 2010; SCHADE & VÖLKER 2011] hat sich für die untersuchten Beleuchtungs-
klassen diese Breite als repräsentativ erwiesen, so dass die durchgeführten Simulationen auf
dieser Fahrbahnbreite basieren. Der Mastabstand wird als relativer Lichtpunktabstand Srel = H:S
als relativem Quotient aus Lichtpunkthöhe zu Lichtpunktabstand S oder absolut, entsprechend
dem gewählten Lichtpunktabstand der Simulation angegeben. Im Rahmen der Simulationen
wird die Fahrbahn in zwei Fahrstreifen mit entgegen fließendem Verkehr aufgeteilt:
WS = 2 · WL. Eine Übersicht über die untersuchte Installationsgeometrie gibt Tabelle 3.1.
Tabelle 3.1: In der Parameterstudie untersuchte Beleuchtungsszenen.
Parameter
Ausprägung
Anzahl der Fahrstreifen
2
Breite je Fahrstreifen
4 m
Abstand des Beobachters
60 m
Höhe des Beobachters
1,5 m
Lichtpunkthöhe
6 m
Überhang des Lichtpunktes
0 m
Länge des Bewertungsfeldes
18 m, 24 m, 30 m
Die Fahrbahndeckschicht wird in ihren Reflexionseigenschaften durch r-Tabellen nach Kapitel
2.1.2 beschrieben. Die dynamische Beobachtung beschränkt sich auf die R2- und R3-Klasse, da
sie nach EBERBACH [1973, S. 118] mit 65 % den Großteil der Straßen Deutschlands abdecken.
42
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
Tabelle 3.2: Lichttechnische Anforderungen an die in der Arbeit verwendeten Beleuchtungsklassen nach
[DIN 2007A; DIN 2007E].
Beleuchtungsklasse
ME 4a
ME 4b
CE 4
S2
Leuchtdichteniveau 𝐿
0,75 cd/m2
0,75 cd/m2
-
-
Beleuchtungsstärkeniveau 𝐸
-
-
10 lx
10 lx
Gesamtgleichmäßigkeit 𝑈o
0,4
0,4
0,4
-12
Längsgleichmäßigkeit 𝑈l
0,6
0,5
-
-
Schwellenwerterhöhung TI in %
15
15
15
-
Nachdem Untersuchungen von EBERBACH [1973] und ENZMANN [1977] zu LVK-Optimierun-
gen gezeigt haben, dass leuchtdichte- und erkennbarkeitsoptimierte Beleuchtungsanlagen
sowohl hinsichtlich der Leuchtdichteverteilung als auch der Erkennbarkeit nur bei der
Deckschicht hochwertige Ergebnisse erzielen, für die sie eigens ausgelegt sind [ENZMANN
1977, S. 56], erfolgt die Auswertung einer Deckschicht ausschließlich mit der auf sie selbst
angepassten LVK. Das Verwenden anderer Deckschichteigenschaften führt nach Enzmann und
Eberbach zu teils drastisch verschlechterten Ergebnissen.
3.2.4 BEWERTUNGSFELD
Das Bewertungsfeld orientiert sich, aufgrund der angestrebten Vergleichbarkeit zu aktuellen
Arbeiten und Standards, an den Konventionen des ANSI IESNA RP 8-00 und der EN 13201. Es
umfasst in der Breite die beiden Fahrstreifen und wird entsprechend Abbildung 3.2 durch zwei
einseitig angeordnete Leuchten begrenzt. Die Bewertungsebene befindet sich in der Ebene der
Fahrbahndeckschicht. Im Rahmen dieser Untersuchung sind die Begriffe „Messfeld“ und
„Bewertungsfeld“ als äquivalent zu betrachten und beschreiben nach Abbildung 3.2 den Bereich
auf der Fahrbahn, für welchen sämtliche Berechnungen durchgeführt werden. Die Bereiche
außerhalb des Messfeldes werden nicht differenziert berücksichtigt. Dementsprechend sind die
Messpunktabstände von Beginn des Bewertungsfeldes entlang nach Tabelle 3.1 der Fahrbahn
folgend in Tabelle 3.3 angelehnt an den ANSI IESNA RP 8-00 und die EN 13201 definiert:
Tabelle 3.3: Lage der Messpunkte längs des Bewertungsfeldes für die in den Untersuchungen
angewandten Leuchtenabstände 18 m, 24 m, 30m.
Leuchtenabstand [m]
Messpunktpositionen längs des Bewertungsfeldes [m]
18
0,9
2,7
4,5
6,3
8,1
9,9
11,7
13,5
15,3
17,1
24
1,2
3,6
6,0
8,4
10,8
13,2
15,6
18,0
20,4
22,8
30
1,5
4,5
7,5
10,5
13,5
16,5
19,5
22,5
25,5
28,5
Jede Fahrbahn wird im Fall der Bewertung nach dem Leuchtdichteansatz separat betrachtet, um
zu gewährleisten, dass der Sicherheit eines jeden Verkehrsteilnehmers Rechnung getragen wird.
Ebenso erfolgt die Auswertung der Erkennbarkeiten differenziert nach Fahrspuren. Die
untersuchte Fahrbahn im Bereich des Bewertungsfeldes teilt sich in zwei Fahrspuren gleicher
Breite. Auf diese Weise wird die Auswirkung des Querversatzes berücksichtigt, um den das
Sehobjekt von der Achse der Leuchtenanordnung entfernt ist.
12
Die Gesamtgleichmäßigkeit der S-Klassen ist nicht explizit vorgegeben, kann aber anhand der geforderten
Mindest- und Mittelwerte der horizontalen Beleuchtungsstärke kontrolliert werden [vgl. DIN 2007E, S. 9 f.; vgl. DIN
2007F, S. 33 f.].
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
43
Abbildung 3.2: Bewertungsfeld je Fahrspur [DIN EN 13201-3, S. 22].
3.2.5 BEOBACHTER UND BEOBACHTUNG
Der photopisch adaptierte Beobachter wird ausschließlich durch seine wahrnehmungs-
physiologischen und lichttechnischen Empfängereigenschaften beschrieben. Sein Alter wird,
der sicherheitskritischen Orientierung der Arbeit halber, für die Optimierungen auf 60 Jahre
festgelegt. Dieses Alter liegt somit noch in dem vom Leuchtdichteniveau unabhängigen Bereich
von < 64 Jahren (siehe Abschnitt 2.2.4.7).
Der Beobachter blickt aus der Beobachterhöhe hB unter der Neigung des Beobachtungswinkels
𝜎 auf die Fahrbahn. Damit die r-Tabellen angewendet werden können, gilt hB = 1,5 m
und -0,5° ≤ 𝜎 ≤ -1,5° je nach Distanz des Bewertungspunktes zum Beobachter. Als Empfänger-
position gilt ein Punkt mittig zwischen den Augen des Beobachters. Die Beobachterhöhe wird
in Kapitel 2.1.3 diskutiert.
Die Position des Beobachters befindet sich für die Erkennbarkeitsoptimierung und Bewertung
auf parallelen Verbindungslinien zwischen ihm und dem relevanten Sehobjekt entlang seiner
jeweiligen Fahrtrichtungsfahrbahn. Für die Leuchtdichtebewertung orientieren sich die
Verbindungslinien entsprechend Abbildung 3.2 am jeweiligen Bewertungspunkt.
Anlehnend an Kapitel 2.1.3 werden im Rahmen der Auswertung zwei Arten der Beobachtung
berücksichtigt. Entsprechend der Planung und Bewertung von Leuchtdichteszenen bleibt bei der
als Fixed-Position-Prinzip bezeichneten stationären Beobachtung der Beobachterstandort fest.
Der Standort befindet sich, der Anwendbarkeit der r-Tabellen halber, 60 m vor dem Beginn des
Bewertungsfeldes [DIN 2007D]. Entfernt sich nun das Sehobjekt vom Beobachter, wird der
Sehwinkel des Objektes linear kleiner, was dazu führt, dass auch der Schwellenkontrast für
diese Darbietungen mit der Entfernung steigt (siehe Abschnitt 2.2.4). Beim Fixed-Distance-
Prinzip, welches der dynamischen Beobachtung entspricht, bleibt der Abstand des Beobachters
entsprechend [IESNA 2005] bei fixen 60 m. Der Beobachter wandert also Bewertungspunkt für
Bewertungspunkt mit dem Sehobjekt mit. Hierin liegt der entscheidende Unterschied des Fixed-
Distance-Prinzips: Der Sehwinkel bleibt hier für den Beobachter immer gleich. Die Größe des
Sehobjektes ist in diesem Fall keine sich verändernde Variable innerhalb des Bewertungs-
s
wS
wLwL
x-Achse
y-Achse
Beobachtungsachse
Spur 1
Beobachtungsachse
Spur 0
d = wL/3 d/2
Spur 1
Spur 0
Lichtpunkt 1 Lichtpunkt 2
44
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
prozesses. In der praktischen Anwendung ist diese Methode jedoch sehr aufwendig, da das
Leuchtdichtemessgerät oder die Leuchtdichtekamera für jede Objektposition versetzt werden
muss. Die Optimierung der LVK auf das VL erfolgt zugunsten der Vergleichbarkeit zu
bisherigen Arbeiten ausschließlich unter Berücksichtigung der dynamischen Beobachtung nach
dem Fixed-Distance-Prinzip.
Entsprechend [CIE 1981A; CIE 1981B; IESNA 2005] wird die Darbietungszeit des Objektes für
die Ermittlung des VL mit t = 0,2 s angenommen. Der Faktor zur Berücksichtigung einer
Wahrnehmungswahrscheinlichkeit von 99,9 % wird zu kp = 2,6 festgelegt.
Die in den hier vorgestellten Untersuchungen herangezogenen Laborexperimente zur Erkenn-
barkeit basieren darüber hinaus auf dem Prinzip der fovealen Beobachtung. Alle Werte gelten
also dafür, dass der Beobachter exakt in Richtung des Objektes sieht. Objektpositionen, welche
außerhalb dieses Bereiches liegen, werden in diesen Untersuchungen nicht berücksichtigt
13
.
3.2.6 SEHOBJEKT
Die in den Untersuchungen verwendeten Sehobjekte umfassen die Reflexionsgrade ρo = 6,5 %,
ρo = 10 %, ρo = 20 %, und ρo = 40 %. Entsprechend der Verteilung der kumulativen Häufigkeit
der Detektionswahrscheinlichkeit von Passantenkleidung in Abhängigkeit ihres Reflexions-
grades nach NARISADA [2003, S. D4-52], WALDRAM [1938, S. 178] und SMITH [1938] ergeben
sich nach Abbildung 2.10 in Abschnitt 2.2.4.13 folgende Richtwerte nach Tabelle 3.4:
Tabelle 3.4: Kumulierte Häufigkeit der Wahrscheinlichkeit des Erkennens von Sehobjekten für die
herangezogenen Sehobjektreflexionsgrade nach [SMITH 1938; WALDRAM 1938].
Reflexionsgrad
des Sehobjektes
Kumulierte Wahrscheinlichkeit gerade erkennbarer Sehobjekte unter der Bedingung
|𝑉𝐿| ≥ 1 bei verwendetem Silhouette-Prinzip, kurz Revealing Power RPSihouette
6,5 %
64 %
10 %
73 %
20 %
90 %
40 %
98 %
An dieser Stelle sollen die beiden Begriffe „typisches“ und „kritisches Sehobjekt“ definiert
werden, um die differenzierte Betrachtung der Ergebnisse bezüglich der Erkennbarkeiten,
abhängig vom Reflexionsgrad des Sehobjektes zu stützen. Nach Kapitel 2.2.4.3 weisen über
50 % typischer Fußgängerbekleidung einen Reflexionsgrad von ρo ≤ 20 % auf. Zudem liegt die
kumulierte Wahrscheinlichkeit der Erkennung dieser Objekte nach Tabelle 3.4 bei 90 %, sofern
sie Negativkontraste aufweisen. Das ρo = 20 %-Objekt deckt, nach den Untersuchungen von
Smith und Waldram sowie nach den Untersuchungen von GOLDMANN [1956A; 1956B],
KOSMATKA [2003], NARISADA [2003], einen großen Anteil typischer Personenbekleidung ab
und bietet daher eine angemessene Aussagekraft der Objektdetektion für die Bekleidung von
Fußgängern, so dass es im Folgenden als typisches Sehobjekt hinsichtlich seines Reflexions-
grades bezeichnet wird. Gerade bei Negativkontrasten (Silhouette-Prinzip) ist ein hellgraues
13
Umfangreiche Untersuchungen zum extrafovealen Sehen führten neben PÖPPEL & HARVEY [1973] und JOHNSON ET
AL. [1978] vor allem Adrian in unter anderem [ADRIAN & GIBBONS 1993] durch. Angelehnt an die Bestimmung der
Erkennbarkeit nach ANSI IESNA RP-8-00 untersuchte er die Abhängigkeit von Wahrnehmungsschwellen von der
Größe des Sichtfeldes und bestätigte die Aussagekraft der nach RP-8-00 herangezogenen Methode [ADRIAN &
GIBBONS 1993, S. 739].
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
45
Sehobjekt mit einem Reflexionsgrad von ρo = 40 % nur sehr schwer erkennbar. Es soll daher
bewusst, wie bereits in Kapitel 2.2.4.3 beschrieben, als kritisches Sehobjekt betrachtet werden.
Einen Reflexionsgrad von ρo ≥ 40 % weisen weniger als 20 % der von Goldmann untersuchten
Kleidungsproben auf. Es kann also im Falle des Silhouette-Prinzips für mehr als 80 % der
Fußgängerbekleidungen eine Aussage getroffen werden. Dazu beträgt nach Abbildung 2.10
RPSihouette > 98 %, so dass eine hohe und repräsentative Aussagekraft über die Erkennung bei
Negativkontrasten vorliegt.
3.2.7 KONTRASTPRINZIP DER ERKENNBARKEITSOPTIMIERUNG
Ortsfeste Straßenbeleuchtung kann Negativkontraste und/oder Positivkontraste verursachen.
Findet im Verlauf der Fahrbahn ein Kontrastwechsel statt, zieht das Kontrastverflachungen
sowie eine Kontrastumkehr und dadurch bedingte, sehr schlechte Erkennbarkeiten nach sich. Im
Vorfeld einer Optimierung auf die Erkennbarkeit muss die Entscheidung getroffen werden,
entweder auf positive oder negative Objektkontraste zu optimieren, da sonst das Risiko von
Kontrastumkehrungen und –verflachungen zu groß wäre. Die Optimierung auf Sehobjekt-
Negativkontraste wird als Silhouette-Prinzip bezeichnet. Dagegen findet beim Non-Silhouette-
Prinzip eine Optimierung auf den Positivkontrast statt. Da dunkle Sehobjekte mit Negativ-
kontrast besser zu erkennen sind als helle Sehobjekte mit Positivkontrast [AULHORN 1964;
IESNA 2005] und die Kleidung von Verkehrsteilnehmern vorwiegend Reflexionsgrade kleiner
50 % aufweist (vgl. Kapitel 2.2.4.3), findet in dieser Arbeit die Optimierung auf
Negativkontraste nach dem Silhouette-Prinzip statt.
Um die Adaptationsbedingungen ausreichend zu berücksichtigen, reicht die Betrachtung des
Kontrastes allein nicht aus, so dass die Visibility-Level-Methode für flache Sehobjekte ange-
wandt wird. Abschnitt 2.2.4.3 diskutiert, warum eine Betrachtung dreidimensionaler Sehobjekte
nicht zwingend erforderlich ist und daher vernachlässigt werden kann. Da in den Simulationen
nach Kapitel 5 ausschließlich die Fahrbahn zur Berücksichtigung der adaptationsbestimmenden
Hintergrundleuchtdichte herangezogen wird, soll als Konvention vereinbart werden (siehe
Abbildung 3.3, rechts):
Abbildung 3.3: Links Untergrundleuchtdichte im Falle der Bestimmung des Kantenkontrastes, rechts
adaptationsbestimmende Umfeldleuchtdichte in Form der Fahrbahnleuchtdichte.
Da im Rahmen der Optimierung vier verschiedene Sehobjekte mit einem Reflexionsgrad von
bis zu 40 % berücksichtigt werden, sind bei einer erfolgreichen Optimierung auch gute RP-
Werte gewährleistet.
Lu1
Lu2
Lo1
Lo2
Lo
Lo Lad
𝐿umf=𝐿ad= 𝐿Fahrbahn
(3.4)
46
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
3.3 DEFINITION DER ARBEITSHYPOTHESEN
Aus den Forschungsfragen der vier Untersuchungsfelder nach Unterkapitel 3.1 lassen sich
folgende Arbeitshypothesen H1 zur Prüfung von Umsetzung und Untersuchung der optimierten
Lichtverteilungen zur Bereitstellung guter Erkennbarkeit nach U1 ableiten. Mit ihnen wird
herausgestellt, welcher der herangezogenen und als sinnvoll anwendbar geltenden Optimie-
rungsansätze die beste Erkennbarkeit und somit die höchste Sicherheit bereitstellt.
(H1.a) – Umsetzung der Ziele der ausgewählten Optimierungsmethoden:
Die Ziele einer jeden Optimierungsmethode werden mittels eines innerhalb der Arbeit
entwickelten Optimierungswerkzeuges hinreichend erfüllt.
(H1.b) – Untersuchung der Qualitätskriteriums Gleichmäßigkeit:
Auf die Gesamtgleichmäßigkeit von Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte optimierte
LVK führen nicht zwingend zu guten Erkennbarkeiten.
(H1.c) – Untersuchung der Erkennbarkeit bei homogener Leuchtdichteverteilung und
homogener Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke:
Eine homogene Fahrbahnleuchtdichteverteilung bewirkt bessere Erkennbarkeiten als
eine homogene Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke.
(H1.d) – Untersuchung erkennbarkeitsoptimierter Ausleuchtung nach VL:
Die Optimierung VL-Minima erzielt gleichmäßigere VL-Verläufe als die
gleichmäßigkeitsorientierten Optimierungsmethoden auf Basis der Beleuchtungsstärke
oder Leuchtdichte, da Kontrastverflachungen und -umkehrungen vermieden werden.
(H1.e) – Untersuchung der Erkennbarkeit bei homogener vertikaler Beleuchtungsstärke:
Eine Optimierung auf eine gleichmäßige Verteilung der vertikalen Beleuchtungsstärke
liefert Verläufe insgesamt größerer VL als der leuchtdichtebasierte Ansatz.
Um ein umfassendes Bild über den Einfluss kritischer Variablen der Beleuchtungsszene auf die
Erkennbarkeit zu erhalten, erfolgt die Untersuchung des Einflusses der Beleuchtungsinstallation
und der Beobachtungsform auf die Erkennbarkeit nach U2 anhand der Arbeitshypothesen H2.
(H2.a) – Betrachtung des Einflusses des Sehobjektreflexionsgrades bei der Bestimmung
Erkennbarkeit:
Es gibt einen kritischen Sehobjektreflexionsgrad, ab welchem eine LVK-Optimierung
nach dem Silhouette-Prinzip keine hinreichenden VL bereitstellt.
(H2.b) – Betrachtung des Zusammenhangs von den Straßendeckschichtcharakteristiken
und der Erkennbarkeit, die durch die jeweilige Optimierungsmethode
bereitgestellt wird:
Die Wahl der Straßendeckschicht hat einen nachweisbaren Einfluss auf die durch die
Optimierungsmethoden erzielbaren Erkennbarkeiten.
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
47
(H2.c) – Betrachtung des Einflusses des relativen Mastabstandes auf die Erfüllbarkeit der
Optimierungsziele der untersuchten Optimierungsmethoden:
Es gibt einen kritischen Mastabstand, ab welchem eine Optimierung der LVK keine
hinreichend guten Ergebnisse für qualitativ hochwertige, sichere Straßenbeleuchtung
bereitstellen kann. Dieser kann je nach Optimierungsziel unterschiedlich ausfallen.
(H2.d) – Betrachtung des Einflusses der Beobachtungsart auf die Erkennbarkeit:
Zur Vereinfachung von Erkennbarkeitsbewertungen in der Praxis ist es aufgrund der
geringen Abweichungen bei den VL-Werten ausreichend, das Prinzip des stationären
Beobachters mit bewegtem Objekt anzuwenden.
Die Bearbeitung der Arbeitshypothesen H1 und H2 erfolgt anhand unterschiedlicher Qualitäts-
kennzahlensysteme. Um Schlüsse über deren Aussagekraft und Vergleichbarkeit hinsichtlich
der Erkennbarkeit zu ziehen, werden die Arbeitshypothesen H3 entsprechend des Untersu-
chungsfeldes 3 definiert.
(H3.a) – Untersuchung der Aussagekraft unterschiedlicher Qualitätskennzahlensysteme
zur Bewertung der Erkennbarkeit:
Die Erfassung der Erkennbarkeit von Objekten weist nicht bei allen Kennzahlen-
systemen ausreichend auf Bereiche kritischer Erkennbarkeit hin.
(H3.b) – Untersuchung der Vergleichbarkeit beleuchtungsstärke- und leuchtdichte-
basierter Qualitätskennzahlensysteme gegenüber der direkten Bewertung der
Erkennbarkeit anhand des VL:
Eine Beschreibung der Sichtverhältnisse auf der Fahrbahn anhand der Kombination
aus Gleichmäßigkeit und Mittelwert der Verteilung von Beleuchtungsstärke oder
Leuchtdichte ist kein vollständiger Ersatz für eine direkte Bewertung der
Sichtverhältnisse anhand der Erkennbarkeit von Objekten.
Neben der Sicherheit der Verkehrsteilnehmer stellt ein möglichst niedriger Energiebedarf der
Beleuchtungsanlage entsprechend U1 ein weiteres, nicht zu vernachlässigendes Ziel dar. Die
Analyse des Einsparpotentials durch die Minimierung des Lichtstromes (U4) erfolgt für die
berechneten LVK und Lichtverteilungen anhand der beiden Hypothesen H4.
(H4.a) – Betrachtung des Lichtstrombedarfs bei Erfüllung des primären Optimierungs-
ziels:
Bei vergleichbarer Erkennbarkeit resultiert bei der LVK-Optimierung auf die Leucht-
dichtegleichmäßigkeit ein niedrigerer Lichtstrombedarf als bei einer Optimierung auf
die Gesamtgleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke.
(H4.b) – Vergleichende Betrachtung des Lichtstrombedarfes erkennbarkeitsorientierter
und gleichmäßigkeitsorientierter Optimierungsmethoden:
Wird eine LVK direkt auf die Erkennbarkeit optimiert, können damit Erkennbarkeiten
erreicht werden wie bei homogenen Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichte-
verteilungen, jedoch bei niedrigerem Lichtstrombedarf.
48
UNTERSUCHUNGSMETHODIK
3.4 UMFANG DER OPERATIONALISIERUNG
Die Maßnahmen der einzelnen durchgeführten Untersuchungen, auch als unabhängige
Variablen UV bezeichnet, werden hinsichtlich ihres Merkmales, ihrer Kennzahl und deren
Ausprägungen in Tabelle 3.5 aufgeführt. Die Merkmale Mastabstand, Fahrbahndeckschicht und
Sehobjektreflexionsgrad für die Optimierungen bei dynamischer und stationärer Beobachtung
sind im vollen Umfang in den Abbildungen A.1 und A.2 des Anhangs aufgeführt.
Tabelle 3.5: Angewandte Maßnahmen der Untersuchung.
Optimierungsansätze
Optimierungsziel
operationalisiert
durch AV
realisiert durch
Ausprägung
Sicherheit
∆L, C, VL,
STVL, TI
LVK,
Sehobjekt,
Fahrbahndeck-
schicht
𝑈0,E hor ⇒𝑚𝑎𝑥
𝑈0,E ver ⇒𝑚𝑎𝑥
𝑈0,L ⇒𝑚𝑎𝑥
|𝑉𝐿|i⇒𝑚𝑎𝑥
Energieeffizienz
aufgewendeten
Lichtstrom
Lichtstrom der
LVK
𝛷⇒𝑚𝑖𝑛
Einflussgrößen auf die Lichtverteilungen
Merkmal (UV)
operationalisiert
durch AV
Umfang der Ausprägung
Relativer Mastabstand
Verhältnis
1:3, 1:4, 1:5
Fahrbahndeckschicht
qr; r-Tabellen; q0
(R1; 0,1), (R2; 0,07), (R3; 0,07), (R4; 0,08), (C1; 0,1),
(C2; 0,07)
Sehobjekt
Reflexionsgrad ρo
6,5 %; 10 %; 20 %; 40 %
Beobachtungsart
Beobachtungs-
parameter
Dynamischer Beobachter (fixer Abstand zwischen
Sehobjekt und Beobachter),
stationärer Beobachter (fixe Beobachtungsposition,
Sehobjekt bewegt sich von Beobachter weg)
Beobachterposition
Fahrspur
Den Leuchten zugewandt (Fahrspur 0) oder abgewandt
(Fahrspur 1)
Insgesamt werden 78 Beleuchtungssituationen untersucht, von denen 42 (beschränkt auf R2-
und R3-Deckschicht) die Grundlage des Vergleichs zwischen dynamischer und stationärer
Beobachtung bilden. Der Vergleich der VL-Optimierung erfolgt ebenfalls für diese 42 Installa-
tionen. Eine Übersicht über die Untersuchungsschwerpunkte gibt Tabelle A.3 des Anhangs.
Bei der Erfassung der Sicherheit wird neben der Erkennbarkeit die Kombination aus
Beleuchtungsniveau und Gleichmäßigkeit nach Kapitel 2.2.2 herangezogen, entsprechend dem
aktuellen Stand der Normung [DIN 2007D; BSI 2012; IESNA 2005; CIE 2010A]. Das
Beleuchtungsniveau ist definiert als arithmetischer Mittelwert der jeweiligen lichttechnischen
Kennzahl. Die Gesamt- und Längsgleichmäßigkeit werden nach Kapitel 4.3 berechnet. Das
Gütemerkmal Erkennbarkeit wird anhand der Verläufe von Einzelwerten des VL angelehnt an
[IESNA 2005] bewertet. Hierfür werden als Kennzahlen auch Minima, Mittelwerte und
Mediane berücksichtigt. Als Berechnungsgrundlage wird die VL-Berechnung nach den
Gleichungen (2.26) bis (2.32) nach dem Ansatz von Adrian in ANSI IESNA RP 8-00 nach den
Abschnitten 2.2.4.1 und 2.2.4.11 herangezogen. Diese werden dann mit zusammenfassenden
Qualitätskennzahlen, wie dem Small Target Visibility Level (STVL) nach Kapitel 2.2.4.12 und
UNTERSCUHUNGSMETHODIK
49
dem Threshold Increment (TI) nach Unterpunkt „Quantifizierung der Blendung“ aus Kapitel
2.2.4.1 verglichen. Der Energiebedarf wird anhand des Lichtstromes bewertet, welcher benötigt
wird, um bei optimierter LVK das vorgegebene Beleuchtungsniveau zu erreichen.
Die Erfassung der Wirkungen, also den abhängigen Variablen (AV), erfolgt anhand des
Primärzieles und des Sekundärzieles für das Optimierungskonzept. Die Überführung dieser
Ziele lässt sich wie in Tabelle 3.6 folgt darstellen.
Tabelle 3.6: Den Hauptoptimierungszielen zugeordnete Wirkungen
Übergeordnetes Optimierungsziel
Wirkung
(zugeordnete abhängige Variable)
„Ermögliche eine hohe Sicherheit für die
Verkehrsteilnehmer“
Visibility Level VL bzw. Small
Target Visibility Level STVL
Beleuchtungsniveau 𝐿, 𝐸hor, 𝐸ver
Gesamtgleichmäßigkeit Uo
Längsgleichmäßigkeit Ul
Threshold Increment Faktor TI
„Halte de Energiebedarf des Systems kleinstmöglich“
Lichtstrom bzw. VL
50
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
4
GENERIERUNG OPTIMIERTER
LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
An dieser Stelle wird das Vorgehen zur Optimierung der Lichtstärkeverteilungskörper (LVK)
für die vier ausgewählten Optimierungsmethoden beschrieben. Hierzu wurde im Rahmen dieser
Arbeit das Berechnungsprogramm LiDot entwickelt. Mit diesem können für beliebige Installa-
tionsgeometrien und Fahrbahneigenschaften Optimierungen von LVK durchgeführt werden. Es
berücksichtigt gleichmäßigkeits- und erkennbarkeitsorientierte Planungs- und Bewertungs-
ansätze bei einreihigen Lichtpunktanordnungen.
Große Teile LiDots wurden im Rahmen der Diplomarbeit von STEBLAU [2013] entwickelt. Für
tiefere Einblicke in die Programmstruktur und weitere Informationen zu Funktionen und
Benutzeroberfläche, welche über den Rahmen der hier vorliegenden Arbeit hinausgehen, sei die
entsprechende Arbeit von STEBLAU [2013] empfohlen.
4.1 ANSATZ
Für jede einzelne der untersuchten Beleuchtungsszenen werden individuelle Lichtstärke-
verteilungskörper generiert. Das resultierende individuelle Optimierungsproblem aus dem zu
Beginn in den Unterkapiteln 1.1 und 3.1 beschriebenen Zielkonflikt lässt sich durch eine
Zielfunktion beschreiben, welche nur dann ausgeführt wird, wenn sie die Randbedingung des
konkurrierenden Ziels erfüllt. Da die Sicherheit als das maßgebliche der beiden Optimierungs-
ziele zu sehen ist, wird eine Optimierung auf das Sekundärziel, die Minimierung des
Lichtstroms, nur dann durchgeführt, wenn das Primärziel, die hohe Sicherheit anhand
hochwertiger Beleuchtungsqualität, für die jeweilige Beleuchtungssituation bereits gilt.
Dementsprechend wird für die Optimierung der LVK folgende Verknüpfung eingeführt:
Primärziel „maximale Sicherheit“
Randbedingung,
Sekundärziel „kleinstmöglicher Energiebedarf“
Zielfunktion.
4.2 ZIELFUNKTION
Die Zielfunktion einer Minimierung des Energiebedarfes für eine definierte Beleuchtungs-
aufgabe ist aus lichttechnischer Sicht der LVK-Optimierung mittels einer Minimierung des
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
51
Gesamtlichtstroms 𝛷 einer Leuchte zu erreichen. Bei der Betrachtung des Lichtstromes einer
gesamten Anlage muss entsprechend die Anzahl der Lichtpunkte berücksichtigt werden. Die
Verknüpfung zwischen der Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke Ehor und der
Lichtquelle hängt im Wesentlichen von der Form der normierten LVK und dem Lichtstrom 𝛷
der Lichtquelle ab. Nach der vereinfachten Beschreibung
mit
N = Anzahl der Lichtstrahlen der Lichtquelle,
𝐼i = Lichtstärke des i-ten Lichtstrahls,
𝑑𝛺i = Raumwinkelprojektion, der durch den i-ten Lichtstrahl angestrahlten
Teilfläche:
Dabei sind
Ai = dem Messpunkt zugeordnetes Flächenelement,
yi = Winkel, unter dem der Lichtstrahl auf den Messpunkt trifft und
Ri = Abstand zwischen Lichtquellen und dem Messpunkt.
Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Lichtstrom und Lichtstärke. Eine ungünstige
LVK führt zu einem vermeidbaren Mehraufwand an benötigter Eingangsleistung der Leuchte
zur Erfüllung der Anforderungen an die Ausleuchtung der Fahrbahn. Um eine Beleuchtung mit
minimalem Energiebedarf zu erreichen, ist es somit primär zielführend, den Lichtstrom als
Zielfunktion heranzuziehen. Gleichung (4.1) definiert die von den Lichtstärkewerten linear
abhängige Zielfunktion. Somit eignen sich die Lichtstärkewerte der LVK im Sinne des
Zielkonfliktes als Entscheidungsvariablen. Die Minimierung des Energiebedarfs ist dann erfüllt,
wenn für die Zielfunktion Φ gilt:
4.3 GLEICHMÄßIGKEITSORIENTIERTE OPTIMIERUNGEN
Da die Beleuchtungsklasse für eine Beleuchtungsszene anhand der Verkehrssituation als
vorgegeben betrachtet werden soll und so als vorab definiert gilt, ist das Beleuchtungsniveau
der Anlage bereits im Vorfeld für die Optimierung der LVK festgelegt. Bei sonst gleichen
Beleuchtungsbedingungen folgt nach Kapitel 2.2.2, dass sowohl bei der Optimierung der
Leuchtdichteverteilung auf der Fahrbahn, als auch im Falle der Optimierung der Verteilung der
horizontalen und vertikalen Beleuchtungsstärke, die Maximierung der Gesamtgleichmäßigkeit
Uo maßgeblich für gute Sichtverhältnisse und ein Maß an Sicherheit ist und daher entsprechend
als Optimierungsziel angewendet wird. Die Optimierung auf die Beleuchtungsstärke wird
𝛷=∑𝐼i∙
𝑁
𝑖=1 𝑑𝛺i
(4.1)
dΩi=𝑑𝐴i∙cos𝑦i
𝑅i2Ω0.
(4.2)
𝛷→𝑚𝑖𝑛
(4.3)
52
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
darüber hinaus in die Optimierung nach horizontaler und vertikaler Beleuchtungsstärke (Ehor
und Ever) differenziert. Daher werden folgende Uo-orientierte Randbedingungen eingeführt:
a.
𝑈o,Ehor→𝑚𝑎𝑥
Optimierung der Gesamtgleichmäßigkeit der
horizontalen Beleuchtungsstärke
b.
𝑈o,Ever→𝑚𝑎𝑥
Optimierung des Gesamtgleichmäßigkeit der
vertikalen Beleuchtungsstärke
Äquivalent gilt für die Gesamtgleichmäßigkeit der Leuchtdichte als Randbedingung:
c.
𝑈o,L→𝑚𝑎𝑥
Optimierung der Gesamtgleichmäßigkeit der
Leuchtdichte
Vorteil dieser drei Randbedingungen ist, dass die Maximierung der Gesamtgleichmäßigkeit
unmittelbar eine Annäherung jeweiliger minimaler, mittlerer und maximaler Werte der
entsprechenden lichttechnischen Größe bedingt. Dies führt bei der Festlegung des
Mindestwertes des lokalen Beleuchtungsniveaus zwingend zu einer Minimierung der
Lichtstärken im gesamten Bewertungsfeld und kommt so der sekundären Zielfunktion zugute.
Eine allgemein übliche Beschreibung des Beleuchtungsniveaus über den Mittelwert der
jeweiligen lichttechnischen Größe wird hier nicht angestrebt, da dies zu einem für die
Beleuchtungssituation zu niedrigen Beleuchtungsniveau führen könnte. Bei dieser Methode
besteht die Gefahr, dass Minima unterhalb des vorgegebenen Niveaus erzielt werden. Durch die
Strategie, sich von oben dem Mindestwert zu nähern, wird gewährleistet, dass auch bei nicht
vollkommen gleichmäßiger Beleuchtung der aus der Optimierung resultierende Mittelwert
immer über dem angestrebten Mittelwert nach Vorgabe liegt.
4.3.1 HORIZONTALE BELEUCHTUNGSSTÄRKE
Für die Gesamtgleichmäßigkeit der horizontalen Beleuchtungsstärke gilt nach Formel (2.10) aus
Abschnitt 2.2.2 und Randbedingung a. der Zusammenhang:
𝐸hor,min = kleinste aller lokalen horizontalen Beleuchtungsstärken im
Bewertungsfeld
𝐸hor = mittlere horizontale Beleuchtungsstärke als arithmetischer
Mittelwert aller horizontalen Beleuchtungsstärken im
Bewertungsfeld
Ausgehend vom photometrischen Entfernungsgesetz nach Formel (2.7) kann, sofern die
Geometrie der Beleuchtungsanlage und die Lichtstärke in Richtung eines bestimmten Punktes
bekannt sind, damit die Beleuchtungsstärke am Berechnungspunkt bestimmt werden. Da die
LVK aus der Beleuchtungsstärke berechnet werden soll, muss diese Gleichung entsprechend
nach der Lichtstärke umgeformt werden. Unter Kenntnis der Geometrie kann nun ebenso die
Lichtstärke berechnet werden, die von der Lichtquelle ausgestrahlt werden muss, um eine
gewünschte lokale Beleuchtungsstärke zu erzeugen. Da die Straßenbeleuchtung im Allgemeinen
aber aus einer bestimmten Anordnung von Leuchten, meist einer oder mehrerer Reihen besteht,
𝑈0,Ehor→𝑚𝑎𝑥 ⇔ 𝑈0,Ehor→1
⇒ 𝐸hor→𝐸hor,min |𝐸hor,min=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
(4.4)
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
53
ist anzunehmen, dass auf einen Berechnungspunkt Licht von mehreren Leuchten auftrifft. In
diesem Fall setzt sich die Gesamtbeleuchtungsstärke an diesem Punkt aus den Einzel-
beleuchtungsstärken der beteiligten Lichtquellen zusammen. Für die Berechnung der LVK,
beziehungsweise deren Lichtstärken Ii, ist dies nun insofern problematisch, als dass dadurch
unendlich viele Lösungen für Ii möglich sind. Dieses Problem kann durch geeignete
Nebenbedingungen umgangen werden. Unter dem Aspekt der größten Effizienz liegt es nahe,
den Abstand R zwischen jeweiligem Bewertungspunkt und Lichtquelle sowie den Azimut-
winkel des betrachteten Lichtstrahls 𝛾2 so klein wie möglich zu halten. Das Licht muss also die
kürzest mögliche Entfernung zum Bewertungspunkt zurücklegen und zudem möglichst steil auf
die Bewertungsfläche auftreffen. Es eignet sich daher die Nebenbedingung, dass jeder Bewer-
tungspunkt nur einmal und zwar von der je nächstgelegenen Leuchte beleuchtet wird. Durch
dieses Vorgehen werden zugleich flache Abstrahlwinkel mit den verbundenen Blendeffekten
und unnötig hohe Lichtstärken durch zu große Abstände von Bewertungs- zu Lichtpunkt ver-
mindert. Zur konkreten LVK-Berechnung aus einer vorgegebenen Beleuchtungsstärkeverteilung
wird die beleuchtete Fläche durch eine definierte Anzahl von Berechnungspunkten diskretisiert.
Für jeden Berechnungspunkt wird nun die Lichtstärke berechnet. Aus der Geometrie der
Beleuchtungsanlage nach Abbildung 3.1 auf Seite 39 können die beiden Winkel 𝛾1 und C
berechnet und der Lichtstärke an diesem Punkt zugeordnet werden. Die Zuordnung der
Lichtstärke zu den beiden Winkeln 𝛾1 und C ergibt die gesuchte LVK. Abhängig von der Art
der Diskretisierung kann es erforderlich sein, das Ergebnis auf gleichabständige Winkel zu
inter- bzw. extrapolieren.
4.3.2 VERTIKALE BELEUCHTUNGSSTÄRKE
Analog zum Optimierungsprozess der horizontalen Beleuchtungsstärke wird auch die Optimie-
rung der LVK auf Basis der vertikalen Beleuchtungsstärke durchgeführt. Unter dem Aspekt
einer möglichen Verbesserung des Objektkontrastes und somit der Erkennbarkeit von Objekten
durch die Kombination aus mitstrahlendem und entgegenstrahlendem Licht wird der Ansatz des
kürzesten Lichtweges in dieser Variante als Zielfunktion b. weniger radikal verfolgt als bei der
horizontalen Beleuchtungsstärke. Bei der Optimierung der vertikalen Beleuchtungsstärke darf
ein Punkt auf der Fahrbahn von allen Lichtpunkten beleuchtet werden, um die Gesamtgleich-
mäßigkeit zu verbessern. Dafür ist eine Summation mindestens zweier Lichtstrahlen (dement-
sprechend zweier Leuchten) in einem Punkt notwendig. Die vertikale Beleuchtungsstärke des
Sehobjektes wird dafür jeweils in halber Objekthöhe entgegen der Fahrtrichtung bestimmt und
bewertet. Die Berechnung der Gleichmäßigkeit erfolgt nach Gleichung (2.12) aus Kapitel 2.2.2.
4.3.3 LEUCHTDICHTE
Während die Optimierung der LVK auf eine maximale Gleichmäßigkeit von vertikaler oder
horizontaler Beleuchtungsstärke nur von der Ausstrahlrichtung und der Entfernung zwischen
Lichtquellen und Messpunkt abhängt, muss die Optimierung auf eine maximale Gesamt-
gleichmäßigkeit der Leuchtdichte entsprechend Randbedingung c. nach (2.10) aus Abschnitt
2.2.2 zusätzlich die Reflexion des Lichtes über die Fahrbahn hin zum Beobachter
berücksichtigen. Diese wird maßgeblich von der Charakteristik der Fahrbahndeckschicht und
den Lichteinfallswinkeln der zu berücksichtigenden Lichtquellen beeinflusst.
54
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Mit der geometrischen Beziehung zwischen der Entfernung von Punkt P(xi,yi) zur Lichtquelle R
und Lichtpunkthöhe H nach R = cos 𝛾 / H und der Definition des reduzierten Leuchtdichte-
koeffizienten r = q cos3 𝛾 für die Berücksichtigung der Reflexion an der Fahrbahnoberfläche
lässt sich zur Bestimmung der Lichtstärken des Lichtstärkeverteilungskörpers aus der zu
erzielenden Leuchtdichte L(xi,yi) in diesem i-ten Punkt die erforderliche Lichtstärke 𝐼(𝛾i;𝜑i)
bestimmen:
Die Optimierung der LVK auf die Gesamtgleichmäßigkeit der Leuchtdichte erfolgt mittels eines
Optimierungsalgorithmuses auf Basis des global konvergenten Innere-Punkte-Verfahrens zur
Lösung komplexer linearer Gleichungssysteme [ZHANG 1995] innerhalb der Matlab-Funktion
„linprog“ [MATHWORKS 2015]. Diese erfordert die Umformung der Beschränkungsfunktion in
die lineare Form der Ausgangsgleichung A · x ≤ b jeder Leuchtdichterandbedingung aller N, in
der Beleuchtungsszene vorkommenden Lichtstrahlen:
Im Ansatz der vorliegenden Arbeit erfolgt die Optimierung der Gleichmäßigkeit indirekt.
Grundgedanke der indirekten Herangehensweise ist, dass wenn die minimale Leuchtdichte fest
definiert wird, ein Bereich ∆L = Lmax -Lmin, in welchem die Optimierung der Zielfunktion
durchgeführt wird, kleinst möglich gewählt wird. Ist eine Optimierung für diesen Bereich nicht
möglich, so wird ∆L vergrößert und für den folgenden Optimierungsdurchlauf verwendet. Bei
fest gewähltem Lmin gilt aufgrund der Minimierung der einzelnen Lichtstärken durch die
Zielfunktion 𝛷→ min, dass 𝐿→ Lmin und folglich 𝑈o,L→ min. Sofern nach dieser Prozedur ein
Ergebnis der Optimierung auf die Zielfunktion gefunden wird, geht diese automatisch mit der
bestmöglichen Gesamtgleichmäßigkeit einher. Die resultierenden Einschränkungen je i-tem
Berechnungspunkt entsprechen der Ausgangsform
und
so dass
𝐼(𝛾i;𝜑i)=𝐿(𝑥𝑖,𝑦𝑖)∙ 𝑅2
𝑞(𝛾i;𝛽i)∙cos 𝛾
=𝐿(𝑥,𝑦)∙ 𝐻2
𝑞(𝛾i;𝛽i)∙cos 3 𝛾 =𝐿(𝑥,𝑦)∙ 𝐻2
𝑟(𝛾i;𝛽i)
(4.5)
𝐿p,i=∑𝑟i(𝛾i;𝛽i)∙𝐼i(𝛾i;𝜑i)
𝐻i2
N
i=1
(4.6)
−∑𝑟i(𝛾i;𝛽i)∙𝐼i(𝛾i;𝜑i)
𝐻i2
N
i=1 ≤−𝐿min
(4.7)
∑𝑟i(𝛾i;𝛽i)∙𝐼i(𝛾i;𝜑i)
𝐻i2
N
i=1 ≤𝐿max,
(4.8)
∑𝑟i(𝛾i;𝛽i)∙𝐼i(𝛾i;𝜑i)
𝐻i2
𝑁
i=1 →𝐿min.
(4.9)
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
55
4.4 ERKENNBARKEITSORIENTIERTE OPTIMIERUNG
Die im Kapitel zuvor vorgestellten Uo-orientierten Randbedingungen werden entsprechend der
in Kapitel 3.4 eingeführten Ausprägungen des primären Optimierungsziels durch eine
erkennbarkeitsorientierte Randbedingung ergänzt (Optimierung Erkennbarkeit im Sinne des
VL):
|VL|i → max
Optimierung auf den Verlauf der VL-Einzelwerte
Hier erfolgt keine Maximierung der Gesamtgleichmäßigkeit, sondern eine direkte Optimierung
des VLi-Verlaufes anhand der iterativen Anhebung der jeweils kleinsten VL-Einzelwerte
innerhalb des Bewertungsfeldes je Optimierungsschleife, ähnlich dem Vorgehen innerhalb der
Uo(L)-Optimierung, nach einem Algorithmus des global konvergenten Innere-Punkte-
Optimierungsverfahrens [ZHANG 1995] innerhalb der Matlab-Funktion „linprog“
[MATHWORKS 2015] (siehe Abschnitt 4.3.3). Kann für einen der Messpunkte ein vorgegebenes
Mindest-VL im Rahmen eines Optimierungszyklus nicht erreicht werden, führt dies zum
Abbruch der Optimierungsschleife für diesen Punkt. Der letzte zuvor gültige VLI wird
gespeichert und die Optimierung befasst sich mit dem nächsten Bewertungspunkt. Konnte für
einen anderen (z. B. den nächsten) Bewertungspunkt der VLi verbessert werden, so wird der
bereits als abgebrochen markierte Punkt erneut geprüft und gegebenenfalls nochmals optimiert.
Auf diese Weise können Interaktionseffekte innerhalb der Optimierungen für die verschiedenen
Bewertungspunkte berücksichtigt werden. Die Auflösung des Bewertungsrasters wird dabei
vorgegeben. Wird der zu Beginn der Optimierung vorgegebene Mindest-VL als hartes Kriterium
für einen Abbruch gesetzt, kann dies dazu führen, dass die Optimierung keine Lösung für dieses
Kriterium bereitstellen kann. Die Entwicklung dieser erkennbarkeitsorientierten Optimierung
erfolgt nach der Diplomarbeit von STEBLAU [2013], welche im Rahmen der hier vorgestellten
Arbeit betreut wurde. Sie wird nachfolgend schrittweise erläutert. Weitere Informationen zur
Entwicklung und Implementierung in LiDot sind in STEBLAU [2013] ausführlich beschrieben.
4.4.1 LINEARISIERUNG DER LEUCHTDICHTEUNTERSCHIEDSSCHWELLE
Um das Verfahren der linearen Optimierung anwenden zu können, ist es notwendig, die
insgesamt nicht-lineare Funktion der Leuchtdichteunterschiedsschwelle nach Kapitel 2.2.4.1 für
kleine Intervalle zu linearisieren. Die Wahl der Linearisierungsmethode hängt maßgeblich von
der Krümmung der zu approximierenden Funktion ab. Die konkave Funktion der Leuchtdichte-
unterschiedsschwelle muss zur Minimierung der Linearisierungsabweichungen mit Sekanten
und mittels linearer Regression approximiert werden. Die Definition der Parameter zur Lineari-
sierung ist mit Sorgfalt vorzunehmen, da in den ihr zugrunde liegenden Einzelfunktionen (2.18)
bis (2.23) Unstetigkeiten nach Abbildung 4.1 vorliegen STEBLAU [2013]. Die Grafik zeigt als
Beispiel die Approximation der Unterschiedsschwelle ∆𝐿s eines 60-jährigen Normal-
beobachters als Funktion der adaptationsbestimmenden Umfeldleuchtdichte Lad für die Sehob-
jektwinkel 𝑎 = 4’ und 𝑎 = 11’ in linearer Achsendarstellung für 0,1 cd/m2 ≤ Lad ≤ 3,0 cd/m2. Der
konkave Verlauf der Schwellenwertfunktion lässt sich für das im Rahmen dieser Arbeit
verwendete Sehobjekt mit 𝑎 = 10’ und 𝑎 = 11’ mittels linearer Regression für kleinstmögliche
Approximationsabweichungen realisieren. Die Abweichungen werden in Kapitel 7 diskutiert
und für verwendete Leuchtdichteniveaus in Tabelle 7.1 dargestellt [STEBLAU 2013, S. 35 f.].
56
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Abbildung 4.1: Linearisierung der Unterschiedsschwelle für Lad im Bereich zwischen 0,1 und 3 cd/m2
[Steblau 2013, S. 36].
4.4.2 LINEARE OPTIMIERUNG
Unterkapitel 2.3 stellt Optimierungsverfahren thematisch angrenzender Arbeiten dar. Dabei
wurde auch auf alternative Verfahren eingegangen. Ihre Vor- und Nachteile wurden bezüglich
der Ansprüche an die Optimierung bereits dargelegt. Aufgrund der späteren Praxistauglichkeit
ist eine entscheidende Anforderung an das Optimierungsverfahren, exakt zu wissen, dass ein
Optimierungsergebnis eine bestmögliche bis „nahezu“ ideale LVK für die vorgegebene
Situation bereitstellt. Im Gegensatz zur Optimierung durch Evolutionsalgorithmen oder der
nicht-linearen Optimierung findet die lineare Optimierung im Falle einer Lösung immer ein
globales Extremum innerhalb des definierten Suchraumes. Dies stellt sicher, dass es keine
andere LVK geben kann, die wesentlich bessere Ergebnisse liefert. Nach der Linearisierung der
Leuchtdichteunterschiedsschwelle ist es nun möglich, das Verfahren der linearen Optimierung
anzuwenden. Ausführliche Erläuterungen zu dem für die Untersuchungen entwickelten
Optimierungswerkzeug LiDot finden sich in der im Rahmen dieser Arbeit betreuten
Diplomarbeit von STEBLAU [2013, S. 38 f.].
4.4.3 INTEGRATION DER VISIBILITY LEVEL OPTIMIERUNG
Entsprechend STEBLAU [2013, S. 41-44] ist nach Formel (2.65) aus Abschnitt 2.2.4.11 immer
für jede einzelne Restriktionszeile der Restriktionsmatrix die VL-Restriktion definiert als
entsprechend der linearen Ausgangsform der Optimierung
Für das als vollkommen mit dem Leuchtdichtekoeffizienten q diffus reflektierend
angenommene Sehobjekt gilt nach Gleichung (4.5) aus Kapitel 4.3.3 für die Leuchtdichte des
Sehobjektes mit Lo = q · Eo und 𝜌 = q · 𝜋 · Ω0:
𝑉𝐿≤∆𝐿
∆𝐿th,
(4.10)
𝑉𝐿∙∆𝐿th−∆𝐿≤0.
(4.11)
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
57
N = Anzahl der Lichtstrahlen der Lichtquelle
No = Anzahl der Lichtstrahlen, die auf das Sehobjekt treffen
Ri = Abstand des i-ten Messpunktes von der Lichtquelle
𝜌o = Reflexionsgrad (des Objektes)
Ii = Lichtstärke des i-ten betrachteten Lichtstrahles 𝐼i(𝛾i;𝜑i)
Der Übersichtlichkeit halber wird
eingeführt, so dass
Dementsprechend wird unter den Annahmen zu Gleichung (4.5) aus Kapitel 4.3.3 diese
umgeformt zu:
Nu = Anzahl der Strahlen, die die Leuchtdichte des Umfelds beeinflussen
𝐻 = Lichtpunkthöhe
Auch hier kann vereinfacht formuliert werden:
und
Daraus folgt
Unter Verwendung der in Kapitel 4.4.1 eingeführten Linearisierung kann für die Leuchtdichte-
unterschiedsschwelle angenommen werden:
∆𝐿th,0 = Ordinatenschnitt der linearisierten Funktion ∆𝐿th für Lad = 0 cd/m2
𝐿o=1
𝑁o∑𝜌o|sin𝛾o,icos𝛽o,i|
𝜋𝐻i2
N
i=1 𝐼i
(4.12)
𝐾o,i=𝜌|sin𝛾icos𝛽i|
𝑁o𝜋𝐻i2
(4.13)
𝐿o=∑𝐾o,i
N
i=1 ∙𝐼i.
(4.14)
𝐿u=1
𝑁u∑𝑟i(𝛾i;𝛽i)
𝐻2
N
i=1 𝐼i
(4.15)
𝐾u,i=𝑟i(𝛾i;𝛽i)
𝑁u𝐻2
(4.16)
𝐿u=∑𝐾u,i
N
i=1 ∙𝐼i.
(4.17)
∆𝐿=∑𝐾o,i
N
i=1 ∙𝐼i−∑𝐾u,i
N
i=1 ∙𝐼i=∑(𝐾o,i−𝐾u,i)
N
i=1 ∙𝐼i.
(4.18)
∆𝐿th=∆𝐿th,0+𝑎∙𝐿ad
(4.19)
58
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
𝑎 = Steigung der linearisierten Funktion ∆𝐿th
Die mittlere Leuchtdichte wird zusammengefasst in der Form
Ebenso lässt sich die Schleierleuchtdichte aus der Blendbeleuchtungsstärke EBl am
Beobachterauge herleiten. Für EBl gilt nach den geometrischen Beziehungen aus Abbildung 2.9
auf Seite24:
IBl = blendungsverursachende Lichtstärke
𝜃 = Winkel zwischen beobachtetem Sehobjekt und blendender Störquelle in
Grad
RBl = Abstand zwischen Beobachter und Blendquelle
Da die vertikale Ebene zur Bestimmung von EBl von der zur Berechnung der Ehor, Ever und L
innerhalb des Bewertungsfeldes abweicht, muss eine Interpolation mittels inverser Distanz-
gewichtung bei der Projektion der für das Bewertungsfeld betrachteten Lichtstrahlen Ii und der
blendungsverursachenden Lichtstärken IBl vorgenommen werden. Abbildung 4.2 zeigt die
zugrunde liegenden geometrischen Beziehungen. Eine ausführliche Beschreibung findet sich in
der Arbeit von STEBLAU [2013, S. 32 ff.].
Abbildung 4.2: Geometrie zur Interpolation der blendungsrelevanten Lichtstärke [STEBLAU 2013, S. 34].
Die interpolierte Lichtstärke, welche die Blendbeleuchtungsstärke hervorruft, wird aus den
Lichtstärkestrahlen der Beleuchtungsszenen mit Gleichung (4.21) wie folgt ermittelt [vgl.
STEBLAU 2013, S. 34, S. 43 f.]:
𝐿=1
𝑁∑𝑟i(𝛾i;𝛽i)
𝐻2
N
i=1 𝐼i=∑𝐾i
N
i=1 ∙𝐼i.
(4.20)
𝐸Bl=cos𝜃
𝑅Bl
2∙𝐼Bl=𝐾EBl∙𝐼Bl
(4.21)
𝐼Bl =∑1
𝑑ip
N
i=1 ∙𝐼i
∑1
𝑑ip
N
i=1 =∑1
𝑑ip
N
i=1 ∙𝐼i
𝑆
(4.22)
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
59
IBl = Interpolierte blendungsrelevante Lichtstärke nach Abbildung 4.2
Ii = der i-te bekannte Lichtstärkewert nach Abbildung 4.2
di = der Abstand des i-ten bekannten Wertes zum Interpolierten
p = Exponent zur Distanzwichtung
Die äquivalente Schleierleuchtdichte Ls,äq kann nun durch Einsetzen von (4.22) und (4.21) in
Gleichung (2.51) bestimmt werden:
mit
k = Alterskennzahl,
so dass aus Gleichung (4.20) und (4.23) schließlich die Adaptationsleuchtdichte
und die Leuchtdichteunterschiedsschwelle
für die VL-Randbedingung mit der Begrenzung XVL
zu
bestimmt werden kann.
4.5 DIFFERENZIERTE BEGRENZUNG DER SCHWELLENWERTERHÖHUNG
Zur Begrenzung der Blendung wird sowohl bei der Leuchtdichteoptimierung als auch bei der
Visibility-Level-Optimierung eine Restriktion der Schwellenwerterhöhung in den eigentlichen
Optimierungsvorgang implementiert. Diese wird für die VL-Optimierung in Abschnitt 4.4.3
beschrieben. Als Restriktion der Begrenzung der Schwellenwerterhöhung TI für die
Leuchtdichteoptimierung wird nach Formel (2.53) in 2.2.4.1 durch Umformung in die lineare
Form 𝐴∙𝑥≤𝑏 definiert:
𝐿s,äq=𝑘∙𝐾EBl
𝑆∑𝐼𝑖
𝑅i2
N
i=1 =∑𝐾Bl,i
N
i=1 ∙𝐼i
(4.23)
𝐿ad=∑𝐾i
N
i=1 ∙𝐼i+∑𝐾Bl,i
N
i=1 ∙𝐼i=∑(𝐾i
N
i=1 +𝐾Bl,i)∙𝐼i
(4.24)
∆𝐿s=∆𝐿s,0+𝑎∙∑(𝐾i
N
i=1 +𝐾Bl,i)∙𝐼i
(4.25)
∑(𝐾o,i−𝐾u,i)
N
i=1 ∙𝐼i−𝑉𝐿∙𝑎∙∑(𝐾i
N
i=1 +𝐾Bl,i)∙𝐼i≥𝑉𝐿∙∆𝐿s,0
(4.26)
∑[𝑉𝐿∙𝑎∙(𝐾i+𝐾Bl,i)+𝐾u,i−𝐾o,i]∙𝐼i
N
i=1 ≤−𝑉𝐿∙∆𝐿s,0
(4.27)
∑𝐾VL,i∙𝐼i
N
i=1 ≤𝑋VL
(4.28)
60
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
∆𝐿Bl = Schwellenwert bei einer Adaptationsleuchtdichte ∆𝐿ad,Bl=𝐿,
∆𝐿oB = Schwellenwert bei einer Adaptationsleuchtdichte
∆𝐿ad,Bl=𝐿+𝐿S.
4.6 SYSTEMIMPLEMENTIERUNG
Die Systemimplementierung der vorgestellten Optimierungen in die Programmumgebung LiDot
zeigt das zugehörige Flussdiagramm (Abbildung 4.3). Das Ergebnis des Vorgangs ist ein
Lichtstärkeverteilungskörper, der unter der gewählten Optimierungsart und den lichttechnischen
sowie geometrischen Rahmenbedingungen die bestmöglichen Sichtverhältnisse entsprechend
dem jeweiligen Optimierungsziel bereitstellt. Der strukturelle Aufbau von LiDot und eine
ausführliche Klassen- und Programmstruktur sind in [STEBLAU 2013, S. 46-52] angeführt.
Abbildung 4.3: Schematisches Flussdiagramm des LiDot Frameworks nach STEBLAU [2013, S. 48].
(1−∆𝐿Bl
∆𝐿oB)≤−𝑇𝐼
(4.29)
∆𝐿oB(1+𝑇𝐼)−∆𝐿Bl≤0
(4.30)
G
ENERIERUNG OPTIMIERTER
L
ICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
61
Für jede zu untersuchende Beleuchtungsinstallation wird eine virtuelle Beleuchtungsszene
generiert. Die Umsetzung erfolgt mittels der Raytracing-Software Radiance [FULLER &
MCNEIL 2013] in Matlab®, Version 2010b [THE MATHWORKS INC. 2014]. Voruntersuchungen
im Rahmen der Arbeit [BREMER 2012; LE 2012; YAHYAOUI 2012; FRANKE 2012] zeigten, dass
sich Radiance sowohl hinsichtlich der Flexibilität der Anwendung wie auch der Präzision der
Raytracingergebnisse besser eignet als andere Lichtplanungsprogramme wie DIALux oder
Relux. In der Kombination aus Matlab® und Radiance übernimmt Matlab® die Konfiguration
der Szenen für die Radiance Simulation, ebenso wie die Berechnung und Auswertung der
lichttechnischen Gütekennzahlen. Radiance konfektioniert die Beleuchtungsszene und führt das
eigentliche Raytracing durch. Abbildung 4.4 gibt eine Übersicht über die Prozesse und
Interaktionen der Software. Die entsprechenden Frameworks erfolgten in den Arbeiten FRANKE
[2012] und YAYHAOUI [2012].
Abbildung 4.4: Simulationsprozesse und Verknüpfung von Radiance und Matlab [Y
AHYAOUI
2012].
Die für die Erstellung einer Beleuchtungsszene benötigten Eingangsparameter werden entweder
direkt in Matlab® oder mittels eines Matlab® Nutzerinterfaces (GUI14) eingegeben. Die den
Leuchten der Szene zuzuordnenden LVK-Daten werden auf Basis des „.ies“-Formates
importiert und mittels des Konvertierungsprogrammes „ies2rad“ in Rad-Dateien umgewandelt.
Das Programm erstellt daraufhin eine Szenenbeschreibung für Radiance. Die
Beleuchtungsszene geht grundsätzlich von einem geraden Straßenverlauf ohne Kreuzungen
oder Einmündungen aus. Zwar sind die Straßenprofile „Allgemeiner Verkehrsweg“, „Straße
ohne Mittelstreifen“ sowie „Straße mit Mittelstreifen“ entsprechend der Visualisierung in
Abbildung 4.5 hinterlegt, sollen im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht gesondert betrachtet
werden. Die auf diese Weise erzeugten virtuellen Straßenbeleuchtungsszenen werden mit oder
ohne Sehobjekt in Form eines virtuellen Leuchtdichtebildes (Abbildung 4.6, links) ausgegeben.
14 GUI: Graphical User Interface, grafische Benutzeroberfläche.
Radiance
Ausgabe
GUI
Straße
kofigurieren
Beleuchtung
konfigurieren
Berechnung
Filterung
Messparameter
Simulation
Auswahl
Messwerte
Messung und
Entwicklungs-
skript Messkord-
inaten
Szenen-
Beschreibung
.rad
Szene
kompilieren
Rpict Rtrace
Datentexte Unix-Shell Pvalue
Rcalc
Ausgabe
Ausgabe
62
GENERIERUNG OPTIMIERTER LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Abbildung 4.5: Allgemeiner Verkehrsweg (A), Straße ohne Mittelstreifen (B), Straße mit Mittelstreifen
(C) [YAHYAOUI 2012].
Abbildung 4.6: Vergleich von simuliertem (links) und realem Leuchtdichtebild (rechts) anhand einer in
der Simulation nachgestellten realen Beleuchtungsszene.
Die Auswertung eines mit Radiance erzeugten Leuchtdichtebildes erfolgt, zur Wahrung der
Vergleichbarkeit zu anderen Arbeiten, angelehnt an die Bewertungsmethoden für ortsfeste
Straßenbeleuchtung der DIN EN 13201 und dem ANSI / IESNA Standard RP-8-00. Diese
beinhalten die Erfassung der horizontalen Beleuchtungsstärken und Leuchtdichten im Messfeld
nach Kapitel 3.2 sowie deren beider Gesamt- und Längsgleichmäßigkeiten. Die Auflösung des
Messrasters orientiert sich dabei wahlweise an den Vorgaben zum Messraster nach [IESNA
2005; DIN 2007D; CIE 2010A] oder hochauflösend (mit entsprechend höherer Berechnungszeit).
Obwohl die optimierten LVK von einer Symmetrie längs der Fahrbahn ausgehen, blickt der
Beobachter bei der Leuchtdichtebewertung immer aus der Fahrtrichtung auf das Messfeld. Die
Gütekennzahlen zur Bewertung der Beleuchtung werden aus den Verteilungen und den
generierten Leuchtdichtebildern ermittelt und in einzelnen Datensätzen weiterverarbeitet.
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
63
5
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH
OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Entsprechend den Ausprägungen der unabhängigen Variablen nach Kapitel 3.4 wurden 54
Beleuchtungsinstallationen für die Optimierung auf eine maximal mögliche Gesamtgleich-
mäßigkeit der horizontalen und vertikalen Beleuchtungsstärke sowie der Leuchtdichte
untersucht. Die Parametervariation umfasst jeweils drei Ausprägungen des relativen Mastab-
standes bei je sechs unterschiedlichen Fahrbahndeckschichten (C1, C2, R1, R2, R3, R4).
Die Bewertung der Erkennbarkeiten erfolgte nach der in Abschnitt 2.1.3 definierten stationären
Beobachtung. Für die in der Praxis häufig vorkommenden Fahrbahndeckschichten R2 und R3
wurde zusätzlich die dynamische Beobachtung herangezogen. Vorversuche dieser Arbeit
[LU 2013; BREMER 2012; LE 2012] zeigten, dass die |VL|i-Verläufe unter anderem aufgrund der
Verringerung des Sehobjekt-Sehwinkels mit zunehmender Objektentfernung unter stationärer
Beobachtung niedriger ausfallen als unter dynamischer Beobachtung. Beide Beobachtungs-
formen werden detailliert in Kapitel 2.1.3 beschrieben.
Die direkte Optimierung der Lichtstärkeverteilungskörper auf die Visibility-Level-Verläufe
wurde ebenfalls explizit für die Deckschichten R2 und R3 bei stationärer Beobachtung durchge-
führt. Die Bewertung der resultierenden sechs Beleuchtungsinstallationen erfolgte als Vergleich
von stationärer und dynamischer Beobachtungsform für alle vier Optimierungsansätze.
5.1 KONVENTIONEN
Der Übersicht und Verständlichkeit halber ist in den folgenden Kapiteln, die sich mit der
Auswertung der Erkennbarkeiten befassen, streng zu unterscheiden nach:
1. Positive und negative VL-Werte: VL-Werte können negative (Negativkontrast) oder
positive (Positivkontrast) Werte annehmen. Dies hat jedoch nichts mit der Qualität der
Erkennbarkeit zu tun. Nimmt ein negativer Wert zu, nähert er sich dem Nulldurchgang
und führt somit zu einem schlechteren VL. Nimmt ein positiver Wert zu, verbessert sich
dementsprechend das Visibility Level. „Vergrößern“ und „verkleinern“ bezieht sich im
Kontext dieser Arbeit also nur auf die Lage des VL-Wertes, nicht aber auf die Qualität
des Visibility Level.
2. Bessere und schlechtere VL-Werte: Die Qualität der VL lässt sich somit viel eher über
den Betrag des jeweiligen VL-Wertes kennzeichnen. Je größer der Betrag, desto besser
die Erkennbarkeit anhand des Visibility Level.
64
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Wird also im Folgenden über „positiv (oder auch höher)“ und „negativ (oder auch niedriger)“
argumentiert, wird Bezug auf den mathematischen Wert genommen. Geht es um „gut“ und
„schlecht“, bezieht sich die Aussage auf die Qualität des VL, außer es wird eindeutig über |VL|
argumentiert. Die Kontrastpolarität wird durch den Kontrastpolaritätsfaktor FCP berücksichtigt.
Als kritische VL-Werte werden in Anlehnung an die Kapitel 2.2.4.11 und 2.3 Werte bezeichnet,
die in dem Bereich |𝑉𝐿| < 1 liegen. In diesem Bereich wird nach aktuellem Stand der Forschung
davon ausgegangen, dass einfache Sehobjekte nicht erkannt werden.
Die Verteilung der VL-Werte wird zu Zwecken der Übersichtlichkeit sowohl als Verlauf, als
auch als Boxplot-Darstellung visualisiert. Die Abbildungen in diesem Kapitel dienen als
repräsentative Beispiele und sind lediglich ein Auszug der Gesamtergebnisse. Die vollständige
Auflistung aller Ergebnisgrafiken und Übersichtstabellen sind dem Anhang A.5 zu entnehmen.
5.2 GLEICHMÄßIGKEITSORIENTIERTE OPTIMIERUNGEN
5.2.1 REALISIERTE LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Die folgenden Tabellen geben eine Übersicht über die für die Untersuchungen des Kriteriums
Maximierung der Gleichmäßigkeit berechneten Lichtstärkeverteilungskörper. Der blaue
Volumenschnitt repräsentiert die C0-C180-Ebene der LVK, der rote Schnitt die C90-C270-
Ebene. Das Koordinatensystem ist in ein 30°-Schritte unterteilt. Alle Verteilungen sind entlang
der C0-C180-Ebene symmetrisch. Die Darstellung der LVK ist der Übersichtlichkeit halber
zueinander relativ und nicht auf gleiche Skalierung normiert.
Da die Eigenschaften der Deckschicht für eine gleichmäßige Verteilung der Beleuchtungsstärke
nicht relevant sind, entspricht hier die Anzahl der LVK dem Variationsumfang des relativen
Mastabstandes Srel. Abbildung 5.1 zeigt die LVK der Uo(Ehor)- Optimierung, Abbildung 5.2 die
der Uo(Ever)-Optimierung. Maßgeblich für diese LVK-Typen sind die Winkel- und Entfernungs-
beziehungen zwischen Lichtquelle und Messfläche.
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Alle
Fahrbahndeckschichten
Abbildung 5.1: LVK für gleichmäßige Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke bei relativem
Mastabstand Srel, Uo,Ehor= 1,00, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene, roter Schnitt
C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
Die verglichen zu den Uo(Ehor)-LVK flacheren Hauptabstrahlwinkel der Uo(Ever)-LVK resultie-
ren aus der Konvention, dass die Reichweite der Uo(Ehor)-LVK auf den halben Mastabstand
begrenzt ist. Die Berechnung der Uo(L)-optimierten LVK erfolgt entsprechend der Charakte-
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
65
ristik der Fahrbahndeckschicht. Abbildung 5.3 führt daher die Uo(L)-LVK für die C-Tabellen,
Abbildung 5.4 die für die R-Tabellen zu den untersuchten relativen Mastabständen Srel auf. Der
Einfluss der Interpolation von Werten der C- und R-Tabellen wird im Rahmen der Unsicher-
heitsbetrachtung in Kapitel 7.1 diskutiert. Im Gegensatz zu den flachen Hauptausstrahl-
richtungen der Uo(E)-LVK, weisen die Uo(L)-LVK mit steigender Spekularität der Deckschicht
verstärkt Komponenten steiler Abstrahlwinkel auf, die LVK werden „bauchiger“. Der Vergleich
von Abbildung 5.1 mit den Abbildungen 5.2 bis 5.4 zeigt, dass die Begrenzung des 𝛾-Winkels
für die Uo(Ehor)-Optimierung restriktiver gegen flache Abstrahlwinkel greift als die TI-
Begrenzung bei den Uo(L)-LVK.
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Alle
Fahrbahndeckschichten
Abbildung 5.2: LVK für gleichmäßige Verteilung der vertikalen Beleuchtungsstärke, Uo,Ever= 1,00, blauer
Volumenschnitt C0-C180-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
C1
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,74
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,82
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,87
C2
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,83
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,71
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,68
Abbildung 5.3: LVK der Optimierung auf uniforme Leuchtdichteverteilung, blauer Volumenschnitt C0-
C180-Ebene, roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung,
erster Teil.
66
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Aufgrund der Begrenzung der Schwellenwerterhöhung TI für die Leuchtdichteoptimierung
lassen sich nur LVK bestmöglicher Gesamtgleichmäßigkeit „Uo,L realisiert“ erreichen.
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
R1
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,81
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,87
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,92
R2
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,86
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,79
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,75
R3
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,82
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,74
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,65
R4
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,77
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,70
Uo,L gefordert: 1,00
Uo,L realisiert: 0,62
Abbildung 5.4: Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper für die Optimierung auf eine uniforme Leucht-
dichteverteilung bei relativem Mastabstand Srel, geforderte und erzielte Gesamtgleich-
mäßigkeiten, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene, roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in
30°-Schritten, relative Darstellung, zweiter Teil.
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
67
5.2.2 RESULTIERENDE LICHTVERTEILUNGEN AUF DER FAHRBAHN
Die folgenden Beleuchtungsniveaus und Gleichmäßigkeiten resultieren aus der Anwendung der
in Abschnitt 5.3.1 vorgestellten LVK. Abbildung 5.5 führt die erzielten mittleren Leuchtdichten
und mittleren horizontalen Beleuchtungsstärken der drei gleichmäßigkeitsorientierten Optimie-
rungen auf.
Resultierende ܮ
ത [cd/m2]
Resultierende ܧ
ഥ݄݋ݎ [lx]
Optimierung auf Uo,(Ehor)
Optimierung auf Uo(Ever)
Otpimierung auf Uo(L)
Abbildung 5.5: Erzielte mittlere Leuchtdichten und Beleuchtungsstärkeniveaus.
Nach Tabelle 3.2 auf Seite 42 ist als angestrebtes Mindestbeleuchtungsniveau der horizontalen
Beleuchtungsstärke 10 lx definiert. Für die Optimierung auf Uo(L) sind 0,75 cd/m2 vorgegeben.
Die erzielten Werte nach Abbildung 5.5 zeigen, dass die Leuchtdichteoptimierung die Vorgaben
nicht so exakt erfüllen kann wie die Uo(Ehor)-Optimierung. Weiter ist ersichtlich, dass die Uo(L)-
Optimierung ebenso wenig die Mindestanforderung an das Beleuchtungsstärkeniveau nach
Tabelle 3.2 erfüllt wie Uo(Ehor)-Optimierung das Mindestleuchtdichteniveau. Erfüllt also eine
auf Leuchtdichte optimierte Beleuchtungsinstallation ihre Anforderungen an das Beleuch-
tungsniveau, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass sie die Anforderungen an das Niveau der
äquivalenten Beleuchtungsstärkeklasse erfüllt und umgekehrt. Abbildung 5.6 zeigt die erzielten
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
R1 R2 R3 R4 C1 C2
18 m, Fahrbahn 24 m, Fahrbahn 30 m, Fahrbahn
68
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Gesamtgleichmäßigkeiten von Leuchtdichte und horizontaler Beleuchtungsstärke. Deutlich
erkennbar ist, dass die jeweilige Bewertung hier die besten Ergebnisse für das ihr selbst
zugrunde liegende Optimierungsverfahren erzielt.
Resultierende Leuchtdichtegesamt-
gleichmäßigkeit Uo,L
Resultierende Gesamtgleichmäßigkeit der
horizontalen Beleuchtungsstärke Uo,Ehor
Uo,(Ehor)-Optimierung
Uo(Ever)-Optimierung
Uo(L)-Otpimierung
Abbildung 5.6: Erzielte Gesamtgleichmäßigkeiten der drei gleichmäßigkeitsorientierten Optimierungen.
Bei den Gesamtgleichmäßigkeiten zeigt sich, dass eine auf Leuchtdichte optimierte Beleuch-
tungsinstallation die Anforderungen an das Uo der äquivalenten Beleuchtungsstärkeklasse nicht
zwangsläufig erfüllt, wenn sie ihre eigenen Mindestanforderungen an eine Gesamtgleichmäßig-
keit von 0,4 weit übertrifft und umgekehrt.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
R1 R2 R3 R4 C1 C2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
R1 R2 R3 R4 C1 C2
18 m, Fahrspur 0 18 m, Fahrspur 1 24 m, Fahrspur 0
24 m, Fahrspur 1 30 m, Fahrspur 0 30 m, Fahrspur 1
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
69
5.2.3 RESULTIERENDE ERKENNBARKEITEN, STATIONÄRE BEOBACHTUNG
5.2.3.1 EINFLUSS SEHOBJEKTREFLEXIONSGRAD
Abbildung 5.7 zeigt die in den Simulationen erzielten typischen VL-Verläufe bei vollkommen
gleichmäßiger Verteilung von Ehor. In allen untersuchten Beleuchtungsszenen teilt sich der VL-
Verlauf der Uo(Ehor)-Optimierung charakteristisch zur Hälfte längs des Bewertungsfeldes. Die
VL-Werte der dem ersten Lichtpunkt 1 zugewandten Hälfte hängen stark vom Reflexionsgrad
des Sehobjektes ab. Der weitere VL-Verlauf in der Lichtpunkt 2 zugewandten Hälfte ist mit
|VL|i > 4,7 dagegen kaum anfällig für eine Änderung des Sehobjektreflexionsgrades.
Abbildung 5.7: Typischer VL-Verlauf bei gleichmäßiger Ehor. Mastabstand 24 m, Lichtpunkthöhe 6 m,
R3, stationärer Beobachter, den Leuchten zugewandte Fahrspur 1 und abgewandte
Fahrspur 0, links VL-Verlauf entlang des Messfeldes. Die Entfernung des jeweiligen
Messpunktes bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes auf Höhe der dem Beobachter
nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt markiert der Bereich VL  1. Rechts
Boxplots der links angeführten VL-Verläufe, Box der zwei inneren Quartile, Minimum,
Maximum, Median (schwarzer Balken) und Mittelwert (weißer Punkt).
Dagegen nimmt die Schwankung der VL-Werte der ersten Hälfte mit steigendem Reflexions-
grad stark zu und strebt zu höheren VL, während die übrigen konstant negativ bleiben. Bereits
bei einem Reflexionsgrad ab 10 % führt dies bei der Uo (Ehor)-Optimierung zu einer Kontrast-
umkehr. Ein gewünschter Verlauf, in welchem das Visibility Level nicht unter ȁܸܮȁ = 1 sinkt,
wird bei keinem der berücksichtigten Reflexionsgrade erzielt. Die starke Schwankung der VL-
Werte verursacht bei ߩ୭ = 40 % VL-Bereiche zwischen < -6 und > 21. Der Median schwankt
mit ∆VLmed, Ehor(6,5 %; 40 %; S0) = 1,91 bis ∆VLmed, Ehor(6,5 %; 40 %; S1) = 0,71, unabhängig von
der Fahrspur kaum. Der Mittelwert variiert von οܸܮ
ത
ത
ത
ത
୉୦୭୰൫͸ǡͷΨǢͶͲΨǢܵ
଴൯ൌ ͸ǡʹͶ bis
οܸܮ
ത
ത
ത
ത
୉୦୭୰൫͸ǡͷΨǢͶͲΨǢܵ
ଵ൯ൌ ͸ǡ͵͵. Dieser Effekt resultiert aus dem Prinzip der Fahrbahnaus-
leuchtung der Uo (Ehor)-Optimierung. Eine Übersicht findet sich in Anhang A.5.1.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
70
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Entsprechend Abbildung 5.8 beleuchtet jede Leuchte aus Gründen der Blendungsbegrenzung
und der Lichtstromminimierung nur die ihr nähergelegene Hälfte des Bewertungsfeldes. Dies
führt dazu, dass die Sehobjekte in der ersten Hälfte eher beleuchtet und in der zweiten haupt-
sächlich hinterleuchtet werden. Da die Leuchtdichte des Sehobjektes bei der Hinterleuchtung
weitgehend unabhängig von dessen Reflexionsgrad ist, bleiben die VL-Werte hier nahezu
unverändert15. Weniger streuende VL-Werte lassen sich mit der Optimierung auf eine homogene
Verteilung von Ever erzielen. Abbildung 5.9 zeigt den charakteristischen Verlauf der VL-Werte
bei einer U
o(Ever)-Optimierung. Die für die Uo(Ehor)-Optimierung charakteristischen Schwan-
kungen finden sich hier nicht wieder.
Abbildung 5.8: Ausleuchtung der Fahrbahn bei Uo(Ehor)-Optimierung. Konzeptbedingtes Mitstrahlprinzip
in der ersten Hälfte und Gegenstrahlprinzip in der zweiten Hälfte des Bewertungsfeldes.
Abbildung 5.9: Typischer VL-Verlauf Ever-optimierter Lichtverteilungen. Beispielsituation: Mastabstand
24 m, Masthöhe 6 m, Deckschicht R3, stationärer Beobachter, links VL-Verlauf entlang
des Messfeldes. Die Entfernung des jeweiligen Messpunktes bezieht sich auf den Beginn
des Messfeldes auf Höhe der dem Beobachter nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestri-
chelt markiert der Bereich VL1. Rechts Boxplots der links angeführten VL-Verläufe,
Box der zwei inneren Quartile, Minimum, Maximum, Median (schwarzer Balken) und
Mittelwert (weißer Punkt).
15 Es sei an dieser Stelle jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Arbeit keine Rückwärts-
reflexionen durch die Fahrbahn bei Objekthinterleuchtung berücksichtigt sind. Diese können nach [ADRIAN &
GIBBONS 1993; ADRIAN ET AL. 1993] einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Erkennbarkeit von Objekten
haben. Ausführliche Beschreibungen dieses Einflusses liegen jedoch zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht vor.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
71
Auch hier nehmen die Verläufe auf beiden Fahrspuren mit steigendem Sehobjektreflexionsgrad
zu, auf der den Leuchten abgewandten Fahrspur S0 stärker als auf der zugewandten S1:
οܸܮ୫ୣୢǡ୉୴ୣ୰൫͸ǡͷΨǢͶͲΨǢܵ
଴൯ൌ ͺǡʹͻ zu οܸܮ୫ୣୢǡ୉୴ୣ୰൫͸ǡͷΨǢͶͲΨǢܵ
ଵ൯ൌ ͸ǡͻͳ sowie
οܸܮ
ത
ത
ത
ത
୉୴ୣ୰൫͸ǡͷΨǢͶͲΨǢܵ
଴൯ൌͳͲǡͶͻ zu οܸܮ
ത
ത
ത
ത
୉୴ୣ୰൫͸ǡͷΨǢͶͲΨǢܵ
ଵ൯ൌ ͸ǡͺ͹.
Während aufgrund der stark schwankenden Verläufe bei der Uo(Ehor)-Optimierung kurze
Durchgänge durch den Bereich ȁܸܮȁ൑ 1 zu kleinen Bereichen schlechter Erkennbarkeit führen,
kommt es bei der Uo(Ever)-Optimierung ab ρo = 20 % aufgrund der niedrigeren Schwankungs-
breite des Verlaufes häufig zu ausgedehnten Bereichen schlechter Erkennbarkeit, obwohl die
Ergebnisse für die untersuchten Sehobjekte mit ρ
o ≤ 10 % wesentlich besser ausfallen. Dies
führt dazu, dass bei einem Sehobjektreflexionsgrad von ρ
o = 20 % in 6 von 18 untersuchten
Situationen weiträumige Bereiche schlechtere Erkennbarkeiten auftreten (siehe auch Anhang
A.5.2), was sich auf die Mittelwerte der VLi auswirkt. Sie sind in Abbildung 5.11 für die
vertikale Beleuchtungsstärke der stationär beobachteten Situationen dargestellt. Die Ergebnisse
der VL-Kennzahlen der Uo(L)-Optimierung, in Abbildung 5.11 anhand des ܸܮ
ത
ത
ത
ത
illustriert, ähneln
denen der Uo(Ever)-Optimierung (vgl. auch Übersichten A.5.2 undA.5.3), obwohl der
charakteristische VL-Verlauf, wie in Abbildung 5.10 dargestellt, abweicht.
Abbildung 5.10: Typischer VL-Verlauf der Optimierung auf die Leuchtdichtegleichmäßigkeit. Beispiel-
situation: Mastabstand 24 m, Lichtpunkthöhe 6 m, Deckschicht R 3, stationärer
Beobachter, links VL-Verlauf entlang des Messfeldes, die Entfernung des jeweiligen
Messpunktes bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes auf Höhe der dem Beobachter
nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt markiert der Bereich VL  1. Rechts
Boxplots der links angeführten VL-Verläufe, Box der zwei inneren Quartile, Minimum,
Maximum, Median (schwarzer Balken) und Mittelwert (weißer Punkt).
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
72
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Fahrbahndeckschicht, Sehobjektreflexionsgrad
࣋
૙:
Abbildung 5.11: Mittlere VL-Werte, erzielt mit Uo(Ever)- und Uo(L)- Optimierung abhängig von
Sehobjektreflexionsgrad, Fahrbahndeckschicht und Lichtpunktabstand.
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ehor): Mittlerer VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ehor): Mittlerer VL, Spur 1
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
U0(Ever): Mittlerer VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ever): Mittlerer VL, Spur 1
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(L): Mittlerer VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(L): Mittlerer VL, Spur 1
R1, 6,5 % R1, 10 % R1, 20 % R1, 40 %
R2, 6,5 % R2, 10 % R2, 20 % R2, 40 %
R3, 6,5 % R3, 10 % R3, 20 % R3, 40 %
R4, 6,5 % R4, 10 % R4, 20 % R4, 40 %
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
73
Auch hier steigen die VL-Werte mit steigendem Reflexionsgrad. Dies führt dazu, dass auf der
den Lichtpunkten abgewandten S0 ab 𝜌o = 20 %, abhängig von der gewählten Beleuchtungs-
szene, Bereiche schlechter Erkennbarkeit auftreten. Auf der zugewandten S1 treten für typische
Sehobjekte keine Bereiche kritischer Erkennbarkeit auf. Bei kritischen Sehobjekten führt die
Leuchtdichteoptimierung ebenso wie die Uo(Ever)-Optimierung zu allmählichem Durchlaufen
des |VL| < 1-Intervalls. Dies führt zu weiten Bereichen schlechter Erkennbarkeiten.
Insgesamt werden in nur 9 von 48 stationär betrachteten Beleuchtungsszenen der Uo-
Optimierungen für das ρo = 20 %-Objekt durchgehend |VL|i ≥ 1 erzielt. Entsprechend dem
Silhouette-Prinzip nehmen die |VL|i bei Uo(Ever)-Optimierung und Uo(L)-Optimierung mit
sinkendem ρo zu, so dass ρo = 10 % und ρo = 6,5 % durchgehend |VL|i ≥ 1 aufweisen. In den
stationär beobachteten Szenen bewirken alle gleichmäßigkeitsorientierten Optimierungen für
das ρo = 40 %-Sehobjekt Kontrastumkehrungen und damit verbundene kritische Erkennbar-
keiten.
5.2.3.2 EINFLUSS FAHRBAHNDECKSCHICHT
Der Einfluss der Fahrbahndeckschicht auf die Erkennbarkeit lässt sich in zwei Gruppen
zusammenfassen. Im Falle der Optimierung auf eine gleichmäßige Verteilung von Ever und Ehor
berücksichtigt die Optimierung der LVK die Eigenschaften der Deckschicht nicht. Im Falle der
Optimierung auf eine homogene Leuchtdichteverteilung hingegen, wird die Charakteristik der
jeweiligen Deckschicht bereits während der Optimierung berücksichtigt. Dementsprechend
führt die Leuchtdichteoptimierung unter sonst gleichen Bedingungen vor allem bei niedrigem
Querversatz zur Lichtpunktreihe (Fahrspur 1), mit unterschiedlichen Deckschichten zu sehr
ähnlichen Ergebnissen für alle Deckschichtcharakteristika, wie Abbildung 5.12 deutlich macht.
Bei höherem Querversatz (Fahrspur 0) wird bei gerichtet reflektierenden Oberflächen weniger
Licht zum Beobachter hin reflektiert, der Hintergrund erscheint dunkler. So hebt sich das
Objekt weniger stark vom Hintergrund ab und es resultieren niedrigere VLi mit ∆|VLmed| < 5.
Da die Reflexionseigenschaften bei den Beleuchtungsstärkeoptimierungen nicht berücksichtig
werden, fällt hier der Effekt der gerichteten Reflexionskomponenten auf das VL stärker aus.
Wie Abbildung 5.13 illustriert, nimmt das ∆VLmin,max mit gerichtetem Anteil der Reflexion der
Deckschicht stark zu.
Für geringen Querversatz gilt nach den Übersichten in Anhang A.5.2, dass sich bei der
Optimierung nach der vertikalen Beleuchtungsstärke die VL-Verläufe mit steigendem
Diffusanteil (kleine R- bzw. C-Kategorie) der Deckschichtreflexion verschlechtern. Bei
größerem Querversatz lassen sich in keiner Situation gute Erkennbarkeiten erzielen. Allerdings
herrschen auf Fahrspur 1 meist Negativkontraste vor, auf Fahrspur 0 dagegen Positivkontraste.
Die resultierende Kontrastumkehr in der Mitte der Fahrbahn führt zu großflächigen
kontrastarmen Bereichen.
74
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Abbildung 5.12: Typisches Ergebnis einer homogenen Verteilung der Leuchtdichte auf der Fahrbahn,
Lichtpunktabstand 30 m, Sehobjektreflexionsgrad 20 %. Links VL-Verlauf entlang des
Messfeldes, die Entfernung des jeweiligen Messpunktes bezieht sich auf den Beginn des
Messfeldes auf Höhe der dem Beobachter nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt
markiert der Bereich VL  1. Rechts Boxplots der links angeführten VL-Verläufe, Box
der zwei inneren Quartile, Minimum, Maximum, Median (schwarzer Balken) und
Mittelwert (weißer Punkt).
Abbildung 5.13: Typisches Ergebnis einer gleichmäßigen Verteilung der horizontalen Beleuchtungs-
stärke, Lichtpunktabstand 24 m, Sehobjektreflexionsgrad 40 %, Layout entsprechend
Abbildung 5.12.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
15 45 5 105 135 165 15 225 255 285
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
'HFNVFKLFKW
1,0
1,1
2,0
2,1
1,0
1,1
2,0
2,1
3,0
3,1
4,0
4,1
1,0 1,1 2,0 2,1 1,0 1,1 2,0 2,1 3,0 3,1 4,0 4,1
eckschicht
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
'HFNVFKLFKW
1,0
1,1
2,0
2,1
1,0
1,1
2,0
2,1
3,0
3,1
4,0
4,1
1,0 1,1 2,0 2,1 1,0 1,1 2,0 2,1 3,0 3,1 4,0 4,1
eckschicht
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
75
5.2.3.3 EINFLUSS LICHTPUNKTABSTAND
Über den Einfluss des Lichtpunktabstandes auf die VL-Verläufe der drei Uo-Optimierungen
kann keine pauschale Aussage getroffen werden. Geometrie der Installation, Optimierungsart
und – im Falle der Leuchtdichte – Deckschichtcharakteristik interagieren zu unterschiedlich.
Gemein ist den beleuchtungsstärkeorientierten Optimierungen eine Dehnung der Verläufe bei
der Vergrößerung der Lichtpunktabstände, wie Abbildung 5.14 veranschaulicht.
Uo(Ehor)-Optimierung
Uo(Ever)-Optimierung
Uo(L)-Optimierung
Lichtpunktabstand:
Abbildung 5.14: Charakteristische VL-Verläufe der Uo-orientierten Optimierungen nach Lichtpunktab-
ständen. Sehobjektreflexionsgrad 20 %, Deckschicht R3, stationärer Beobachter.
Während die Vergrößerung des Mastabstandes bei der Optimierung auf die vertikale Beleuch-
tungsstärke keine eindeutige Tendenz hinsichtlich Minima, Medianen oder Mittelwerten
aufweist, kommt es aufgrund der Vergrößerung des Lichtpunktabstandes zu einer Verschiebung
der Verläufe der Uo (Ehor)-Optimierung ins Positive. Positivkontraste werden mit steigendem
Lichtpunktabstand verstärkt, während Negativkontraste verflachen. Die Verläufe der Leucht-
dichte verschlechtern sich tendenziell mit steigendem Mastabstand, da die VL-Verläufe der
Uo (L)-Optimierung auf dem Silhouette-Prinzip basieren. Im Gegensatz zu den Medianen,
nehmen die minimalen VLi mit steigendem Lichtpunktabstand entsprechend den Abbildungen
5.9 und 5.10 ab.
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
VL
S [m]
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0246810 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
VL
S [m]
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0246810 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
VL
S [m]
18m 24m 30m
76
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Fahrbahndeckschicht, Sehobjektreflexionsgrad ࣋૙:
Abbildung 5.15: Übersicht Mediane VL in Abhängigkeit vom Mastabstand.
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ehor): Median VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ehor): Median VL, Spur 1
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ever): Median VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ever): Median VL, Spur 1
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(L): Median VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(L): Median VL, Spur 1
R1, 6,5 % R1, 10 % R1, 20 % R1, 40 %
R2, 6,5 % R2, 10 % R2, 20 % R2, 40 %
R3, 6,5 % R3, 10 % R3, 20 % R3, 40 %
R4, 6,5 % R4, 10 % R4, 20 % R4, 40 %
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
77
Fahrbahndeckschicht, Sehobjektreflexionsgrad ࣋૙:
Abbildung 5.16: Übersicht minimale VL in Abhängigkeit vom Mastabstand.
0
1
2
3
4
5
6
7
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ehor): Minimaler VL,
stationäre Beobachtung, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ehor): Minimaler VL,
stationäre Beobachtung, Spur 1
0
1
2
3
4
5
6
7
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ever): Minimaler VL,
stationäre Beobachtung, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(Ever): Ml VL,
stationäre Beobachtung, Spur 1
0
1
2
3
4
5
6
7
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(L): Minimaler VL,
stationäre Beobachtung, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
18 m 24 m 30 m
VL
Lichtpunktabstand
Uo(L): Minimaler VL, stationäre
Beobachtung, Spur 1
R1, 6,5 % R1, 10 % R1, 20 % R1, 40 %
R2, 6,5 % R2, 10 % R2, 20 % R2, 40 %
R3, 6,5 % R3, 10 % R3, 20 % R3, 40 %
R4, 6,5 % R4, 10 % R4, 20 % R4, 40 %
78
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
5.2.3.4 VERGLEICH DER UO-ORIENTERTEN ANSÄTZE
Die Optimierung auf eine maximal mögliche Gleichmäßigkeit erzielt weder bei den
beleuchtungsstärkeorientierten Optimierungsansätzen, noch bei der Optimierung auf die
Homogenität der Leuchtdichte situationsübergreifend gute Visibility-Level-Verläufe. Dabei
spielt der Reflexionsgrad des Sehobjektes eine große Rolle. Wird zur Bewertung der
Erkennbarkeit das kritische Sehobjekt mit ρo = 0,4 herangezogen, stoßen alle drei
Optimierungsvarianten an ihre Grenzen. Das Objekt ist zu hell, um sich in Form des
Negativkontrastes vom Untergrund abzuheben. Hell genug für hohe Positivkontraste ist es
jedoch nur in der Anstrahlungsphase der Uo(Ehor)-Optimierung nach Abbildung 5.8.
Ausgenommen der Uo(Ehor)-Optimierung resultieren für typische Sehobjekte mit 𝜌o = 20 % bei
wenig Querversatz durchgängig unkritische VL-Verläufe. Auf der den Leuchten abgewandten
Fahrspur werden jedoch aufgrund der dort vorherrschenden niedrigeren Umfeldleuchtdichten,
unabhängig von der Optimierungsart, oft kritische Erkennbarkeitsverläufe erzeugt. Bei der
Uo(Ehor)-Optimierung resultieren in keiner der untersuchten Beleuchtungsszenen VL-Verläufe
außerhalb der kritischen Erkennbarkeit. Insgesamt ergeben sich in 9 von 48 stationär
beobachteten Szenen unkritische Erkennbarkeiten für typische Sehobjekte. Keine der
Optimierungen erreicht für alle Situationen einen VL-Verlauf mit guten VL-Werten. In fast allen
Fällen kommt es zu Kontrastumkehrungen, unabhängig von der Optimierungsmethode. Dem
entgegen können Sehobjekte mit niedrigerem Reflexionsgrad als unkritisch angesehen werden,
da sie meist gute Negativkontraste und entsprechend hohe |𝑉𝐿| begünstigen (siehe Abbildung
5.17).
Unabhängig von der Wahl des Sehobjektes und der Beleuchtungsszene hebt sich die Uo(Ehor)-
Optimierung in ihrer Art deutlich von den beiden anderen Varianten ab. Sie weist die in 5.2.3.1
und 5.2.3.2 ausführlich beschriebenen Schwankungen mit den beiden charakteristischen
Kontrastumkehrungen auf. Diese sind vor- und nachteilig zugleich, denn zwischen den
Kontrastumkehrungen werden erst durch Anstrahlung, dann durch Hinterleuchten des
Sehobjektes gute Erkennbarkeiten erzielt. Konstant gute VL-Werte können jedoch nicht erzielt
werden. Die Uo(Ehor)-Optimierung liefert dann gute Erkennbarkeiten, wenn Bereiche |𝑉𝐿|≤ 1
nicht vermieden werden können und diese Bereiche klein gehalten werden sollen. Denn nähern
sich die VL-Verläufe der beiden anderen Optimierungsverfahren mit steigendem Reflexionsgrad
des Sehobjektes immer weiter der kritischen Zone |𝑉𝐿|≤ 1 über einen großen Bereich des
Messfeldes an, beschränken sich die Bereiche der Uo(Ehor)-Optimierung auf lediglich ein bis
zwei kurze Nulldurchgänge, die jeweils weniger als 10 % des Messfeldes beinhalten. Bei der
Uo(L)- oder Uo(Ever)-Optimierung kann eine ungünstige Kombination aus Installationsgeometrie
und Wahl der Fahrbahndeckschicht dazu führen, dass mehr als 50 % des Messfeldes im
kritischen VL-Bereich liegen. Ein Beispiel für diesen Effekt zeigt Abbildung 5.18. Während die
Optimierung auf Uo(Ehor) in den Bereichen um Messpunkt 3 und zwischen Messpunkt 5 und 6
über eine kleine Fläche hinweg den kritischen VL-Bereich durchläuft, liegen die Verläufe von
Uo(L) und Uo(Ever) auf Fahrspur 1 großflächig bei |𝑉𝐿|<1.
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
79
Abbildung 5.17: Übersicht der Optimierungsverfahren, Deckschicht R2, Sehobjektreflexionsgrad 10 %
bei 24 m Lichtpunktabstand. Links VL-Verlauf entlang des Messfeldes, die Entfernung
des jeweiligen Messpunktes bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes auf Höhe der
dem Beobachter nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt markiert VL  1. Rechts
Boxplots der links angeführten Verläufe, Box der zwei inneren Quartile, Minimum,
Maximum, Median (schwarzer Balken) und Mittelwert (weißer Punkt).
Abbildung 5.18: Übersicht der Optimierungsverfahren, Deckschicht R3, Sehobjektreflexionsgrad 40 %
bei 24 m Lichtpunktabstand, Layout entsprechend Abbildung 5.17.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
2SWLPLHUXQJV]LHO
h,0
h,1
,0
,1
L,0
L,1
VL,0
VL,1
h,0 h,1 ,0 ,1 L,0 L,1 VL,0 VL,1
ptimierungsziel
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
2SWLPLHUXQJV]LHO
h,0
h,1
,0
,1
L,0
L,1
VL,0
VL,1
h,0 h,1 ,0 ,1 L,0 L,1 VL,0 VL,1
ptimierungsziel
80
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Die Leuchtdichteoptimierung bietet bei typischen Sehobjekten eine bessere Performanz
hinsichtlich der Erkennbarkeit. Hier sind die einzelnen |𝑉𝐿| zwar nicht immer so hoch wie die
der Ehor-Optimierung, doch leistet sich die L-Optimierung in fast allen Situationen keine |𝑉𝐿|-
Werte im kritischen Erkennbarkeitsbereich, so dass Kontrastverflachungen nur selten entstehen.
Für alle untersuchten Beleuchtungssituationen mit Ever- und L-Optimierung gilt, dass bei
kleinerem Querversatz der Sehobjekte zur Lichtpunktreihenachse auf Fahrspur S1 bessere VL-
Verläufe erzielt werden als bei größerem Querversatz der Fahrspur S0. Bei der Ehor-Optimierung
tritt dieser Effekt eher bei gerichtet reflektierenden Fahrbahndeckschichten auf. Am größten
sind die versatzbedingten Unterschiede bei der Uo(Ever)-Optimierung. Hier weichen die Mediane
oft um |∆𝑉𝐿|≥ 5 ab.
5.2.4 RESULTIERENDE ERKENNBARKEITEN, DYNAMISCHE BEOBACHTUNG
Der Einfluss des Sehobjektreflexionsgrades verhält sich in beiden Beobachtungsformen ähnlich.
Unter Uo-optimierter Ehor kann der dynamische Beobachter Sehobjekte mit höherem
Reflexionsgrad in der ersten Hälfte des Bewertungsfeldes besser sehen als Objekte mit sehr
niedrigem Reflexionsgrad. Insgesamt ergeben sich für den dynamischen Beobachter hier
größere Kontrastbeträge. Abbildung 5.20 zeigt dieselbe Beleuchtungsszene wie Abbildung 5.7,
jedoch unter dynamischer Beobachtung. Die |VL|-Werte liegen deutlich höher als bei der
stationären Beobachtung. Im Falle der Uo(Ehor)-Optimierung sind zusätzlich zu den besseren
VL-Beträgen die Bereiche kritischer Erkennbarkeit kleiner. Dies ist anhand der steileren Null-
Durchgänge des VL-Graphen sichtbar.
Beim Vergleich der erkennbarkeitsbezogenen Qualitätskennzahlen innerhalb Abbildung 5.19
entsteht ein situationsübergreifendes Bild von den Erkennbarkeiten unter den beiden
Beobachtungsformen. Für das als typisch definierte Objekt von ρo = 20 % werden mit einer
Optimierung auf maximale Gleichmäßigkeit lediglich bei 1 von 12 dynamisch beobachteten
Beleuchtungsszenen durchgehend |VL|i ≥ 1 erzielt. Bei der Uo(Ehor)-Optimierung weisen für
dieses Objekt alle Situationen einzelne |VL|i-Werte < 1 auf. Aufgrund des Silhouette-Prinzips
nehmen die |VL|i bei Uo(Ever)-Optimierung und Uo(L)-Optimierung mit sinkendem ρo zu, so dass
ρo = 10 % und ρo = 6,5 % durchgehend |VL|i ≥ 1 aufweisen. Abbildung 5.21 und Abbildung 5.22
visualisieren diesen Effekt.
Für alle untersuchten Beleuchtungssituationen mit Ever-Optimierung und L-Optimierung gilt
auch unter dynamischer Beobachtung, dass alle kritischen Sehobjekte kritische Erkennbarkeiten
erfahren (siehe auch Anhang A.5). Unter separater Betrachtung der einzelnen Fahrspuren gibt es
bei 36 untersuchten Fällen nur einen (R2-Deckschicht, dynamische Beobachtung, 24 m
Lichtpunktabstand, Fahrspur 1, Uo(Ever)-Optimierung) ohne Kontrastumkehr. Da selbst in dieser
Situation |𝑉𝐿| < 1 ist, kann zusammengefasst werden, dass das kritische Sehobjekt in allen
untersuchten Uo-orientierten Optimierungen kritische Erkennbarkeiten |𝑉𝐿| < 1 aufweist.
Sofern die Uo(L)-Optimierung durchgehend unkritische VL-Verläufe bereitstellen kann, ist sie
aufgrund der kontrastumkehrbedingten |VL|i < 1 der Uo(Ehor)-Optimierung die Optimierung mit
den besseren und daher sicherheitsrelevanten eingehaltenen |VL|-Mindestwerten. Dies ist in 93
von 144 untersuchten VL-Verläufen unter stationärer Beobachtung und in 30 von 48 Verläufen
bei dynamischem Beobachter der Fall. Jedoch entfallen 36 von 51 (stationäre Beobachtung) und
12 von 18 (dynamische Beobachtung) kritische Situationen auf das kritische Sehobjekt mit
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
81
ρo = 40 %. Für ρo = 20 % und niedriger gilt, dass von 108 untersuchten stationär beobachteten
VL-Verläufen lediglich 15 kritische Erkennbarkeiten aufweisen, also weniger als 14 %,
äquivalent 6 von 36 unter dynamischer Beobachtung. Dies entspricht weniger als 17 %. Ob die
dynamische oder die stationäre Beobachtung zur Bewertung der Erkennbarkeit herangezogen
wird, bleibt weitgehend ohne Einfluss. Dies zeigt ein Vergleich zwischen den VL-Verläufen der
Uo(L)-Optimierung nach Abbildung 5.22 und Abbildung 5.10 aus Kapitel 5.2.3.1.
Mittleres VL
Minimaler Betrag VL
Statische
Beobachtung
Dynamische
Beobachtung
Statische
Beobachtung
Dynamische
Beobachtung
Reflexionsgrad des Sehobjektes
Reflexionsgrad des Sehobjektes
Abbildung 5.19: Zusammenfassende Übersicht der mittleren und minimalen VL aller untersuchten
Beleuchtungssituationen gleichmäßiger vertikaler Beleuchtungsstärke, gleichmäßiger
Leuchtdichte und VL-Optimierung nach Sehobjektreflexionsgrad.
-14,00
-13,00
-12,00
-11,00
-10,00
-9,00
-8,00
-7,00
-6,00
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
00,1 0,2 0,3 0,4
Mittleres VL
-14,00
-13,00
-12,00
-11,00
-10,00
-9,00
-8,00
-7,00
-6,00
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
00,1 0,2 0,3 0,4
Titel
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
00,1 0,2 0,3 0,4
VL
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
00,1 0,2 0,3 0,4
VL
Ever Spur 0 L Spur 0 vl spur 0
82
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Abbildung 5.20: Uo(Ehor)-Optimierung, 24 m, R3, Variation des Sehobjektes, dynamische Beobachtung.
Links VL-Verlauf entlang des Messfeldes, die Entfernung des jeweiligen Messpunktes
bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes auf Höhe der dem Beobachter
nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt markiert der Bereich VL  1. Rechts
Boxplots der links angeführten VL-Verläufe, Box der zwei inneren Quartile, Minimum,
Maximum, Median (schwarzer Balken) und Mittelwert (weißer Punkt).
Abbildung 5.21: Uo(Ever)-Optimierung, 24 m, R3, dynamische Beobachtung. Layout entsprechend
Abbildung 5.20.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
83
Von 144 ausgewerteten VL-Verläufen weisen unter dynamischer Beobachtung 81 kritische
Erkennbarkeiten auf, bei dynamischem Beobachter sind dies 74. Die stationäre Beobachtung ist
somit aus Sicht der Erkennbarkeit die kritischere und eine Bewertung nach dieser aus Sicht der
Sicherheit als konservativer anzusehen, da etwaige Abweichungen die Erkennbarkeit an
gleicher Stelle schlechter werden lassen. Sofern ausreichend detaillierte Reflexionstabellen der
Fahrbahndeckschicht vorliegen, wird nach Arbeitshypothese U3-B aus Kapitel 3.3 die stationäre
Beobachtung als eine Vereinfachung in der Praxis ohne negative Auswirkungen auf die
Bewertung der Erkennbarkeit empfohlen.
Abbildung 5.22: Uo(L)-Optimierung 24 m, R3, dynamische Beobachtung. Links VL-Verlauf, die
Entfernung des jeweiligen Messpunktes bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes auf
Höhe der dem Beobachter nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt markiert der
Bereich VL  1. Rechts Boxplots der links angeführten VL-Verläufe, Box der inneren
Quartile, Minimum, Maximum, Median (schwarzer Balken) und Mittelwert (weißer
Punkt).
5.2.5 ZUSAMMENFASSUNG
Die Ergebnisse der untersuchten Szenarien zeigen, dass akzeptable Erkennbarkeitsverhältnisse
von durchgehend |VL|i ≥ 1 hier ausschließlich als Silhouette-Prinzip vorkommen. Das in 3.2 als
kritisch definierte Sehobjekt mit ρo = 40 % erfährt in allen untersuchten Beleuchtungsszenen
eine Kontrastumkehr. Dieser Effekt stützt Arbeitshypothese U3-C aus Unterkapitel 3.3. Nach
dieser gibt es einen kritischen Sehobjektreflexionsgrad, ab welchem eine Optimierung der LVK
nach dem Silhouette-Prinzip keine hinreichend guten Erkennbarkeiten mehr bereitstellen kann.
Für das als typisch definierte Objekt von ρ
o = 20 % hängen unkritische VL-Verläufe bei der
Uo(Ever)- und der Uo(L)-Optimierung von Geometrie und Fahrbahndeckschicht ab. Für die
Uo(Ehor)-Optimierung weisen hier allerdings alle Situationen |VL| < 1 auf. Dies gilt oftmals auch
für ρo = 10 % und ρo = 6,5 %, welche für die anderen Optimierungen unkritisch sind.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
84
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Anhand der VL-Ergebnisse kann die Uo(Ever)-Optimierung VL-Verläufe ähnlich der Uo(L)-
Optimierung erzielen und wäre somit als alternative oder ergänzende Planungsgrundlage gemäß
der in Unterkapitel 3.3 definierten Arbeitshypothese U1-D möglich. Jedoch wird in Kapitel
5.4.2 ausführlich die Problematik der Ergebnisse der Uo(Ever)-Optimierung bezüglich der TI-
Werte diskutiert, die ihre Anwendung einschränkt.
Die Uo(Ehor)-Optimierung verursacht charakteristische Kontrastumkehrungen mit kritischen VL-
Werten. Diese nehmen jedoch nur einen kleinen Teil des Bewertungsfeldes ein. Entsprechend
dem Anteil der Fläche kritischer Erkennbarkeit kann dies dazu führen, dass diese Art der
Optimierung in manchen Fällen die bessere Alternative ist. Denn Uo(Ever)-Optimierung und
Uo(L)-Optimierung weisen große Bereiche niedriger Erkennbarkeit auf, wenn es nicht möglich
ist, durchgängig VLi-Werte < -1 zu erzielen. So gilt für Arbeitshypothese U1-B aus Unterkapitel
3.3: Sofern die Uo(L)-Optimierung durchgehend unkritische VLi-Verläufe bereitstellen kann, ist
sie die Optimierung mit den besseren sicherheitsrelevanten |VL|i-Minimalwerten. Für alle
Beleuchtungsszenen, in denen die Uo(L)-Optimierung |VL|i < 1 aufweist, gilt die Uo(Ehor)-
Optimierung als bessere Variante, da die Flächen mit |VL|i < 1 kleiner und die Beträge der VL
außerhalb dieser Flächen größer als im Fall der Uo(L)-Optimierung sind.
Im Vergleich zur dynamischen ist die stationäre Beobachtung gegenüber einer Quantifizierung
der Sicherheit als kritischer und somit besser anzusehen. Sofern also ausreichend umfangreiche
Reflexionstabellen der Fahrbahndeckschicht vorliegen, kann, entsprechend der Arbeitshypo-
these U3-B aus Unterkapitel 3.3, die stationäre Beobachtung als eine Vereinfachung in der
Praxis ohne negative Auswirkungen auf die Bewertung der Erkennbarkeit empfohlen werden.
So ist, unabhängig von den untersuchten lichttechnischen Qualitätskennzahlen der Straßen-
beleuchtung und den beiden berücksichtigten Beobachtungsformen, die Maximierung der
Gesamtgleichmäßigkeit keine Garantie für gute Erkennbarkeiten gemäß der VL-Verläufe.
5.3 ERKENNBARKEITSORIENTIERTE OPTIMIERUNG
Im Gegensatz zu den in Unterkapitel 5.2 beschriebenen Vorgehensweisen berücksichtigt die
direkte Optimierung auf alle einzelnen VL-Werte nicht die Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung
auf der Fahrbahn und kann zu speziellen Ungleichmäßigkeiten von Leuchtdichte und
Beleuchtungsstärke führen. Dieser Effekt wird explizit in Abschnitt 5.3.3 diskutiert. Die
Optimierung der Erkennbarkeit erfolgt bei dynamischer Beobachtung entsprechend der
Konventionen in Kapitel 2.1.3 und 3.2. Da die statische Beobachtung hauptsächlich hinsichtlich
ihres Potentials der Vereinfachung der Beobachtungsbedingungen betrachtet wird, werden die
Ergebnisse bei statischer Beobachtung in 5.3.3 zwar berücksichtigt, sie basieren jedoch auf der
Optimierung für dynamische Beobachtung.
5.3.1 REALISIERTE LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Analog zu den in Abschnitt 5.2.1 vorgestellten LVK der gleichmäßigkeitsorientierten Optimie-
rungen geben folgend die Tabellen 5.7 und 5.8 eine Übersicht über die berechneten Lichtstärke-
verteilungskörper der VL-Optimierung. Auch hier repräsentiert der blaue Volumenschnitt die
C0-C180-Ebene der LVK, der rote Schnitt die C90-C270-Ebene. Das Koordinatensystem ist in
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
85
30°-Schritte unterteilt. Die Darstellung der LVK ist der Übersichtlichkeit halber zueinander
relativ und nicht auf die gleiche Skalierung normiert.
Die Lichtstärkeverteilungskörper der VL-Optimierung ähneln in der C0-C180-Ebene den LVK,
welche recht gleichmäßige Leuchtdichten von 𝑈o≥ 0,4 auf der Fahrbahn realisieren. Dies gilt
sowohl für die in Abbildung 5.23 angeführten LVK für die Deckschicht R2 als auch für die der
Deckschicht R3 zugeordneten LVK aus Abbildung 5.24. Die VL-LVK weisen allerdings
wesentlich höhere Quer- und Diagonalkomponenten auf.
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
R2, 6,5 %
R2, 10 %
R2, 20 %
R2, 40 %
Abbildung 5.23 Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper der Visibility-Level-Optimierung, Teil 1:
Deckschicht R2, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene, roter Schnitt C90-C270-
Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
86
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
R3, 6,5 %
R3, 10 %
R3, 20 %
R3, 40 %
Abbildung 5.24: Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper der Visibility-Level-Optimierung, Teil 2:
Deckschicht R3, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene, roter Schnitt C90-C270-
Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
In Abbildung 5.25 ist die vergleichsweise starke Ausprägung der Lichtstärken um die C0-C180-
Ebene quer zur Fahrbahn deutlich zu erkennen. Sie resultieren daraus, dass die vertikalen
Beleuchtungsstärken längs der Fahrbahn, welche aufgrund der Sehobjekt-Anstrahlung zu einer
Verflachung des Negativkontrastes führen können, minimiert werden. Daher wächst mit
steigendem Sehobjektreflexionsgrad das Verhältnis der hier visualisierten Lichtstärken in der
C90-C270-Ebene zu denen der C0-C180-Ebene.
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
87
Abbildung 5.25: Typische Ausprägung einer VL-optimierten LVK mit niedrigen Längs- und hohen
Diagonal- und Querkomponenten, Darstellung in C90-C270-Ebene.
Aufgrund der weniger gerichteten Reflexion der R2-Deckschicht sind die Lichtstärken flacher
Abstrahlwinkel in C0-C180-Ebene in dieser Kategorie größer als die der LVK für die
R3-Deckschicht. Die Charakteristik der Zunahme der Lichtstärkekomponenten quer zur Fahr-
bahn ist bei beiden Deckschichten zu finden. Die nicht vollkommen symmetrische Form der
Verteilungen resultiert aus Interpolationsunsicherheiten, welche ausführlich in Kapitel 7.2.1
diskutiert werden.
5.3.2 RESULTIERENDE LICHTVERTEILUNGEN
Die Lichtverteilungen auf der Fahrbahn spiegeln die Charakteristik der verschiedenen LVK der
VL-Optimierung vor allem hinsichtlich des Lichtstärke-Verhältnisses von Längsrichtung C0-
C180-Ebene zu Querrichtung C90-C270-Ebene wieder. Abbildung 5.26 und Abbildung 5.27
zeigen die Lichtverteilungen auf der Fahrbahn aus der Draufsicht exemplarisch für die Beleuch-
tungsszene Srel = 1/4 – 24 m Mastabstand für R2- und R3 Deckschicht. Deutlich zu erkennen ist
der mit steigendem Reflexionsgrad des Sehobjektes wachsende Zwischenraum sehr niedriger
horizontaler Beleuchtungsstärken und Leuchtdichten im Mittelteil des Bewertungsfeldes. Dieser
Effekt resultiert aus der in Kapitel 5.3.1 beschriebenen Vermeidung vertikaler Komponenten
der LVK, welche für die Anstrahlung von Sehobjekten in Betracht kommen. Der Optimierungs-
algorithmus versucht diese, aufgrund der VL-Optimierung nach dem Silhouette-Prinzip, zu
minimieren. Je heller das Sehobjekt ist, desto mehr Licht wird zum Beobachter reflektiert und
desto kleiner wird der Kontrast zwischen Objekt und Umfeld, so dass der Algorithmus restriktiv
eingreift, um Kontrastverflachung zu vermeiden. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der
Zunahme des Sehobjektreflexionsgrades und einer Abnahme der Gleichmäßigkeiten besteht
jedoch situationsübergreifend für die untersuchten Beleuchtungsszenen nicht.
Aufgrund der hohen Lichtstärken in Querrichtung (C90-C270-Ebene) entstehen auf der den
Lichtpunkten abgewandten S0 gerade bei großen Mastabständen mit Srel = 1/5 deutliche
Anstiege der Leuchtdichten und horizontalen Beleuchtungsstärken zum Fahrbahnrand hin. Dies
88
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
äußert sich in den entsprechenden Uo- und Ul-Werten für die S0. Tabelle 5.1 zeigt die erzielten
Gesamtgleichmäßigkeiten von Leuchtdichte Uo,L und horizontaler Beleuchtungsstärke Uo,Ehor
sowie der Leuchtdichtelängsgleichmäßigkeit Ul,L. Uo,L variiert je nach untersuchter Situation
von 0,47 bis 0,78, Ul,L von 0,45 bis 0,90 und Uo,Ehor variiert von 0,16 bis 0,36 in einem sehr
niedrigen Gleichmäßigkeitsbereich. Die VL-optimierten LVK entsprechen hinsichtlich der
Ergebnisse der Gleichmäßigkeiten eher leuchtdichteoptimierten LVK. Alle untersuchten
Konfigurationen würden nach der Leuchtdichtebewertung der aktuellen DIN EN 13201-2
[DIN2007E, S. 7] die Uo,L-Anforderungen ihrer Leuchtdichteklasse von Uo,L ≥ 0,4 erfüllen. Die
Ul,L-Anforderungen von Ul,L ≥ 0,5 bzw. Ul,L ≥ 0,6 werden in 5 von 6 der untersuchten
Situationen erreicht.
Tabelle 5.1: VL-Optimierung, Gleichmäßigkeiten der Lichtverteilungen und Grad der Erfüllung nach
DIN EN 13201-2 für ME4- bzw. CE4-Klassen für die untersuchten Beleuchtungsszenen .
18 m, Srel = 1/3
𝜌0 [%]
Fahrspur 0
Fahrspur 1
Uo
Ul
UoEhor
Uo
Ul
UoEhor
R2
6,5
0,78
0,90
0,56
0,78
0,90
0,56
10
0,60
0,69
0,53
0,65
0,69
0,53
20
0,52
0,52
0,43
0,52
0,52
0,43
40
0,48
0,46
0,30
0,50
0,45
0,30
R3
6,5
0,65
0,85
0,36
0,72
0,85
0,36
10
0,71
0,84
0,36
0,72
0,84
0,36
20
0,74
0,80
0,35
0,77
0,80
0,35
40
0,63
0,56
0,27
0,62
0,56
0,27
24 m, Srel = 1/4
𝜌0 [%]
Fahrspur 0
Fahrspur 1
Uo
Ul
UoEhor
Uo
Ul
UoEhor
R2
6,5
0,47
0,62
0,36
0,47
0,62
0,36
10
0,83
0,90
0,40
0,83
0,90
0,40
20
0,50
0,50
0,25
0,50
0,50
0,25
40
0,63
0,62
0,29
0,65
0,62
0,29
R3
6,5
0,61
0,79
0,24
0,65
0,79
0,24
10
0,61
0,79
0,24
0,65
0,79
0,24
20
0,63
0,75
0,23
0,65
0,76
0,23
40
0,54
0,64
0,21
0,64
0,67
0,21
30 m, Srel = 1/5
𝜌0 [%]
Fahrspur 0
Fahrspur 1
Uo
Ul
UoEhor
Uo
Ul
UoEhor
R2
6,5
0,47
0,80
0,28
0,67
0,80
0,28
10
0,61
0,79
0,27
0,67
0,79
0,27
20
0,45
0,66
0,25
0,57
0,69
0,25
40
0,49
0,66
0,26
0,66
0,62
0,26
R3
6,5
0,50
0,74
0,17
0,56
0,74
0,17
10
0,49
0,67
0,16
0,54
0,67
0,16
20
0,59
0,87
0,19
0,57
0,75
0,19
40
0,50
0,72
0,17
0,54
0,77
0,17
Anforderung nach DIN EN 13201-2 für ME4- bzw. CE4-Klassen
nicht erfüllt
erfüllt für Klasse ME4b, nicht ME4a
erfüllt
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
89
a)
b)
c)
Abbildung 5.26: Aus der VL-Optimierung resultierende Lichtverteilungen für Sehobjektreflexionsgrade
a) 6,5 %, b) 20 % und c) 40 %, 24 m Mastabstand, R2-Fahrbahndeckschicht.
0 20 40 80 60 100 120 160 140 180
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb des Bewertungsfeldes in [lx]
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 0
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 1
x [m]
0 20 40 80 60 100 120 160 140 180
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb des Bewertungsfeldes in [lx]
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 0
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 1
x [m]
0 20 40 80 60 100 120 160 140 180
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb des Bewertungsfeldes in [lx]
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 0
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 1
x [m]
90
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
a)
b)
c)
Abbildung 5.27: Aus der VL-Optimierung resultierende Lichtverteilungen für Sehobjektreflexionsgrade
a) 6,5 %, b) 20 % und c) 40 % bei 24 m Mastabstand, R3-Fahrbahndeckschicht.
0 20 40 80 60 100 120 160 140 180
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb des Bewertungsfeldes in [lx]
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 0
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 1
x [m]
0 20 40 80 60 100 120 160 140 180
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb des Bewertungsfeldes in [lx]
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 0
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 1
x [m]
0 20 40 80 60 100 120 160 140 180
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung horizontale Beleuchtungsstärke innerhalb des Bewertungsfeldes in [lx]
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 0
x [m]
0 1 3 2 4 5 6
8
4
0
0 2 4 10
6 12 14 2 16 2 8 18 24
y [m]
Verteilung Leuchtdichte innerhalb des Bewertungsfeldes in [cd/m
2
], Beobachter Spur 1
x [m]
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
91
5.3.3 RESULTIERENDE ERKENNBARKEITEN
5.3.3.1 EINFLUSS SEHOBJEKTREFLEXIONSGRAD
Abbildung 5.28 zeigt die typische Abhängigkeit der VL-Optimierung vom Reflexionsgrad des
Sehobjektes unter stationärem Beobachter, Abbildung 5.29 unter dynamischer Beobachtung.
Deutlich zu erkennen ist die Verschiebung der VL-Werte mit Erhöhung des Reflexionsgrades
vom negativen Wertebereich hin zum positiven. Im Gegensatz zu den Ergebnissen der Uo-
Optimierungen ist dieser Effekt bei der VL-Optimierung auf der den Leuchten abgewandten
Seite nur leicht stärker ausgeprägt als auf der Zugewandten.
Abbildung 5.28: VL-Optimierung, statische Beobachtung, Deckschicht R2, Lichtpunktabstand 18 m,
Variation des Sehobjektreflexionsgrades. Links VL-Verlauf; die Entfernung der Mess-
punkte bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes. Schwarz gestrichelt VL  1. Rechts
Boxplots Quartile, Minimum, Maximum, Median und Mittelwert (weißer Punkt).
Die Thematik wurde bereits in Unterkapitel 5.2.3 ausführlich für die Uo-Optimierungen
diskutiert. Der Effekt tritt gleichermaßen bei stationärer und dynamischer Beobachtung auf.
Über alle für die VL-Optimierung untersuchten Beleuchtungsszenen werden nach Abbildung
5.31 für die Reflexionsgrade ρo = 6,5 %, ρo = 10 % und ρo = 20 % Verläufe mit |VL|min-Werten
ohne Bereiche kritischer Erkennbarkeiten von |VL| < 1 erzielt. Die Verläufe der VL-Werte sind
gleichmäßiger als bei denen der Uo-Optimierungen. Für Sehobjekte mit ρ
o = 20 % liegt die
Schwankungsbreite bei |∆VLmin,max| < 6,5, für ρo = 40 % gilt |∆VLmin,max| < 10. Bei Betrachtung
der in den Abbildungen 5.29 und 5.30 exemplarisch angeführten VL-Verläufe zeigt sich bereits
bei qualitativem Vergleich der einzelnen Graphen, dass die Unterschiede der Verläufe nach
Reflexionsgrad nicht vereinfacht durch einen faktoriellen Zusammenhang beschrieben werden
können. Dies fällt bei den untersuchten Situationen der VL-Optimierung noch offensichtlicher
auf als bei den gleichmäßigkeitsorientierten Optimierungen (Abschnitt 5.2.3).
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
0 2 45 63 81  11 135 153 11
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
92
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Abbildung 5.29: VL-Optimierung unter dynamischer Beobachtung, Deckschicht R2, Lichtpunktabstand
18 m, Variation des Sehobjektreflexionsgrades. Links VL-Verlauf entlang des Messfel-
des, die Entfernung der Messpunkte bezieht sich auf den Beginn des Messfeldes bei der
dem Beobachter nähergelegenen Leuchte. Schwarz gestrichelt markiert den Bereich
VL  1. Rechts Boxplots der inneren Quartile, Minimum, Maximum, Median (Balken)
und Mittelwert (weißer Punkt).
Abbildung 5.30: VL-Optimierung, stationäre Beobachtung, Deckschicht R3, Lichtpunktabstand 30 m,
Layout entsprechend Abbildung 5.29.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
0 2 45 63 81  11 135 153 11
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
15 45 5 105 135 165 15 225 255 285
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
93
Stationäre Beobachtung
ynamische Beobachtung
Stationäre Beobachtung
ynamische Beobachtung
Abbildung 5.31: Übersicht minimale VLund mittlere VL für stationäre und dynamische Beobachtung.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
18 m 24 m 30 m
VL
Minimaler VL, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
18 m 24 m 30 m
VL
Minimaler VL, Spur 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
18 m 24 m 30 m
VL
Minimaler VL, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
18 m 24 m 30 m
VL
Minimaler VL, Spur 1
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Mittlerer VL, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Mittlerer VL, Spur 1
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Mittlerer
VL
, Spur 0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
18 m 24 m 30 m
VL
Mittlerer
VL
, Spur 1
R2, 6,5 % R2, 10 % R2, 20 % R2, 40 %
R3, 6,5 % R3, 10 % R3, 20 % R3, 40 %
94
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Einzig in der in Abbildung 5.30 angeführten Situation mit großem Mastabstand von Srel = 1/5
stößt die Optimierung unter statischer Beobachtung an ihre Grenzen, so dass auf der Fahrspur
Messpunkte im Falle des 20 %-Sehobjektes unter einen VL von 1 fallen. Bei der dynamischen
Beobachtung treten kritische Werte zusätzlich bei Srel = 1/5 und sonst gleichen Bedingungen auf
(siehe Abbildung 5.32). Jedoch konnten auch mit der VL-Optimierung für ρo = 40 % in keiner
der untersuchten Beleuchtungsszenen Bereiche kritischer Erkennbarkeit vermieden werden.
Dies unterstreicht die bereits in Abschnitt 5.2.3.3 getroffene Schlussfolgerung bezüglich der
Arbeitshypothese U3-C aus Unterkapitel 3.3, wonach es für ρ
o 40 % keine akzeptablen
Ergebnisse der VL-Verläufe bei Silhouette-basierten Beleuchtungen gibt.
Abbildung 5.32: VL-Optimierung, dynamische Beobachtung, Deckschicht R3, Lichtpunktabstand 30 m..
Links VL-Verlauf entlang des Messfeldes, die Entfernung der Messpunkte bezieht sich
auf den Beginn des Messfeldes bei der dem Beobachter nähergelegenen Leuchte.
Schwarz gestrichelt markiert der Bereich VL  1. Rechts Boxplots der inneren
Quartile, Minimum, Maximum, Median (Balken) und Mittelwert (weißer Punkt).
5.3.3.2 EINFLUSS FAHRBAHNDECKSCHICHT
Wie zu Beginn dieses Kapitels erläutert, wird die VL-Optimierung explizit für die Deck-
schichten R2 und R3 unter stationärer und dynamischer Beobachtung untersucht. Aus
Abbildung 5.33 und Abbildung 5.34 sowie Abbildung 5.19 auf Seite 81 wird ersichtlich, wie
gering sich die Änderung innerhalb der beiden untersuchten Fahrbahndeckschichten auf das
Ergebnis der VL-Optimierung auswirkt. Innerhalb aller untersuchten Beleuchtungsszenen
beträgt der Unterschied der |VL|min unter Variation der Deckschicht maximal 1,18. VLmed
schwankt um < 2,38. Wie gleichmäßig die VL-Verläufe der VL-Optimierung insgesamt
ausfallen, spiegelt der charakteristische Graph in Abbildung 5.33 wieder. Gleichmäßige VL-
Kurven sind jedoch keine Garantie für durchgehend gute Erkennbarkeiten, wie Abbildung 5.34
zeigt. Dieses Beispiel ist die kritischste untersuchte Szene.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
15 45 5 105 135 165 15 225 255 285
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
5HIOH[LRQVJUDG
65,0
65,1
10,0
10,1
20,0
20,1
40,0
40,1
65,0 65,1 10,0 10,1 20,0 20,1 40,0 40,1
eflexionsgrad
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
95
Abbildung 5.33: VL-Optimierung, Lichtpunktabstand 24 m, Sehobjektreflexionsgrad 20 %. Links VL-
Verlauf entlang des Messfeldes, die Entfernung des jeweiligen Messpunktes bezieht sich
auf den Beginn des Messfeldes auf Höhe der dem Beobachter nähergelegenen Leuchte.
Schwarz gestrichelt markiert der Bereich VL 1. Rechts Boxplots der links
angeführten VL-Verläufe, jeweils C-Deckschicht für Fahrspur 0 und Fahrspur 1, Box
der zwei inneren Quartile, Minimum, Maximum, Median (schwarzer Balken) und
Mittelwert (weißer Punkt).
Abbildung 5.34: VL-Optimierung, Lichtpunktabstand 30 m, Sehobjektreflexionsgrad 40 %, Layout
entsprechend Abbildung 5.33.
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
'HFNVFKLFKW
1,0
1,1
2,0
2,1
1,0 1,1 2,0 2,1
eckschicht
150
125
100
5
50
25
00
25
50
5
100
125
150
15
200
225
250
15 45 5 105 135 165 15 225 255 285
ntfernung [m]
Visibility Leel VL
'HFNVFKLFKW
1,0
1,1
2,0
2,1
1,0 1,1 2,0 2,1
eckschicht
96
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
5.3.3.3 EINFLUSS LICHTPUNKTABSTAND
Nach Abbildung 5.31 führt eine Vergrößerung des Lichtpunktabstandes (außer beim 20 %-
Sehobjekt) in Kombination mit R2-Deckschicht in allen Fällen der stationären Beobachtung zu
einer Verschlechterung des |VL|-Minimums. Unter dynamischer Beobachtung gilt dies auch für
das 10 %- und das 6,5 %-Sehobjekt. Dies liegt daran, dass vor allem unter stationärer Beobach-
tung die VL-Verläufe ins Positive verschoben werden, was beim Silhouette-Prinzip zu einer
Verringerung der VL führt. Dies bedingt einerseits der kleiner werdende Sehobjekt-Sehwinkel.
Andererseits liegt die Ursache auch darin, dass die LVK der VL-Optimierung ursprünglich für
die dynamische Beobachtung dimensioniert worden sind. Unter dieser Beobachtungsart
verschlechtern sich lediglich 3 von 16 VL-Verläufen anhand des mittleren VL. Eine eindeutige
Verschlechterung der |VL|-Minima bei einer Vergrößerung des Lichtpunktabstandes ist in 6 von
10 Fällen festzustellen.
Tabelle A.21 des Anhangs gibt eine Übersicht der VL-Kennzahlen hinsichtlich des Einflusses
des Mastabstandes. Der maximale Abfall von |VL|min zeigt sich unter stationärer Beobachtung
bei Vergrößerung des Srel von 1/3 auf 1/5 im Falle des 10 %-Sehobjektes auf R3-Deckschicht.
Hier beträgt ∆|VL|min = 2,28 auf Fahrspur 0. In den meisten Fällen liegt ∆|VL|min jedoch unter 1.
Unter dynamischer Beobachtung bleibt mit wenigen Ausnahmen bei ∆|VL|min < 2.
5.3.4 ZUSAMMENFASSUNG
Die VL-Optimierung muss zur Minimierung des Effektes von Kontrastumkehrungen vorweg auf
Positiv- oder Negativkontrastoptimierung festgelegt werden. Da es bei den in dieser Arbeit
betrachteten niedrigen Beleuchtungsniveaus der ortsfesten Straßenbeleuchtung unter der
Präferenz eines möglichst niedrigen Lichtstrombedarfs je Lichtpunkt wesentlich einfacher ist,
negative Sehobjektkontraste zu realisieren als positive, handelt es sich bei den Ergebnissen der
VL-Optimierungen ausschließlich um Optimierungen nach dem Silhouette-Prinzip. Die resul-
tierenden Lichtverteilungen auf der Fahrbahn ähneln den Ergebnissen leuchtdichteoptimierter
LVKs mit verstärkten horizontalen Beleuchtungsstärken zu den Lichtpunkten der gegenüber-
liegenden Fahrbahnseite. So werden besonders die quer zur Fahrbahn verlaufenden Ausstrahl-
richtungen der LVK betont. Die Anteile längs der Fahrbahn sind verringert, um die dem
Silhouette-Prinzip entgegenwirkenden Abstrahlungen der Objekte zu minimieren. Dennoch
erreichen die Leuchtdichteverteilungen der VL-Optimierungen Gleichmäßigkeiten, die nach
gängigen Leuchtdichtebewertungsverfahren als gut gewertet werden können (vgl. Tabelle 5.1).
Wie in 5.2.3.1 zu den Uo-Optimierungen diskutiert, stellt das kritische Sehobjekt mit ρo = 40 %
die größte Herausforderung dar. So kann die VL-Optimierung, unabhängig von der Beobach-
tungsform, in keiner Situation akzeptable Erkennbarkeiten |𝑉𝐿| ≥ 1 flächendeckend für diesen
Reflexionsgrad bereitstellen. Die Performanz mit typischem ρo = 20 %-Sehobjekt ist dahinge-
gen wesentlich besser und bei niedrigeren Reflexionsgraden unkritisch. Unter dynamischer
Beobachtung treten lediglich bei der R2-Deckschicht bei 24 m und 30 m Minimalwerte im
kritischen Bereich auf (vgl. Abbildung 5.31), unter stationärer Beobachtung ausschließlich bei
großem Mastabstand von 30 m (Srel = 1/5).
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
97
Im Vergleich zu den Uo-Optimierungen stellt die VL-Optimierung nicht die besten
Erkennbarkeitsverläufe bereit, vermeidet jedoch wirkungsvoller als alle anderen untersuchten
Optimierungen Kontrastverflachungen, welche zu niedrigen |VL| < 1 führen und die
Nichterkennbarkeit von Objekten bewirken können (vgl. Abbildung 5.16, Seite 77 und
Abbildung 5.31, Seite 93). Dies resultiert aus dem Einfluss der gesetzten Randbedingungen wie
der Minimierung der Blendung oder des Lichtstroms.
5.4 KENNZAHLENSYSTEME
5.4.1 VERGLEICH DER VL-VERLÄUFE MIT DER STVL-METHODE
In diesem Kapitel wird die auf der VL-Methode aufbauende Small Target Visibility (STV)-
Methode nach [IESNA 2005] zum Vergleich herangezogen. Sie wurde in Kapitel 2.2.4.12
vorgestellt und ist in Kombination aus Leuchtdichteniveau und -Gleichmäßigkeit als Qualitäts-
kennzahl in der Straßenbeleuchtung etabliert. Die empfohlenen Vorgaben für die untersuchten
Beleuchtungsniveaus sind als Mindestwerte des STVL in ANSI / IESNA RP-8-00 [IESNA
2005] gegeben. Abbildung 5.35 illustriert die erzielten STVL nach Sehobjektreflexionsgrad.
Unter Berücksichtigung der in Tabelle 5.2 gegebenen Anforderungen fasst Tabelle 5.3 die
Ergebnisse der STVL-Werte unter dynamischer Beobachtung, entsprechend farblich hinterlegt,
zusammen. Die Tabellen A.22 und A.23 des Anhangs geben eine Übersicht über die erzielten
STVL-Level bei stationärer Beobachtung.
Tabelle 5.2: STV-Vorgaben für die untersuchten Straßenkategorien nach ANSI IESNA RP-8-00.
Straßenkategorie
Konfliktniveau
STV-Vorgabe
Sammelstraße
hoch
3,8
normal
3,2
niedrig
2,7
Anwohnerstraße
hoch
2,7
Aus den Ergebnissen der Kapitel 5.2 und 5.3 geht hervor, dass bis auf die Uo(Ehor)-Optimierung
alle Optimierungen deutlich zu Kontrastverläufen nach dem Silhouette-Prinzip neigen. Der
größte berücksichtigte Sehobjektreflexionsgrad beträgt im Rahmen der vorliegenden
Untersuchung ρo = 40 %. Für Negativkontraste gilt nach Kapitel 5.3.3, dass Objekte mit
niedrigerem Reflexionsgrad unter sonst gleichen Bedingungen einen mindestens gleich großen,
eher jedoch einen größeren VL-Betrag je Messpunkt aufweisen und umgekehrt. Die STVL-
Bewertung nach RP-8-00 verwendet ein ρo = 50 %-Sehobjekt. Sofern also die ρo = 40 %-
Sehobjekte der STV-Tabellen die Anforderungen nach RP-8-00 nicht erfüllen und gleichzeitig
das Silhouette-Prinzip gilt, ist fraglich, ob bei einem ρo = 50 %-Sehobjekt die Anforderungen
erfüllt würden.
Es kann daher gefolgert werden, dass unter dynamischer Beobachtung die aus der Leuchtdichte-
optimierung resultierenden Verteilungen nach der dafür vorgesehenen STVL-Bewertung keine
die STVL-Vorgabe von 3,8 erreicht. Jeweils ein Drittel erreichen zumindest die Vorgaben 3,2
und 2,7. Ein weiteres Drittel erfüllt keine einzige Vorgabe, obwohl Leuchtdichteniveau- und
Gleichmäßigkeitsanforderungen nach RP-8-00 weit übertroffen werden.
98
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
Abbildung 5.35: Abhängigkeit des STVL vom Reflexionsgrad des Sehobjektes, dynamische Beobachtung.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
020 40
STVL
Sehobjektreflexionsgrad in [%]
18 m, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
020 40
STVL
Sehobjektreflexionsgrad in [%]
18 m, Spur 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
020 40
STVL
Sehobjektreflexionsgrad in [%]
24 m, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
020 40
STVL
Sehobjektreflexionsgrad in [%]
24 m, Spur 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
020 40
STVL
Sehobjektreflexionsgrad in [%]
30 m, Spur 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
020 40
STVL
Sehobjektreflexionsgrad in [%]
30 m, Spur 1
0
2
4
6
8
10
Ehor, R2 Ehor, R3 Ev, R2 Ev, R3
L, R2 L, R3 VL, R2 VL, R3
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
99
Tabelle 5.3: Übersicht der STV-Werte, dynamische Beobachtung.
Fahrspur 0
Eh
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
6,29
4,73
5,11
7,03
5,66
4,59
5,83
7,48
6,48
5,45
6,09
7,67
R3
4,62
4,37
5,37
7,46
4,65
4,79
5,89
7,42
5,59
5,41
5,92
6,77
Ev
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
7,67
6,43
2,81
2,34
7,15
5,83
2,02
3,03
7,17
5,64
1,33
4,39
R3
6,88
5,47
1,82
3,17
6,87
5,50
1,53
3,33
7,16
5,62
1,36
4,42
L
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
8,18
6,91
3,34
2,71
7,68
6,48
2,91
3,00
8,08
6,68
2,54
3,64
R3
8,04
6,71
2,74
2,83
7,44
6,11
2,63
3,11
7,92
6,29
2,67
3,54
VL
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
8,14
6,69
5,55
2,35
7,25
6,59
4,52
2,37
7,49
5,90
3,72
5,29
R3
7,59
6,08
3,25
1,82
7,02
5,43
3,30
2,27
7,19
4,84
2,79
4,49
Fahrspur 1
Eh
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
6,23
5,02
5,83
7,4
6,55
5,51
6,08
7,28
8,61
6,70
6,81
6,99
R3
5,13
5,24
6,40
8,05
5,93
6,05
6,73
7,84
8,08
7,23
6,91
5,84
Ev
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
11,37
10,41
7,67
2,15
11,54
10,7
8,3
3,45
12,26
11,36
8,79
3,56
R3
11,83
10,92
8,27
3,09
12,50
11,77
9,68
5,47
13,35
12,58
10,34
5,80
L
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
8,80
8,11
6,03
2,24
8,50
7,84
5,86
2,53
9,00
8,26
6,00
3,22
R3
8,66
7,95
5,72
2,97
8,50
7,86
5,85
3,10
9,00
8,30
6,11
3,45
VL
18m
24m
30m
STV Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
8,82
7,94
5,61
1,72
8,16
7,88
5,91
1,98
8,8
8,25
6,10
2,96
R3
8,50
7,72
5,35
2,59
8,45
7,75
5,36
2,62
8,98
8,25
5,93
3,31
𝑆𝑇𝑉<2,7
𝑆𝑇𝑉<3,2
𝑆𝑇𝑉<3,8
𝑆𝑇𝑉≥3,8
Die Ergebnisse der Uo(Ehor)-Optimierung, welche in den Kapiteln 5.2 und 5.3 wegen ihrer
Kontrastumkehrungen negativ auffallen und teils größere Bereiche kritischer VL-Werte
aufweisen, erzielen nach der STVL-Bewertung, sowohl unter dynamischer als auch stationärer
Beobachtung, hervorragende Ergebnisse, teils weit über STVL = 3,8 hinaus und ohne auch nur
einen kritischen STVL-Wert. Diese Ergebnisse werden erzielt, obwohl horizontale Beleuch-
tungsstärke und leuchtdichtebasierte STVL-Bewertung aufgrund des fehlenden direkten geome-
trischen und lichttechnischen Zusammenhangs in den Standards zu Recht nicht zusammenhän-
gend betrachtet werden. Alle anderen Optimierungen, die nach 5.2 und 5.3 gute Ergebnisse
erzielen, haben nach STVL-Bewertung durchgehend mäßige Ergebnisse von STVL < 3,8 je
Szene (beide Fahrspuren), unabhängig von der Art der Beobachtung.
100
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
Entsprechend dem Leuchtdichteniveau und der hohen Gleichmäßigkeit sollte mindestens die
Leuchtdichte-Optimierung alle STVL-Anforderungen erfüllen. Ebenso sollte auch die VL-
Optimierung gute Ergebnisse erzielen. Beide Varianten kommen jedoch bereits beim ρo = 40 %-
Objekt an die Grenzen ihrer Möglichkeiten. Die Ergebnisse im Falle des ρo = 50 %-Objektes
könnten dementsprechend schlechter ausfallen.
Auch wenn eine Wichtung von 𝑉𝐿
und eine Kompensation der Kontrastpolarität vorgenommen
wird, zeigt der STVL, wie verfälschend die Zusammenfassung einer örtlichen Verteilung von
Werten zu einem einzelnen Gesamtwert wirkt.
5.4.2 SEPARATE BEWERTUNG DER BLENDUNG MITTELS TI
Der Fokus dieses Abschnitts liegt auf den Auswirkungen der in den Optimierungen
implementierten Randbedingung zur Vermeidung von Blendung. Eine vergleichende
Blendungsbetrachtung kann für die Uo(Ehor)-Optimierung vernachlässigt werden, da das ihr
zugrunde liegende Beleuchtungsprinzip nach Abbildung 5.8 in Kapitel 5.2.3 flache
Abstrahlwinkel so stark begrenzt, dass die TI-Werte deutlich unter 15
16
liegen. Die Uo(Ever)-
Optimierung verfügt zum Zeitpunkt der Simulationen über keine gesonderte Randbedingung.
Bei der Uo(L)-Optimierung ist der TI-Begrenzung eine niedrigere Priorität zugewiesen, als dem
jeweiligen eigentlichen Optimierungsziel. Sofern also keine Lösung innerhalb der TI-
Begrenzung möglich ist, wird eine Überschreitung derer in Kauf genommen, um überhaupt eine
Lösung in Form einer LVK bereitstellen zu können. Die VL-Optimierung basiert auf den
ursprünglichen Ansätzen nach ADRIAN [1969] und der Weiterentwicklung dieser entsprechend
Abschnitt 2.2.4 und Unterkapitel 4.4. Um darzustellen, wie sich dieser Ansatz auf die Blendung
auswirkt, wird der TI-Wert auch für die VL-Optimierung bestimmt. Abbildung 5.36 gibt eine
Übersicht der erzielten TI-Werte der drei Optimierungsvarianten.
Die fehlende Blendungsbegrenzung der Uo(Ever)-Optimierung führt dazu, dass die TI- Werte bei
einer Erhöhung des Mastabstandes drastisch ansteigen. Bei einer Erhöhung des Mastabstandes
von Srel = 1/3 (18 m) auf Srel = 1/5 (30 m) wird der TI von im Mittel 26,3 % auf im Mittel
54,7 % mehr als verdoppelt. So werden bereits bei Srel = 1/3 (18 m) Lichtpunktabstand
TI > 20 % verursacht, bei Srel = 1/4 (24 m) Lichtpunktabstand TI > 35 % und bei 40 m
TI > 50 %.
Auch bei der Uo(L)-Optimierung steigt bei der im Rahmen dieser Arbeit betrachteten
einreihigen Lichtpunktanordnung der TI mit größerem Mastabstand. Die implementierte TI-
Randbedingung wirkt jedoch diesem Effekt entgegen. Bei 30 m Mastabstand kann sie kaum
noch eine gültige Lösung für eine LVK bereitstellen, so dass sie abbricht. Daraus resultiert, dass
in 3 von 6 Fällen der gesetzte maximale TI von 15 % überschritten wird. Dieser Effekt ist in
Abbildung 5.36, oben rechts, gut zu erkennen und zeigt, dass bis zu einen Srel = 1/4
(Mastabstand = 24 m) Beleuchtungen bei niedrigen Leuchtdichteniveaus von 0,7 bis 1,0 cd/m2
realisiert werden können, welche akzeptable Blendwirkung bereitstellen. Für größere
Mastabstände kann keine akzeptable Blendwirkung nach Bewertung mittels TI garantiert
werden, wenn eine Optimierung unter der Prämisse einer gleichmäßigen Leuchtdichteverteilung
auf der Fahrbahn vorgenommen wird.
16
Die TI-Begrenzung von TI kleiner 15 wurde in den Unterkapiteln 3.2 und 4.5 eingeführt und dient der Vermeidung
erhöhter Blendbeleuchtungsstärken am Auge des Beobachters.
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
101
bersicht der T-Werte
18 m
24 m
30 m
Uo(Ever): T
R1
23,91
41,14
56,39
R2
29,60
46,81
61,19
R3
25,82
39,20
49,76
R4
26,79
38,24
45,86
C1
22,96
40,17
56,67
C2
28,66
44,98
58,34
Uo(L): T
R1
13,67
13,89
14,12
R2
13,41
13,40
21,04
R3
14,32
14,35
12,43
R4
13,83
14,01
27,91
C1
13,72
13,89
13,85
C2
13,89
13,90
27,83
VLopt: T
R2, 6,5 %
11,79
15,72
23,53
R2, 10 %
11,71
15,73
23,87
R2, 20 %
5,30
5,49
29,49
R2, 40 %
19,31
26,9
51,51
R3, 6,5 %
11,84
16,13
23,70
R3, 10 %
11,84
16,13
23,58
R3, 20 %
12,16
28,00
22,70
R3, 40 %
24,12
32,44
60,00
TI ≤ 15 %
TI > 25 %
TI > 35 %
Abbildung 5.36: Übersicht der resultierenden Schwellenwerterhöhungswerte TI für die untersuchten
Beleuchtungsszenen.
Obwohl die Adaptation bei der Bestimmung der Kontrastschwelle im Falle der VL-Bewertung
und Optimierung berücksichtigt wird, treten bei diesem Optimierungsweg recht schnell erhöhte
TI-Werte auf. Die unterschiedlichen Ergebnisse von VL- und TI-Bewertung zur Qualität von
Straßenbeleuchtungsinstallationen werden im Vergleich in Kapitel 8 kritisch diskutiert.
0
10
20
30
40
50
60
70
18 m 24 m 30 m
T in [%]
Mastabstand
U0(Ever): T
R1
R2
R3
R4
C1
C2 0
10
20
30
40
50
60
70
18 m 24 m 30 m
T in [%]
Mastanbstand
U0(L): T
R1
R2
R3
R4
C1
C2
0
10
20
30
40
50
60
70
18 m 24 m 30 m
T in [%]
Mastabstand
VLopt: T
R2, 6,5 %
R2, 10 %
R2, 20 %
R2, 40 %
R3, 6,5 %
R3, 10 %
R3, 20 %
R3, 40 %
102
AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER LICHTVERTEILUNGEN
5.5 MINIMIERUNG DES LICHTSTROMES
Die Ergebnisse zeigen, dass durch eine Vermeidung kleiner VL-Werte als Ziel einer
Optimierung des Lichtstärkeverteilungskörpers gegenüber den anderen angewandten
Optimierungen kein wesentlicher Vorteil hinsichtlich Einsparung des Lichtstromes und somit
des Energiebedarfes erzielt wird. Die Ergebnisse liegen je nach Reflexionscharakteristik der
Deckschicht leicht über dem Niveau der Optimierung auf eine gleichmäßige Verteilung der
Leuchtdichte. Eine genaue Übersicht gibt Abbildung 5.37. Hier werden sowohl die einzelnen
Lichtströme als auch eine graphische Aufbereitung wiedergegeben. Der Lichtstrombedarf
nimmt unter sonst konstanten Bedingungen bei der Leuchtdichte- wie auch den beiden
Beleuchtungsstärkeoptimierungen mit steigendem Mastabstand nahezu linear zu. Für die VL-
Optimierungen gilt dies nicht zwingend.
Abbildung 5.37 zeigt die Abhängigkeit der benötigten Lichtströme je Lichtpunkt bei gleicher
Lichtpunktanzahl je Bewertungsfeld in Abhängigkeit von der Diffusität der Deckschicht,
hervorgehoben nach eher diffus und eher nicht diffus reflektierend. Auffällig hierbei ist, dass
eher diffuse Deckschichten der Klassen R1, R2, und C1 niedrigere Lichtströme erfordern als
weniger diffus reflektierende wie die R3-, R4-, und C2- Standardarten.
Tabelle A.31 des Anhangs gibt ergänzend Vergleichswerte der Optimierungsmethoden für das
Beleuchtungsniveau bei vergleichbarem 𝑉𝐿
wieder. Die Vorgaben für diese VLi-Optimierung
sind eine mittlere Leuchtdichte von 0,75 cd/m2 bzw. eine mittlere horizontale
Beleuchtungsstärke von 10 lx. Diese unterschieden sich bei vergleichbaren 𝑉𝐿
in fast allen
Fällen kaum.
A
USWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICH OPTIMIERTER
L
ICHTVERTEILUNGEN
103
Lichtströme [lm] je Optimierungsziel
18 m
24 m
30 m
E
hor
1479
1972
2465
E
ver
1944
2051
2088
L
C1
1123
1440
1752
C2
2016
2438
2616
R1
1066
1440
1752
R2
1829
2246
2472
R3
2362
2688
2904
R4
2462
2803
2928
VL je
࣋ܗ
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
R2
1800
1828
1900
2230
2308
2266
2803
2562
2712
2887
2736
2716
R3
2362
2362
2448
2585
3020
3020
2803
2886
3340
3552
2904
2976
Abbildung 5.37: Übersicht des benötigten Lichtstromes zum Erreichen des vorgegebenen Beleuchtung-
sniveaus. Oben links nach Optimierungsart, oben rechts nach Tendenz der Deckschicht-
reflexionscharakteristik und unten in tabellarischer Form.
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
3000
3250
3500
18 m 24 m 30 m
Lichtstrom in [lm]
bersicht des Lichtstrombedarfs:
Vergleich der Optimierungen
Ehor Ever
L, R1 L, R2
L, R3 L, R4
L, C1 L, C2
VL, R2, 6,5 % VL, R2, 10 %
VL, R2, 20 % VL, R2, 40 %
VL, R3, 6,5 % VL, R3, 10 %
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
3000
3250
3500
18 m 24 m 30 m
Lichtstrom in [lm]
bersicht des Lichtstrombedarfs:
iffuse / nicht diffuse eckschicht
Ehor Ever
L, R1 L, R2
L, R3 L, R4
L, C1 L, C2
VL, R2, 6,5 % VL, R2, 10 %
VL, R2, 20 % VL, R2, 40 %
VL, R3, 6,5 % VL, R3, 10 %
Blau:
Eher diffuse Deckschicht (R1, R2, C1)
Rot:
Eher gerichtet reflektierende Deckschicht
104
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
6
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
Im Kapitel 5 wurden die Wirkungen von optimierten Lichtverteilungen ausschließlich in der
Simulationsumgebung betrachtet. Um zu prüfen, wie gut sich optimierte LVK praktisch
realisieren lassen, wurden im Laborversuch exemplarisch optimierte LVK erzeugt. Die so
realisierten Lichtverteilungen wurden gemessen, bewertet und mit den Simulationsergebnissen
verglichen.
Die LVK werden für die Installationsgeometrien entsprechend der vier vorgestellten Optimie-
rungsziele berechnet und mit adaptiven LED-Leuchten nachgestellt, deren LVK manuell
anpassbar ist. Die so praktisch realisierten Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichteverteilungen
werden mit ihren Äquivalenten aus der Simulation verglichen und auf die bereitgestellten
lichttechnischen Kennzahlen und Erkennbarkeiten hin untersucht.
Entsprechend der in der Operationalisierung in Unterkapitel 3.4 festgelegten Maßnahmen und
Ausprägungen gibt Tabelle 6.1 eine Übersicht über den Variationsumfang des Laborversuchs.
Tabelle 6.1:Untersuchte Maßnahmen (unabhängige Variablen) und deren Variationsumfang.
Maßnahme
Ausprägungen der Maßnahme
Optimierungsziel
𝑈0,Ehor→𝑚𝑎𝑥
𝑈0,Ever→𝑚𝑎𝑥
𝑈0,L→𝑚𝑎𝑥
|𝑉𝐿|i→𝑚𝑎𝑥
Lichtpunktabstand
Srel = 1/3: 8,1 m
Srel = 1/4: 10,8 m
Srel = 1/5: 13,5 m
Reflexionsgrad des Sehobjektes
6,5 %; 20%; 40%
Die Nachstellungen der LVK und Durchführung der Messungen erfolgte im Rahmen der
studentischen Abschlussarbeiten von SCHEIBLER [2013], JOCKISCH [2013] und FRAUENHOFER
[2015].
6.1 VERSUCHSSETUP
Die berechneten LVK werden mit zwei LED-Leuchten nachgestellt, welche in der C0-C180-
Ebene längs der Fahrbahn (des Messfeldes) verstellbar sind. Die Optimierung erfolgt daher
explizit in dieser Achse der Fahrbahn. Jede der beiden Leuchten kann durch Ausrichtung und
DMX-gesteuerte Dimmung aller 16 Einzelmodule (vgl. Abbildung A.3) in der C0-C180-Ebene
frei konfiguriert werden. Das Konfigurationssetup erfolgt mit einem speziell für die adaptiven
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
105
Leuchten programmierten Konfigurator. Dieser ist eine, in Kooperation mit Evermind GmbH
und CARALUX LED und Neonlicht GmbH, entwickelte Planungssoftware
17
. Er bietet die
Möglichkeit einen Gesamt-Lichtstärkeverteilungskörper als Summe der LVK einzelner LED-
Module durch den Import ihrer jeweiligen .ldt- oder .ies-Dateien innerhalb der konstruktions-
bedingten Einschränkungen der Leuchte zusammenzustellen. Abbildung A.4 des Anhangs zeigt
die Benutzeroberfläche der Software [SCHADE & VÖLKER 2013; SCHEIBLER 2013].
Abbildung 6.1: Adapitve LED-Leuchte mit C-Ebenen (links) [Scheibler 2013], Anbringung an Photo-
meterbahn (rechts).
Die im Leuchtenkonfigurator erstellte LVK wird in die adaptive LED-Leuchte überführt und
folgend als Nachstellung bezeichnet. Die ausführliche Diskussion der Unsicherheiten bei der
Konfiguration der LED-Leuchte folgt in Kapitel 7.3.
Abbildung 6.2 gibt eine schematische Übersicht über den Laboraufbau aus der Aufsicht. Der
gesamte Aufbau ist durch das begrenzte Raumangebot des Laborraumes von 55,00 m Länge,
7,00 m Breite und 3,40 m Höhe eingeschränkt und wird maßstabsgetreu im Verhältnis 1 : 2 zu
typischen realen Installations- und Messgeometrien im Feld wie in den Abschnitten 3.2.3 bis
3.2.5 dimensioniert. Die maximal mögliche Lichtpunkthöhe im Laborraum beträgt H = 2,70 m.
Die Breite des Mess- und Bewertungsfeldes (Abbildung 6.2 rosa Feld) beträgt WL = 2,70 m. Die
Auswirkungen der niedrigen Lichtpunkthöhe werden in Unterkapitel 7.3 der Unsicherheits-
betrachtung diskutiert. Die Leuchten sind zur exakten Variation des Lichtpunktabstandes und
präzisen manuellen Ausrichtung an einer Photometerbahn unter der Decke des Raumes fixiert.
Dies bedingt, dass die Leuchten in Querrichtung mittig zum Bewertungsfeld in der vertikalen
Beobachtungsebene liegen. Der Beobachtungsabstand zur Bestimmung der Leuchtdichte-
17
Die Entwicklung des Konfigurators wurde im Rahmen des Projektes „Entwicklung und Validierung technischer
Konzepte für energieeffiziente, intelligente LED-Straßenbeleuchtungssysteme“, Teilvorhaben „Entwicklung von
Softwarewerkzeugen zur Planung und Simulation und zur Überwachung und Steuerung von LED-Beleuchtungs-
systemen“ als ZIM-Kooperationsprojekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMWi
gefördert.
106
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
verteilung und der Erkennbarkeiten beträgt 30,00 m zum Beginn des Bewertungsfeldes bei einer
Beobachterhöhe hB = 0,75 m. Die Neigung des Beobachtungswinkels entspricht somit dem in
den Simulationen verwendeten. Die drei Lichtpunktabstände sind nach Tabelle 6.1 gewählt und
in Abbildung 6.2 anhand der roten Felder hervorgehoben.
Abbildung 6.2: Aufsicht Versuchsaufbau. Rot: Messfeld und Beobachter. Weiß: Lichtpunkte
[FRAUENHOFER 2015, S. 29].
Abbildung 6.2 zeigt die Lichtfallen, die zur Vermeidung von Streulicht in 10 m-Abständen
zwischen Beobachterstandort und Messfeld platziert sind. Weitere Lichtfallen sind seitlich zum
Messfeld positioniert. Am Ende der Laborfläche minimieren zwei unter Winkel arrangierte
Vorhangs-Raster potentielles Streulicht. Sowohl der schwarze Spannstoff der Lichtfallen als
auch der schwarze Anstrich der Wände wurden anhand entnommener Proben mit einer
Ulbrichtschen Kugel des Typs RT 500 der Firma LMT Messgeräte GmbH gegen ein Keramik-
Arbeitsreflexionsnormal gemäß DIN 5036-Teil 3 auf ihren Reflexionsgrad hin gemessen. Die
bestimmten Reflexionsgrade variieren zwischen 3,5 % und 4,5 %. Der gesamte Aufbau wurde
sowohl in der Simulation als auch in Vorversuchen
18
auf den Einfluss von Streulicht hin
untersucht. Der Einfluss des Streulichtes im Bereich des Messfeldes beläuft sich auf unter
1,5 %. Eine Übersicht gibt Tabelle A.32 des Anhangs.
Für eine exakte Bestimmung der Uo(L)- und VL-optimierten LVK wurde der im Versuchsaufbau
als Fahrbahndeckschicht verwendete Laborteppich hinsichtlich seiner Reflexionseigenschaften
umfassend für die Beobachtungswinkel 1° und 3° mit jeweils zwei Proben gemessen
19
. Die
Messwerte werden anhand ihrer r-Tabellen und Deckschichtenkennwerte nach Tabelle A.33 bis
Tabelle A.38 des Anhangs der Optimierung zugrunde gelegt. Die Kämmrichtung des Teppichs
entsprechend Abbildung 6.3 wird dabei berücksichtigt.
Abbildung 6.3: Einfluss der Kämmrichtung des Laborteppichs aus Beobachterrichtung und entgegen-
gesetzt. Fotos gleicher Kameraeinstellung aus entgegengesetzter Blickrichtung.
18
Die Vorbereitungen und Durchführungen der Labormessungen erfolgten hauptsächlich innerhalb der
Abschlussarbeiten von [SCHEIBLER 2013; JOCKISCH 2013; FRAUENHOFER 2015].
19
Die Messungen wurden durch das Wahrnehmungslabor/Lichttechnik des Instituts für Verkehrsplanung und
Straßenverkehr der Technischen Universität Dresden durchgeführt.
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
107
6.2 DURCHFÜHRUNG
Abbildung 6.4 gibt einen schematischen Überblick zu den einzelnen Schritten des Versuchs.
Der rechte Arm der Durchführung entspricht dem in Kapitel 4 beschriebenen Vorgehen in den
Simulationen. Der linke Arm des Ablaufes wird folgend näher erläutert.
Abbildung 6.4: Ablaufdiagramm zum Vergleich der Simulationen mit realen Messungen.
Die Messung der LVK der Leuchte mit den jeweiligen nachgestellten RLVK erfolgt in C-
Halbebenen nach DIN EN 13032-1 [DIN 2004; DIN 2007C] mittels eines Drehspiegel-
Goniophotometers der Firma LMT entsprechend den Normen DIN 5032 [DIN 1999A; DIN
1992; DIN 1999B] sowie DIN EN 13032 [DIN 2005; DIN 2004; DIN 2007C; DIN 2006]. Der
Lichtstrom wurde durch Integration der Lichtstärkeverteilung von C-Ebenen ermittelt. Die
gemessenen LVK wurden in der Arbeit von SCHEIBLER [2013, S. 24] nach BERGEN [2012] auf
ihre Übereinstimmung mit den entsprechenden simulierten Referenz-LVK hin verglichen, um
auszuschließen, dass fehlerbehaftete LVK für die Laborversuche herangezogen werden. Da der
gesamte Dynamikumfang der verwendeten adaptiven LED-Leuchten zur Formung der
verschiedenen LVK benötigt wird, wurden für jede Beleuchtungssituation Korrekturfaktoren
KF zur Normierung auf das angestrebte Beleuchtungsniveau bestimmt [FRAUENHOFER 2015,
S. 42 ff.]. Dies ist zulässig, da außer dem Lichtstrom der Leuchte keinerlei andere Parameter
des Laborsetups geändert werden. Da die Simulationen auf eine mittlere Leuchtdichte von
𝐿 = 0,75 cd/m2 und vergleichbare 𝐸hor = 10 lx bezogen wurden (vgl. Kapitel 3.2), wurden die 𝐿
und 𝐸ℎ𝑜𝑟 der Messungen entsprechend normiert.
Die Erfassung der Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichteverteilungen sowie deren Kennzahlen
erfolgte, entsprechend dem Vorgehen aus den Abschnitten 2.2.1 bis 2.2.3, unter den getroffenen
Festlegungen aus Unterkapitel 3.2. Abbildung 6.5 beschreibt die Verteilung der herangezogenen
Messpunkte für die drei untersuchten Lichtpunktabstände. Aufgrund der fehlenden Einstell-
108
V
ERIFIKATION IM
L
ABORVERSUCH
möglichkeiten der Leuchten quer zur Fahrbahn und der daraus resultierenden niedrigen
Quergleichmäßigkeiten, wurden die innerhalb des Gesamtmessfeldes ermittelten Verteilungen
von Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte nur vergleichend herangezogen und fließen daher
nicht in die Bewertung mit ein. Die eigentliche Auswertung erfolgte anhand der Messwerte
eines Streifens in der Mitte des Messfeldes, dessen Querabweichungen der Leuchtdichte und
horizontalen Beleuchtungsstärke nicht größer als 5 % des jeweiligen Wertes auf der Mittellinie
waren. In diesem Bereich von 60 cm Breite mittig des Hauptmessfeldes (Abbildung 6.5,
dunkelrotes Feld) wurden 5, quer zur Fahrbahn gleichabständig angeordnete Messpunkte, je
Messentfernung betrachtet. Die Messpunktauflösung betrug 15 cm. Längs der Fahrbahn betrug
die gleichabständige Auflösung 10 Messpunkte je Messfeldlänge. Erster und letzter Messpunkt
wiesen longitudinal jeweils einen halben Messpunktabstand zum Rand des Messfeldes auf. Für
die zum Vergleich herangezogene Gesamtbreite des Messfeldes betrug die Messauflösung quer
zur Fahrbahn 11 Messpunkte mit einem Abstand von 30 cm entsprechend Abbildung 6.5.
Abbildung 6.5: Messfeld (hellrot) mit zentralem Ausschnitt (dunkelrot) bei Lichtpunktabständen von
8,10 m (grün), 10,80 m (blau) und 13,50 m (schwarz) mit entsprechenden Messpunkten
[FRAUENHOFER 2015, S. 34].
Entsprechend Abschnitt 2.2.4.11 erfolgte die Bestimmung der VL angelehnt an das Vorgehen
im Rahmen des ANSI IESNA RP-8-00 [IESNA 2005] und unter Berücksichtigung der
Festlegungen aus Unterkapitel 3.2. Beobachtungsgrundlage für die Leuchtdichteauswertungen
und die VLi-Bestimmungen war die kritischere stationäre Beobachtung. Bedingt durch die
Eigenschaften des Laborsetups mussten jedoch Modifikationen im Vorgehen vorgenommen
werden. Bei der Bestimmung der Erkennbarkeiten war das Sehobjekt aufgrund der beschränkten
Messstrecke und dem flachen Beobachtungswinkel nicht mehr vollständig von einer
kontinuierlichen Umfeldleuchtdichte, wie sie in einer periodischen Leuchteninstallation
gegeben wäre, umschlossen. Abbildung 6.6 zeigt eine Beispielsituation mit einem Sehobjekt auf
der letzten Messposition im Bewertungsfeld.
Abbildung 6.6: Begrenzung der Ausleuchtung hinter dem Messfeld. Links: Gesamtsituation. Rechts:
Ausschnitt, Leuchtdichte-Bereiche zur direkten Objektkontrast-Bestimmung.
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
109
Der in den Simulationen herangezogene Bereich LH-oben aus Abbildung 6.6 konnte also nicht für
die VL-Auswertung der Laborinstallationen verwendet werden, da sonst eine in der Realität
nicht vorhandene Situation bewertet werden würde. In diesem Fall wurde aufgrund der hohen
Gesamtgleichmäßigkeit der Leuchtdichte im Bewertungsfeld ausschließlich die untere
Sehobjektkante mit den Leuchtdichtebereichen LO-unten und LH-unten herangezogen.
6.3 RESULTIERENDE LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Abbildung 6.7 gibt eine Übersicht über die für die Beleuchtungssituationen nach Tabelle 6.1
berechneten LVK für den Laborversuch. Die einzelnen Schritte der Nachstellungen dieser
können den Abbildungen A.6 bis A.9 des Anhangs entnommen werden. Wie bereits bei den
LVK-Visualisierungen des Kapitels 5 zeigt auch hier der blaue Volumenschnitt die C0-C180-
Ebene der LVK, der rote Schnitt die C90-C270-Ebene. Die Hilfslinien des C-Ebenen-Koordi-
natensystems sind in 30°-Schritte unterteilt. Die Darstellung der LVK ist, der Übersichtlichkeit
halber, zueinander rein qualitativ dargestellt und nicht auf gleiche Skalierung normiert. Der
ausführliche Vergleich von berechneten Referenz-LVK mit den realisierten Leuchten-LVK
findet sich in der Diplomarbeit von SCHEIBLER [2013].
Srel
𝑈o,Ehor→𝑚𝑎𝑥;
𝑈o,Ever→𝑚𝑎𝑥;
𝑈o,L→𝑚𝑎𝑥;
|𝑉𝐿|i→𝑚𝑎𝑥, Bsp. 6,5%
1/3
1/4
1/5
Abbildung 6.7: Optimierungsziel und Referenz-LVK(RLVK) der ausgewählten Beleuchtungssituationen,
blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene, roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-
Schritten, relative Darstellung.
110
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
6.4 ERZIELTE LEUCHTDICHTE-, BELEUCHTUNGSSTÄRKE- UND VL-
VERTEILUNGEN
6.4.1 GLEICHMÄßIGKEITSORIENTIERTE OPTIMIERUNGEN
Die Längs- und Gesamtgleichmäßigkeiten der horizontalen und vertikalen Beleuchtungsstärken
sind von den Beleuchtungsniveaus 𝐸hor, 𝐸ver und 𝐿 und somit auch von KF unabhängig. Sie
wurden daher ohne eine Anpassung des Niveaus ermittelt. Die Tabellen 6.2 bis 6.4 geben eine
Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten bei reduzierter Messfeldbreite. Die Werte, deren
Bewertungsmethode ihrem eigenen Optimierungsziel entspricht, sind grün unterlegt. Die
zugehörigen Szenen sind in Abbildung 6.8 aus der Beobachterperspektive und in Abbildung 6.9
aus der Vogelperspektive als Leuchtdichtebilder dargestellt. Den in Abbildung 6.8 sichtbaren
Einfluss der begrenzten Größe des Versuchsaufbaus diskutiert Kapitel 7.3. Die den Tabellen 6.2
bis 6.4 zugrunde liegenden Messwerte enthält Teil A.4 des Anhangs.
Tabelle 6.2: Übersicht der mit der adaptiven LED-Leuchte erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der
Messung der horizontalen Beleuchtungsstärke für das Labor-Setup der Validierung.
Ehor-basierte Gleich-
mäßigkeiten für:
WL, red
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo (Ehor)opt
0,5 m
0,82
0,67
0,88
0,80
0,92
0,72
0,6 m
0,76
0,73
0,84
Uo (Ever)opt
0,5 m
0,80
0,54
0,77
0,40
0,44
0,14
0,6 m
0,79
0,78
0,41
Uo (L)opt
0,5 m
0,36
0,15
0,27
0,07
0,40
0,13
0,6 m
0,36
0,27
0,39
Tabelle 6.3: Übersicht der mit der adaptiven LED-Leuchte erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der
Messung der vertikalen Beleuchtungsstärke für das Labor-Setup der Validierung.
Ever-basierte Gleich-
mäßigkeiten für:
WL, red
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo (Ehor)opt
0,5 m
0,18
0,08
0,150
0,04
0,21
0,08
0,6 m
0,19
0,16
0,22
Uo (Ever)opt
0,5 m
0,86
0,78
0,89
0,73
0,76
0,58
0,6 m
0,77
0,84
0,77
Uo (L)opt
0,5 m
0,39
0,12
0,44
0,11
0,4
0,13
0,6 m
0,41
0,42
0,39
Tabelle 6.4: Übersicht der mit der adaptiven LED-Leuchte erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der
Messung der Leuchtdichte für das Labor-Setup der Validierung.
L-basierte Gleich-
mäßigkeiten für:
WL, red
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo (Ehor)opt
0,5 m
0,56
0,35
0,32
0,12
0,37
0,17
0,6 m
0,53
0,30
0,36
Uo (Ever)opt
0,5 m
0,42
0,28
0,37
0,23
0,67
0,46
0,6 m
0,42
0,4
0,67
Uo (L)opt
0,5 m
0,79
0,66
0,72
0,56
0,78
0,61
0,6 m
0,74
0,74
0,78
V
ERIFIKATION IM
L
ABORVERSUCH
111
S
rel
= 1/3
S
rel
= 1/4
S
rel
= 1/5
Uo (Ehor)opt
Uo (Ever)opt
Uo (L)opt
Abbildung 6.8: Leuchtdichtebilder Uo-orientierte Optimierungen, Variation des Lichtpunktabstands.
U
o
(E
hor
)
opt
U
o
(E
ver
)
opt
U
o
(L)
opt
S
rel
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
LP 1
LP 2
(1/3)
LP 2
(1/4)
LP 3
(1/5)
Abbildung 6.9: Vogelperspektive der Leuchtdichtebilder der Uo-orientierten Optimierungen, innere 50 %
des Messfeldes quer zur Fahrbahn.
112
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
Das Optimierungsziel homogene Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke erzielt
Gesamtgleichmäßigkeiten > 0,82 bei WL,red = 0,5 m. Bei der vertikalen Beleuchtungsstärke sind
deren Gleichmäßigkeiten > 0,76 und bei der Optimierung auf eine uniforme Fahrbahnleucht-
dichte werden Gesamtgleichmäßigkeiten > 0,72 erreicht. Dies zeigt die Anpassungsfähigkeit der
Optimierungsmethoden selbst an anspruchsvolle Beleuchtungssituationen, welche nicht auf
Standardeigenschaften der Fahrbahndeckschicht (anhand von Standard-r-Tabellen) basieren.
Der in Kapitel 5.2 dargestellte Effekt, dass die jeweilige Optimierung hinsichtlich ihrer zugrun-
de liegenden lichttechnischen Bewertungskennzahl die besten Ergebnisse erzielt, wurde unter
den laborversuchsspezifischen Einschränkungen bestätigt.
6.4.2 ERKENNBARKEITSORIENTIERTE OPTIMIERUNG
Die Ergebnisse bestätigen die Erkenntnisse aus den Simulationen, nach denen sich die Güte VL-
optimierter LVK nicht allein durch die Gleichmäßigkeit beschreiben lässt. Die Tabellen 6.5 bis
6.7 zeigen, dass die meisten VL-Optimierungen zwar Uo > 0,4 erzielen, der Unterschied zur
Charakteristik der Uo(L)-Optimierung in den Abbildungen 6.7 und 6.9 jedoch deutlich erkenn-
bar ist: Die Lichtverteilungen zeigen die Charakteristik einer bestimmten Ungleichmäßigkeit.
Abbildung 6.11 zeigt die Leuchtdichteverteilungen im Messfeld zusätzlich aus der Aufsicht.
Tabelle 6.5: Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der horizontalen Beleuchtungsstärke
Ehor-basierte Gleich-
mäßigkeiten für:
WL, red
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo (VL6)opt
0,5 m
0,40
0,14
0,15
0,06
0,36
0,09
0,6 m
0,39
0,14
0,37
Uo (VL20)opt
0,5 m
0,52
0,07
0,75
0,14
0,74
0,52
0,6 m
0,51
0,71
0,75
Uo (VL40)opt
0,5 m
0,42
0,13
0,59
01,0
-
-
0,6 m
0,42
0,59
-
0,6 m
0,63
0,87
-
Tabelle 6.6: Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der vertikalen Beleuchtungsstärke.
Ever-basierte Gleich-
mäßigkeiten für:
WL, red
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo (VL6)opt
0,5 m
0,42
0,18
0,54
0,30
0,13
0,06
0,6 m
0,42
0,53
0,13
Uo (VL20)opt
0,5 m
0,30
0,15
0,32
0,25
0,14
0,10
0,6 m
0,30
0,32
0,14
Uo (VL40)opt
0,5 m
0,63
0,29
0,86
0,36
-
-
Tabelle 6.7: Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der Leuchtdichte.
L-basierte Gleich-
mäßigkeiten für:
WL, red
Srel = 1/3
Srel = 1/4
Srel = 1/5
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo, Ehor
Ul, Ehor
Uo (VL6)opt
0,5 m
0,68
0,48
0,54
0,35
0,49
0,27
0,6 m
0,62
0,52
0,49
Uo (VL20)opt
0,5 m
0,45
0,55
0,55
0,30
0,42
0,21
0,6 m
0,45
0,54
0,41
Uo (VL40)opt
0,5 m
0,61
0,39
0,29
0,18
-
-
0,6 m
0,48
0,29
-
V
ERIFIKATION IM
L
ABORVERSUCH
113
S
rel
= 1/3
S
rel
= 1/4
S
rel
= 1/5
Uo (VL6,5)opt
Uo (VL20)opt
Uo (VL40)opt
Abbildung 6.10: Leuchtdichtebilder VL-orientierte Optimierungen, Variation des Lichtpunktabstandes.
Die LVK der VL-Optimierung auf das 40 % Sehobjekt konnte mit den verwendeten LED-
Leuchten nicht nachgestellt werden, da die zur Verfügung stehenden Lichtstärken unter flachen
Ausstrahlwinkeln nicht ausreichen.
U
o
(VL
6,5
)
opt
U
o
(VL
20
)
opt
U
o
(VL
40
)
opt
S
rel
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
LP 1
LP 2
(1/3)
LP 2
(1/4)
LP 3
(1/5)
Abbildung 6.11: L-Verteilung der VL-Optimierungen, mittlere 50 % des Messfeldes, Vogelperspektive.
114
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
6.5 VERGLEICH DER SIMULATIONEN UND LABORMESSUNGEN
Die den Labor-Beleuchtungsszenen zugrunde liegenden LVK entsprechen nicht denen aus
Kapitel 5, sondern den LVK nach Abbildung A.5 bis Abbildung A.8 des Anhangs, welche
speziell für die Eigenheiten der Beleuchtungsinstallationen des Laborversuchs (z. B.
Laborteppich als Fahrbahndeckschicht) berechnet wurden. Es ist daher zu differenzieren, ob
Ergebnisse aus den allgemeinen Simulationen nach Kapitel 5 oder versuchsaufbauspezifische
Simulationen betrachtet werden.
Die in den Simulationen berechneten Uo,Ehor können mit den im Laborversuch unter
Abweichung einzelner Werte bei Ausreißern von maximal 20 % bis 35 % unterhalb der
simulierten Ehor-Verteilung nachgestellt werden. Die Gesamtgleichmäßigkeiten der Leucht-
dichteoptimierung gleichen den Simulierten mit Abweichungen < 10 %. In beiden Fällen sind
die realisierten Werte niedriger als die durch die Simulation angestrebten. Dies zeigt, dass selbst
mit den für den Versuch zur Verfügung stehenden technischen Mitteln Lichtverteilungen
realisiert werden können, die sehr nahe an die Vorgaben aus den Simulationen sind. Mit
hochwertigeren Optiken und höheren Lichtströmen der einzelnen LED Module ließen sich die
Abweichungen weiter verringern. Dies ist nicht lediglich ein Hinweis auf eine eventuelle
praktische Anwendbarkeit der LVK-Optimierung, sondern bereits in diesem Stadium auch eine
Bestätigung der Realisierbarkeit örtlich adaptiver Beleuchtungsanlagen mit installations-
spezifisch optimierten LVK.
Für die VL-Optimierung wird die Gleichmäßigkeit nicht als Qualitätskriterium herangezogen,
da ∆U keine Aussage über die Qualität der Übereinstimmung zwischen Simulation und
Messung gibt. Hierfür werden die erzielten Erkennbarkeiten selbst verglichen. Abbildung 6.12
sowie die Tabellen A.43 und A.44 des Anhangs beinhalten die Gegenüberstellungen der VL-
Verläufe aus Simulation und Messung der 6 untersuchten Beleuchtungssituationen bei je 3
unterschiedlichen Mastabständen.
Die Abbildungen A.6 bis A.8 des Anhangs geben die Abweichung der zusammenfassenden
Qualitätskennzahlen. Bei allen drei Mastabständen liegen die VLi-Abweichungen für die
Uo(Ever)- und Uo(L)-Optimierung in Bereichen ∆VLi < 5. Einzelne Werte ∆VLi > 5 können je
nach Situation jedoch vorkommen. Bei der Uo(Ehor)-Optimierung liegen die Abweichungen mit
wenigen Ausreißern im Bereich ∆VLi < 10. Anders verhält sich dies bei den VLi-Optimierungen.
Hier kommt es je nach Beleuchtungssituation zu guten Übereinstimmungen ∆VLi < 4 oder stark
unterschiedlichen ∆VLi > 10. Dies lässt sich durch die eingeschränkten Anpassungsmöglich-
keiten der verwendeten LED-Leuchten erklären. Kombinationen der zur Verfügung stehenden
Optiken führen zu Abweichungen nach Abbildung 6.7 und den Übersichten A.6 bis A.9 des
Anhangs gegenüber der RLVK. Im Vergleich zu den wahrnehmungsphysiologischen
Anforderungen an das VL aus Abschnitt 2.2.5 können solche Abweichungen bereits über das
Erkennen oder Nichterkennen eines Objektes entscheiden. Es bedarf somit weiterhin einer
exakteren Nachstellung optimierter LVKs, wenn deren Optimierungsziel direkt das VL ist.
V
ERIFIKATION IM
L
ABORVERSUCH
115
Uo-orientierte Optimierungen
VLi-orientierte Optimierungen
U
o
(E
hor
)-Optimierung
VL
i
(ߩை = 6,5 %)-Optimierung
U
o
(E
ver
)-Optimierung
VL
i
(ߩை = 20 %)-Optimierung
Uo (L)-Optimierung
VLi (ߩை = 40 %)-Optimierung
Abbildung 6.12: Vergleich von Mess- (M) und Simulationsergebnissen (S) für Srel = 1/3 [FRAUENHOFER
2015, S. 63].
116
VERIFIKATION IM LABORVERSUCH
6.6 ZUSAMMENFASSUNG
Ziel des Laborversuches war die Prüfung der Umsetzbarkeit der nach den vier beschriebenen
Optimierungszielen (vgl. Kapitel 3) generierten LVK in einer Realumgebung. Der Vergleich
der resultierenden Beleuchtungssituationen mit den Simulationsergebnissen gibt Aufschluss
über die einhergehenden lichttechnischen Herausforderungen. Die Ergebnisse des Versuches
sind streng im Kontext mit den untersuchten Installationsgeometrien und den
versuchsaufbaubedingten Einschränkungen zu sehen. So bestehen insbesondere durch die
begrenzte lichttechnische Flexibilität der verwendeten LED-Leuchten Einschränkungen bei den
Möglichkeiten der Umsetzung der berechneten LVK: Nicht alle Situationen konnten mit den
vorhandenen adaptiven Leuchten bedient werden.
Für die Nachstellungen der gesamtgleichmäßigkeitsorientierten Uo(Ehor)-, Uo(Ever)- und Uo(L)-
Optimierungen lassen sich bereits mit der hier zum Einsatz gekommenen Leuchte
Lichtverteilungen mit den angestrebten hohen Gesamtgleichmäßigkeiten realisieren. Im
Rahmen der beschriebenen Einschränkungen bestätigen die im Versuch gemessenen, sehr guten
Gesamtgleichmäßigkeiten von Uo(Ehor) > 0,82 bei der Uo(Ehor)-Optimierung, Uo(Ever) > 0,76 im
Falle der Uo(Ever)-Optimierung und Uo(L) > 0,72 für die Leuchtdichtoptimierung die praktische
Anwendbarkeit der Optimierungen für die untersuchten Beleuchtungssituationen. Die
vorgegebenen Gesamtgleichmäßigkeiten können mit entsprechenden Leuchtensystemen in der
ortsfesten Straßenbeleuchtung also ebenso gut nachgestellt werden wie in der Simulations-
umgebung.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Lichtverteilungen der VL-Optimierung auch in den
Labormessungen stets eine gewisse Ungleichmäßigkeit innerhalb der Beleuchtungsstärke- und
Leuchtdichteverteilung aufweisen. Der Versuch unterstreicht die Simulationsergebnisse (vgl.
Abschnitt 5.3.2), nach welchen die untersuchte VL-Optimierung nicht zwingend zu hohen
Gesamtgleichmäßigkeiten Uo(Ehor)-, Uo(Ever)- oder Uo(L) führt.
Anhand des Vergleiches der jeweiligen VLi-Verläufe aus Simulation und Messung wird
offensichtlich, dass sich die Verlaufsgraphen qualitativ zwar – teils stark – ähneln, die
Abweichungen einzelner VLi oftmals jedoch größer als der eigentliche VL-Betrag des
zugehörigen Messpunktes sein können. Hier besteht daher weiterhin der Bedarf präzisere und
besser anpassbare optische Systeme zur Realisierung der berechneten LVK zu entwickeln.
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
117
7
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
Grobe Fehler, durch eine der im Folgenden detailliert aufgeführten Ursachen, können durch die
sachgerechte Verwendung hochwertiger Messgeräte, eine sorgfältige Planung und kritische
Auswertung sowie präventive Maßnahmen weitgehend ausgeschlossen werden [vgl.
GRÄNICHER 1996, S. 1 ff.; GESCHKE 2001]. Im Rahmen der getroffenen Einschränkungen
werden daher in der kumulativen Gesamtunsicherheit am Ende dieses Kapitels keine groben
Fehler berücksichtigt.
Systematische Messunsicherheiten, die bei der Wiederholung von Messungen und
Teilversuchen immer in gleicher Weise auftreten, resultieren einerseits aus Genauigkeitsgrenzen
von Messgeräten, Maßen und Messgegenständen. Andererseits kann die Unvollkommenheit der
Art und Beeinflussungen des verwendeten Messverfahrens zu systematischen Unsicherheiten
führen. Die Diskussion von Messabweichungen und Unsicherheiten dieses Kapitels bezieht sich
im Rahmen dieser Arbeit hauptsächlich auf systematische Messunsicherheiten [vgl. SCHADE
2008, S. 72; GRÄNICHER 1996, S. 1 ff.]. Im Zusammenhang mit der VL-Messung
und -Berechnung können sie nach Lewin in drei wesentliche Kategorien unterteilt werden [vgl.
LEWIN 1993, S. 83]:
1. Berechnungsfehler (siehe Kapitel 7.1 und 7.2):
Fehler in den aktuellen Formeln
Fehler in der Interpretation der Vorgaben zum Vorgehen
Programmierungsfehler und -Unsicherheiten
2. Messgeräteunsicherheiten (siehe Kapitel 7.3):
Kalibrierungsunsicherheiten
Qualitätsprobleme bei den Messgeräten
3. Unsicherheiten durch Feldbedingungen (siehe Kapitel 7.3):
Fahrbahndeckschicht
Sehobjekteigenschaften
Beleuchtungsanlage
Leuchten- und Lichtquelleneigenschaften
Streulicht
118
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
7.1 VL-BESTIMMUNG
Sowohl Reliabilität und Validität der Erkennbarkeitsbestimmung durch den VL an sich als auch
die Verwendung von Graukarten als Sehobjekte sind nicht unumstritten. Die Diskussion und
Untersuchung der Methode als solche sind ebenso wenig Bestandteil dieser Arbeit wie die
Bewertung der Grautafeln oder allgemein das Heranziehen kleiner einfacher Sehobjekte zur
Bestimmung der Erkennbarkeit. Es sei an dieser Stelle daher ausdrücklich auf die Ergebnisse
von VÖLKER [2006], LECOCQ [in GÜLER & ONAYGIL 2003; 1991; 1993; 1997], KECK &
VICKSBURG [1993], KECK & STARK [1987] sowie GÜLER, ONAYGIL & SIMPSON [2003]
verwiesen.
7.2 BERECHNUNG UND SIMULATION DER
LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPER
Die in Kapitel 4 vorgestellte Optimierung von Lichtstärkeverteilungskörpern enthält Verein-
fachungen, ohne welche eine effiziente Berechnung einer eindeutigen Lösung für optimierte
LVK unter den in 3.2 definierten Vorgaben nicht möglich wäre. In diesem Unterkapitel werden
mögliche Abweichungen und Unsicherheiten diskutiert. Diese liegen jedoch weit unter den nach
JANOFF [1993] und GIBBONS [1997] beschriebenen Abweichungen älterer Simulations-
programme.
7.2.1 ABWEICHUNGEN DURCH INTERPOLATION BEI TRANSFORMATION UND GLÄTTUNG
Die im Rahmen der Arbeit entwickelten Lichtstärkeverteilungskörper werden mit einer
Winkelauflösung von 1° für C-Ebenen- und 𝛾-Winkel anhand räumlicher Kugelkoordinaten
generiert. Die Auflösung der Messpunkte beträgt 10 x 20 Berechnungspunkte
20
je Messfeld in
der horizontalen Ebene – entsprechend dem kartesischen Koordinatensystem –, um extrem hohe
Rechenzeiten zu vermeiden. Trotz hoher Raster- und Winkel-Auflösung ist bei der Transfor-
mation der Daten eine Interpolation der Einzelwerte notwendig, um den Informationsverlust
beim Wechsel zwischen den Koordinatensystemen gering zu halten.
Für die vorliegende Art der Transformation hat sich die IDW (inverse Distanzgewichtung) als
zugleich einfache und zuverlässige Interpolation erwiesen. Sie ist in der digitalen Bildverar-
beitung und -Analyse zur Abschätzung der räumlichen Abhängigkeit von Daten nach aktuellem
Stand der Technik und der allgemeinen Arbeitspraxis anerkannt [vgl. STEBLAU 2013, S. 33]
21
.
Unter der in Abschnitt 3.2.2 getroffenen Einschränkung eines räumlich stetigen Verlaufs der
Einzellichtstärken der LVK wird die interpolationsbedingte Unsicherheit bei der Transfor-
mation der Berechnungsdaten zwischen räumlich polarem und kartesischem Koordinatensystem
im Rahmen der Arbeit als vernachlässigbar klein angenommen. Dies gilt ebenso für Interpola-
tionen innerhalb perspektivischer Umrechnungen der projektiven Entzerrung im Falle der
Leuchtdichteberechnung. Näheres hierzu findet sich in [STEBLAU 2013].
20
Höhere Auflösungen führten für die direkten VL-Optimierungen bei den verwendeten Messrechnern am
Fachgebiet Lichttechnik der TU Berlin zu einem Überlauf des Arbeitsspeichers.
21
Ausführliche Informationen zur IDW und deren Anwendung sind sekundär STEBLAU [2013, S. 33 f.]
und dessen Primärgrundlage [JIANG & PETKOV 2009, S. 509 ff.] zu entnehmen.
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
119
Abbildung 7.1 zeigt, wie sich innerhalb der Simulation die Wahl der Anzahl der Stützstellen auf
die Lichtverteilung auf der Fahrbahn auswirkt. Die zugrunde liegende LVK ist nicht geglättet,
so dass sich ein schachbrettartiges Raster abzeichnet.
Abbildung 7.1: Visualisierung der Leuchtdichteverteilung auf der Fahrbahn aus Sicht des Beobachters
bei Verwendung einer nicht geglätteten LVK.
Die Anwendung der Glättung nach Kapitel 3.2.2 reduziert die Sprünge in der LVK so weit, dass
die Lichtverteilung auf der Fahrbahn zu stetigen Verläufen, wie in Abbildung 4.5 auf Seite 62
führt. Bei Vergleichsmessungen mit drei Strahlverfolgungssimulationsprogrammen konnten
aufgrund der hohen Auflösungen der berechneten Lichtstrahlen der LVK nur vernachlässigbar
kleine glättungsbedingte Abweichungen hinsichtlich der Verteilung von Leuchtdichte und
horizontaler Beleuchtungsstärke auf der Fahrbahn festgestellt werden.
7.2.2 LINEARISIERUNG DER LEUCHTDICHTEUNTERSCHIEDSSCHWELLE
Abhängig von der gewählten Tangenten- bzw. Sekantenzahl besteht bei der in Kapitel 4.4.1
beschriebenen Linearisierung der Leuchtdichteunterschiedsschwelle eine Approximationsab-
weichung. Abbildung 4.1 auf Seite 56 dieses Kapitels zeigt, wie sich die Approximations-
abweichung der Sekantennäherung auf die Nachbildung der Kontrastschwelle auswirkt. So
entstehen trotz der Minimierung des Offsets mittels linearer Regression, Abweichungen von der
Ursprungskurve. Diese sind abhängig vom Abstand der beiden Berührungspunkte von
Leuchtdichteunterschiedsschwelle und Regressionssekante. Da für jede berücksichtigte Unter-
schiedsschwelle (jedes in Frage kommende Adaptationsniveaus) diese Annäherung
durchgeführt werden muss, hat deren Auflösung maßgeblichen Einfluss auf die Rechenzeit. Für
das dieser Untersuchung zugrunde liegende 𝛼 ≈ 11´-Standardsehobjekt ergeben sich bei einer
Regressionssekante vor allem bei sehr niedrigen Leuchtdichten Linearisierungsabweichung
nach Tabelle 7.1 [vgl. STEBLAU 2013, S. 35 ff.]. Ebenda finden sich darüber hinaus ausführliche
Analysen zu Validität und Reliabilität der Optimierungssoftware sowie deren mathematischer
Ansätze [STEBLAU 2013]. Dies zeigt, dass die Anwendbarkeit der Optimierung nur für
Lichtverteilungen mit mittlerer bis hoher Gleichmäßigkeit eine präzise Näherung der
Leuchtdichteunterschiedsschwelle garantiert.
120
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
Anhand der Lmin-zu-Lmax-Differenzen von Tabelle A.4 bis Tabelle A.7 wird deutlich, dass die
meisten Beleuchtungsinstallationen Leuchtdichteniveaus im Bereich von 0,5 bis 2 cd m-2
aufweisen und somit mit einer maximalen Linearisierungsabweichung von < ± 3 % zu beziffern
sind. In Einzelfällen können jedoch auch minimale Leuchtdichten von 0,3 cd m-2 oder maximale
Werte von 4,7 cd m-2 auftreten. Diese sind dann gesondert zu betrachten und die Abweichungen
individuell zu berechnen.
Tabelle 7.1: Maximaler Linearisierungsabweichung in Abhängigkeit des Leuchtdichteniveaus
[Steblau 2013, S. 38].
Leuchtdichteniveau
Maximale Linearisierungsabweichung
0,1 bis 3 cd m-2
≥ ± 50 %
0,5 bis 1 cd m-2
< ± 2 %
0,5 bis 2 cd m-2
< ± 3 %
0,5 bis 3 cd m-2
< ± 5 %
1,0 bis 2 cd m-2
< ± 1 %
1,0 bis 3 cd m-2
< ± 2 %
1,0 bis 6 cd m-2
< ± 3 %
7.2.3 INDIREKTE BELEUCHTUNG UND SCHATTENBILDUNG DES SEHOBJEKTES
Wie bereits in Kapitel 2.2.4.3 beschrieben, wird das Sehobjekt in der realen Feldsituation nicht
ausschließlich direkt beleuchtet, sondern erfährt auch indirekte Beleuchtungskomponenten,
welche durch die Reflexion über die Fahrbahndeckschicht verursacht werden. Sie lassen sich
nach Formel (2.33) auf Seite 20 addieren. Abbildung 2.8 auf Seite 20 veranschaulicht dies.
Aufgrund der Komplexität der Integration der indirekten Beleuchtung des Sehobjektes in die
Optimierungs- und Auswertungssoftware wird keine Berechnung des Indirektanteils der
Sehobjektbeleuchtung durchgeführt. So können Abweichungen zwischen simulierten und real
zustande kommenden Ergebnissen entstehen. Bei niedrigen Reflexionsgraden der Fahrbahn-
deckschichten und unter flachen Beobachtungswinkeln, wie sie bei der Leuchtdichte- und VL-
Bewertung und –Planung in der ortsfesten Straßenbeleuchtung herangezogen werden, sind diese
Abweichungen nach LEWIN [1993, S. 84. ff.] sowie ADRIAN ET AL. [1993] zwar zu
vernachlässigen; unter bestimmten größeren Beobachtungswinkeln kann jedoch in manchen
Fällen ein substanzieller Einfluss reflektierten Lichts von der Fahrbahn auf das Objekt
vorkommen [LEWIN 1993, S. 85]. Die daraus resultierenden Abweichungen hinsichtlich des VL
sind sehr aufwendig zu ermitteln. Dies belegen bereits Untersuchungen von ADRIAN &
GIBBONS [1993] sowie von ADRIAN ET AL. [1993] und ADRIAN [1995], welche ausschließlich
für den Fahrbahndeckschichttypus R3 durchgeführt wurden und für diesen zeigen, dass „der
von der Straße reflektierte Anteil [des auf das Sehobjekt reflektierten Lichts] sehr wesentlich
sein kann“ ADRIAN [1995, S. 825]. Das in diesen Arbeiten vorgeschlagene Berechnungs-
verfahren zur Bestimmung des Indirektanteils unterteilt die unmittelbar vor dem Sehobjekt
liegende Straßenoberfläche in 10 x 10 cm große Quadrate nach Kapitel 2.2.4.3, welche als
sekundäre Lichtquellen betrachtet werden. Die Untersuchungen zeigten, dass je nach
Objektposition der Einfluss der indirekten Beleuchtung den VL bei niedrigen Werten, nahezu
um den Faktor 2 verringern kann [vgl. ADRIAN 1995, S. 825]. Die Ergebnisse wurden jedoch als
vorläufig deklariert [vgl. ADRIAN ET AL. 1993, S. 98] und zeigen Abweichungen zwischen den
Darstellungen aus 1993 und 1995. Die Berücksichtigung der Anteile indirekter Beleuchtung an
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
121
der Objektleuchtdichte setzte sich bisher in der aktuellen Forschung zur Erkennbarkeit der
Straßenbeleuchtung noch nicht durch [LEWIN 1993, S. 86], so dass diese vorläufigen Ergebnisse
als ernstzunehmender Hinweis zu sehen sind.
In seiner Veröffentlichung zur Berechnung des STVL mithilfe der Software Radiance verweist
Phillips auf unveröffentlichte Messungen von Keck. Ihnen zugrunde liegende Radiance-
Berechnungen mit berücksichtigter Indirektreflexion der Fahrbahn führten dazu, dass im
Vergleich zu konventionellen Simulationen ohne diese Berücksichtigung, welche meist das
40 % Sehobjekt für STV-Werte betrachten, das 20 % Sehobjekt die kritischsten Werte aufweist
[vgl. PHILLIPS 1993, S. 32 f.].
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden keine Untersuchungen zu Abweichungen, bedingt
durch indirekte Beleuchtungsanteile auf dem Sehobjekt, durchgeführt. Quantitative Aussagen
zu diesbezüglichen Auswirkungen sind daher aktuell nicht möglich. Neben der indirekten
Beleuchtung des Sehobjektes kann die Berücksichtigung von Sehobjektschatten starken
Einfluss auf die Erkennbarkeit anhand des VL haben. Zum Einfluss des Objektschattens auf den
Visibility Level gibt es bisher kaum belastbare, ausführliche Untersuchungen [LEWIN 1993, S.
86 ff.]. Der Objektschatten wird weder auf Seite der LVK-Optimierung noch bei der
Auswertung mittels Radiance berücksichtigt.
7.2.4 ANZAHL DER BERÜCKSICHTIGTEN LICHTPUNKTE
Bei der Berücksichtigung des weiteren periodischen Verlaufes der Lichtpunkte als wesentliche
Voraussetzung der LVK-Optimierung wird oftmals kritisiert [ENZMANN 1977, S. 42], dass eine
ausschließliche Betrachtung der unmittelbar an das Bewertungsfeld grenzenden Leuchten nicht
ausreicht, um gültige LVK für gute Gleichmäßigkeiten und Erkennbarkeiten zu gewährleisten.
Die in dieser Arbeit angewandte Optimierung berücksichtigt zugunsten der Effektivität bei der
Anpassung der LVK zwar explizit 2 Lichtpunkte, einen zu Beginn des Bewertungsfeldes und
einen an dessen Ende. Um jedoch rekursiv innerhalb der Optimierung zu prüfen, wie sich die
LVK auf den gesamten periodischen Verlauf einer Beleuchtungsinstallation auswirkt, werden 2
weitere Lichtpunkte vor dem Bewertungsfeld und 4 weitere Lichtpunkte hinter dem
Bewertungsfeld berücksichtigt. Eine Betrachtung weiterer Lichtpunkte führt lediglich zu
vernachlässigbar kleinen Genauigkeitsgewinnen bei stark erhöhtem Rechenaufwand.
Ein Ergebnis ohne die Betrachtung des periodischen Verlaufes der Lichtpunkte zeigt die
Verifikation mittels des Laborversuches, welcher mit 2 Leuchten durchgeführt wurde. Hier
können keine Objektkontraste im herkömmlichen Sinne durch Mittelung des Kantenkontrastes
von oberer und unterer Sehobjektkante vorgenommen werden, da der Untergrund des Objektes
zu großen Teilen an vielen Messpunkten bereits in unbeleuchteten Bereichen liegt.
7.2.5 UNSICHERHEITEN BEI DER VL-BERECHNUNG
Zur Bestimmung der Unsicherheiten der VL-Berechnung mit dem am Fachgebiet Lichttechnik
der TU Berlin von Winter und Franke [2012] entwickelten Matlab-Radiance-Framework,
vergleicht Franke in seiner Arbeit zur Gütebewertung der Lichtsimulationen von Straßen-
beleuchtungsszenen umfassend dokumentierte reale Messungen zweier Beleuchtungsanlagen
mit in Radiance simulierten virtuellen Nachtstellungen der Beleuchtungsinstallationen (siehe
dazu auch [PSYRIDIS 2010; KRENZ 2009; KRENZ 2010; SCHADE & VÖLKER 2011]. Seine
122
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
Betrachtungen umfassen sowohl die implementierten Auswertungsmethoden und Fahrbahn-
deckschichten als auch Störquellen und ambiente Parameter unter dem Einfluss des
Beobachterwinkels und der Berücksichtigung der Grenzen der Radiance-Simulation [FRANKE
2012]. Er gibt die maximale Abweichung zwischen Simulation und realer Messung für die
beiden bewerteten Straßen bei der Bestimmung der Hintergrundleuchtdichte mit 12,9 % und
9,9 % an. Unter Berücksichtigung, der stark abstrahierten Umgebung der Beleuchtungssituation
(siehe Abbildung 4.6 auf Seite 62), kann dies in Hinsicht auf eine Studie zur Genauigkeit von
Lichtsimulationen [OCHOA ET AL. 2012], nach welchen in gängigen Systemen Abweichungen
von 5 % bis 20 % zwischen Simulation und Messungen vorliegen, als große Abweichung
angesehen werden. Die Abweichungen der Leuchtdichten des Sehobjektes liegen jedoch mit
24,7 % und 41 % wesentlich höher. Franke führt dies unter anderem auf die nicht vollkommen
diffuse Reflexionscharakteristik der für die realen Messungen verwendeten Grautafel zurück
[Franke 2012, S. 68]. Hinsichtlich der Simulationen wird die maximale Unsicherheit unter
Vorbehalt mit 15 % angegeben, da die oben bezifferten 12,9 % aus einem Test Case stammen.
7.2.6 GESAMTUNSICHERHEIT DER SIMULATIONEN
Die maximale Gesamtunsicherheit der Simulationen für den in der Arbeit angestrebten
Leuchtdichtebereich von 0,5 bis 2 cd/m2 ergibt sich aus einer maximalen Linearisierungsab-
weichung von < ± 3 % und einer mit Vorbehalt angenommenen maximalen Abweichung von
15 % seitens der VL-Auswertung in Summe zu 18 %. Die quadratische Summe der Abweichun-
gen beläuft sich dementsprechend auf einen Gesamtunsicherheit von circa 15,3 %.
Diese Gesamtunsicherheit setzt eine sorgfältige Wahl der Stützstellen für die Linearisierung der
Leuchtdichteunterschiedsschwelle voraus und schließt den Einfluss des Sehobjektschattens oder
der indirekten Beleuchtung des Sehobjektes vollständig aus.
7.3 UNSICHERHEITEN MESSUNG
7.3.1 BESTIMMUNG DES LICHTSTÄRKEVERTEILUNGSKÖRPERS
Die Bestimmung des Lichtstärkeverteilungskörpers der für die Validierung verwendeten LED-
Leuchte erfolgte mit einem Drehspiegelgoniophotometer GO-DS 2000 der Firma LMT. Das
Photometer entspricht der Messgenauigkeitsklasse L nach DIN 5032 - Teil 7 [DIN 1985]
einschließlich der Spiegeleigenschaften mit einer zulässigen Gesamtunsicherheit von 3 %.
Die Messungen sowie deren Auswertungen und Ergebnisverarbeitung wurden entsprechend den
normativen Empfehlungen nach DIN 5032 – Teil 1, 2, 4 sowie DIN EN 13032 – Teil 1 und 2
durchgeführt [DIN 1999A; DIN 1992; DIN 1999B; DIN 2004; DIN 2006; DIN 2005; DIN
2007C]. Die Messungen erfolgten bei einer Messentfernung von dmess = 17,668 m [ROCHOW
2009] und einer Lichtaustrittsfläche mit 2 r < 1 m der gemessenen Leuchte in Distanzen größer
der photometrischen Grenzentfernung mit einer zulässigen Unsicherheit < 0,1 %. So kann die
vereinfachende Annahme der Lichtaustrittsfläche als Punktlichtquelle getroffen werden. Die zu
erwartende relative Messunsicherheit für diffus strahlende Lichtquellen ergibt sich nach
[HENTSCHEL 2002, S. 26 f.] mit
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
123
zu 𝑓 < 0,08 %. Gegenüber der zu erwartenden Gesamtunsicherheit der Spiegelgoniophoto-
meters ist dies vernachlässigbar klein.
7.3.2 LEUCHTENMONTAGE UND -EINSTELLUNG
Sowohl bei der Bestimmung der LVK im Goniophotometer als auch bei den Messungen der
Lichtverteilungen im Laborversuch hängen Reproduzierbarkeit und Richtigkeit maßgeblich von
der Genauigkeit der Positionierung der Leuchte und den LED-Modulen in der Leuchte ab.
Für die Messungen der LVK im Drehspiegel-Goniophotometer wird die LED-Leuchte fest
eingespannt und kann mittels Laser hinsichtlich Neigungs-, Verdrehwinkel und Position exakt
ausgerichtet werden. Dies geschieht manuell mit größter Sorgfalt anhand entsprechender
Markierungen an der Leuchte. Eine Unsicherheit lässt sich hierfür nicht angeben, ist jedoch als
vernachlässigbar zu erwarten. Dies gilt ebenso für die Montage und Ausrichtung der Leuchten
auf der optischen Bank, welche ebenso per Laser vorgenommen wurde.
Die Ausrichtung der Module in der Leuchte erfolgt ebenfalls visuell und erfordert hohe
Konzentration und Sorgfalt, damit diese richtig ausgerichtet sind. Es hat sich herausgestellt,
dass einige Optiken nicht exakt in den Modulen positioniert waren, so dass über mehrere
Messungen hinweg immer wieder Anpassungen vorgenommen werden mussten, bis eine
zufriedenstellende Konfiguration abgeschlossen war (siehe auch [SCHEIBLER 2013]).
Eine exakte Bezifferung möglicher Messabweichungen war im Rahmen der Messungen hier nur
über die relative Abweichung der gemessenen Beleuchtungsstärken anhand einer Reihe von
Vergleichsmessungen möglich. Die maximale relative Abweichung beträgt hier < 27 %.
7.3.3 MESSUNG BELEUCHTUNGSSTÄRKE
Sämtliche Beleuchtungsstärkemessungen wurden mit dem Beleuchtungsstärkemessgerät „mobi
Lux“ des Herstellers Czibula & Grundmann Engineering GbR durchgeführt. Es handelt sich um
eine Kombination aus einem Beleuchtungsstärkemessgerät der Klasse B nach DIN 5032-7 [vgl.
DIN 1985, S. 2] und EN 13032-1, Anhang B [DIN 2004] mit einer Gesamtmessunsicherheit
<10 % und einem Beleuchtungsstärkemesskopf der Klasse A entsprechend DIN 5032. Eine
ausführliche Auflistung der Zusammensetzung der Gesamtunsicherheit ist in Tabelle A.40 des
Anhangs angeführt.
𝑓= 𝑟Leuchte2
𝑟Leuchte2+𝑑mess2
(7.1)
124
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
7.3.4 BILDAUFGELÖSTE MESSUNG DER LEUCHTDICHTE
Die herstellerseitige Kalibrierung der verwendeten Leuchtdichtemesskamera LMK 98-4 Color
erfolgt entsprechend der durch die DIN 5032 [DIN 1999A; DIN 1985] vorgegebenen Verfahren
und Klassifizierung für herkömmliche Leuchtdichtemessgeräte, da es für Messgeräte
ortsaufgelöster Leuchtdichtemesstechnik keine gesonderten normativen Anforderungen gibt.
Gemessen an der kritischsten Einzelunsicherheit wird die LMK 98-4 Color mit einem
konventionellen Leuchtdichtemessgerät der Klasse B verglichen, was zu einer zulässigem
Gesamtmessunsicherheit von 10 % für konventionelle Leuchtdichtemessgeräte führt.
Zur Prüfung der Genauigkeit der Messung niedriger Leuchtdichten wurde die Kamera mit
einem kalibrierten Leuchtdichtemessgerät der Klasse A der Firma LMT und einem kalibrierten
Spektroradiometer CS 2000 der Firma Konika Minolta, welches für extrem niedrige
Leuchtdichten bis 0.003 cd/m2 die Spezifikation der Messklasse A erfüllt, verglichen. Eine
Übersicht der relevanten Messgeräteklassen nach DIN 5032 und der herangezogenen
Messgeräte sind Tabelle 7.3 zu entnehmen. Die Messergebnisse des Vergleichs zeigen
Abbildungen 7.2 und 7.3.
Für diesen Vergleich wurde ein 80 x 80 cm großes Testfeld mit weißem Hintergrund
(𝜌H = 85 %) und einer mittig fixierten dunklen Graukarte (𝜌o = 6,5 %) in der Größe 30 x 30 cm
in 30 m Entfernung zu den Messgeräten senkrecht auf der Photometerbahn eines Dunkellabores
(Temperatur 20° C ± 1° C) aufgestellt. Die Messkarte wurde von einer Glühlampe zur Variation
der Beleuchtungsstärke auf der Messtafel in den Abständen 5 m, 6,5 m, 7,5 m, 9 m, 11 m, 15 m,
20 m, 25 m und 28 m beleuchtet. Die Lichtquelle befand sich nahe der optischen Achse
zwischen Messgeräten und Tafel und war gegen die Messgeräte abgeschattet. Die Messungen
fanden senkrecht zur Ebene der Tafel statt.
Gemessen wurde mit photopischer Bewertung entsprechend V(λ)-Anpassung der Geräte. Im
Falle der LMK 98-4 Color wurde ein Objektiv mit 25 mm Brennweite und entsprechender
Fokuskorrektur verwendet. Abbildung 7.2 zeigt die resultierenden gemessenen Leuchtdichten in
Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke auf dem Testfeld. Jene wurde parallel zum jeweiligen
Leuchtdichtewert an dessen Messpunkt senkrecht zur Messkarte in Richtung der Lichtquelle
gemessen. Eine zusätzliche Prüfung zur Stabilität der Messwerte der LMK 98-4 Color mit zwei
Messdistanzen von 60 m und 89 m und je 200 Aufnahmen bei 200 ms Integrationszeit ergibt
folgende Abweichungen bei gegebener Normalverteilung der Messwerte nach Tabelle 7.2.
Tabelle 7.2:Übersicht Stabilität der mit der LMK 984 Color gemessenen Leuchtdichten.
Leuchtdichte
𝐿 [cd/m2]
Lmed
Lmax
Lmin
Lmax - Lmin
Standardab-
weichung 𝑠
Varianz 𝑠2
Graukarte
7,67 · 10-3
0,007683
0,0082
0,007151
0,1369
0, 245 · 10-3
0,06 · 10-6
Hintergrund, links
73,68 · 10-3
0,07365
0,07457
0,07286
0,0232
0, 42 · 10-3
0,176 · 10-6
Hintergrund, rechts
72,54 · 10-3
0,07251
0,07345
0,07144
0,0273
0, 427 · 10-3
0,182 · 10-6
U
NSICHERHEITSBETRACHTUNG
125
Tabelle 7.3: Unsicherheitsgrenzen für einzelne Merkmale und Gesamtunsicherheitsgrenzen für Leucht-
dichtemessgeräte der Klassen A und B entsprechend [DIN 1985, S. 2] sowie äquivalente
Unsicherheitsgrenzen des Leuchtdichtemessgerätes.
Merkmal
Bezeichnung
DIN 5032
Klasse A
Klasse B
Leuchtdichte-
messgerät
LS2000
LMK 98-4
Color22
V(λ)-Anpassung
f
1
3 %
6 %
3 %
< 4 %
UV-Empfindlichkeit
u
1 %
2 %
1 %
-
IR-Empfindlichkeit
r
1 %
2 %
1 %
-
räumliche Bewertung
f
2
(g)
3 %
6 %
3 %
< 0,5 %
Einfluss der
Umfeldleuchtdichte
f
2
(u)
1,5 %
2 %
1,5 %
< 2 %
< 2 %
Linearitätsfehler
f
3
1 %
2 %
1 %
< 0,5 %
Fehler des
Anzeigegerätes
f
4
3 %
4,5 %
3 %
-
Ermüdung
f
5
0,5 %
1 %
0,5 %
-
Temperaturkoeffizient
α
0
, α
25
0,2 %/K
1 %/K
0,2 %/K
-
moduliertes Licht
f
7
0,2 %
0,5 %
0,2 %
-
Polarisationsfehler
f
8
1 %
2 %
1 %
< 3 %
-
Abgleichfehler
f
11
0,5 %
1 %
0,5 %
-
Fokussierfehler
f
12
1 %
1 %
1 %
korrigier-
bar
Gesamtfehler23
f
ges
7,5 %24
10 %25
7,5 %26
< 10 %
untere Grenzfrequenz
f
u
40 Hz
40 Hz
40 Hz
-
obere Grenzfrequenz
f
o
105 Hz
104 Hz
105 Hz
-
Abbildung 7.2: Vergleichsmessungen L-Kamera LMK 98-4 Color mit kalibrierten Instrumenten zur
Bestimmung von Leuchtdichten  2 cd/m2 (Hintergrund) und  0,2 cd/m2 (Graukarte).
22 Entsprechend Kalibrierschein zur Leuchtdichtekamera LMK 98-4 Color der Firma TechnoTeam Bildverarbeitungs
GmbH vom Februar 2009 [TECHNOTEAM BILDVERARBEITUNGS GMBH 2009]. Weitere Angaben siehe Kalibrierschein.
23 „Beim Gesamtfehler ist die Unsicherheit des beim Kalibrieren verwendeten Normals (nach Prüfschein)
eingeschlossen (siehe auch Kalibrierbedingungen nach DIN 5032-Teil 6)“ [DIN 1985, S. 2].
24 „Summe der Werte f1, u, r, f2 (g), f2 (u), f3, f4, α · 10 K, f5, f7, f8, f11, f12 zzgl. Kalibrierunsicherheit des Normals“
[DIN 1985, S. 2].
25 Ebenda.
26 Ebenda.
0,005
0,05
0,5
5
0,1 110
L
mess
in [cd/m
2
]
E
mess
am L-Messpunkt der Messtafel in [lx]
Vergleichsmessungen der Leuchtdichte in Abhängigkeit der horizontalen
Beleuchtungsstärke
TechnoTeam LMK 98-4 Color,
Graukarte
LMT Leuchtdichtemessgerät,
Graukarte
Konika-Minolta CS 2000,
Graukarte
TechnoTeam LMK 98-4 Color,
Hintergrund
LMT Leuchtdichtemessgerät,
Hintergrund
Konika-Minolta CS 2000,
Hintergrund
126
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
Korrelation Messwerte CS 2000, LMK, Graukarte
Korrelation Messwerte LMT, LMK, Graukarte
Korrelation Messwerte CS 2000, LMK, Hintergrund
Korrelation Messwerte LMT, LMK, Hintergrund
Abbildung 7.3: Korrelation der Messgeräte untereinander.
Diese Resultate implizieren, dass bei sachgemäßer Handhabung von Kamera und Messsoftware
eine zulässige Gesamtunsicherheit ortsaufgelöster Leuchtdichtemesstechnik mit digitaler
Bildverarbeitung in Höhe von 10 % auch bei den niedrigen Leuchtdichten des Laborversuchs
nicht überschritten werden. Weiterführende Literatur hierzu findet sich in bieten FISCHBACH &
SCHMIDT [1999], FISCHBACH [1998] sowie FISCHBACH & KRÜGER [1998].
Mit einem Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,9740 bis R2 = 0,9995 besteht für die gegenüber-
gestellten Stichproben eine sehr hohe Korrelation, so dass von einer sehr guten Vergleichbarkeit
der Ergebnisse der verschiedenen Messgeräte ausgegangen werden kann. Dies gilt insbesondere
für die Messwerte der Leuchtdichtekamera, jedoch nur dann, wenn die Reliabilität der Messung
bezüglich Positionierung und Ausrichtung Kamera sichergestellt ist. Da die Messfelder je Szene
mittels digitaler Bildverarbeitung individuell neu bestimmt werden, das Kamerastativ fest
positioniert ist und der Beobachterwinkel ebenfalls fix ist, ist nicht zu erwarten, dass
hinsichtlich der Reliabilität der Positionierung relevante Messunsicherheiten entstehen.
y = 0,8885x
R² = 0,9995
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0 0,1 0,2
L (Konika-Minolta CS 2000) in
[cd/m2]
L (TechnoTeam LMK 98-4 color)
in [cd/m2]
y = 0,9569x
R² = 0,97402
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0 0,1 0,2
L (LMT Leuchtdichtemessgerät)
in [cd/m2]
L (TechnoTeam LMK 98-4 color)
in [cd/m2]
y = 1,0365x
R² = 0,99736
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2
L (Konika-Minolta CS 2000) in
[cd/m2]
L (TechnoTeam LMK 98-4 color)
in [cd/m2]
y = 0,9899x
R² = 0,99168
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2
L (LMT Leuchtdichtemessgerät)
in [cd/m2]
L (TechnoTeam LMK 98-4 color)
in [cd/m2]
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
127
7.3.5 VERWENDUNG EINFACHER SEHOBJEKTE ZUR KONTRASTBESTIMMUNG
Untersuchungen, die sich mit Erkennbarkeit einfacher Sehobjekte beschäftigen sind allgemein
kritisch zu sehen. Die Abbildung realer Sehobjekte wie Fußgänger, Radfahrer, kleine Kinder,
Tiere und anderer komplexer Sehobjekte mithilfe von Grautafeln verschiedener Reflexions-
grade ist nur im stark eingegrenzten Maße möglich (siehe auch [VÖLKER 2006, S. 202]).
Verschiedene Untersuchungen [u. a. VÖLKER 2006, S. 159–169, 202] zeigen, dass Graukarten
als einfache Sehobjekte zwar Hinweise auf die Erkennbarkeit realer Sehobjekte geben können,
oftmals jedoch kein signifikanter Zusammenhang hinsichtlich der Detektion realer und
einfacher Sehobjekte besteht.
Es ist allerdings nicht Ziel dieser Arbeit zu validieren, welche Sehobjekte sich besonders gut für
Bestimmung von Erkennbarkeiten eignen. Die Einflüsse der Komplexität des Sehobjektes auf
das Verfahren der Optimierung von LVK und den Vergleich der Optimierungsziele werden so
gering wie möglich gehalten. Die Betrachtung der Erkennbarkeit mittels einfacher grauer Seh-
objekttafeln ist dabei die mit der geringsten Unsicherheit. Die für die Validierungen
herangezogene Graukarte wies keine vollkommen diffuse Reflexionscharakteristik auf, obwohl
jene den Berechnungen der Optimierungen und den Auswertungsprogrammen zugrunde liegt.
Selbiges gilt für die Homogenität des Reflexionskoeffizienten über die Fläche der Graukarte
hinweg. Bei der Überprüfung des Reflexionsgrades der Graukarte mit der Ulbrichtschen Kugel
variierte dieser zwischen 6,27 % und 6,56 %. Der aus den gemessenen Leuchtdichten und
Beleuchtungsstärken errechnete Reflexionsgrad schwankte bei der Überprüfung zur Messunsi-
cherheit der Leuchtdichtekamera (siehe Kapitel 7.3.4), abhängig von der Szene von > 4 % bis
< 15 %. Dies deckt sich mit den Ergebnissen von FRANKE [2012, S. 68] zum Vergleich der VL-
Bewertung mit Feldmessungen aus Kapitel 7.2.5, welche auf die Unsicherheit bei den real ver-
wendeten Sehobjekten eingehen. Da eine Mittelung über die Fläche des Sehobjektes stattfindet,
belaufen sich die resultierenden Auswirkungen dieser Schwankungen auf die Unsicherheit der
Bestimmung des Kontrastes in Abschnitt 7.3.4 auf eine maximale Unsicherheit von circa 3 %.
7.3.6 UNSICHERHEIT DECKSCHICHT
Die Deckschichten des Laborversuches wurden im Wahrnehmungslabor/Lichttechnik des
Instituts für Verkehrsplanung und Straßenverkehr der Technischen Universität Dresden vermes-
sen. Die Angaben der Messunsicherheit bei der Bestimmung der r-Tabellen und Deckschicht-
kennzahlen basieren auf Angaben des Labors [SCHULZE 2014]. Vergleichsmessungen mit
anderen Messstellen haben unter Anwendung des Näherungsverfahrens q0-Range nach
FGSV/Range [SCHULZE 2014] mit zwei definierten Anleuchtwinkeln Abweichungen bis zu
0,015 cd/m2 ergeben. Aufgrund weiterer Einflüsse über das Näherungsverfahren hinaus, wie
z. B. Schwankungen bei Positionierung der Vergleichsprobe, können typische Fahrbahndeck-
schichtproben eine große Schwankungsbreite von bis zu 20 % aufweisen. Das zur Anwendung
gekommene Leuchtdichtemessgerät der Firma LMT weist die Fehlerklasse A gemäß DIN 5032,
Teil 7 [DIN 1985] auf. Die Schwankung des Lichtstromes der verwendeten Beleuchtungsquelle
der Normlichtart A beträgt über den Verlauf einer Messung < 0,5%. Weitere Messunsicher-
heiten bei der Bestimmung der Fahrbahndeckschichteigenschaften treten, hinsichtlich Genauig-
keit und Wiederholbarkeit der Bestimmung von q0, aus den durch die Messung bestimmten
r-Tabellen auf. Hier treten Abweichungen im Bereich < 2 % von q0 auf. Die Reproduzierbarkeit
der Winkelgenauigkeit beim Anfahren mittels Goniophotometer liegt bei circa 0,01°. Dies gilt
128
UNSICHERHEITSBETRACHTUNG
ebenfalls für die Replizierbarkeit der Orientierung der Probe gegenüber der Messanordnung.
Daher können Winkelunsicherheiten als vernachlässigbar gering angenommen werden. Die
Gesamtunsicherheit bei der Bestimmung der Reflexionscharakteristik der Probe des verwen-
deten Laborteppichs wird somit mit < 22,5 % beziffert.
7.3.7 UNSICHERHEIT BESTIMMUNG REFLEXIONSGRADE
Der Sehobjektreflexionsgrad wurde ebenso wie Wand und Deckenreflexionsgrade des
Versuchsraumes mit einer Ulbrichtschen Kugel des Typs RT 500 der Firma LMT Messgeräte
GmbH gegen ein Keramik-Arbeitsreflexionsnormal gemessen. Die maximale Abweichung des
im Kalibrierzertifikat angegebenen Reflexionsgrades des Normals beträgt ± 1 %, die maximale
Unsicherheit des V(𝜆) Photometerkopfes 𝑓1 nach DIN EN 13032-1 1,7 % [DIN 2006].
7.3.8 UNSICHERHEIT STREULICHT
Umfangreiche Simulationen mit der Software Radiance [FULLER & MCNEIL 2013] in den
Vorversuchen [FRAUENHOFER 2015] mit Wand- und Deckenreflexionsgraden von 5 % haben
die maximale Abweichung durch Streulicht auf < 1,5 % beziffert. Der mit der Ulbrichtschen
Kugel des Typs RT 500 gemessene Reflexionsgrad des Raumes beträgt 4 % bis 4,5 %. Die
mögliche Usnicherheit, bedingt durch Streulicht, kann also auf < 1,5 % beziffert werden.
7.3.9 GESAMTUNSICHERHEIT MESSUNGEN IM LICHTKANAL
Die Gesamtunsicherheit der Messungen im Lichtkanal ergibt sich aus den in Kapitel 7.3
diskutierten Einzelunsicherheiten und ist in Tabelle 7.4 aufgeführt. Es kann davon ausgegangen
werden, dass die maximale Abweichung nicht größer als die Summe der Einzelunsicherheiten
ist. Da die Einzelunsicherheiten als unabhängig voneinander auftretend betrachtet werden
können, rechtfertigt dies die Bildung der Gesamtunsicherheit mittels quadratischer Addition,
welche eine Gesamtunsicherheit von maximal 25 % als Fortpflanzung der Einzelunsicherheiten
ergibt. Die Unsicherheiten für die Einstellung der Leuchte und des Streulichtes sind dabei
berücksichtigt. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, dass der Laborversuch ausschließlich
der Überprüfung der Möglichkeiten der technischen Realisierbarkeit der optimierten LVK dient.
Tabelle 7.4: Übersicht der Unsicherheiten bei den Messungen im Lichtkanal und deren resultierende
Gesamtunsicherheit je Art der Messung.
Maximaler Unsicher-
heitsbetrag Beleuch-
tungsstärken in [%]
Maximaler Unsicher-
heitsbetrag Leucht-
dichten in [%]
Maximaler Unsicher-
heitsbetrag Visibility
Level in [%]
Unsicherheit Goniophotometer
3
3
3
Unsicherheit Lux-Meter
10
-
-
Unsicherheit Leuchtdichtekamera
-
10
10
Streulicht
1,5
1,5
1,5
Reflexionseigenschaften Teppich
-
22,5
22,5
U-Kugel
-
-
2,7
Gesamtunsicherheit der maximalen
Einzelunsicherheiten
10,55
24,85
25
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
129
8
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
Bisher sind verschiedene Untersuchungsergebnisse zu den erzielten Lichtverteilungen ausge-
wählter multikriterieller Optimierungsmethoden hinsichtlich der Erkennbarkeit und weiterer
lichttechnischer Qualitätskennzahlensysteme vorgestellt worden. In diesem Kapitel soll der
Diskurs der betrachteten Methoden und ihrer Ergebnisse mit Forschungsarbeiten von themati-
schem Belang erfolgen.
Die aussagekräftige Diskussion der optimierten Lichtverteilungen kann nur erfolgen, wenn das
jeweilige Optimierungsziel hinreichend erfüllt worden ist. Daher behandelt Unterkapitel 8.1 die
Umsetzung der insgesamt definierten, einzelnen Optimierungsziele, insbesondere im Vergleich
zu Optimierungsansätzen thematisch verwandter Arbeiten. Aufbauend darauf erfolgt hier auch
ein Vergleich der Ergebnisse der Optimierungen hinsichtlich der Erkennbarkeit anhand ihrer
Visibility Level (VL)-Verläufe nach den Forschungsfragen und Hypothesen, die in 3.1 für das
Untersuchungsfeld U1 definiert wurden. Hierbei wird insbesondere auf den Abgleich der
Ergebnisse mit den Forderungen relevanter wahrnehmungsphysiologischer Forschungen an die
Erkennbarkeit in der Straßenbeleuchtung fokussiert.
Wie sich die untersuchten Optimierungsmethoden in unterschiedlichen Anlagengeometrien und
bei unterschiedlichen Fahrbahndeckschichten hinsichtlich der VL-Verläufe verhalten (Unter-
suchungsfeld U2), wird in Unterkapitel 8.2 behandelt. Hier werden die Erkenntnisse aus Kapitel
5 den angrenzenden Forschungen zur Erkennbarkeit und LVK-Optimierung gegenübergestellt.
Im Ergebnis werden die Rahmenbedingungen dargestellt, unter denen die untersuchten
Methoden anwendbar sind.
Die Bewertung der Qualität der Straßenbeleuchtung anhand der in Kapitel 3.4 ausgewählten
Qualitätskennzahlensysteme steht im Vordergrund von Unterkapitel 8.3. Die Aussagekraft und
Spezifika dieser Kennzahlensysteme werden entsprechend den Forschungsfragen und Hypo-
thesen aus Untersuchungsfeld U3 diskutiert.
Abschließend wird in Unterkapitel 8.4 erörtert, inwieweit bei gleichwertiger Erfüllung des
jeweiligen Primärziels eine Minimierung des Lichtstromes entsprechend Untersuchungsfeld U4
durch Substitution der Optimierungsmethode erfolgen kann.
130
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
8.1 UMSETZUNG UND UNTERSUCHUNG OPTIMIERUNGSMETHODEN
8.1.1 UMSETZUNG DES PRIMÄRZIELS GLEICHMÄßIGKEIT DER BELEUCHTUNGSSTÄRKE
Das Erreichen vollkommen homogener Verteilungen horizontaler Beleuchtungsstärke ist für die
untersuchten Beleuchtungssituationen aufgrund des direkten Zusammenhangs von Lichtstärken
und Beleuchtungsstärken unkritisch. Das Optimierungsziel einer Gesamtgleichmäßigkeit von
100 % wird daher in allen untersuchten Beleuchtungssituationen erfüllt. Dies gilt ebenso für die
vertikale Beleuchtungsstärke. Für diese beiden Optimierungsziele wird daher Forschungsfrage
F1.a nach der Erfüllung des Optimierungsziels positiv beantwortet.
Die vorgestellten Ergebnisse zur Erkennbarkeit zeigen, dass weder die gleichmäßige Verteilung
der vertikalen Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte noch die VL-Optimierung derart hohe VL
erzielen wie die gleichmäßige Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke. Selbst bei hohen
Sehobjektreflexionsgraden werden VLi erreicht, die weit im zweistelligen Bereich liegen. Die
helleren Sehobjekte stellen im Gegensatz zu den anderen Optimierungen hier auch kein
Problem dar. Sie werden in der beobachternahen Hälfte des Bewertungsfeldes aufgrund der dort
dominanten Anstrahlung umso besser erkannt. Umgekehrt bewirkt die deutliche Silhouette in
der zweiten Bewertungsfeldhälfte durchgehend VL-Werte von|VL|i > 4,7. Unweigerlich entsteht
in der Mitte des Bewertungsfeldes eine Kontrastumkehr, welche die Einhaltung der elementaren
Forderung zur Vermeidung von |VL|i < 1 in allen untersuchten Fällen verhindert. Die Uo(Ever)-
Optimierung erzielt dahingegen gleichmäßige VL-Verläufe, deren Niveau maßgeblich von
Sehobjektreflexionsgrad (siehe Abschnitt 8.2.1). und Mastabstand (vgl. Abbildung 5.16)
abhängt. Kritische Erkennbarkeiten von |VL|i < 1 können jedoch hier nicht immer vermieden
werden. Arbeitshypothese H1.b wird damit für diese Optimierungsmethoden bestätigt.
Forschungsfrage F1.b muss für die Uo(Ehor)-Optimierung mit „nein“ beantwortet werden, da sie
keine schlechten Erkennbarkeiten vermeidet. Bei der Uo(Ever)-Optimierung hängt die hinrei-
chende Vermeidung schlechter Erkennbarkeiten von der Wahl der Beleuchtungsinstallation und
des zur Bewertung herangezogenen Sehobjektes ab.
8.1.2 UMSETZUNG DES PRIMÄRZIELS GLEICHMÄßIGKEIT DER LEUCHTDICHTE
Für die Optimierung auf eine homogene Fahrbahnleuchtdichte werden sowohl die
Reflexionseigenschaften der Fahrbahndeckschicht als auch die fesgelegte Begrenzung der
Schwellenwerterhöhung auf TI < 15 berücksichtigt. Dadurch werden bei der untersuchten
einseitigen Leuchtenanordnung nicht immer vollkommen homogene Leuchtdichteverteilungen
erzielt. Ab Lichtpunktabständen von Srel = 1 : 5 kann die Blendungsbegrenzung schließlich nur
in Ausnahmefällen eingehalten werden (siehe Abbildung 5.36).
Die innerhalb der Arbeit erzielten Gesamt- und Längsgleichmäßigkeiten liegen im Bereich von
0,62 < Uo, L < 0,92 bzw. 0,87 < Ul, L < 0,93. Dies übertrifft die nach den Erkenntnissen von
WALTHERT [1973] und ADRIAN & WALTHERT [1975, S. 10] benötigen Mindest-Ul einer von
Beobachtern als homogen empfundenen Fahrbahnausleuchtung bei Weitem. In thematisch
angrenzenden Arbeiten von Enzmann und Eberbach wurden ebenfalls hohe Gleichmäßigkeiten
von 0,44 < Uo, L < 0,96, 0,88 < Ul, L < 0,97 bzw. 0,76 < Ul, L < 0,90 erzielt, wobei erhöhte
Blendung und kurze Lichtpunktabstände Srel = 1 : 2 in Kauf genommen werden mussten. Auch
Optimierungen von Wassilev erzielen ähnlich gleichmäßige Leuchtdichteverteilungen
[EBERBACH 1973; ENZMANN 1977; WASSILEV 1982]. Die erzielten optimierten Leuchtdichte-
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
131
verteilungen werden dementsprechend als homogen angesehen, so dass Forschungsfrage F1.a
zur Erfüllung dieses Optimierungsziels positiv beantwortet ist.
Bei geringem Querversatz zwischen Spurmitte und Lichtpunktreihe gewährleistet die Uo(L)-
Optimierung durchgehend unkritische Erkennbarkeiten unabhängig von allen untersuchten
Einflüssen. Die Mediane und Mittelwerte des VL liegen dabei im mittleren bis hohen
einstelligen Bereich. Forschungsfrage F1.b nach der Vermeidung schlechter Erkennbarkeiten
kann also positiv beantwortet werden. Hypothese H1.b kann für die Leuchtdichte nicht
widerlegt werden und H1.c wird bestätigt anhand der Argumentation, dass die Uo(L)-
Optimierung im Gegensatz zur Uo(Ehor)-Optimierung kritische VL vermeidet. Eindeutige
Effekte, die H1.e belegen würden, nach welcher die Uo(L)-Optimierung schlechtere Verläufe
bewirkt als die Ever-Optimierung, sind nicht nachweisbar.
8.1.3 UMSETZUNG DES PRIMÄRZIELS GUTE ERKENNBARKEIT
Das hier definierte Ziel der VL-Optimierungsmethode ist es, unter Anwendung des Silhouetten-
Prinzips kritische |VLi| < 1 zu vermeiden und zugleich unter den gegebenen Randbedingungen
gute |VLi|-Werte über das gesamte Bewertungsfeld bereitzustellen.
Für Objekte mit einem Reflexionsgrad ≤ 20 % und Srel ≤ 1 : 4 werden mit |VL|min ≥ 1,12
(Fahrspur 0) und |𝑉𝐿|min ≥ 2,34 (Fahrspur 1) erzielt und damit kritische Erkennbarkeiten
vermieden. Beim Sehobjektreflexionsgrad von 40 % können |VLi| < 1 kaum umgangen werden.
Somit kann Forschungsfrage F1.b nach der Vermeidung schlechter Erkennbarkeiten nur
abhängig vom entsprechenden Reflexionsgrad beantwortet werden.
Gleichzeitig umfassen die erzielten Mittelwerte einen Bereich von |𝑉𝐿
| ≥ 3,29 bis |𝑉𝐿
| ≥ 8,19
(Spur 0) und |𝑉𝐿
| ≥ 5,73 bis |𝑉𝐿
| ≥ 9,04 (Spur 1) bei Niveaus 0,71 cd/m2 ≤ 𝐿 ≤ 0,84 cd/m2.
Werte angrenzender Arbeiten WASSILEVS [1982] und ENZMANNS [1977]
27
liegen in einem
Spektrum von |VL|i (ρo = 0,05) < 8 und |VL|i (ρo = 0,45) < 5 mit vielen kritischen
|VL|i (ρo = 0,45) < 1) [vgl. WASSILEV 1982, S. 131 ff.] bis hin zu 𝑉𝐿
max > 15. Die hier
angewandte Optimierungsmethode unterschiedet sich in ihrer Strategie von diesen |𝑉𝐿
|-
Optimierungsansätzen. Sie streben mittels hoher Leuchtdichtegleichmäßigkeit oder direkter VL-
Optimierung an, einen möglichst hohen Mittelwert des VL zu erreichen
28
. Die Vermeidung
lokaler Einbrüche des VL ist allerdings nicht einbezogen.
Ähnlich der hier untersuchten Methode optimierten STEFANOV & VASILEV [2009], mit der
Randbedingung, dass kein |VLi| < 1,05 sein darf, mit der Berechnungsgrundlage nach
ANSI IESNA RP 8-00, direkt auf das STVL. Die einzelnen VLi und 𝑉𝐿
ähneln den Ergebnissen
der vorliegenden Arbeit bei einem Leuchtdichteniveau von 0,6 cd/m2 ≤ 𝐿 ≤ 0,8 cd/m2 und einem
Srel = 1 : 4,3. Es gelingt ihnen jedoch nicht, unter Vermeidung kritischer |VLi| < 1 gültige LVK-
Lösungen zu erzielen. Die resultierenden STVL von knapp 3 bis knapp 5 übertreffen allerdings
gängige STVL-Niveaus [vgl. STEFANOV & VASILEV 2009, S. 1219].
27
Das Ziel der Arbeit von Enzmann war, von vorgegebenen physiologischen Erfordernissen der Qualitätskriterien
auszugehen und eine Lichtstärkeverteilung bzw. Beleuchtungseinrichtung zu entwerfen, die für die erforderliche
Sehaufgabe ein Optimum darstellt (vgl. Enzmann 1977, Seite 5).
28
Im Falle Enzmanns lediglich nach graphischer Auswertung über Kurven gleich hoher mittlerer Leuchtdichte,
gleicher Blendung und gleicher Gleichmäßigkeit [ENZMANN 1977, S. 37 ff.].
132
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
Das angestrebte Ziel der Optimierungen wird sowohl anhand der Forderung nach der
Vermeidung |VLi| < 1 als auch hinsichtlich der Bereitstellung guter |VL|i-Werte erfüllt.
Forschungsfrage F1.a kann hier unter Berücksichtigung der angeführten Ausnahmen mit „ja“
beantwortet werden.
Da somit für alle herangezogenen Optimierungsmethoden F1.a positiv beantwortet ist, wird
Arbeitshypothese H1.a, nach welcher für alle Optimierungsmethoden die angestrebten Ziele
sinnvoll erfüllt werden, ebenfalls belegt. Somit ist die Grundlage für eine Beantwortung von
F1.b und F1.c gegeben. Neben der ausführlichen Darstellung der Ergebnisse in Kapitel 5 bietet
Abbildung 5.19 eine Übersicht über die insgesamt erzielten VL. Es ist offensichtlich, dass die
Uo(Ehor)-Optimierung stets über weite Bereiche des Bewertungsfeldes die besten VLi erzielt. Sie
kann hinsichtlich F1.b jedoch keine kritischen VL vermeiden und wird daher nicht zur
Beantwortung der F1.c herangezogen. Bei den anderen Optimierungsmethoden erfolgt dies
abhängig von der Beleuchtungsinstallation. Insgesamt vermeiden L- und VL-Optimierung am
besten kritische VL mit einem leichten Vorteil für die VL-Optimierung, so dass sie entsprechend
F1.c das Ranking anführen. Hinsichtlich Hypothese H1.d gilt, dass die VL-Optimierung ähnlich
gleichmäßige VL-Verläufe bereitstellt wie die L-Methode. Hier lassen sich keine eindeutigen
Favoriten ableiten. Herausragende Ergebnisse entsprechend Forschungsfrage F1.d stellt die hier
untersuchte Variante der VL-Optimierung somit nicht bereit.
8.1.4 EINHALTUNG DER BLENDUNGSBEGRENZUNG
Bei der Uo(Ehor)-Optimierung wird die Blendung durch die Beschränkung der Lichtverteilung
auf die Bewertungsfläche im jeweils halben Lichtpunktabstand und die so bedingte Vermeidung
flacher Abstrahlwinkel erfolgreich begrenzt. Die TI-Werte liegen für alle untersuchten
Fahrbahndeckschichten deutlich unter 15.
Da bei der Uo(Ever)-Optimierung keine TI-Begrenzung implementiert ist, liegen hier (siehe
Übersicht in Abbildung 5.36) die TI-Werte deutlich über 20, so dass die Betrachtung der
Erkennbarkeitsverläufe und der anderen Qualitätskennzahlen mit großer Vorsicht zu sehen sind.
Dies stellt Hypothese H1.e stark in Frage. Denn selbst wenn die VL-Verläufe dieser
Optimierungsmethode gute Erkennbarkeit prognostizieren würden, so führt die stark erhöhte
Blendung doch zu einer zu großen Wahrnehmungseinschränkung. Daher sollte eine
Optimierung auf die gleichmäßige vertikale Beleuchtungsstärke nicht als Alternative zur
Leuchtdichtemethode gesehen werden.
Bei der L- und VL-Optimierung zeigt das Verwerfen der implementierten TI-Begrenzung bei
großen Mastabständen die Anlagengeometrie bedingten Grenzen der Randbedingung auf. Hier
führen zu hohe Lichtstärken unter flachen Abstrahlwinkeln zu erhöhter Blendung.
8.1.5 VERGLEICH ERGEBNISSE UND WAHRNEHMUNGSPHYSIOLOGISCHE FORDERUNGEN
Um die Qualität der Erkennbarkeit zu beurteilen, müssen die Ergebnisse mit den Forderungen
wahrnehmungsphysiologischer Untersuchungen zur Erkennbarkeit in vergleichbaren Beleuch-
tungssituationen abgeglichen werden. Um eine angemessene Erkennbarkeit zu gewährleisten,
werden darin, entsprechend Unterkapitel 2.2.5, komplexitätsabhängig hohe, einstellige bis
niedrige zweistellige Mindest-VLmin-Beträge gefordert. Diese Werte werden nach den
Abschnitten 8.1.1 bis 8.1.3 von keiner untersuchten Optimierungsmethode durchgehend erzielt
– selbst mit der VL-Optimierung nicht. Die erzielten |VL|min sind in Abbildung 5.16
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
133
zusammengefasst. Von fast keiner der Uo-orientierten Optimierungen werden |VL|min ≥ 7 erzielt;
die meisten Szenen, insgesamt, auch bei VL-Optimierung, weisen Beträge deutlich unter 7 auf.
Die Mittelwerte und Mediane überschreiten einen Betrag von 8 kaum.
Offensichtlich liegt hier eine starke Diskrepanz zwischen wahrnehmungsphysiologischen
Anforderungen unter Laborbedingungen und praktischer Realisierbarkeit guter Erkennbarkeit
anhand des VL für den gesamten Straßenverlauf vor. Unumstritten und umsetzbar ist allerdings
die Forderung, dass einzelne VL-Beträge kleiner 1 zu vermeiden sind.
8.2 BELEUCHTUNGSINSTALLATION UND BEOBACHTUNGSFORM
8.2.1 EINFLUSS DES SEHOBJEKTREFLEXIONSGRADES AUF DIE ERKENNBARKEIT
Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen umfassend, dass sich die Erkennbarkeit mit
zunehmendem Reflexionsgrad des Sehobjektes verschlechtert (vgl. Abbildung 5.15 und
Abschnitt 5.2.5). Im Einzelnen gilt bei dunkleren Reflexionsgraden ( 𝜌 ≤ 10 %) 𝑉𝐿
< -5
(dynamische Beobachtung) bzw. 𝑉𝐿
< -3 (statische Beobachtung). Bei helleren untersuchten
Sehobjektreflexionsgraden ab 20 % kommt es, je nach Situation, zu Kontrastumkehr und
demzufolge teils ausgedehnten Tarnzonen mit |VL| < 1 (vgl. Abbildung 5.19). Bei Sehobjekten
noch höheren Reflexionsgrades (40 %) lassen sich, wie auch bei ENZMANN [1977] und
STEFANOV & VASILEV [2009] kaum noch akzeptable Verläufe mit |VLi| ≥ 1 erzielen.
Für die VL-Minima der Uo(Ever)-Optimierung und der VL-Optimierung nimmt die Erkennbarkeit
mit sinkendem Sehobjektreflexionsgrad zu (vgl. Abschnitt 5.2.3.1). Es ist also so, dass es nicht
nur für gleichmäßigkeitsorientierte Optimierungsmethoden eine Herausforderung ist, für alle
Reflexionsgrade eine optimale Erkennbarkeit bereitzustellen, sondern dass selbst eine
individuelle Optimierung für bestimmte Reflexionsgrade, im Falle des Silhouetten-Prinzips bei
helleren Sehobjekten, nicht immer gute Erkennbarkeiten erzielt.
Der gegenläufige Verlauf der erzielten VL zum Sehobjektreflexionsgrad deckt sich mit den
Erkenntnissen der Forschungen von Wassilev (|VLi| (ρo = 0,05) < 8, |VLi| (ρo = 0,45) bis 5,
oftmals jedoch unter 1) [vgl. WASSILEV 1982, S. 131, 133]. Ähnliche |VLi| (ρo = 0,20) < 8 mit
Kontrastumkehr bei Ul, L = 0,7 und 𝐿 = 0,5 cd/m2 erhalten auch DIJON & MALDAQUE [1997,
S. 51] und DIJON & JUSTIN [1998]. GÜLER ET AL. [2003, S. 203-213] zeigen zudem, dass in der
Praxis, trotz angemessener ANSI IESNA RP 8-00- und CIE-konformer Gleichmäßigkeiten
sowie sogar zweistelliger 𝑉𝐿
-Werte, dennoch |VLi| < 1 auftreten.
Die erzielten STVL-Werte nach Tabelle 5.3 weisen auf eine Zunahme der STVL mit sinkendem
Sehobjektreflexionsgrad für Objekte 𝜌o ≤ 40 % bei homogener Leuchtdichteverteilung hin.
Zum Vergleich:
STVLL opt(ρo = 6,5 %) = 8,66 STVLL opt(ρo = 10 %) = 7,95
STVLL opt(ρo = 20 %) = 5,72 STVLL opt(ρo = 40 %) = 2,97
(Srel = 1 : 3, R3-Deckschicht, dynamische Beobachtung).
Diesen Zusammenhang zeigen auch Ergebnisse von KECK & VICKSBURG [1993, S. 45] mit
STVL (ρo = 0 %) ≈ 10,5 STVL (ρo = 10 %) ≈ 8,0
STVL (ρo = 20 %) ≈ 5,0 STVL (ρo = 40 %) ≈ 2,3
134
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
(Uo, L = 0,71, 𝐿 = 1 cd/m2, Lmin = 0,71 cd/m2, Srel = 1 : 3, beidseitig versetzte Anordnung, R3-
Deckschicht, dynamische Beobachtung). Für Sehobjekte mit Reflexionsgraden von 20 % oder
40 % die STVL oder 𝑉𝐿
sind die zuvor diskutierten wahrnehmungsphysiologischen Forderungen
demnach kaum zu erfüllen. Für die durchgängig silhouettenbasierten Optimierungsmethoden
gilt daher nach den Erkenntnissen aus Abschnitt 5.2.5, dass es entsprechend Hypothese H2.a ab
einen kritischen Sehobjektreflexionsgrad nicht mehr möglich ist, hinreichend gute Erkennbar-
keiten bereitzustellen.
8.2.2 EINFLUSS DER STRAßENDECKSCHICHT AUF DIE ERKENNBARKEIT
Der Einfluss der Reflexionseigenschaften von Deckschichten auf die Erkennbarkeit wurde
außerhalb dieser Arbeit im Zusammenhang mit optimierten Lichtverteilungen bisher kaum
untersucht. Er wird in den Abschnitten 5.2.3.2 und 5.2.5 sowie 5.3.3.2 und 5.3.4 hinsichtlich der
erzielten VL-Verläufe beschrieben.
Bei den Optimierungsmethoden nach homogener horizontaler und vertikaler Beleuchtungs-
stärke findet keine Berücksichtigung der Deckschichteigenschaften statt. Daher treten hier die
stärksten lokalen Abhängigkeiten der resultierenden VL-Verläufe von der Deckschicht auf. Die
VLi-Werte (nicht Beträge!) nehmen bei Ehor vor allem im Bereich der direkten Anstrahlung der
Objekte zu, da in deren unmittelbarem Umfeld weniger Licht zum Beobachter reflektiert wird.
Je gerichteter die Fahrbahndecke reflektiert, desto stärker fällt dieser Effekt aus, so dass hier für
gleichmäßig verteilte horizontale Beleuchtungsstärke die besten Erkennbarkeiten erreicht
werden. Dies gilt jedoch nicht bei den Ergebnissen der Optimierung auf vertikale
Beleuchtungsstärke. Bei geringem Querversatz von Objekt und Lichtpunkten (Spur 1)
verbessert sich die Erkennbarkeit bei gerichtet reflektierenden Deckschichten. Bei höherem
Querversatz (Spur 0) erzielen dagegen diffuse Deckschichten bessere Ergebnisse. Die
Unterschiede fallen so stark aus, dass die Voraussetzung für eine Optimierung auf vertikale
Beleuchtungsstärke einen minimalen Querversatz, kleiner ¼ der Lichtpunkthöhe, zwischen der
Achse von Beobachter und Sehobjekt zu den Lichtpunkten fordert.
Offensichtlich entspricht die Fahrbahndeckschichtcharakteristik der C1-Tabelle hinsichtlich der
VL-Ergebnisse denen der R1-Deckschicht. Die für die C2-Deckschicht können jedoch nicht
eindeutig einer der übrigen R-Deckschichten zugeordnet werden. Sie gleichen in Teilbereichen
denen für R3 bzw. R4. Dies deckt sich mit den Ergebnissen der Untersuchungen von BODMANN
& SCHMIDT [1989], nach welchen es innerhalb der Klassen R2 bis R4 zu mangelnder
Differenzierbarkeit kommen kann und eine Zusammenfassung dieser Charakteristika in der C2-
Klasse verlässlichere Voraussagen zulässt.
Bei der Leuchtdichteoptimierung wird der Einfluss der Fahrbahndeckschicht sehr gut
kompensiert (vgl. Abschnitte 5.2.3.2 und 5.3.3.2). Bei geringem Querversatz von Lichtpunkt zu
Beobachterachse (Spur 1) weichen die Verläufe für unterschiedliche Deckschichten nur selten
um |VL|i > 2 voneinander ab. Bei größerem Querversatz, wie auf der Beobachterachse von
Fahrspur 0, liegen die Abweichungen teils um |VL|i > 5. Bei den VL-Optimierungen fallen die
Abweichungen noch geringer mit |VL|i < 2 bei niedrigem Querversatz aus, ähneln jedoch den
Abweichungen der Leuchtdichteoptimierung bei größerem Querversatz.
Bei beiden untersuchten Negativkontrast-Optimierungen erscheint der Hintergrund bei
größerem Querversatz dunkler, da weniger Licht zum Beobachter hin reflektiert wird. Das
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
135
Objekt hebt sich daher weniger stark vom Hintergrund ab und es resultieren niedrigere VLi. Bei
zunehmend helleren Sehobjekten bewirkt dieser Effekt Kontrastverflachung.
Für die Praxis bedeutet dies, dass eine Orientierung der Lichtpunkte hin zu Fahrbahnmitte und
Beobachterachse einen positiven Effekt auf die Erkennbarkeit von Sehobjekten haben kann und
bei einseitigen Beleuchtungsanordnungen somit Leuchten mit hohem Überhang zu bevorzugen
sind. Für Arbeitshypothese H2.b folgt, dass die Auswirkungen der Straßendeckschicht bei der
Optimierung und der Bewertung von Lichtverteilungen berücksichtigt werden müssen.
8.2.3 EINFLUSS DES RELATIVEN MASTABSTANDES AUF DIE OPTIMIERUNGSERGEBNISSE
Die Vergrößerung des Lichtpunktabstandes wirkt sich nicht unmittelbar negativ auf die
Erkennbarkeit aus. Abschnitt 5.2.3.3 und 5.3.3.3 zeigen die Ähnlichkeiten der gestreckten VL-
Verläufe relativ zum Mastabstand. Dadurch werden allerdings auch Bereiche flacher Kontraste
ausgedehnt. Jedoch nimmt die für die Blendung verantwortliche Schleierleuchtdichte im Auge,
infolge der für große Mastabstände zwangsläufig höheren Lichtstärken, unter flachen Winkeln
zu. Um gleichermaßen gute Gesamtgleichmäßigkeiten und Erkennbarkeiten bereitzustellen,
sollte daher der Abstand der Lichtpunkte das Vierfache der Lichtpunkthöhe nicht überschreiten
(vgl. Abschnitte 5.2.3.3, 5.3.3.3 und 5.4.2). Angesichts dieser Ergebnisse ist fraglich, ob
Mastabstände größer der vierfachen Lichtpunkthöhe, wie sie in der Praxis gefunden werden
[SCHADE ET AL. 2009; SCHADE ET AL. 2010; SCHADE & VÖLKER 2011], hinsichtlich der
Erkennbarkeit sinnvoll oder vertretbar sind.
Dies bestätigt Arbeitshypothese H2.c und deckt sich mit Erkenntnissen aus den in Abschnitt
2.2.5 vorgestellten Untersuchungen von EBERBACH [1973, S. 133], ENZMANN [1977], KECK &
VICKSBURG [1993] und Ménard [MÉNARD ET AL. 1994, S. 21]. Diese Erkenntnis beschreibt in
Kombination mit dem gewonnenen Wissen aus den anderen Abschnitten des Unterkapitels 8.2
den Einfluss der Beleuchtungsinstallation auf die Erkennbarkeit zur Beantwortung von
Forschungsfrage F2.b.
8.2.4 EINFLUSS DER BEOBACHTUNGSART ZUR BESTIMMUNG DER ERKENNBARKEIT
Die Erkennbarkeitsbewertung erfolgte entsprechend den Festlegungen aus Abschnitt 3.2.5
29
einerseits bei stationärer Beobachtung, kongruent zu den Untersuchungen von ADRIAN &
ENZMANN [1971], WALTHERT [1973] und ADRIAN & WALTHERT [1975] und andererseits bei
dynamischer Beobachtung, u. a. nach ADRIAN [ADRIAN 1993A; ADRIAN 1989; ADRIAN 1995;
ADRIAN & GIBBONS 1993; ADRIAN ET AL. 1993), KECK [1993] und dem ANSI IESNA RP 8-00
[IESNA 2005]
Der Vergleich der Ergebnisse (vgl. Abschnitte 5.2.3, 5.2.4 und 5.3.3) zeigt, dass für die
untersuchten Anlagengeometrien sehr ähnliche |VL|i-Verläufe beider Bewertungsmethoden
resultieren. Unabhängig von der Optimierungsmethode fallen die Verläufe bei stationärer
Beobachtung mit wachsendem Beobachtungsabstand im Vergleich zur dynamischen
Beobachtung charakteristisch ab (siehe Abbildung 5.19). Der Effekt ist im Wesentlichen durch
den mit steigender Beobachtungsentfernung verringerten Sehobjektwinkel bedingt. Dies führt
zu einer Erhöhung der Unterschiedsschwelle. Weitere Effekte auf die Minimal-, Median- und
29
Nach [GIBBONS 1997, S. 180-184] gelten beide Formen als international anerkannt, wobei sich die dynamische
Beobachtung eher im amerikanischen Raum, die stationäre eher in Deutschland etabliert hat.
136
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
Mittelwerte der VL-Verläufe durch die unterschiedlichen Beobachtungswinkel und herange-
zogenen Leuchtdichten konnten nicht isoliert werden.
Im Vergleich zur dynamischen ist die stationäre Beobachtung nach diesen Erkenntnissen als
kritischer anzusehen und kann entsprechend Arbeitshypothese H2.d als eine Vereinfachung in
der Praxis empfohlen werden. Wenn unter stationärer Beobachtung eine Beleuchtung die
Qualitätsanforderungen an die Erkennbarkeit für ein gesamtes Bewertungsfeld erfüllt, gilt dies
auch für dynamische Beobachtung. Im Falle akzeptabler Erkennbarkeit unter dynamischer
Beobachtung kann zur Erkennbarkeit unter stationärer Beobachtung allerdings keine Aussage
getroffen werden. Somit ist Forschungsfrage F2.a beantwortet.
Weiter führen die großen Beobachtungsentfernungen bei stationärer Beobachtung zu sehr
flachen Beobachtungswinkeln. Im Extremfall kann es dazu kommen, dass der
Beobachtungswinkel aus dem für die r-Tabellen definierten Bereich von -1°± 0,5° gleitet. Dabei
kann die projizierte Fläche zur Bestimmung der Untergrund- und Umfeldleuchtdichten teilweise
oberhalb des Horizontes liegen. Dies zeigen exemplarisch die Laboruntersuchungen von Kapitel
6.4.
8.3 AUSSAGEKRAFT UND VERGLEICHBARKEIT WEITERER
QUALITÄTSKENNZAHLENSYSTEME
Die Ergebnisse zeigen, dass auch bei sehr gleichmäßigen Lichtverteilungen mit angemessenen
Beleuchtungsniveaus durch Kontrastverflachung Bereiche schlechter Erkennbarkeit auftreten
(vgl. Unterkapitel 5.2 und 8.1). Gleichermaßen bergen die zusammenfassenden erkennbarkeits-
orientierten Kennzahlensysteme wie die 𝑉𝐿
-, VLmed oder die STVL-Bewertung das Risiko, den
Effekt örtlicher Kontrastverflachung [CIE 2010A; CIE 1981A; CIE 1981B; IESNA 2005] zu
vernachlässigen (vgl. Kapitel 5.4). Dieser Effekt wurde bereits von GÜLER ET AL. [2003, S.
207-213] und LECOCQ [1993, S. 108] hinsichtlich der Bewertung des STLV in der Praxis
exemplarisch nachgewiesen. Dies bestätigt sowohl Arbeitshypothese H3.a als auch H3.b.
Das Zusammenspiel aus hoher Gleichmäßigkeit und angemessenem Beleuchtungsniveau stellt
eine Kompromisslösung für die Standardplanung in der Straßenbeleuchtung dar, deren
Einschränkungen bei der Anwendung berücksichtigt werden müssen, da nicht zwingend eine
durchgehend gute Erkennbarkeit daraus resultiert.
Eine Ergänzung zusammenfassender Kennzahlensysteme durch Minimalwerte oder Verläufe
der Erkennbarkeit muss nach bereits vorliegenden und den hier gewonnen Erkenntnissen als
notwendig angesehen werden. Der Vergleich der 𝑉𝐿
und VLmed mit den |VL|min zeigt nämlich,
dass gerade im Zusammenhang mit den VL-Verläufen gleichmäßiger horizontaler
Beleuchtungsstärke und den dagegen gesetzten Ergebnissen homogener Leuchtdichte, stark
schwankende Verläufe mit hohen Maxima gegenüber insgesamt flacheren Verläufen ohne VL-
Einbrüche besser bewertet werden als nach dem Bewertungskriterium VLi.
Ein weiterer Vergleich der Ergebnisse offenbart Unterschiede bei der Vermeidung von
Blendung. In vielen Szenen größeren Lichtpunktabstandes tritt laut dem in der
Leuchtdichteplanung verwendeten Schwellenwerterhöhungsfaktor TI eine stark erhöhte
physiologische Blendung auf. Die Werte der zusammenfassenden, erkennbarkeitsorientierten
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
137
Kennzahlen mit integrierter Blendungsbewertung weisen hingegen uneingeschränkt gute
Erkennbarkeit aus (vgl. Abschnitt 5.4.2).
Forschungsfrage F3.a, nach der Stringenz der Ergebnisse und Aussagen der untersuchten
Bewertungsansätze zur Erkennbarkeit, muss negativ beantwortet werden. Dies gilt ebenso für
F3.b, denn die verglichenen Kennzahlensysteme können kritische Erkennbarkeiten nicht immer
ausreichend berücksichtigen.
Diese Erkenntnis deckt sich mit Feststellungen von ENZMANN [vgl. 1977, S. 97], dass das den
zusammenfassenden Kennzahlen zugrunde liegende VL allein kein geeignetes Maß zur Beurtei-
lung des Blendverhaltens einer Beleuchtungsanlage und dedizierte Blendungskennzahlen
diesbezüglich aussagekräftiger seien. Er empfiehlt Gleichmäßigkeit, mittlere Leuchtdichte und
Blendungsbegrenzung gegeneinander zu einem Gesamtergebnis abzuwägen [ENZMANN 1977,
S. 99 f.].
8.4 BETRACHTUNG DES LICHTSTROMS ALS SEKUNDÄRES
OPTIMIERUNGSZIEL
Alle untersuchten Optimierungsmethoden berücksichtigen den Lichtstrombedarf für eine LVK
während der Berechnung. Inwieweit die Minimierung des Lichtstromes erfolgen kann, hängt
von der Erfüllung des jeweiligen Primärziels ab. Ebenso lässt auch die erkennbarkeitsorientierte
Optimierungsmethode nur dann eine Optimierung auf das Sekundärziel minimaler Lichtstrom
zu, wenn es mehrere Lösungen zur Erzielung des Primärzieles gibt. Diese Bedingung führt
dazu, dass zum bisherigen Zeitpunkt keine Aussagen über Kompromisslösungen aus einer
nahezu optimalen Erfüllung des Primärzieles und daraus resultierenden besseren Lösungen des
Sekundärzieles vorliegen. Denn für alle untersuchten Beleuchtungsinstallationen resultiert eine
exakte Lösung als bester Kompromiss zur Erfüllung des jeweiligen Primärzieles unter den
ausschließlich hierfür definierten Randbedingungen. Dieser Fall liegt auch bei den
Optimierungsmethoden von ENZMANN [1977] und WASSILEV [1982] vor. Bei der Optimierung
auf eine zusammenfassende Qualitätskennzahl kann es eine Lösungswolke geben, aus der die
ideale Kombination aus Primärziel und Sekundärziel ermittelt werden kann. Diesen Ansatz
verfolgt die Arbeit von STEFANOV & VASILEV [2009]. Sie führt eine Lichtstärken- und somit
Lichtstromminimierung bei gegebener Größe der Qualitätskennzahl durch, beschränkt sich
jedoch ausschließlich auf das von ihnen vorgestellte Optimierungswerkzeug. Das gilt auch für
die Untersuchungen von PACHAMANOV & PACHAMANOVA [2008], die sich ausschließlich mit
der Verringerung des Lichtstromes im Vergleich zu Standardleuchten befassen. Eine
gleichzeitige Optimierung auf die visuelle Qualität liegt hier nicht vor, da lichttechnische
Anforderungen explizit vorgegeben werden.
Die in den vorliegenden Untersuchungen aus der bestmöglichen Erfüllung des Primärzieles
resultierenden LVK lassen sich hinsichtlich ihres Gesamtlichtstroms miteinander vergleichen
(siehe hierzu auch Abbildung 5.37 aus Unterkapitel 5.5). Die Ergebnisse zeigen, dass es
hinsichtlich Forschungsfrage F4 nicht die eine Optimierungsmethode gibt, die die niedrigsten
Lichtströme zur Erfüllung der Beleuchtungsaufgabe ergibt. Vielmehr sind es einzelne
Kombinationen aus Reflexionscharakteristik der Deckschicht und Optimierungsmethode, die
darüber entscheiden, wie effizient die Beleuchtung, gemessen am Lichtstrombedarf sein wird.
Offensichtlich ist jedoch bei der Leuchtdichte- und Erkennbarkeitsoptimierung, dass mit der
138
DISKUSSION IM KONTEXT DES FORSCHUNGSFELDES
Erhöhung des Grades der Spiegelung der Lichtstrombedarf regressiv ansteigt (vgl. Abbildung
5.37). Liegen Beobachter, Sehobjekt und Lichtpunkt nicht auf oder sehr nahe einer
Vertikalebene, wird weniger Licht an der Deckschicht zum Beobachter hin abgelenkt. Das
Sehobjekt erfährt weniger Hinterleuchtung, was zu kleinerem Untergrund, kleineren Umfeld-
leuchtdichten und somit zu kleineren Objektkontrasten führt. Es wird also mehr Licht benötigt,
um die gleichen Leuchtdichten und damit Kontraste zu erzielen als bei Verwendung von
Deckschichten mit größeren Diffusanteilen. Mit dem ausführlichen Vergleich der Reflexions-
eigenschaften beschäftigt sich auch die Arbeit von Köhler [KÖHLER 2011; KÖHLER &
NEUMANN 2012].
Über die Abhängigkeit von der Reflexionscharakteristik der Deckschicht hinaus, wird der
Lichtstrombedarf von LVK der VL-Optimierungsmethode auch durch die Wahl des der
Optimierung zugrundeliegenden Sehobjektreflexionsgrades bestimmt. So zeigen die hier
bestimmten Gesamtlichtströme, dass optimierte LVK zur Erzeugung einer kontrastreichen
Silhouette tendenziell mehr Lichtstrom benötigen. Entsprechend Abbildung 5.37 und Tabelle
A.31 auf Seite A-24 des Anhangs kann allerdings nicht festgestellt werden, dass die VL-
Optimierung zu einem wesentlich niedrigeren Lichtstrombedarf führt, als die gleichmäßigkeits-
orientierten Optimierungsmethoden.
ZUSAMMENFASSENDES FAZIT UND AUSBLICK
139
9
ZUSAMMENFASSENDES FAZIT UND AUSBLICK
Kapitel 9 fasst die aus den Ergebnissen und der Diskussion abgeleiteten Erkenntnisse in
Unterkapitel 9.1 als Fazit zusammen und schließt die Arbeit mit dem Ausblick in 9.2.
9.1 ZUSAMMENFASSENDES FAZIT
In dieser Arbeit wurden vier Methoden zur Optimierung von Lichtverteilungen auf das
Qualitätsmerkmal Sicherheit identifiziert und anhand des Merkmals Erkennbarkeit mittels der
Bewertungskennzahl Visibility Level (VL) verglichen. Sie stellen entweder homogene
Verteilungen der Leuchtdichte, der horizontalen beziehungsweise der vertikalen Beleuchtungs-
stärke, bereit oder führen eine direkte Optimierung auf die ortsaufgelösten VL durch. Alle
Optimierungsansätze basieren ausschließlich auf der gezielten Manipulation von Lichtstärke-
verteilungskörpern (LVK) mit Rücksicht auf einen niedrigen Lichtstrombedarf durch die
Vermeidung unnötig hoher Beleuchtungsniveaus.
Der Vergleich der Erkennbarkeiten erfolgte durch Simulation und anhand eines Laborversuchs
bei jeweils maximal möglicher Erfüllung des Optimierungsziels für typische Installationen mit
einreihiger Leuchtenanordnung und Leuchtdichteniveaus von 0,44 cd/m2 ≤ 𝐿
≤ 1,82 cd/m2
unter Variation der Straßendeckschicht und des Mastabstandes.
Das Verbesserungspotential wurde mit Hilfe von VL-Verläufen, -Minima, -Medianen und
-Mittelwerten bei unterschiedlichen Beobachtungsbedingungen analysiert. Vergleichend
wurden in der Straßenbeleuchtung etablierte Kennzahlensysteme zur Bewertung der Sicherheit
herangezogen.
Optimierungsmethoden
Die Ergebnisse (vgl. Kapitel 5) erweitern den Gültigkeitsbereich vorangegangener
Untersuchungen (vgl. Kapitel 8) und bestätigen deren Erkenntnisse, dass sehr homogene
Verteilungen von Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte bei niedrigen Beleuchtungsniveaus
kein Garant für eine gute Erkennbarkeit sind. Anhand der ermittelten VL-Verteilungen werden
mehrfach Zonen schlechter Erkennbarkeit und Kontrastumkehr nachgewiesen.
Insbesondere die gleichmäßige Verteilung horizontaler Beleuchtungsstärke (vgl. Abschnitte
5.2.3 und 5.2.4) verursacht, unabhängig vom Reflexionsgrad des Sehobjektes, von der Art der
Straßendeckschicht und vom Mastabstand, Kontrastumkehr. So entsteht ein Zielkonflikt
140
ZUSAMMENFASSENDES FAZIT UND AUSBLICK
zwischen der Forderung nach möglichst hohen VL und der unbedingten Vermeidung kritischer
Erkennbarkeiten von |VLi| < 1. Eine Optimierung auf die Homogenität der horizontalen
Beleuchtungsstärke kann daher nur für Beleuchtungsinstallationen empfohlen werden, in denen
die anderen untersuchten Ansätze keine angemessenen Erkennbarkeiten bereitstellen können;
also, wenn eine leuchtdichtebasierte Planung aufgrund der Einschränkung der Mess- und
Bewertungsvoraussetzungen nicht möglich ist (z. B. kurviger Straßenverlauf, zu kurzer
Straßenabschnitt für das Anlegen eines Bewertungsfeldes).
Anhand der Anfälligkeit gegenüber der Verursachung starker Blendung ist die Optimierung auf
eine gleichmäßig verteilte vertikale Beleuchtungsstärke, wie sie hier angewandt wurde,
ausdrücklich nicht zu empfehlen, auch wenn sie situationsabhängig gute VL bereitstellen kann.
Homogene Leuchtdichteverteilungen (vgl. Abschnitte 5.2.3 und 5.2.4) vermeiden dagegen
Kontrastverflachungen und -Umkehrungen in den meisten untersuchten Fällen erfolgreich. Sie
ermöglichen gute Sichtverhältnisse für niedrige bis mittlere Sehobjektreflexionsgrade im
Rahmen des Silhouette-Prinzips, sofern die vorgegebene Blendungsbegrenzung eingehalten
wird. VL-Einzelbeträge im Bereich von meist 4 bis 8 bei Verwendung des 20 %-Sehobjektes
zeugen von den guten bereitgestellten Erkennbarkeiten. Höhere Objektreflexionsgrade führen
dagegen leicht zu ausgedehnten Bereichen schlechter Erkennbarkeit aufgrund verflachter
Objektkontraste. Ein größerer Querversatz von Lichtpunktreihen zur Beobachtungsachse führt
oft zu Erkennbarkeitseinbußen.
VL-optimierte Lichtverteilungen bieten insgesamt die meisten Beleuchtungssituationen mit
akzeptablen VL-Ergebnissen, da hier Kontrasteinbrüche sowie Schwankungen im VL-Verlauf
auch bei Querversatz der Leuchtenanordnung am besten verhindert werden. Meist können mit
dem in Erkennbarkeitsuntersuchungen etablierten 20 %-Sehobjekt VL-Beträge im Bereich 5 bis
8 erzielt werden. Niedrigere Reflexionsgrade weisen entsprechend bessere Erkennbarkeiten
meist |VL| > 7 auf. Das zugrunde liegende Sillhouette-Prinzip führt bei helleren Objekten jedoch
konzeptbedingt zu Bereichen verflachter Objektkontraste. Bei intakter TI-Limitierung bleibt die
Blendung innerhalb des definierten Rahmens. Bei großen Lichtpunktabständen kann es hier
ebenfalls zu erhöhten TI-Werten kommen.
Dabei ist unbedingt zu berücksichtigen, welche Diskrepanz zwischen den Forderungen
angrenzender wahrnehmungsphysiologischer Arbeiten aus Unterkapitel 2.2.5 hinsichtlich
geforderter Mindestwerte von |VL| > 7 bis zu |VL| > 35 und in der Praxis realisierbarer
Erkennbarkeiten vorliegt. Dies mag am niedrigen Niveau der Beleuchtung liegen, welches für
diese Arbeit verwendet wurde, sollte nach den in den Unterkapiteln 2.2.4 und 2.2.5 diskutierten
wahrnehmungsphysiologischen Ansätzen jedoch auch für dieses gelten. Aus Sicht der
Ergebnisse lässt sich ein Kompromiss empfehlen, nach welchem einzelne |VL| < 1 unbedingt
vermieden werden sollten und ein Großteil der VL-Einzelbeträge bei Bewertung mittels der
20 %-Sehobjektes > 5 anzustreben sind, damit eine angemessene Sichtbarkeit gewährleistet ist.
Beleuchtungsinstallation
Gute Erkennbarkeitsverläufe können mit allen betrachteten Optimierungsmethoden nur bis zu
einem bestimmten relativen Mastabstand realisiert werden, da die Blendung mit wachsendem
Lichtpunktabstand zunimmt und bei einem Lichtpunktabstand der fünffachen Lichtpunkthöhe
kaum noch angemessen niedrige Blendung erzielt wird. Zudem lassen die Ergebnisse aus
ZUSAMMENFASSENDES FAZIT UND AUSBLICK
141
Kapitel 5 darauf schließen, dass bei einseitiger Beleuchtung die Erkennbarkeiten bei größerem
Querversatz zur Lichtpunktreihe niedriger ausfallen als bei geringerem Versatz.
Der Einfluss der Reflexionseigenschaften einer Deckschicht wird bei den leuchtdichte- und
erkennbarkeitsorientierten Optimierungsmethoden weitestgehend kompensiert. Bei Optimierun-
gen auf Beleuchtungsstärken lohnt sich die Anpassung der Deckschicht an die
Beleuchtungsinstallation, um die Sichtverhältnisse zu verbessern.
Eine Verringerung des Lichtstrombedarfs je Leuchte ist individuell abhängig von der
Kombination aus Optimierungsmethode und Wahl der Straßendeckschicht. Der pauschale
Vorteil einer einzelnen Optimierungsvariante bei bestmöglicher Erfüllung des jeweiligen
Optimierungsziels wurde nicht festgestellt.
Planungs- und Bewertungsansätze
Die Vergleiche der optimierten LVK (vgl. Kapitel 5) zeigen, wie abhängig Aussagen zur
Erkennbarkeit von der Wahl des als Referenz herangezogenen Sehobjektes sind. Dies bestätigen
auch die zur Diskussion herangezogenen Arbeiten aus Unterkapitel 8.1.
Nach den vorliegenden Ergebnissen und der Häufigkeitsverteilung zum Auftreten typischer
Reflexionsgrade von Fußgängerbekleidung empfiehlt sich das 20 %-Sehobjekt als ein guter
Kompromiss aus allgemeingültiger Aussagekraft und realistischer Kritik. Sehobjekte höheren
Reflexionsgrades sind höchstens für zusammenfassende Bewertungsverfahren wie das STVL
oder 𝑉𝐿
geeignet, bei denen Kontrastumkehrungen nicht gesondert betrachtet werden. Für
ausführliche Betrachtungen, gerade bei Silhouettemethoden der LVK, ist ihre Aussagekraft
ebenso gering wie die besonders niedriger Reflexionsgrade.
Die Bewertung der Erkennbarkeit mittels stationärer Beobachtungsform ist aus Sicht der
Anwendung praktikabler. Hier ist es nicht notwendig Messgeräte immer wieder an neuen
Positionen aufzubauen, um den konstanten Abstand zwischen Sehobjekt und Beobachter zu
halten. Da sie hinsichtlich ihrer Aussagekraft zur Erkennbarkeit als die kritischere
Beobachtungsform anzusehen ist, kann sie als Ersatz für die dynamische Beobachtung
herangezogen werden (vgl. Kapitel 5 sowie Unterkapitel 8.1). Umgekehrt gilt dies nicht. Der
Laborversuch aus Kapitel 6 zeigt dabei die Grenzen dieser Bewertungsform bei der
Bestimmung des VL auf, denn bei großen Distanzen können für die Bewertung relevante
Leuchtdichtebereiche über den Horizont gelangen oder die Beobachtungswinkel liegen
außerhalb der für die r-Tabellen definierten Bereiche.
Es wurde festgestellt, dass die Kombination aus Beleuchtungsniveau und Gleichmäßigkeit oft,
aber nicht zwingend, zu guten Erkennbarkeiten führt. Zwar wird mit hoher Gleichmäßigkeit und
einem angemessenen Niveau der Beleuchtung ein Grundstein für gute Beleuchtung gelegt, ein
Garant ist es jedoch nicht. Je nach Wahl des Optimierungskriteriums können Kontrastumkehr
und Kontrastverflachung oftmals nicht vermieden werden. Hier gilt es, sich mit den
Charakteristiken der einzelnen Optimierungsarten eingehend auseinanderzusetzen und
entsprechend die Geometrie der Anlage anzupassen. Wie bereits angrenzende Untersuchungen
aufgezeigt haben und diese Arbeit bestätigt (vgl. Unterkapitel 8.1), gilt: Eine ungleichmäßige
Ausleuchtung der Fahrbahn weist meist schlechte Sichtverhältnisse durch Bereiche niedrigen
Beleuchtungsniveaus und verflachter Objektkontraste auf; eine hohe Gleichmäßigkeit führt
jedoch im Umkehrschluss nicht zwingend zu hervorragenden Erkennbarkeiten.
142
ZUSAMMENFASSENDES FAZIT UND AUSBLICK
Das Visibility Level vermittelt vor allem bei differenzierter Betrachtung der Verläufe der
Einzelwerte durch den Straßenverlauf hindurch das umfassendste Bild von der Erkennbarkeit
innerhalb eines definierten Bewertungsfeldes. Unter zusätzlicher Berücksichtigung der
Blendung, des Niveaus der Beleuchtung und deren Gleichmäßigkeit ergibt sich ein wirkungs-
volles Instrument zur Planung und Bewertung der Qualität von Straßenbeleuchtung.
Die Ergebnisse zeigen weiter, dass zusammenfassende Qualitätskennzahlen wie Mittelwert,
Median oder gewichteter Mittelwert im Falle des STVL nur grobe Aussagen zur Qualität der
Beleuchtung und der bereitgestellten Sicherheit vermitteln können. Sie vernachlässigen
möglicherweise vorhandene Zonen, an denen Objekte aufgrund der zu geringen VL-Einzelwerte
nicht erkannt werden können und täuschen teils eine gute Erkennbarkeit vor, die nicht für den
gesamten bewerteten Verkehrsraum gilt. Hier empfiehlt sich zur Verbesserung die
Einbeziehung aller VL-Minimalwerte im Messfeld.
9.2 AUSBLICK
Die innerhalb dieser Arbeit untersuchten Ansätze zur Optimierung von Lichtverteilungen bieten
neue Möglichkeiten der Auslegung und Bewertung ortsfester Straßenbeleuchtung und setzten
sie in Beziehung zu etablierten Herangehensweisen. Nun muss das gewonnene Wissen in die
praktische Anwendung überführt werden, um so zu einer stetigen Verbesserung der Sicherheit
im öffentlichen Verkehrsraum beizutragen. Die untersuchten Optimierungsmethoden bilden
hierfür, ebenso wie die erkennbarkeitsorientierte Bewertung und die damit verglichenen
Qualitätskennzahlensysteme, ein weites Spektrum der Möglichkeiten für die aktuelle
Forschung.
Leuchten, welche die präsentierten Lichtverteilungstypen praktikabel realisieren können,
müssen entwickelt und dank zukünftiger, hierfür offener Standards in den praktischen Einsatz
überführt werden. Das betrifft insbesondere die Standardisierung zur Bereitstellung und Berech-
nung erkennbarkeitsoptimierter Beleuchtung. Diese wird in Europa derzeit noch nicht
berücksichtigt. Die Ergebnisse der Unterkapitel 5.4 und 5.4.2 weisen darauf hin, dass die VL-
und STVL-Bewertung weniger sensibel auf sicherheitskritische Beleuchtungssituationen mit
erhöhter Blendung reagieren als die Quantifizierung des Störeinflusses der Blendung anhand
des TI-Faktors. Daher müssen die Erkennbarkeitsuntersuchungen hierzu um weitere
Forschungen zur physiologischen Blendung ausgedehnt werden.
Darüber hinaus wird empfohlen, die Diskrepanz zwischen wahrnehmungsphysiologischen
Anforderungen an die Mindesterkennbarkeit und den mit optimierten LVK erzielbaren
Erkennbarkeiten anhand individueller Probandenversuche aufzuklären.
Hinsichtlich des möglichen Energieeinsparpotentials muss der Vergleich der vier untersuchten
Optimierungsmethoden um Erfüllungsgrade von < 100 % des jeweiligen Optimierungsziels
erweitert werden, da nur so zusätzliche, umfassende Aussagen zum Grad der Lichtstrom-
einsparung in Abhängigkeit der Erfüllung der Erkennbarkeit getroffen werden können. Hierfür
sind entsprechende Mindestwerte für den Grad der Optimierungserfüllung vorzugeben. Nur so
können Kompromisslösungen aus hoher, aber nicht vollkommener Erfüllung der untersuchten
Primärziele betrachtet werden. Auf diese Weise wird mehr Spielraum für die Lichtstrom-
minimierung bereitgestellt.
ZUSAMMENFASSENDES FAZIT UND AUSBLICK
143
Weitere Forschungen sollten aufgrund der durchgehend guten VL-Verläufe mit-14 < VLi < -7
und niedriger Blendung innerhalb der hinteren Bewertungsfeldhälfte bei der Uo,Ehor-Optimierung
hinsichtlich eines möglichen Gegenstrahlprinzip erfolgen. Es könnte z. B. bei der Beleuchtung
richtungsgebundener Tunnel mit visueller Fahrtrichtungstrennung verwendet werden.
Eine Optimierungsmethode nach dem Revealing-Power-Ansatz, die im Rahmen dieser Arbeit
nicht entwickelt wurde, ist noch zu erforschen. Denn auch hier wird die örtliche Auflösung der
Erkennbarkeit umfassend berücksichtigt.
Da die Arbeit ausschließlich Bewertungsfelder im Sinne der Fahrbahn untersucht, bleiben
Erkenntnisse zu den Wirkzusammenhängen der Erkennbarkeit in angrenzenden
Übergangsbereichen und angrenzenden vertikalen Architekturkomponenten (z. B. Fassaden
nahe der Fahrbahn) weiter offen. Diese sind keinesfalls zu vernachlässigen und müssen daher
weiter untersucht werden. Das gilt auch für den Einfluss der Repräsentation von Sehobjekten
durch flache Graukarten auf die Erkennbarkeit. Ein Vergleich verschiedener flacher und
volumenbehafteter Sehobjektcharakteristika würde die Reichweite der hier gewonnenen
Erkenntnisse ebenso erhöhen wie die Fortführung und Implementierung der von Adrian
begonnenen Untersuchungen zur Berücksichtigung der indirekten Anstrahlung des Sehobjektes
(vgl. Abschnitt 2.2.4.3). Denn es gibt verdichtete Hinweise, dass jene zu erheblichen
Unterschieden der Berechnung von Objektleuchtdichten führt [ADRIAN 1995; ADRIAN &
GIBBONS 1993; GIBBONS 1997; KECK & VICKSBURG 1993; W ADRIAN 1993]. Ein
Zusammenführen mit den hier präsentierten Erkenntnissen zu einem erweiterten
Untersuchungsdesign könnte umfangreiches, neues Wissen zur Erkennbarkeit von Objekten
bereitstellen.
Grundlage der Optimierungsmethoden bilden die innerhalb des Optimimierungswerkzeuges
verwendeten Algorithmen und -definitionen. Deren stetige Weiterentwicklung ist notwendig,
um eventuell ungenutztes Potential bei Genauigkeit und Funktionsumfang innerhalb der
Optimierungsansätze, insbesondere bei der VL-Optimierung, weiter auszuschöpfen. Besonders
interessant und vielversprechend ist die Untersuchung weiterer Varianten linearer, aber auch
nicht-linearer und polygoner Optimierungsalgorythmen [u. a. VASSILEV & VELINOV 2004;
VASSILEV ET AL. 2005; VASILEV & VELINOV 2007; STEFANOV & VASILEV 2009].
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ABBILDUNGSVERZEICHNIS
157
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1.1: Sehobjekte bei unpassend dimensionierter und idealer Beleuchtung ................ 2
Abbildung 2.1: (C,
γ
)-System, bezogen auf die Längsrichtung der Fahrbahn ........................... 4
Abbildung 2.2: Darstellung des räumlichen Leuchtdichtekoeffizienten q(
γ
,ß) der
Fahrbahn und Geometrie von Lichteinfalls- und Blickrichtung des
Beobachters. ....................................................................................................... 6
Abbildung 2.3: Verlauf der Leuchtdichteunterschiedsschwelle als Funktion des Sehwinkels . 14
Abbildung 2.4: Leuchtdichtebereiche zur Bestimmung der mittleren Untergrund-
leuchtdichte nach ANSI IESNA RP-8-00 ........................................................ 15
Abbildung 2.5: Gegenüberstellung der einfachen Betrachtung der Objektumgebung
und der differenzierten Betrachtung nach Kokoschka ..................................... 16
Abbildung 2.6: Goldmann-Häufigkeitsverteilung von Reflexionsgraden typischer
Fußgängerbekleidung nach Enzmann .............................................................. 17
Abbildung 2.7: Kumulative Wahrscheinlichkeit zum Erkennen von Objekten in
Abhängigkeit des Sehobjektreflexionsgrades für Negativkontraste ................ 17
Abbildung 2.8: Direkte und indirekte Anstrahlung des Sehobjektes ........................................ 20
Abbildung 2.9: Zur Bewertung von Kontrast und Schleierleuchtdichte relevante
Leuchtdichtebereiche ....................................................................................... 24
Abbildung 2.10: Zusammenhang kritischer Reflexionsgrade und der kumulierten
Wahrscheinlichkeit anhand deren VL .............................................................. 30
Abbildung 3.1: Geometrie- und Winkelkonventionen für Leuchten und Beleuchtungsszene .. 39
Abbildung 3.2: Bewertungsfeld ................................................................................................ 43
Abbildung 3.3: Untergrundleuchtdichte und adaptationsbestimmende Umfeld-
leuchtdichte ...................................................................................................... 45
Abbildung 4.1: Linearisierung der Unterschiedsschwelle ........................................................ 56
Abbildung 4.2: Geometrie zur Interpolation der blendungsrelevanten Lichtstärke .................. 58
Abbildung 4.3: Schematisches Flussdiagramm des LiDot Frameworks................................... 60
Abbildung 4.4: Simulationsprozesse und Verknüpfung von Radiance und Matlab® ............... 61
Abbildung 4.5: Verkehrswege in der Simulation ...................................................................... 62
Abbildung 4.6: Vergleich von simuliertem und realem Leuchtdichtebild ................................ 62
Abbildung 5.1: LVK für gleichmäßige Verteilung der horizontalen Beleuchtungsstärke ........ 64
Abbildung 5.2: LVK für gleichmäßige Verteilung der vertikalen Beleuchtungsstärke ............ 65
Abbildung 5.3: LVK der Optimierung auf uniforme Leuchtdichteverteilung .......................... 65
158
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 5.4: Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper für die Optimierung auf eine
uniforme Leuchtdichteverteilung .................................................................... 66
Abbildung 5.5: Erzielte mittlere Leuchtdichten und Beleuchtungsstärkeniveaus .................... 67
Abbildung 5.6: Erzielte Uo der drei gleichmäßigkeitsorientierten Optimierungen .................. 68
Abbildung 5.7: Typischer VL-Verlauf bei gleichmäßiger Ehor ................................................. 69
Abbildung 5.8: Ausleuchtung der Fahrbahn bei Uo(Ehor)-Optimierung ................................... 70
Abbildung 5.9: Typischer VL-Verlauf Ever-optimierter Lichtverteilungen .............................. 70
Abbildung 5.10: Typischer VL-Verlauf leuchtdichteoptimierter Lichtverteilungen .................. 71
Abbildung 5.11: Mittlere VL-Werte, erzielt mit Uo(Ever)- und Uo(L)- Optimierung .................. 72
Abbildung 5.12: Typisches Ergebnis einer homogenen Leuchtdichteverteilung ....................... 74
Abbildung 5.13: Typisches Ergebnis einer gleichmäßigen Verteilung Ehor ............................... 74
Abbildung 5.14: Charakteristische VL-Verläufe der Uo-orientierten Optimierungen in
Abhängigkeit vom Lichtpunktabstand ............................................................ 75
Abbildung 5.15: Übersicht Mediane VL in Abhängigkeit vom Mastabstand ............................ 76
Abbildung 5.16: Übersicht minimale VL in Abhängigkeit vom Mastabstand ........................... 77
Abbildung 5.17: Übersicht der Optimierungsverfahren, Deckschicht R2,
Sehobjektreflexionsgrad 10 % bei 24 m Lichtpunktabstand ........................... 79
Abbildung 5.18 Übersicht der Optimierungsverfahren, Deckschicht R3,
Sehobjektreflexionsgrad 40 % bei 24 m Lichtpunktabstand ........................... 79
Abbildung 5.19: Zusammenfassende Übersicht der mittleren und minimalen VL aller
untersuchten Beleuchtungssituationen ............................................................ 81
Abbildung 5.20: Ehor-Optimierung, 24 m, R3, dynamische Beobachtung. ................................ 82
Abbildung 5.21: Ever-Optimierung, 24 m, R3, dynamische Beobachtung ................................. 82
Abbildung 5.22: L-Optimierung, 24 m R3, dynamische Beobachtung ...................................... 83
Abbildung 5.23: Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper der VL-Optimierung
und resultierende Gleichmäßigkeiten, Teil 1: Deckschicht R2 ....................... 85
Abbildung 5.24: Realisierte Lichtstärkeverteilungskörper der VL-Optimierung
und resultierende Gleichmäßigkeiten, Teil 2: Deckschicht R3 ....................... 86
Abbildung 5.25: Typische Ausprägung einer VL-optimierten LVK .......................................... 87
Abbildung 5.26: Aus der VL-Optimierung resultierende Lichtverteilungen, R2-
Fahrbahndeckschicht ....................................................................................... 89
Abbildung 5.27: Aus der VL-Optimierung resultierende Lichtverteilungen, R3-
Fahrbahndeckschicht ....................................................................................... 90
Abbildung 5.28: VL-Optimierung, statische Beobachtung, Deckschicht R2 ............................. 91
Abbildung 5.29: VL-Optimierung, dynamische Beobachtung, Deckschicht R2 ........................ 92
Abbildung 5.30: VL-Optimierung, stationäre Beobachtung, Deckschicht R3 ........................... 92
Abbildung 5.31: Übersicht minimale |VL| und mittlere VL für stationäre und dynamische
Beobachtung.................................................................................................... 93
Abbildung 5.32: VL-Optimierung, dynamische Beobachtung, Deckschicht R3 ........................ 94
Abbildung 5.33: VL-Optimierung, Lichtpunktabstand 24 m, Sehobjektreflexionsgrad 20 % ... 95
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
159
Abbildung 5.34: VL-Optimierung, Lichtpunktabstand 30 m, Sehobjektreflexionsgrad 40 % .... 95
Abbildung 5.35: Abhängigkeit des STVL vom Reflexionsgrad des Sehobjektes ....................... 98
Abbildung 5.36: Übersicht der resultierenden Schwellenwerterhöhungswerte TI ................... 101
Abbildung 5.37: Übersicht des benötigten Lichtstromes zum Erreichen des vorgegebenen
Beleuchtungsniveaus ..................................................................................... 103
Abbildung 6.1: Adapitve LED-Leuchte .................................................................................. 105
Abbildung 6.2: Aufsicht Versuchsaufbau ............................................................................... 106
Abbildung 6.3: Laborteppich aus Beobachterrichtung und entgegengesetzt .......................... 106
Abbildung 6.4: Ablaufdiagramm der Simulationen und realen Messungen ........................... 107
Abbildung 6.5: Messfeld mit zentralem Ausschnitt ................................................................ 108
Abbildung 6.6: Begrenzung der Ausleuchtung hinter dem Messfeld ..................................... 108
Abbildung 6.7: Optimierungsziel und Referenz-LVK(RLVK) der ausgewählten
Beleuchtungssituationen ................................................................................ 109
Abbildung 6.8: Leuchtdichtebilder Uo-orientierte Optimierungen ......................................... 111
Abbildung 6.9: Vogelperspektive der Leuchtdichtebilder, Uo-orientierte Optimierungen ..... 111
Abbildung 6.10: Leuchtdichtebilder VL-orientierte Optimierungen ......................................... 113
Abbildung 6.11: Vogelperspektive der Leuchtdichtebilder, VL-orientierte Optimierungen.... 113
Abbildung 6.12: Vergleich von Mess- und Simulationsergebnissen ........................................ 115
Abbildung 7.1: Leuchtdichteverteilung einer nicht geglätteten LVK auf der Fahrbahn......... 119
Abbildung 7.2: Vergleichsmessungen L-Kamera LMK 98-4 color mit kalibrierten
Instrumenten zur Bestimmung von Leuchtdichten ........................................ 125
Abbildung 7.3: Korrelation der Messgeräte untereinander ..................................................... 126
Abbildung A.1: Übersicht der in der Simulation untersuchten Beleuchtungsinstallationen... A-3
Abbildung A.2: Übersicht der Beleuchtungsszenen und Visibility-Level-Verläufe............... A-4
Abbildung A.3: Übersicht der LED-Module zur Nachstellung im Versuch ......................... A-27
Abbildung A.4: Leuchtenkonfigurator mit Angaben zur Anordnung der Module .............. A-29
Abbildung A.5: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 1 ......................................... A-30
Abbildung A.6: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 2 ......................................... A-31
Abbildung A.7: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 3 ......................................... A-32
Abbildung A.8: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 4 ......................................... A-33
Abbildung A.9: Vergleich von Mess- und Simulationsergebnissen für Srel= 1/4 ................. A-34
Abbildung A.10: Vergleich von Mess- und Simulationsergebnissen für Srel= 1/5 ................. A-35
Abbildung A.11: Abweichungen simulierter VL zu im Labor gemessenen für Srel= 1/3 ........ A-36
Abbildung A.12: Abweichungen simulierter VL zu im Labor gemessenen für Srel= 1/4 ........ A-36
Abbildung A.13: Abweichungen simulierter VL zu im Labor gemessenen für Srel= 1/5 ........ A-36
160
TABELLENVERZEICHNIS
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 2.1: Berücksichtigte Fahrbahndeckschichtklassen ................................................... 7
Tabelle 2.2: Beziehung zwischen Alter und Faktor k ......................................................... 25
Tabelle 2.3: Zuordnung von VL-Bereichen und Beurteilung innerhalb des
Experiments von Dijon und Justin .................................................................. 32
Tabelle 3.2: Lichttechnische Anforderungen an die in der Arbeit verwendeten
Beleuchtungsklassen ....................................................................................... 42
Tabelle 3.1: In der Parameterstudie untersuchte Beleuchtungsszenen ................................ 41
Tabelle 3.3: Lage der Messpunkte längs des Bewertungsfeldes ........................................ 42
Tabelle 3.4: Kumulierte Häufigkeit der Wahrscheinlichkeit des Erkennens von
Sehobjekten für die herangezogenen Sehobjektreflexionsgrade ..................... 44
Tabelle 3.5: Angewandte Maßnahmen der Untersuchung .................................................. 48
Tabelle 3.6: Den Hauptoptimierungszielen zugeordnete Wirkungen ................................. 49
Tabelle 5.1: VL-Optimierung, Gleichmäßigkeiten der Lichtverteilungen und
Schwellenwerterhöhung der untersuchten Beleuchtungsszenen ..................... 88
Tabelle 5.2: STV-Vorgaben für die untersuchten Straßenkategorien nach
ANSI / IESNA RP-8-00 .................................................................................. 97
Tabelle 5.3: Übersicht der STV-Werte, dynamische Beobachtung ..................................... 99
Tabelle 6.1: Untersuchte Maßnahmen (unabhängige Variablen) und deren
Variationsumfang .......................................................................................... 104
Tabelle 6.2: Übersicht der mit der adaptiven LED-Leuchte erzielten Gleichmäßig-
keiten anhand der Messung der horizontalen Beleuchtungsstärke ................ 110
Tabelle 6.3: Übersicht der mit der adaptiven LED-Leuchte erzielten Gleichmäßig-
keiten anhand der Messung der vertikalen Beleuchtungsstärke .................... 110
Tabelle 6.4: Übersicht der mit der adaptiven LED-Leuchte erzielten Gleichmäßig-
keiten anhand der Messung der Leuchtdichte ............................................... 110
Tabelle 6.5: Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der horizontalen
Beleuchtungsstärke ....................................................................................... 112
Tabelle 6.6: Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der vertikalen
Beleuchtungsstärke ....................................................................................... 112
Tabelle 6.7: Übersicht der erzielten Gleichmäßigkeiten anhand der Leuchtdichte........... 112
TABELLENVERZEICHNIS
161
Tabelle 7.1: Maximale Linearisierungsabweichung, abhängig vom Leuchtdichteniveau . 120
Tabelle 7.2: Übersicht Stabilität der mit der LMK 984 Color gemessenen Leucht-
dichten ............................................................................................................ 124
Tabelle 7.3: Unsicherheitsgrenzen für einzelne Merkmale und Gesamtunsicherheits-
grenzen für Leuchtdichtemessgeräte.............................................................. 125
Tabelle 7.4: Übersicht der Unsicherheiten bei den Messungen im Lichtkanal .................. 128
Tabelle A.1: Randparameter Standard-R- und C-Straßendeckschichten ........................... A-1
Tabelle A.2: Betreute wissenschaftliche Arbeiten ............................................................. A-2
Tabelle A.3: Beleuchtungsinstallationen, -Szenen und 𝑉𝐿-Verläufe ................................ A-3
Tabelle A.4: Resultierende Verteilungen der horizontalen Beleuchtungsstärke und
Leuchtdichte, horizontale Beleuchtungsstärke ............................................. A-5
Tabelle A.5: Resultierende Verteilungen der horizontalen Beleuchtungsstärke und
Leuchtdichte, vertikale Beleuchtungsstärke ................................................. A-6
Tabelle A.6: Resultierende Verteilungen der horizontalen Beleuchtungsstärke und
Leuchtdichte, Leuchtdichte ........................................................................... A-7
Tabelle A.7: Resultierende Verteilungen der horizontalen Beleuchtungsstärke und
Leuchtdichte, Visibility Level ...................................................................... A-8
Tabelle A.8: Übersicht Qualitätskennzahlen Erkennbarkeit für die stationäre
Beobachtung, C-Deckschichten .................................................................... A-9
Tabelle A.9: Optimierung 𝐸hor, Übersicht 𝑉𝐿, stationäre Beobachtung, R1- und R4-
Deckschichten ............................................................................................... A-9
Tabelle A.10: Optimierung 𝐸hor, Übersicht Qualitätskennzahlen 𝑉𝐿 für die stationäre
Beobachtung ............................................................................................... A-10
Tabelle A.11: Optimierung 𝐸hor, Übersicht Qualitätskennzahlen VL für die
dynamische Beobachtung ........................................................................... A-10
Tabelle A.12: Optimierung 𝐸ver, Übersicht 𝑉𝐿, stationäre Beobachtung,
C-Deckschichten ......................................................................................... A-11
Tabelle A.13: Optimierung 𝐸ver, Übersicht 𝑉𝐿, stationäre Beobachtung, R1- und R4-
Deckschichten ............................................................................................. A-11
Tabelle A.14: Optimierung 𝐸ver, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, stationäre
Beobachtung ............................................................................................... A-12
Tabelle A.15: Optimierung 𝐸ver, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, dynamische
Beobachtung ............................................................................................... A-12
Tabelle A.16: Optimierung 𝐿, Übersicht Kennzahlen 𝑉𝐿, stationäre Beobachtung,
C-Deckschichten ......................................................................................... A-13
Tabelle A.17: Optimierung 𝐿, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, stationäre
Beobachtung, R1, R4 .................................................................................. A-13
Tabelle A.18: Optimierung 𝐿, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, stationäre
Beobachtung ............................................................................................... A-14
Tabelle A.19: Optimierung 𝐿, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, dynamische
Beobachtung ............................................................................................... A-14
162
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle A.20: 𝑉𝐿min-Werte und 𝑉𝐿med-Werte, stationäre und dynamische
Beobachtung................................................................................................ A-15
Tabelle A.21: Einfluss des Mastabstandes auf die Ergebnisse der VL-Optimierung ......... A-16
Tabelle A.22: Vergleich 𝑆𝑇𝑉𝐿-Werte, stationäre Beobachtung, Fahrspur 0 ..................... A-17
Tabelle A.23: Vergleich 𝑆𝑇𝑉𝐿-Werte, stationäre Beobachtung, Fahrspur 1 ..................... A-18
Tabelle A.24: Übersicht Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf
Gleichmäßigkeiten, 𝐸hor .............................................................................. A-19
Tabelle A.25: Übersicht Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf
Gleichmäßigkeiten, 𝐸ver .............................................................................. A-20
Tabelle A.26: Übersicht Einfluss des Mastabstandes auf die Opitmierung auf
Gleichmäßigkeiten, 𝐿 .................................................................................. A-21
Tabelle A.27: Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten,
𝑉𝐿 stationär ................................................................................................. A-22
Tabelle A.28: Mastabstand Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, 𝐸hor dynamisch ........... A-22
Tabelle A.29: Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten,
Ever dynamisch ............................................................................................. A-23
Tabelle A.30: Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten,
𝐿 dynamisch ................................................................................................ A-23
Tabelle A.31: Beispiele im Verlauf vergleichbarer VL-Verläufe. Betrachtung zum
Erzielen eines mittleren VL nötigen mittleren horizontalen
Beleuchtungsstärken und Leuchtdichten ..................................................... A-24
Tabelle A.32: Einfluss des reflektierten Streulichtes auf die horizontale Beleuchtungs-
stärke unter simulierten Reflexionsgraden von 𝜌Wand = 0 %, 5 %, 10% . A-25
Tabelle A.33: 𝑅-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 1°, aufgeführt ist R·104,
Teil 1. .......................................................................................................... A-25
Tabelle A.34: Laborteppich, Beobachtungswinkel 1° ....................................................... A-26
Tabelle A.35: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 1°, aufgeführt ist R·104,
Teil 2 ........................................................................................................... A-26
Tabelle A.36: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 3°, aufgeführt ist R·104,
Teil 1 ........................................................................................................... A-26
Tabelle A.37: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 3°, aufgeführt ist R·104,
Teil 2 ........................................................................................................... A-27
Tabelle A.38: Laborteppich, Beobachtungswinkel 3° ....................................................... A-27
Tabelle A.39: Konfiguration der LED-Leuchte im Laborversuch ..................................... A-28
Tabelle A.40: Unsicherheitsgrenzen Beleuchtungsstärkemessgeräte ................................ A-37
ANHANG
A-1
AA A
TABELLEN UND ÜBERSICHTEN
A.1 RANDPARAMETER STANDARD-R- UND –C-DECKSCHICHTEN
Tabelle A.1: Randparameter Standard-R- und C-Straßendeckschichten [YLINEN ET AL. 2010, S. 80; CIE
1984, S. 70].
Standard table
S1-limit
S1 of
standard
Normalised q0
value
R1
S1 <
0.42
0.25
0.10
R2
0.42 ≤ S1 < 0.85
0.58
0.07
R3
0.85 ≤ S1 < 1.35
1.11
0.07
R4
1.35 ≤
S1
1.55
0.08
N1
S1 <
0.28
0.18
0.10
N2
0.28 ≤ S1 < 0.60
0.41
0.07
N3
0.60 ≤ S1 < 1.30
0.88
0.07
N4
1.30 ≤
S1
1.61
0.08
C1
S1 <
0.40
0.24
0.10
C2
S1 ≥
0.4
0.97
0.07
W1
S1’ <
9.6
5.8
0.088
W2
9.6 ≤ S1’ < 26.5
16
0.091
W3
26.5 ≤ S1’ < 73
44
0.097
W4
73 ≤ S1’ < 200
121
0.104
A-2
ANHANG
A.2 BETREUTE STUDENTISCHE ARBEITEN
Tabelle A.2 : Betreute wissenschaftliche Arbeiten, von denen die farblich hinterlegten maßgeblich an den
hier vorgestellten Forschungen und Entwicklungen beteiligt sind.
Autor
Titel
Art30
Datum
KRENZ, PETER
[2009]
Bestimmung von Kriterien zur Bewertung innovativer
Straßenbeleuchtung anhand des Gütekriteriums Leuchtdichte
S
06/2009
KRENZ, PETER
[2010]
Entwicklung der Empfehlung für innovative Straßenbeleuchtung
anhand des Gütemerkmals Objektkontrast
D
03/2010
PSYRIDIS,
EMANOUIL
[2010]
Development of a perception-optimised road lighting concept with the
help of the quality criterion object contrast taking into account energy-
efficient operating methods and the recommendations of EN 13201
M
12/2010
BUSCHMANN,
SANDY [2012]
Optimierung des Netzmanagements für verkehrsflussadaptive
Straßenbeleuchtung in Berlin
S
01/2012
BREMER,
SEBASTIAN
[2012]
Prüfung der Anwendbarkeit des Visibility Concept zur praxisnahen
Bewertung und Planung von Straßenbeleuchtungsanlagen mit
niedrigem Beleuchtungsniveau
B
01/2012
LE, HUU THANH
HA [2012]
Simulation und Bewertung von Sehobjektkontrastverläufen in der
Lichtplanungsumgebung DIALux
B
05/2012
YAHYAOUI, ANIS
[2012]
Entwicklung eines Simulationsverfahrens zur Analyse des
Zusammenwirkens aus Kfz-Beleuchtung und ortsfester
Straßenbeleuchtung mittels der Raytracing-Software Radiance
D
05/2012
CHRISTENFELDT,
MARC [2012]
Analyse & Bewertung von Sensoriksystemen für adaptive
Straßenbeleuchtungssysteme
S
11/2012
SCHEIBLER,
BEATE [2013]
Innovative Straßenbeleuchtung zur Verbesserung von Sichtbarkeit und
Energieeffizienz: Konfiguration von Referenz-Lichtverteilungen und
deren praktische Realisierung mit einer adaptiven LED-Leuchte
B
07/2013
STEBLAU, JURI
[2013]
Optimierung von Lichtstärkeverteilungskörpern auf die Erkennbarkeit
einfacher Sehobjekte
D
08/2013
JOCKISCH,
LUKAS [2013]
Entwicklung und Einrichtung eines Versuchsstandes zur Bewertung
von Sicherheit und Energieeffizienz örtlich adaptiver LED-Leuchten
B
09/2013
LU, YU-WEN
[2013]
Validierung der Optimierungssoftware LiDot durch Auswertung
generierter Referenz-Lichtstärkeverteilungskörper
S
11/2013
LU, YU-WEN
[2013]
Analyse von Simulationen zur Optimierung von Lichtverteilungen in
der ortsfesten Straßenbeleuchtung
D
03/2014
FRAUNHOFER,
MARTIN [2015]
Messtechnische Validierung der praktischen Umsetzung simulierter
Lichtstärkeverteilungskörper
D
voraus-
sichtlich
2015
30
B: Bachelorarbeit | D: Diplomarbeit | M: Masterarbeit | S: Studienarbeit
ANHANG
A-3
A.3 ÜBERSICHT DER GESAMTEN PARAMETERVARIATION
Tabelle A.3 : Beleuchtungsinstallationen, -Szenen und VL-Verläufe nach Untersuchungsschwerpunkten.
Schwerpunkt
Beleuchtungs-
installationen
Beleuchtungs-
szenen
VL-Verläufe
Stationäre Beobachtung
78
240
480
Dynamische Beobachtung
42
96
192
Jeweilige Uo-orientierte Optimierung, statisch
18
72
144
Jeweilige Uo-orientierte Optimierung, dynamisch
6
24
48
VL-Optimierung, je statisch oder dynamisch
24
24
48
Abbildung A.1: Übersicht der in der Simulation untersuchten 78 Beleuchtungsinstallationen.
U0(Ehor)
18 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 1 LVK 6
Installationen
24 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 1 LVK 6
Installationen
30 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 1 LVK 6
Installationen
U0(Ever)
18 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 1 LVK 6
Installationen
24 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 1 LVK 6
Installationen
30 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 1 LVK 6
Installationen
U0(L)
18 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 6 LVK 6
Installationen
24 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 6 LVK 6
Installationen
30 m C1, C2, R1, R2,
R3, R4 6 LVK 6
Installationen
VLopt
18 m R2, R3 4 Objekte 8 LVK 8
Installationen
24 m R2, R3 4 Objekte 8 LVK 8
Installationen
30 m R2, R3 4 Objekte 8 LVK 8
Installationen
A-4
ANHANG
Abbildung A.2: Übersicht der 336 Beleuchtungsszenen und 672 Visibility-Level-Verläufe.
18
U0(Ehor)-
Installa-
tionen
4 Objekte
Stationär C1, C2, R1,
R2, R3, R4 72 Szenen 2 Fahr-
spuren
144 VL-
Verläufe
Dynamisch R2, R3 24 Szenen 2 Fahr-
spuren
48 VL-
Verläufe
18
U0(Ever)-
Installa-
tionen
4 Objekte
Stationär C1, C2, R1,
R2, R3, R4 72 Szenen 2 Fahr-
spuren
144 VL-
Verläufe
Dynamisch R2, R3 24 Szenen 2 Fahr-
spuren
48 VL-
Verläufe
18 U0(L)-
Installa-
tionen
4 Objekte
Stationär C1, C2, R1,
R2, R3, R4 72 Szenen 2 Fahr-
spuren
144 VL-
Verläufe
Dynamisch R2, R3 24 Szenen 2 Fahr-
spuren
48 VL-
Verläufe
24 VLopt-
Installa-
tionen
Stationär R2, R3 24 Szenen 2 Fahr-
spuren
48 VL-
Verläufe
Dynamisch R2, R3 24 Szenen 2 Fahr-
spuren
48 VL-
Verläufe
ANHANG
A-5
A.4 ÜBERSICHT ERGEBNISSE LICHTVERTEILUNGEN
Tabelle A.4: Aus der Optimierung auf eine gleichmäßige horizontale Beleuchtungsstärke resultierende
Verteilungen der horizontalen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte, Qualitätskennzahlen.
Srel = 1/3 (18 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,65
0,37
0,27
0,23
0,73
0,32
0,65
0,37
0,27
0,23
0,73
0,31
Lmax [cd/m2]
1,02
0,83
0,85
0,82
1,07
0,83
1,21
1,41
1,74
1,99
1,39
1,79
𝐿 [cd/m2]
0,83
0,54
0,46
0,44
0,89
0,52
0,83
0,54
0,46
0,44
0,89
0,52
Uo, L
0,78
0,66
0,58
0,51
0,82
0,59
0,78
0,66
0,58
0,51
0,82
0,59
Ul, L
0,78
0,59
0,47
0,4
0,82
0,51
0,78
0,59
0,47
0,4
0,82
0,51
Ehor,min
10,26
10,26
Ehor,max
10,26
10,26
𝐸hor
10,26
10,26
Uo, Ehor
1
1
Ul, Ehor
1
1
Srel = 1/4 (24 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,66
0,37
0,27
0,23
0,73
0,32
0,66
0,37
0,27
0,23
0,73
0,31
Lmax [cd/m2]
1,22
0,83
0,85
0,82
1,07
0,83
1,64
2,16
3,03
3,65
1,88
2,96
𝐿 [cd/m2]
0,93
0,65
0,6
0,6
0,97
0,64
0,93
0,65
0,59
0,6
0,97
0,64
Uo, L
0,71
0,56
0,43
0,37
0,75
0,47
0,71
0,56
0,43
0,37
0,75
0,47
Ul, L
0,69
0,48
0,33
0,26
0,73
0,37
0,69
0,48
0,33
0,26
0,73
0,37
Ehor,min
10,26
10,26
Ehor,max
10,26
10,26
𝐸hor
10,26
10,26
Uo, Ehor
1
1
Ul, Ehor
1
1
Srel = 1/5 (30 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,67
0,37
0,27
0,23
0,71
0,32
0,67
0,37
0,27
0,23
0,71
0,31
Lmax [cd/m2]
1,49
1,41
1,62
1,83
1,34
1,38
2,15
3,2
4,69
6,05
2,49
4,45
𝐿 [cd/m2]
1,04
0,78
0,77
0,82
1,07
0,79
1,04
0,78
0,77
0,82
1,07
0,79
Uo, L
0,63
0,46
0,33
0,27
0,65
0,38
0,63
0,46
0,33
0,27
0,65
0,38
Ul, L
0,59
0,36
0,23
0,17
0,61
0,27
0,59
0,36
0,23
0,17
0,61
0,27
Ehor,min
10,26
10,26
Ehor,max
10,26
10,26
𝐸hor
10,26
10,26
Uo, Ehor
1
1
Ul, Ehor
1
1
A-6
ANHANG
Tabelle A.5: Aus der Optimierung auf eine gleichmäßige vertikale Beleuchtungsstärke resultierende
Verteilungen der horizontalen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte, Qualitätskennzahlen.
Srel = 1/3 (18 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,75
0,49
0,46
0,46
0,66
0,45
0,74
0,46
0,42
0,43
0,64
0,42
Lmax [cd/m2]
1,55
1,13
1,1
1,17
1,57
1,06
2,52
2,37
2,94
4,17
2,95
2,87
𝐿 [cd/m2]
1,44
1,12
1,16
1,29
1,49
1,17
1,44
1,12
1,16
1,29
1,49
1,17
Uo, L
0,5
0,41
0,36
0,33
0,43
0,36
0,5
0,41
0,36
0,33
0,43
0,36
Ul, L
0,77
0,76
0,56
0,46
0,72
0,61
0,77
0,76
0,56
0,46
0,72
0,61
Ehor,min [lx]
5,2
5,2
Ehor,max [lx]
16,45
26,49
𝐸hor [lx]
13,5
13,5
Uo, Ehor
0,39
0,39
Ul, Ehor
0,32
0,2
Srel = 1/4 (24 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,8
0,53
0,46
0,46
0,73
0,52
0,77
0,49
0,46
0,46
0,7
0,47
Lmax [cd/m2]
1,49
1,03
1,19
1,5
1,5
1,05
2,39
2,64
3,5
5,75
2,75
3,1
𝐿 [cd/m2]
1,37
1,17
1,31
1,59
1,4
1,26
1,37
1,17
1,31
1,59
1,4
1,26
Uo, L
0,56
0,42
0,33
0,26
0,5
0,37
0,56
0,42
0,33
0,26
0,5
0,37
Ul, L
0,8
0,65
0,49
0,39
0,77
0,57
0,8
0,65
0,49
0,39
0,77
0,57
Ehor,min [lx]
4,6
4,6
Ehor,max [lx]
14,22
20,09
𝐸hor [lx]
10,7
10,7
Uo, Ehor
0,43
0,43
Ul, Ehor
0,32
0,23
Srel = 1/5 (30 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,49
0,33
0,43
0,43
0,38
0,38
0,41
0,25
0,39
0,34
0,29
0,29
Lmax [cd/m2]
1,48
1,13
1,35
1,63
1,5
1,16
2,35
2,85
3,64
6,16
2,56
3,25
𝐿 [cd/m2]
1,28
1,18
1,39
1,82
1,3
1,28
1,26
1,15
1,34
1,72
1,27
1,24
Uo, L
0,32
0,21
0,3
0,19
0,23
0,23
0,32
0,21
0,3
0,2
0,23
0,23
Ul, L
0,51
0,52
0,43
0,32
0,41
0,53
0,51
0,52
0,43
0,32
0,41
0,53
Ehor,min [lx]
2,9
2,9
Ehor,max [lx]
12,46
15,9
𝐸hor [lx]
8,7
8,7
Uo, Ehor
0,34
0,34
Ul, Ehor
0,23
0,18
ANHANG
A-7
Tabelle A.6: Aus der Optimierung auf eine gleichmäßige Leuchtdichte resultierende Verteilungen der
horizontalen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte, Qualitätskennzahlen.
Srel = 1/3 (18 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,65
0,7
0,67
0,63
0,69
0,67
0,66
0,73
0,68
0,68
0,59
0,69
Lmax [cd/m2]
0,88
0,99
0,98
1
0,96
1,05
0,9
0,88
0,92
0,94
0,94
0,93
𝐿 [cd/m2]
0,79
0,79
0,77
0,77
0,79
0,77
0,79
0,79
0,77
0,77
0,79
0,77
Uo, L
0,81
0,86
0,82
0,77
0,74
0,83
0,81
0,89
0,85
0,83
0,74
0,86
Ul, L
0,88
0,9
0,92
0,9
0,87
0,88
0,88
0,9
0,92
0,9
0,87
0,88
Ehor,min [lx]
4,7
7,3
6,5
6
5
6,3
4,7
7,3
6,5
6
5
6,3
Ehor,max [lx]
8,5
17,24
24,49
28,33
9,67
19,35
9,88
18,5
24,47
27,73
9,28
20,94
𝐸hor [lx]
7,4
12,7
16,4
17,1
7,8
14
7,4
12,7
16,4
17,1
7,8
14
Uo, Ehor
0,64
0,57
0,39
0,35
0,65
0,45
0,64
0,57
0,39
0,35
0,65
0,45
Ul, Ehor
0,55
0,42
0,27
0,21
0,52
0,33
0,48
0,39
0,27
0,22
0,54
0,3
Srel = 1/4 (24 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,69
0,63
0,6
0,57
0,71
0,58
0,69
0,69
0,67
0,64
0,65
0,66
Lmax [cd/m2]
0,91
0,94
0,98
1,02
0,87
0,98
0,98
0,96
0,94
1,06
0,99
1,03
𝐿 [cd/m2]
0,79
0,77
0,75
0,76
0,79
0,77
0,79
0,77
0,76
0,76
0,79
0,77
Uo, L
0,87
0,79
0,74
0,7
0,82
0,71
0,87
0,85
0,8
0,78
0,82
0,79
Ul, L
0,9
0,92
0,92
0,91
0,91
0,91
0,9
0,92
0,92
0,91
0,91
0,91
Ehor,min [lx]
5
4,8
3,9
3,2
4,6
3,8
5
4,8
3,9
3,2
4,6
3,8
Ehor,max [lx]
9,39
18,23
25,23
29,19
9,48
19,76
10,29
18,22
23,78
25,93
9,41
19,88
𝐸hor [lx]
7,5
11,7
14
14,6
7,5
12,7
7,5
11,7
14
14,6
7,5
12,7
Uo, Ehor
0,67
0,41
0,28
0,22
0,62
0,3
0,67
0,41
0,28
0,22
0,62
0,3
Ul, Ehor
0,53
0,26
0,15
0,11
0,49
0,19
0,49
0,26
0,16
0,12
0,49
0,19
Srel = 1/5 (30 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R1
R2
R3
R4
C1
C2
R1
R2
R3
R4
C1
C2
Lmin [cd/m2]
0,71
0,6
0,53
0,51
0,7
0,56
0,71
0,68
0,63
0,62
0,71
0,66
Lmax [cd/m2]
0,82
0,9
0,94
1,14
0,94
0,91
0,89
1,03
1,01
1,21
0,93
1,12
𝐿 [cd/m2]
0,76
0,76
0,75
0,75
0,78
0,76
0,76
0,76
0,75
0,75
0,78
0,76
Uo, L
0,92
0,75
0,65
0,62
0,87
0,68
0,92
0,83
0,75
0,72
0,88
0,75
Ul, L
0,93
0,88
0,87
0,88
0,88
0,87
0,93
0,88
0,87
0,88
0,88
0,87
Ehor,min [lx]
4
3,3
2,6
2
3,7
2,6
4
3,3
2,6
2
3,7
2,6
Ehor,max [lx]
9,73
17,03
23,2
27,86
9,64
18,29
10,81
17,46
22,81
24,26
9,52
19,11
𝐸hor [lx]
7,3
10,3
12,1
12,2
7,3
10,9
7,3
10,3
12,1
12,2
7,3
10,9
Uo, Ehor
0,55
0,32
0,22
0,16
0,51
0,23
0,55
0,32
0,22
0,16
0,51
0,23
Ul, Ehor
0,41
0,19
0,11
0,07
0,38
0,14
0,37
0,19
0,11
0,08
0,39
0,14
A-8
ANHANG
Tabelle A.7: Aus der Optimierung auf das Visibility Level resultierende Verteilungen der horizontalen
Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte, Qualitätskennzahlen.
Srel = 1/3 (18 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R2
R3
R2
R3
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
Lmin [cd/m2
]
0,63
0,5
0,4
0,4
0,53
0,57
0,61
0,5
0,6
0,5
0,4
0,42
0,64
0,64
0,65
0,5
Lmax [cd/m2
]
0,94
1,06
1,44
2,13
0,96
1,03
1,31
1,98
0,91
1,11
1,16
1,3
1,22
1,25
1,03
0,73
𝐿 [cd/m2]
0,77
0,77
0,77
0,81
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,76
0,81
0,77
0,77
0,77
0,77
Uo, L
0,78
0,65
0,52
0,48
0,65
0,71
0,74
0,63
0,78
0,65
0,52
0,5
0,72
0,72
0,77
0,62
Ul, L
0,9
0,69
0,52
0,46
0,85
0,84
0,8
0,56
0,9
0,69
0,52
0,45
0,85
0,84
0,8
0,56
Ehor,min [lx]
7,01
6,71
5,66
4,69
5,9
5,9
5,98
4,92
7,01
6,71
5,66
4,69
5,9
5,9
5,98
4,92
Ehor,max [lx]
17,61
19,49
32,99
49,21
27,39
27,48
42,15
65,28
18,17
18,99
14,41
31,28
26,23
26,22
22,75
19,38
𝐸hor [lx]
12,52
12,69
13,25
15,49
16,43
16,4
17
17,95
12,52
12,69
13,25
15,49
16,43
16,4
17
17,95
Uo, Ehor
0,56
0,53
0,43
0,3
0,36
0,36
0,35
0,27
0,56
0,53
0,43
0,3
0,36
0,36
0,35
0,27
Ul, Ehor
0,4
0,34
0,17
0,1
0,22
0,21
0,14
0,08
0,39
0,35
0,39
0,15
0,22
0,23
0,26
0,25
Srel = 1/4 (24 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R2
R3
R2
R3
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
Lmin [cd/m2
]
0,38
0,64
0,4
0,51
0,53
0,53
0,51
0,43
0,37
0,66
0,4
0,51
0,66
0,66
0,61
0,5
Lmax [cd/m2
]
1,06
0,83
1,85
1,81
1,24
1,24
1,78
1,74
0,98
0,83
1,58
1,05
1,09
1,09
1,16
0,79
𝐿 [cd/m2]
0,77
0,75
0,77
0,78
0,82
0,82
0,76
0,74
0,77
0,75
0,77
0,78
0,82
0,82
0,75
0,74
Uo, L
0,47
0,83
0,5
0,65
0,61
0,61
0,63
0,54
0,47
0,83
0,5
0,65
0,65
0,65
0,65
0,64
Ul, L
0,62
0,9
0,5
0,62
0,79
0,79
0,75
0,64
0,62
0,9
0,5
0,62
0,79
0,79
0,76
0,67
Ehor,min [lx]
4,37
4,73
3,63
3,87
3,83
3,83
3,32
3,19
4,37
4,73
3,63
3,87
3,83
3,83
3,32
3,19
Ehor,max [lx]
21
18,79
45,3
42,42
33,78
33,77
62,34
49,02
19,34
17,84
39,35
25,88
27,06
27,06
22,16
22,52
𝐸hor [lx]
12,03
11,8
14,6
13,34
15,72
15,72
14,62
15,03
12,03
11,8
14,6
13,34
15,72
15,72
14,62
15,03
Uo, Ehor
0,36
0,4
0,25
0,29
0,24
0,24
0,23
0,21
0,36
0,4
0,25
0,29
0,24
0,24
0,23
0,21
Ul, Ehor
0,21
0,25
0,08
0,09
0,11
0,11
0,05
0,07
0,23
0,27
0,09
0,15
0,14
0,14
0,15
0,14
Srel = 1/5 (30 m)
Fahrspur 0
Fahrspur 1
R2
R3
R2
R3
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
6,5 %
10 %
20 %
40 %
Lmin [cd/m2
]
0,39
0,54
0,37
0,41
0,44
0,44
0,62
0,39
0,62
0,66
0,58
0,55
0,6
0,6
0,62
,0,53
Lmax [cd/m2
]
1,02
1,12
2,25
1,52
1,15
1,3
1,64
1,2
0,92
0,97
1,14
0,85
1,03
1,03
1,45
0,8
𝐿 [cd/m2]
0,79
0,84
0,77
0,8
0,82
0,83
0,74
0,71
0,79
0,84
0,79
0,81
0,82
0,84
0,75
0,71
Uo, L
0,47
0,61
0,45
0,49
0,5
0,49
0,59
0,5
0,67
0,67
0,57
0,66
0,56
0,54
0,57
0,54
Ul, L
0,8
0,79
0,66
0,66
0,74
0,67
0,87
0,72
0,8
0,79
0,69
0,62
0,74
0,67
0,75
0,77
Ehor,min [lx]
3,1
3,28
2,82
3,14
2,37
2,37
2,32
2,13
3,1
3,28
2,82
3,14
2,37
2,37
2,32
2,13
Ehor,max [lx]
22,6
23,93
53,37
36,52
32,4
39,8
55,7
36,73
19,23
20,37
14,06
20,56
25,32
25,32
21,6
25,08
𝐸hor [lx]
11,27
12,03
11,42
12,13
13,92
14,8
12,07
12,41
11,27
12,03
11,42
12,13
13,92
14,8
12,07
12,41
Uo, Ehor
0,28
0,27
0,25
0,26
0,17
0,16
0,19
0,17
0,28
0,27
0,25
0,26
0,17
0,16
0,19
0,17
Ul, Ehor
0,14
0,14
0,05
0,09
0,07
0,06
0,04
0,06
0,16
0,16
0,2
0,15
0,09
0,09
0,11
0,08
ANHANG
A-9
A.5 ÜBERSICHTEN ERGEBNISSE ERKENNBARKEITEN
A.5.1 HORIZONTALE BELEUCHTUNGSSTÄRKE
Tabelle A.8: Optimierung Gesamtgleichmäßigkeit horizontale Beleuchtungsstärke , Übersicht Qualitäts-
kennzahlen Erkennbarkeit für die stationäre Beobachtung, C-Deckschichten.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Tabelle A.9: Optimierung Ehor, Übersicht VL, stationäre Beobachtung, R1- und R4-Deckschichten.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung , C1 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,78
4,27
-
-
4,51
2,64
-
-
3,42
1,40
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,40
-6,92
-5,55
-3,47
-6,77
-6,18
-4,64
-2,27
-6,49
-5,83
-4,16
-1,47
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,07
-7,06
-6,57
-6,51
-7,07
-6,79
-6,21
-5,63
-6,34
-6,34
-5,87
-5,81
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,51
3,99
-
-
4,37
2,51
-
-
3,52
1,34
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,74
-7,26
-5,91
-3,86
-7,48
-6,93
-5,48
-3,19
-7,62
-7,00
-5,46
-2,93
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,92
-7,61
-7,21
-7,18
-8,05
-7,82
-7,27
-7,27
-7,41
-7,41
-7,41
-7,07
Stationäre Beobachtung, C2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
0,98
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-4,92
-4,21
-2,64
0,17
-4,64
-3,92
-2,12
1,13
-4,48
-3,69
-1,68
2,05
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,54
-5,50
-5,46
-4,73
-5,44
-5,21
-5,21
-4,71
-5,22
-5,22
-5,10
-4,09
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
0,40
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-5,53
-4,86
-3,30
-0,35
-6,15
-5,53
-3,83
-0,79
-6,83
-6,18
-4,52
-1,43
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-5,76
-5,57
-5,55
-5,51
-6,93
-6,51
-5,98
-5,98
-7,42
-7,42
-7,41
-6,84
Stationäre Beobachtung, R1 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,86
3,28
-
-
3,90
1,96
-
-
3,15
0,83
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,21
-6,72
-5,34
-3,25
-6,72
-6,13
-4,64
-2,25
-6,70
-6,00
-4,53
-1,58
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,32
-7,13
-6,55
-6,46
-7,28
-6,87
-6,35
-6,03
-6,54
-6,53
-6,17
-6,11
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
4,75
3,12
-
-
3,64
1,81
-
-
3,05
0,82
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,24
-6,72
-5,32
-3,23
-7,02
-6,44
-5,00
-2,61
-7,24
-6,60
-5,04
-2,43
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,57
-7,23
-6,87
-6,82
-7,75
-7,37
-6,97
-6,97
-7,22
-7,22
-7,12
-6,94
Stationäre Beobachtung, R4 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-3,98
-3,28
-1,50
1,81
-4,11
-3,32
-1,34
2,37
-4,28
-3,47
-1,30
2,76
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-4,76
-4,75
-4,70
-3,61
-5,01
-5,01
5,01
-4,45
-5,24
-5,24
-4,68
-3,74
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-4,88
-4,20
-2,44
0,86
-5,85
-5,18
-3,33
0,03
-7,08
-6,31
-4,63
-1,39
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-5,13
-5,12
-5,07
-4,98
-6,89
-6,46
-5,47
-5,47
-7,90
-7,89
-7,89
-7,87
A-10
ANHANG
Tabelle A.10: Optimierung Ehor, Übersicht Qualitätskennzahlen VL für die stationäre Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Tabelle A.11: Optimierung Ehor, Übersicht Qualitätskennzahlen VL für die dynamische Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
2,15
0,02
-
-
1,06
-
-
-
0,01
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,29
-4,60
-3,07
-0,47
-4,99
-4,26
-2,57
0,45
-4,91
-4,14
-2,29
1,17
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,60
-5,38
-5,38
-4,64
-5,58
-5,23
-523
-4,67
-5,46
-5,45
-5,25
-4,68
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
1,18
-
-
-
0,47
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-5,82
-5,14
-3,65
-0,90
-6,07
-5,06
-3,81
-0,89
-6,51
-5,94
-4,28
-1,24
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,47
-6,06
-6,17
-5,77
-6,64
-6,02
-6,35
-6,35
-6,94
-6,91
-6,91
-6,20
Stationäre Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
0,11
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-4,32
-3,61
-1,96
1,10
-4,26
-3,52
-1,61
1,90
-4,33
-3,53
-1,45
2,50
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,06
-5,06
-4,97
-3,92
-5,04
-5,03
-5,03
-4,57
-5,16
-5,15
-4,76
-3,70
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-5,01
-4,32
-2,62
0,47
-5,75
-5,10
-3,28
0,03
-6,85
-6,15
-4,48
-1,33
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-5,17
-5,16
-5,14
-5,10
-6,53
-6,10
-5,50
-5,50
-7,54
-7,52
-7,53
-7,14
Dynamische Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
2,9
-
-
-
1,38
-
-
-
1,36
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,91
-6,07
-4,29
-1,23
-6,69
-5,18
-3,91
-0,40
-7,56
-6,53
-4,19
-0,06
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,02
-7,84
-7,34
-6,33
-8,46
-8,28
-7,75
-6,57
-8,69
-8,44
-7,75
-6,35
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
1,75
-
-
-
1,52
-
-
-
3,5
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,47
-6,68
-4,96
-1,87
-7,95
-7,16
-5,34
-2,06
-9,58
-8,69
-6,65
-3,09
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,54
-8,40
-8,00
-7,19
-9,08
-9,03
-8,83
-8,04
-10,02
-9,84
-8,68
-6,46
Dynamische Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
0,22
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,74
-4,92
-3,01
0,49
-5,63
-4,77
-2,64
1,36
-6,60
-5,57
-3,00
1,63
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,27
-7,09
-6,56
-5,51
-7,44
-7,41
-6,78
-5,53
-7,58
-6,91
-6,00
-4,22
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-
-
-
-
-
-
-
-
2,06
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,75
-5,92
-4,05
-0,48
-7,67
-6,92
-4,98
-1,43
-9,72
-8,89
-6,84
-3,15
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,87
-7,75
-7,30
-6,45
-9,06
-8,68
-8,50
-8,35
-10,65
-10,03
-8,94
-6,64
ANHANG
A-11
A.5.2 VERTIKALE BELEUCHTUNGSSTÄRKE
Tabelle A.12: Optimierung Ever, Übersicht VL, stationäre Beobachtung, C-Deckschichten.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Tabelle A.13: Optimierung Ever, Übersicht VL, stationäre Beobachtung, R1- und R4-Deckschichten.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung, C1 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,04
5,30
3,18
-
4,83
4,10
2,02
-
4,66
3,92
1,78
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,87
-7,12
-5,00
-0,83
-6,90
-6,11
-3,85
0,37
-6,28
-5,48
-3,22
0,72
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,82
-7,04
-4,81
-0,24
-7,00
-6,19
-3,79
0,67
-5,64
-4,80
-2,42
1,49
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
8,08
7,45
5,65
1,99
6,58
6,01
4,40
0,96
6,09
5,52
3,90
0,61
𝑉𝐿
𝑆1
-10,13
-9,46
-7,53
-3,68
-9,28
-8,60
-6,71
-2,93
-8,56
-7,95
-6,19
-2,68
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-10,18
-9,53
-7,67
-3,96
-9,62
-9,01
-7,26
-3,26
-8,45
-7,84
-6,07
-2,57
Stationäre Beobachtung, C2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
3,85
2,78
-
-
3,28
2,34
-
0,62
3,06
2,10
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,62
-4,60
-1,68
2,58
-5,22
-4,15
-1,15
3,17
-4,78
-3,77
-0,94
3,05
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,59
-4,53
-1,45
2,82
-5,22
-4,13
-0,94
3,35
-4,21
-3,13
-0,04
3,87
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,07
6,31
4,14
-
5,06
4,46
2,72
-
5,60
5,03
3,39
0,10
𝑉𝐿
𝑆1
-9,70
-9,00
-7,02
-3,05
-9,46
-8,88
-7,12
-3,62
-9,38
-8,84
-7,31
-4,24
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-10,18
-9,54
-7,71
-3,40
-10,24
-9,71
-8,09
-2,75
-9,70
-9,20
-7,59
-4,48
Stationäre Beobachtung, R1 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,31
5,55
3,37
-
5,05
4,39
2,51
-
4,62
3,92
1,92
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,04
-7,1
-5,20
-1,08
-7,21
-6,43
-4,19
0,00
-6,52
-5,76
-3,56
0,37
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,87
-7,08
-4,82
-0,33
-7,21
-6,36
-3,96
0,45
-5,84
-5,02
-2,67
1,21
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,38
6,73
4,88
1,16
6,11
5,57
4,03
0,44
5,93
5,35
3,69
0,18
𝑉𝐿
𝑆1
-9,51
-8,83
-6,86
-2,92
-8,95
-8,25
-6,27
-2,28
-8,36
-7,71
-5,91
-2,27
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-9,49
-6,92
-6,85
-2,99
-9,15
-8,48
-6,58
-2,54
-8,21
-7,58
-5,79
-2,12
Stationäre Beobachtung, R4 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
3,49
2,42
-
-
2,81
1,79
-
0,74
2,97
1,98
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,57
-4,54
-1,65
2,76
-5,38
-4,35
-1,48
4,62
-5,27
-4,33
-1,68
2,31
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,86
-4,82
-1,83
2,67
-5,78
-4,77
-1,91
2,54
-5,04
-4,03
-1,08
2,94
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,86
6,01
3,60
-
5,19
4,29
2,51
-
5,72
5,19
3,66
0,61
𝑉𝐿
𝑆1
-10,21
-9,57
-7,69
-4,04
-10,52
-9,94
-8,44
-5,47
-10,80
-10,38
-9,18
-6,79
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-10,58
-10,01
-8,31
-4,55
-11,51
-11,08
-9,75
-6,92
-11,45
-11,02
-9,77
-7,44
A-12
ANHANG
Tabelle A.14: Optimierung Ever, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, stationäre Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Tabelle A.15: Optimierung Ever, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, dynamische Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
2,15
3,28
0,31
-
3,63
2,69
0,01
0,82
3,34
2,44
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,29
-5,28
-2,49
1,88
-5,57
-4,57
-1,72
2,61
-4,96
-4,01
-1,31
2,61
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,60
-5,41
-2,60
1,90
-5,62
-4,61
-1,68
2,60
-4,32
-3,33
-0,51
3,28
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,04
6,28
4,09
0,25
5,17
4,56
2,80
-
5,42
4,80
3,04
-
𝑉𝐿
𝑆1
-9,21
-8,44
-6,27
-1,97
-8,98
-8,29
-6,33
-2,43
-8,73
-8,14
-6,45
-3,10
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-9,21
-8,47
-6,36
-2,07
-9,38
-8,76
-7,01
-3,09
-8,87
-8,31
-6,73
-3,36
Stationäre Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
3,65
2,41
-
0,18
2,73
1,73
-
0,79
2,66
1,70
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,54
-4,48
-1,55
2,90
-5,23
-4,19
-1,28
3,03
-5,02
-4,06
-1,39
2,58
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,85
-4,79
-1,82
2,67
-5,51
-4,48
-1,49
2,78
-4,78
-3,76
-0,92
3,31
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,84
6,03
3,72
-
4,68
4,05
2,27
-
5,70
5,11
3,40
0,00
𝑉𝐿
𝑆1
-9,69
-8,99
-6,99
-2,98
-9,78
-9,17
-7,42
-3,97
-9,71
-9,19
-7,71
-4,77
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-9,98
-9,35
-7,54
-3,20
-10,79
-10,27
-8,67
-5,05
-10,03
-9,57
-8,02
-5,17
Dynamische Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
7,16
5,69
1,47
-
6,78
5,30
0,99
0,36
6,33
4,56
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,68
-6,46
-2,95
2,41
-7,15
-5,85
-2,11
3,21
-7,21
-5,74
-1,56
4,00
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,64
-6,47
-3,03
2,57
-7,15
-5,77
-1,80
3,72
-7,13
-5,52
-0,90
4,96
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
10,17
9,19
6,12
-
10,16
9,22
6,54
0,99
11,59
10,59
7,75
2,06
𝑉𝐿
𝑆1
-11,43
-10,49
-7,80
-2,39
-11,59
-10,76
-8,38
-3,61
-12,29
-11,42
-8,92
-3,93
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-11,66
-10,73
-8,10
-2,73
-11,80
-10,96
-8,59
-3,87
-12,31
-11,40
-8,81
-3,64
Dynamische Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,43
3,70
-
0,17
6,10
4,51
-
0,42
6,13
4,30
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,94
-5,58
-1,79
3,61
-6,90
-5,56
-1,68
3,59
-7,24
-5,77
-1,60
3,95
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,20
-5,95
-2,29
3,43
-7,14
-5,73
-1,60
3,66
-7,06
-5,43
-0,73
5,17
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
10,02
8,91
5,71
-
10,87
10,02
7,60
2,76
12,41
11,51
8,95
3,84
𝑉𝐿
𝑆1
-11,99
-11,11
-8,59
-3,60
-12,58
-11,87
-9,82
-5,71
-13,41
-12,65
-10,51
-6,22
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-12,07
-11,23
-8,79
-4,01
-12,72
-11,99
-9,93
-5,81
-13,42
-12,65
-10,42
-5,98
ANHANG
A-13
A.5.3 LEUCHTDICHTE
Tabelle A.16: Optimierung L, Übersicht Kennzahlen VL, stationäre Beobachtung, C-Deckschichten.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Tabelle A.17: Optimierung L, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, stationäre Beobachtung, R1, R4.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung, C1 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,57
3,29
-
-
4,49
4,18
2,53
-
4,96
4,59
1,40
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,95
-6,32
-4,51
-1,39
-6,36
-5,76
-4,07
-0,82
-6,06
-5,42
-3,64
-0,61
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,50
-5,81
-3,83
-0,15
-5,96
-5,28
-3,57
0,02
-5,53
-4,95
-3,65
-0,34
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,89
5,48
3,90
0,52
4,82
4,77
4,31
0,64
4,83
4,75
3,95
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,35
-6,93
-5,76
-3,39
-6,74
-6,31
-5,08
-2,63
-6,39
-5,96
-4,73
-2,28
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,39
-6,93
-5,59
-3,48
-6,80
-6,21
-4,78
-2,21
-6,07
-5,65
-4,50
-2,64
Stationäre Beobachtung, C2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
3,70
2,02
-
-
5,10
3,77
-
-
4,34
3,03
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,39
-5,42
-2,73
1,52
-5,89
-4,94
-2,25
1,77
-5,35
-4,34
-1,53
2,51
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,26
-5,16
-2,35
2,63
-5,68
-4,67
-1,77
3,03
-5,03
-3,83
-0,62
3,45
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,16
5,81
3,78
-
5,13
5,08
3,62
-
5,01
4,81
3,71
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,97
-6,46
-5,00
-2,22
-6,56
-6,09
-4,76
-2,13
-6,28
-5,83
-4,57
-2,11
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,66
-6,26
-4,84
-2,59
-6,48
-6,03
-4,89
-2,75
-6,35
-5,98
-4,56
-2,76
Stationäre Beobachtung, R1 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,34
2,94
-
-
4,74
3,32
-
-
4,84
4,49
2,33
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,88
-6,26
-4,56
-2,08
-6,45
-5,87
-4,26
-1,37
-5,97
-5,37
-3,68
-0,68
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,26
-5,84
-4,68
-2,48
-6,42
-5,81
-4,05
-1,45
-5,47
-4,88
-3,51
0,05
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,33
5,05
2,94
-
5,02
4,95
3,18
-
5,03
4,81
3,47
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,28
-6,81
-5,48
-2,88
-6,74
-6,29
-5,00
-2,43
-6,25
-5,79
-4,49
-1,94
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,45
-6,92
-5,41
-2,66
-6,76
-6,26
-4,80
-2,58
-5,95
-5,59
-4,48
-2,46
Stationäre Beobachtung, R4 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,00
4,01
0,62
-
5,03
3,41
-
-
4,39
3,54
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,38
-5,35
-2,41
1,99
-5,78
-4,77
-1,96
2,26
-5,39
-4,38
-1,57
2,55
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,25
-5,11
-2,04
2,70
-5,64
-4,78
-2,11
2,05
-5,06
-4,14
-1,44
2,49
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,21
5,92
3,35
-
5,12
5,09
2,99
-
5,00
4,88
2,98
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,00
-6,45
-4,90
-1,99
-6,50
-6,03
-4,71
-2,20
-6,17
-5,75
-4,54
-2,27
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,83
-6,36
-5,22
-2,60
-6,38
-6,08
-5,00
-3,08
-6,32
-6,01
-4,80
-3,59
A-14
ANHANG
Tabelle A.18: Optimierung L, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, stationäre Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Tabelle A.19: Optimierung L, Übersicht Kennzahlen Erkennbarkeit, dynamische Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,22
2,79
-
-
4,75
3,66
-
-
4,63
3,70
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,64
-5,76
-3,29
0,74
-5,93
-5,03
-2,48
1,42
-5,52
-4,62
-2,06
1,73
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,72
-5,65
-3,16
0,79
-5,73
-4,73
-2,28
2,02
-5,06
-4,10
-1,56
2,57
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,18
5,78
3,93
-
5,18
5,13
3,64
-
4,86
4,62
3,46
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,06
-6,51
-4,96
-1,92
-6,53
-6,02
-4,56
-1,74
-6,22
-5,74
-4,35
-1,72
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,83
-6,20
-4,60
-1,53
-6,38
-5,82
-4,65
-2,34
-6,14
-5,69
-4,34
-2,47
Stationäre Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,99
4,04
0,61
-
4,82
3,59
-
-
4,62
3,01
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,38
-5,38
-2,48
1,87
-5,81
-4,82
-2,06
2,12
-5,44
-4,42
-1,59
2,58
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,19
-5,08
-1,96
2,26
-5,54
-4,65
-1,97
2,14
-5,11
-4,18
-1,35
2,58
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,03
5,95
3,39
-
5,09
5,06
2,77
-
4,79
4,62
2,85
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,99
-6,42
-4,82
-1,86
-6,51
-6,01
-4,57
-1,89
-6,16
-5,70
-4,38
-1,93
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,85
-6,16
-4,96
-2,46
-6,55
-6,03
-4,94
-2,30
-6,44
-5,98
-4,53
-2,93
Dynamische Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,75
4,71
-
-
6,52
4,77
-
-
7,08
5,13
0,26
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,25
-7,10
-3,88
1,20
-7,75
-6,64
-3,48
1,32
-8,18
-6,92
-3,32
1,88
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,55
-7,49
-4,46
1,01
-7,69
-6,50
-3,05
2,24
-7,79
-6,34
-2,21
3,62
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
8,17
7,23
4,37
-
7,91
6,99
4,14
-
8,00
6,81
3,41
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,82
-8,17
-6,27
-2,60
-8,52
-7,90
-6,11
-2,65
-9,06
-8,39
-6,47
-2,95
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,85
-8,18
-6,17
-2,22
-8,47
-7,90
-6,29
-3,06
-9,06
-8,43
-6,60
-2,95
Dynamische Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
7,50
5,61
0,20
-
6,11
4,12
-
-
6,56
4,24
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,06
-6,77
-3,07
2,39
-7,52
-6,31
-2,91
2,11
-8,07
-6,65
-2,82
2,90
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,00
-6,80
-3,18
2,44
-7,70
-6,48
-3,01
2,35
-7,92
-6,45
-2,26
3,67
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,83
6,71
3,42
-
7,63
6,53
3,10
-
7,66
6,32
2,49
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,70
-8,04
-6,12
-2,59
-8,54
-7,95
-6,26
-3,10
-9,07
-8,45
-6,70
-3,49
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,69
-8,10
-6,32
-2,78
-8,69
-8,13
-6,53
-3,34
-9,23
-8,71
-7,23
-4,26
ANHANG
A-15
A.5.4 VL-OPTIMIERUNG
Tabelle A.20: |𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛-Werte und 𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑-Werte, stationäre und dynamische Beobachtung.
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
Stationäre Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,46
3,36
1,68
-
4,48
3,94
1,17
-
4,39
2,76
1,41
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,46
-5,55
-4,29
-0,67
-5,62
-5,21
-3,68
-0,11
-5,07
-4,16
-2,97
0,64
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,25
-5,15
-4,04
-0,37
-5,55
-5,21
-3,93
-0,02
-4,86
-3,97
-2,40
0,77
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,78
5,32
3,85
0,30
5,09
5,20
3,22
-
4,64
4,38
3,12
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,01
-6,33
-4,58
-1,58
-6,23
-5,92
-4,45
-1,29
-6,02
-5,67
-4,26
-1,33
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,78
-6,03
-4,22
-0,84
-6,08
-5,91
-4,28
-1,01
-5,92
-5,75
-4,07
-1,92
Stationäre Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,10
3,47
1,30
-
4,79
2,62
1,46
-
3,83
1,19
0,40
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,04
-4,95
-2,76
1,63
-5,51
-4,43
-2,48
1,77
-4,93
-3,79
-2,12
1,65
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,86
-4,83
-2,20
1,57
-5,39
-4,47
-1,83
2,36
-4,88
-4,39
-1,73
1,63
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,72
5,81
2,95
1,48
5,29
5,15
1,78
-
4,79
4,66
2,58
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,69
-6,32
-4,53
-1,60
-6,39
-5,85
-4,13
-1,51
-6,19
-5,70
-4,24
-1,76
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,38
-6,11
-4,82
-1,86
-6,36
-5,84
-4,71
-1,41
-6,44
-5,78
-4,50
-2,44
Dynamische Beobachtung, R2 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
7,14
4,31
3,59
-
5,94
4,14
-
-
5,59
3,17
0,89
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,19
-6,88
-5,79
-1,09
-7,39
-6,87
-5,38
-0,82
-7,72
-6,48
-4,68
0,27
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,33
-7,04
-5,60
-1,38
-7,85
-6,79
-6,77
-1,05
-7,82
-6,74
-5,43
-0,29
|∆𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑎𝑥|𝑆0
2,16
4,24
5,62
9,77
2.83
4,36
8,63
10,79
4,20
6,65
9,01
18,56
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
8,49
7,13
4,32
0,45
7,57
6,82
3,20
-
8,12
7,16
4,11
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,83
-7,96
-5,73
-2,07
-8,19
-7,96
-6,16
-2,13
-8,85
-8,36
-6,31
-2,40
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,73
-8,01
-5,45
-1,21
-8,08
-7,90
-6,86
-1,74
-8,69
-8,21
-6,07
-2,94
|∆𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑎𝑥|𝑆1
1,14
1,14
3,44
7,59
1,40
2,56
4,82
8,42
1,63
2,60
4,53
11,12
Dynamische Beobachtung, R3 Fahrbahndeckschicht
Srel
1/3
1/4
1/5
𝜌O [%]
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
6,5
10
20
40
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,68
4,43
1,81
-
5,05
2,52
1,12
-
4,61
0,75
1,08
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,65
-6,21
-3,51
1,92
-7,21
-5,88
-3,64
1,57
-7,56
-5,96
-3,29
1,48
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,67
-5,96
-3,23
1,85
-7,59
-6,44
-3,58
1,94
-7,48
-5,96
-2,34
2,00
|∆𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑎𝑥|𝑆0
2,10
3,61
5,45
6,22
3,73
5,61
5,85
9,67
5,35
9,15
7,36
17,15
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-7,55
6,41
3,01
-
7,33
6,07
2,50
-
7,92
6,87
6,78
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,53
-7,80
-5,75
-2,20
-8,51
-7,87
-5,74
-2,45
-9,04
-8,41
-6,50
-3,08
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,63
-7,97
-6,01
-2,69
-8,53
-7,85
-5,82
-2,07
-9,22
-8,62
-6,99
-3,49
|∆𝑉𝐿𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑎𝑥|𝑆1
1,75
2,47
5,29
9,30
2,22
3,20
5,78
9,63
2,12
3,25
3,25
11,99
A-16
ANHANG
Tabelle A.21: Einfluss des Mastabstandes auf die Ergebnisse der VL-Optimierung.
R2-Fahrbahndeckschicht, stationäre Beobachtung
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,46
4,48
4,39
3,36
3,94
2,76
1,68
1,17
1,41
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,46
-5,62
-5,07
-5,55
-5,21
-4,16
-4,29
-3,68
-2,97
-0,67
-0,11
0,64
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,25
-5,55
-4,86
-5,15
-5,21
-3,97
-4,04
-3,93
-2,40
-0,37
-0,02
0,77
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,78
5,09
4,64
5,32
5,20
4,38
3,85
3,22
3,12
0,30
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,01
-6,23
-6,02
-6,33
-5,92
-5,67
-4,58
-4,45
-4,26
-1,58
-1,29
-1,33
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,78
-6,08
-5,92
-6,03
-5,91
-5,75
-4,32
-4,28
-4,07
-0,84
-1,01
-1,92
R3-Fahrbahndeckschicht, stationäre Beobachtung
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,10
4,79
3,83
3,47
2,62
1,19
1,30
1,46
0,40
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,04
-5,51
-4,93
-4,95
-4,43
-3,79
-2,76
-2,48
-2,12
1,63
1,77
1,65
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,86
-5,39
-4,88
-4,83
-4,47
-4,39
-2,20
-1,83
-1,73
1,57
2,36
1,63
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,72
5,29
4,79
5,81
5,15
4,66
2,95
1,78
2,58
1,48
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,69
-6,39
-6,19
-6,32
-5,85
-5,70
-4,53
-4,13
-4,24
-1,60
-1,51
-1,76
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,38
-6,36
-6,44
-6,11
-5,84
-5,78
-4,82
-4,71
-4,50
-1,86
-1,41
-2,44
R2-Fahrbahndeckschicht, dynamische Beobachtung
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
7,14
5,94
5,59
4,31
4,14
3,17
3,59
-
0,89
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,19
-7,39
-7,72
-6,88
-6,87
-6,48
-5,79
-5,38
-4,68
-1,09
-0,82
0,27
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,33
-7,85
-7,82
-7,04
-6,79
-6,74
-5,60
-6,77
-5,43
-1,38
-1,05
-0,29
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
8,49
7,57
8,12
7,13
6,82
7,16
4,32
3,20
4,11
0,45
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,83
-8,19
-8,85
-7,96
-7,96
-8,36
-5,73
-6,16
-6,31
-2,07
-2,13
-2,40
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,73
-8,08
-8,69
-8,01
-7,90
-8,21
-5,45
-6,86
-6,07
-1,21
-1,74
-2,94
R3-Fahrbahndeckschicht, dynamische Beobachtung
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,68
5,05
4,61
4,43
2,52
0,75
1,81
1,12
1,08
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,65
-7,21
-7,56
-6,21
-5,88
-5,96
-3,51
-3,64
-3,29
1,92
1,57
1,48
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,67
-7,59
-7,48
-5,96
-6,44
-5,96
-3,23
-3,58
-2,34
1,85
1,94
2,00
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,55
7,33
7,92
6,41
6,07
6,87
3,01
2,50
2,34
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,53
-8,51
-9,04
-7,80
-7,87
-8,41
-5,75
-5,74
-6,50
-2,20
-2,45
-3,08
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,63
-8,53
-9,22
-7,97
-7,85
-8,62
-6,01
-5,82
-6,99
-2,69
-2,07
-3,49
|𝑉𝐿|<1,00
𝑉𝐿≥1,00
𝑉𝐿≤−1,00
ANHANG
A-17
A.6 ÜBERSICHT STVL-WERTE
Tabelle A.22: Vergleich STVL-Werte, stationäre Beobachtung, Fahrspur 0.
Fahrspur 0
Eh
18m
24m
30m
STV-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
C1
8,98
8,16
5,19
5,91
8,52
7,29
5,12
6,46
8,45
6,84
5,44
7,30
C2
5,37
4,36
5,29
7,10
4,96
5,03
5,89
8,03
5,50
5,45
6,50
7,68
R1
8,66
7,74
5,16
6,14
8,28
6,93
5,40
6,64
8,60
6,75
5,87
7,18
R2
6,10
4,63
4,95
6,89
5,56
4,74
5,79
8,05
5,53
5,35
6,61
7,71
R3
4,46
4,24
5,15
7,23
4,66
4,95
5,9
8,31
5,29
5,73
6,85
7,26
R4
4,13
4,17
5,35
7,25
4,81
4,99
6,13
8,41
5,24
5,8
7,06
7,25
Ev
18m
24m
30m
STV-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
C1
9,55
8,61
5,88
1,33
8,89
7,83
4,77
1,25
8,59
7,42
4,04
1,95
C2
6,82
5,50
1,70
2,92
6,74
5,27
1,27
3,75
6,49
4,97
1,14
4,45
R1
9,77
8,83
6,11
1,38
9,32
8,27
5,23
1,25
8,87
7,74
4,48
1,64
R2
7,58
6,33
2,63
2,34
7,24
5,87
1,91
3,17
6,78
5,34
1,28
4,09
R3
6,66
5,26
1,90
3,10
6,67
5,21
1,7
3,59
6,74
5,25
1,68
4,04
R4
6,65
5,26
1,92
2,93
6,85
5,41
1,9
3,39
7,09
5,64
1,87
3,87
L
18m
24m
30m
STV-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
C1
8,26
7,26
4,27
2,66
8,27
7,46
5,06
1,45
8,39
7,46
4,63
2,84
C2
7,56
6,13
2,97
3,29
7,69
6,35
2,57
3,58
7,35
5,83
1,98
4,08
R1
7,99
6,8
3,59
5,86
8,35
7,44
4,85
2,99
8,3
7,44
4,85
2,49
R2
7,9
6,62
3,45
2,83
7,74
6,5
2,79
2,98
7,64
6,31
2,39
3,43
R3
7,76
6,5
2,69
2,86
7,6
6,22
2,62
3,19
7,55
6,02
2,49
3,37
R4
7,78
6,48
2,63
3,08
7,57
6,15
2,6
3,04
7,48
6,04
2,19
3,57
VL
18m
24m
30m
STV-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
7,78
6,55
4,9
2,01
7,34
6,69
4,65
2,12
7,05
5,59
3,76
3,15
R3
7,41
5,96
3,07
1,81
7,2
5,64
2,99
2,39
6,8
4,87
2,45
3,07
𝑆𝑇𝑉<2,7
𝑆𝑇𝑉<3,2
𝑆𝑇𝑉<3,8
𝑆𝑇𝑉≥3,8
A-18
ANHANG
Tabelle A.23: Vergleich STVL-Werte, stationäre Beobachtung, Fahrspur 1.
Fahrspur 1
Eh
18m
24m
30m
STVL-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
C1
9,25
8,36
5,41
6,22
9,1
7,78
5,77
7,14
9,64
7,9
6,66
8,43
C2
5,42
4,85
6,06
7,72
5,67
6,28
6,73
7,86
7,29
7,13
8,07
8,8
R1
8,58
7,59
4,89
6,34
8,35
6,94
5,83
6,82
9,06
7,21
6,53
8,41
R2
6,1
4,99
5,83
7,38
5,93
5,89
6,45
8
7,05
6,8
7,49
8,96
R3
4,83
4,93
6,06
7,92
5,74
6,5
6,9
8,14
7,81
7,2
8,66
9,22
R4
4,76
5,08
6,33
8,05
6,08
6,85
7,05
8
7,46
7,08
8,73
8,99
Ev
18m
24m
30m
STVL-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
C1
12,14
11,31
8,93
4,18
11,79
10,92
8,42
3,37
11,54
10,67
8,14
3,01
C2
11,49
10,61
8,06
3
11,57
10,8
8,36
3,87
12,42
11,63
9,32
4,52
R1
11,38
10,54
8,12
3,3
11,4
10,49
7,88
2,56
11,26
10,35
7,74
2,35
R2
11
10,03
7,3
2,01
11,26
10,33
7,64
2,73
11,59
10,72
8,18
3,24
R3
11,43
10,52
7,89
2,93
11,91
11,04
8,52
4,27
12,72
11,94
9,65
4,86
R4
11,88
11,02
8,46
3,82
12,62
11,64
9,3
5,23
13,78
13,1
11,1
6,85
L
18m
24m
30m
STVL-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
C1
9
8,47
6,96
3,76
8,82
8,27
6,63
3,1
8,9
8,3
6,52
2,79
C2
8,59
7,96
6,02
2,78
8,65
8,03
6,2
2,86
8,79
8,19
6,39
3,04
R1
8,84
8,22
6,41
3,1
8,84
8,25
6,47
3,03
8,72
8,08
6,16
2,65
R2
8,7
8,01
5,97
2,18
8,6
7,93
5,93
2,51
8,7
8,03
6,02
2,86
R3
8,63
7,91
5,76
2,84
8,59
7,93
5,89
3,04
8,61
7,99
6,06
3,13
R4
8,65
7,95
5,84
2,97
8,58
7,97
6,07
3,2
8,67
8,08
6,26
3,57
VL
18m
24m
30m
STVL-Werte
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
6,50%
10%
20%
40%
R2
8,62
7,79
5,6
1,58
8,22
7,78
5,76
1,87
8,42
7,93
5,91
2,68
R3
8,27
7,8
5,41
2,44
8,42
7,69
5,24
2,69
8,67
8,01
5,86
3,12
𝑆𝑇𝑉𝐿<2,7
𝑆𝑇𝑉𝐿<3,2
𝑆𝑇𝑉𝐿<3,8
𝑆𝑇𝑉𝐿≥3,8
ANHANG
A-19
A.7 ÜBERSICHT EINFLUSS MASTABSTAND
Tabelle A.24: Übersicht Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, Ehor.
R1-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,86
3,90
3,15
3,28
1,96
0,83
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,21
-6,72
-6,70
-6,72
-6,13
-6,00
-5,34
-4,64
-4,53
-3,25
-2,25
-1,58
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,32
-7,28
-6,54
-7,13
-6,87
-6,53
-6,55
-6,35
-6,17
-6,46
-6,03
-6,11
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
4,75
3,64
3,05
3,12
1,81
0,82
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,24
-7,02
-7,24
-6,72
-6,44
-6,60
-5,32
-5,00
-5,04
-3,23
-2,61
-2,43
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,57
-7,75
-7,22
-7,23
-7,37
-7,22
-6,87
-6,97
-7,12
-6,82
-6,97
-6,94
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
2,15
1,06
0,01
0,02
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,29
-4,99
-4,91
-4,60
-4,26
-4,14
-3,07
-2,57
-2,29
-0,47
0,45
1,17
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,60
-5,58
-5,46
-5,38
-5,23
-5,45
-5,38
-523
-5,25
-4,64
-4,67
-4,68
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
1,18
0,47
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-5,82
-6,07
-6,51
-5,14
-5,06
-5,94
-3,65
-3,81
-4,28
-0,90
-0,89
-1,24
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,47
-6,64
-6,94
-6,06
-6,02
-6,91
-6,17
-6,35
-6,91
-5,77
-6,35
-6,20
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
0,11
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-4,32
-4,26
-4,33
-3,61
-3,52
-3,53
-1,96
-1,61
-1,45
1,10
1,90
2,50
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,06
-5,04
-5,16
-5,06
-5,03
-5,15
-4,97
-5,03
-4,76
-3,92
-4,57
-3,70
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-5,01
-5,75
-6,85
-4,32
-5,10
-6,15
-2,62
-3,28
-4,48
0,47
0,03
-1,33
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-5,17
-6,53
-7,54
-5,16
-6,10
-7,52
-5,14
-5,50
-7,53
-5,10
-5,50
-7,14
R4-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-3,98
-4,11
-4,28
-3,28
-3,32
-3,47
-1,50
-1,34
-1,30
1,81
2,37
2,76
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-4,76
-5,01
-5,24
-4,75
-5,01
-5,24
-4,70
5,01
-4,68
-3,61
-4,45
-3,74
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-4,88
-5,85
-7,08
-4,20
-5,18
-6,31
-2,44
-3,33
-4,63
0,86
0,03
-1,39
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-5,13
-6,89
-7,90
-5,12
-6,46
-7,89
-5,07
-5,47
-7,89
-4,98
-5,47
-7,87
A-20
ANHANG
Tabelle A.25: Übersicht Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, Ever.
R1-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,31
5,05
4,62
5,55
4,39
3,92
3,37
2,51
1,92
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,04
-7,21
-6,52
-7,1
-6,43
-5,76
-5,20
-4,19
-3,56
-1,08
0,00
0,37
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,87
-7,21
-5,84
-7,08
-6,36
-5,02
-4,82
-3,96
-2,67
-0,33
0,45
1,21
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,38
6,11
5,93
6,73
5,57
5,35
4,88
4,03
3,69
1,16
0,44
0,18
𝑉𝐿
𝑆1
-9,51
-8,95
-8,36
-8,83
-8,25
-7,71
-6,86
-6,27
-5,91
-2,92
-2,28
-2,27
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-9,49
-9,15
-8,21
-6,92
-8,48
-7,58
-6,85
-6,58
-5,79
-2,99
-2,54
-2,12
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
2,15
3,63
3,34
3,28
2,69
2,44
0,31
0,01
-
-
0,82
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,29
-5,57
-4,96
-5,28
-4,57
-4,01
-2,49
-1,72
-1,31
1,88
2,61
2,61
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,60
-5,62
-4,32
-5,41
-4,61
-3,33
-2,60
-1,68
-0,51
1,90
2,60
3,28
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,04
5,17
5,42
6,28
4,56
4,80
4,09
2,80
3,04
0,25
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-9,21
-8,98
-8,73
-8,44
-8,29
-8,14
-6,27
-6,33
-6,45
-1,97
-2,43
-3,10
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-9,21
-9,38
-8,87
-8,47
-8,76
-8,31
-6,36
-7,01
-6,73
-2,07
-3,09
-3,36
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
3,65
2,73
2,66
2,41
1,73
1,70
-
-
-
0,18
0,79
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,54
-5,23
-5,02
-4,48
-4,19
-4,06
-1,55
-1,28
-1,39
2,90
3,03
2,58
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,85
-5,51
-4,78
-4,79
-4,48
-3,76
-1,82
-1,49
-0,92
2,67
2,78
3,31
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,84
4,68
5,70
6,03
4,05
5,11
3,72
2,27
3,40
-
-
0,00
𝑉𝐿
𝑆1
-9,69
-9,78
-9,71
-8,99
-9,17
-9,19
-6,99
-7,42
-7,71
-2,98
-3,97
-4,77
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-9,98
-
10,79
-
10,03
-9,35
-
10,27
-9,57
-7,54
-8,67
-8,02
-3,20
-5,05
-5,17
R4-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
3,49
2,81
2,97
2,42
1,79
1,98
-
-
-
-
0,74
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,57
-5,38
-5,27
-4,54
-4,35
-4,33
-1,65
-1,48
-1,68
2,76
4,62
2,31
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,86
-5,78
-5,04
-4,82
-4,77
-4,03
-1,83
-1,91
-1,08
2,67
2,54
2,94
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,86
5,19
5,72
6,01
4,29
5,19
3,60
2,51
3,66
-
-
0,61
𝑉𝐿
𝑆1
-10,21
-10,52
-10,80
-9,57
-9,94
-10,38
-7,69
-8,44
-9,18
-4,04
-5,47
-6,79
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-10,58
-11,51
-11,45
-10,01
-11,08
-11,02
-8,31
-9,75
-9,77
-4,55
-6,92
-7,44
ANHANG
A-21
Tabelle A.26: Übersicht Einfluss des Mastabstandes auf die Opitmierung auf Gleichmäßigkeiten, L.
R1-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,34
4,74
4,84
2,94
3,32
4,49
-
-
2,33
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,88
-6,45
-5,97
-6,26
-5,87
-5,37
-4,56
-4,26
-3,68
-2,08
-1,37
-0,68
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,26
-6,42
-5,47
-5,84
-5,81
-4,88
-4,68
-4,05
-3,51
-2,48
-1,45
0,05
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,33
5,02
5,03
5,05
4,95
4,81
2,94
3,18
3,47
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,28
-6,74
-6,25
-6,81
-6,29
-5,79
-5,48
-5,00
-4,49
-2,88
-2,43
-1,94
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,45
-6,76
-5,95
-6,92
-6,26
-5,59
-5,41
-4,80
-4,48
-2,66
-2,58
-2,46
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,22
4,75
4,63
2,79
3,66
3,70
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,64
-5,93
-5,52
-5,76
-5,03
-4,62
-3,29
-2,48
-2,06
0,74
1,42
1,73
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,72
-5,73
-5,06
-5,65
-4,73
-4,10
-3,16
-2,28
-1,56
0,79
2,02
2,57
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,18
5,18
4,86
5,78
5,13
4,62
3,93
3,64
3,46
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,06
-6,53
-6,22
-6,51
-6,02
-5,74
-4,96
-4,56
-4,35
-1,92
-1,74
-1,72
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,83
-6,38
-6,14
-6,20
-5,82
-5,69
-4,60
-4,65
-4,34
-1,53
-2,34
-2,47
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,99
4,82
4,62
4,04
3,59
3,01
0,61
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,38
-5,81
-5,44
-5,38
-4,82
-4,42
-2,48
-2,06
-1,59
1,87
2,12
2,58
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,19
-5,54
-5,11
-5,08
-4,65
-4,18
-1,96
-1,97
-1,35
2,26
2,14
2,58
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,03
5,09
4,79
5,95
5,06
4,62
3,39
2,77
2,85
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,99
-6,51
-6,16
-6,42
-6,01
-5,70
-4,82
-4,57
-4,38
-1,86
-1,89
-1,93
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,85
-6,55
-6,44
-6,16
-6,03
-5,98
-4,96
-4,94
-4,53
-2,46
-2,30
-2,93
R4-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,00
5,03
4,39
4,01
3,41
3,54
0,62
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,38
-5,78
-5,39
-5,35
-4,77
-4,38
-2,41
-1,96
-1,57
1,99
2,26
2,55
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,25
-5,64
-5,06
-5,11
-4,78
-4,14
-2,04
-2,11
-1,44
2,70
2,05
2,49
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
6,21
5,12
5,00
5,92
5,09
4,88
3,35
2,99
2,98
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,00
-6,50
-6,17
-6,45
-6,03
-5,75
-4,90
-4,71
-4,54
-1,99
-2,20
-2,27
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,83
-6,38
-6,32
-6,36
-6,08
-6,01
-5,22
-5,00
-4,80
-2,60
-3,08
-3,59
A-22
ANHANG
Tabelle A.27: Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, VL stationär.
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
4,46
4,48
4,39
3,36
3,94
2,76
1,68
1,17
1,41
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,46
-5,62
-5,07
-5,55
-5,21
-4,16
-4,29
-3,68
-2,97
-0,67
-0,11
0,64
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-6,25
-5,55
-4,86
-5,15
-5,21
-3,97
-4,04
-3,93
-2,40
-0,37
-0,02
0,77
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,78
5,09
4,64
5,32
5,20
4,38
3,85
3,22
3,12
0,30
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,01
-6,23
-6,02
-6,33
-5,92
-5,67
-4,58
-4,45
-4,26
-1,58
-1,29
-1,33
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,78
-6,08
-5,92
-6,03
-5,91
-5,75
-4,22
-4,28
-4,07
-0,84
-1,01
-1,92
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,10
4,79
3,83
3,47
2,62
1,19
1,30
1,46
0,40
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,04
-5,51
-4,93
-4,95
-4,43
-3,79
-2,76
-2,48
-2,12
1,63
1,77
1,65
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-5,86
-5,39
-4,88
-4,83
-4,47
-4,39
-2,20
-1,83
-1,73
1,57
2,36
1,63
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
5,72
5,29
4,79
5,81
5,15
4,66
2,95
1,78
2,58
1,48
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,69
-6,39
-6,19
-6,32
-5,85
-5,70
-4,53
-4,13
-4,24
-1,60
-1,51
-1,76
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-6,38
-6,36
-6,44
-6,11
-5,84
-5,78
-4,82
-4,71
-4,50
-1,86
-1,41
-2,44
Tabelle A.28: Mastabstand Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, Ehor dynamisch.
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
2,9
1,38
1,36
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,91
-6,69
-7,56
-6,07
-5,18
-6,53
-4,29
-3,91
-4,19
-1,23
-0,40
-0,06
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,02
-8,46
-8,69
-7,84
-8,28
-8,44
-7,34
-7,75
-7,75
-6,33
-6,57
-6,35
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
1,75
1,52
3,5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-7,47
-7,95
-9,58
-6,68
-7,16
-8,69
-4,96
-5,34
-6,65
-1,87
-2,06
-3,09
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,54
-9,08
-10,02
-8,40
-9,03
-9,84
-8,00
-8,83
-8,68
-7,19
-8,04
-6,46
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
0,22
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-5,74
-5,63
-6,60
-4,92
-4,77
-5,57
-3,01
-2,64
-3,00
0,49
1,36
1,63
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,27
-7,44
-7,58
-7,09
-7,41
-6,91
-6,56
-6,78
-6,00
-5,51
-5,53
-4,22
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
-
-
2,06
-
-
-
-
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-6,75
-7,67
-9,72
-5,92
-6,92
-8,89
-4,05
-4,98
-6,84
-0,48
-1,43
-3,15
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-7,87
-9,06
-10,65
-7,75
-8,68
-10,03
-7,30
-8,50
-8,94
-6,45
-8,35
-6,64
ANHANG
A-23
Tabelle A.29: Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, Ever dynamisch.
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
7,16
6,78
6,33
5,69
5,30
4,56
1,47
0,99
-
-
0,36
-
𝑉𝐿
𝑆0
-7,68
-7,15
-7,21
-6,46
-5,85
-5,74
-2,95
-2,11
-1,56
2,41
3,21
4,00
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,64
-7,15
-7,13
-6,47
-5,77
-5,52
-3,03
-1,80
-0,90
2,57
3,72
4,96
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
10,17
10,16
11,59
9,19
9,22
10,59
6,12
6,54
7,75
-
0,99
2,06
𝑉𝐿
𝑆1
-11,43
-11,59
-12,29
-10,49
-10,76
-11,42
-7,80
-8,38
-8,92
-2,39
-3,61
-3,93
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-11,66
-11,80
-12,31
-10,73
-10,96
-11,40
-8,10
-8,59
-8,81
-2,73
-3,87
-3,64
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
5,43
6,10
6,13
3,70
4,51
4,30
-
-
-
0,17
0,42
-
𝑉𝐿
𝑆0
-6,94
-6,90
-7,24
-5,58
-5,56
-5,77
-1,79
-1,68
-1,60
3,61
3,59
3,95
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-7,20
-7,14
-7,06
-5,95
-5,73
-5,43
-2,29
-1,60
-0,73
3,43
3,66
5,17
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
10,02
10,87
12,41
8,91
10,02
11,51
5,71
7,60
8,95
-
2,76
3,84
𝑉𝐿
𝑆1
-11,99
-12,58
-13,41
-11,11
-11,87
-12,65
-8,59
-9,82
-10,51
-3,60
-5,71
-6,22
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-12,07
-12,72
-13,42
-11,23
-11,99
-12,65
-8,79
-9,93
-10,42
-4,01
-5,81
-5,98
Tabelle A.30: Einfluss des Mastabstandes auf die Optimierung auf Gleichmäßigkeiten, L dynamisch.
R2-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
6,75
6,52
7,08
4,71
4,77
5,13
-
-
0,26
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,25
-7,75
-8,18
-7,10
-6,64
-6,92
-3,88
-3,48
-3,32
1,20
1,32
1,88
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,55
-7,69
-7,79
-7,49
-6,50
-6,34
-4,46
-3,05
-2,21
1,01
2,24
3,62
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
8,17
7,91
8,00
7,23
6,99
6,81
4,37
4,14
3,41
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,82
-8,52
-9,06
-8,17
-7,90
-8,39
-6,27
-6,11
-6,47
-2,60
-2,65
-2,95
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,85
-8,47
-9,06
-8,18
-7,90
-8,43
-6,17
-6,29
-6,60
-2,22
-3,06
-2,95
R3-Fahrbahndeckschicht
𝜌𝑆𝑒ℎ𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡 [%]
6,5
10
20
40
h/d-ratio
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
1/3
1/4
1/5
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆0
7,50
6,11
6,56
5,61
4,12
4,24
0,20
-
-
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆0
-8,06
-7,52
-8,07
-6,77
-6,31
-6,65
-3,07
-2,91
-2,82
2,39
2,11
2,90
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆0
-8,00
-7,70
-7,92
-6,80
-6,48
-6,45
-3,18
-3,01
-2,26
2,44
2,35
3,67
|𝑉𝐿|𝑚𝑖𝑛,𝑆1
7,83
7,63
7,66
6,71
6,53
6,32
3,42
3,10
2,49
-
-
-
𝑉𝐿
𝑆1
-8,70
-8,54
-9,07
-8,04
-7,95
-8,45
-6,12
-6,26
-6,70
-2,59
-3,10
-3,49
𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑,𝑆1
-8,69
-8,69
-9,23
-8,10
-8,13
-8,71
-6,32
-6,53
-7,23
-2,78
-3,34
-4,26
A-24
ANHANG
A.8 ERGÄNZUNG LICHTSTROMBEDARF
Tabelle A.31: Beispiele im Verlauf vergleichbarer VL Verläufe. Betrachtung zum Erzielen eines mittleren
VL nötigen mittleren horizontalen Beleuchtungsstärken und Leuchtdichten
[Lu 2014, S. 80 f.].
Situation
Optimierung
𝑉𝐿
𝐸ℎ𝑜𝑟
𝐿 in [cd/m2]
R2, 18 m, ρo = 6,5 %, Fahrspur 1
L
-7,06
12,7
0,79
VL
-7,01
12,52
0,77
R2, 18 m, ρo = 6,5 %, Fahrspur 0
L
-6,64
12,7
0,79
VL
-6,46
12,52
0,77
R3, 18 m, ρo = 10 %, Fahrspur 1
L
-6,42
16,4
0,77
VL
-6,32
16,4
0,77
R2, 24 m, ρo = 6,5 %, Fahrspur 0
Ever
-5,57
10,7
1,17
VL
-5,62
12,03
0.,77
R2, 24 m, ρo = 10 %, Fahrspur 1
L
-6.02
11,7
0,77
VL
-5.92
11,8
0,75
R3, 24 m, ρo = 6,5 %, Fahrspur 1
L
-6,51
14
0,76
VL
-6,39
15,72
0,82
R2, 30 m, ρo = 20 %, Fahrspur 1
Ehor
-4,28
10,27
0,78
L
-4,35
10,3
0,76
VL
-4,26
11,4
0,79
R2, 30 m, ρo = 10 %, Fahrspur 0
Ehor
-4,14
10,26
0,78
VL
-4,16
12,03
0,84
R3, 30 m, ρo = 6,5 %, Fahrspur 0
Ever
-4,93
8,7
1,39
VL
-5,02
13,92
0,82
R2, 30 m, ρo = 10 %, Fahrspur 1
L
-5,74
10,3
0,76
VL
-5,67
12,03
0,84
R3, 30 m, ρo = 6,5 %, Fahrspur 1
L
-6,16
12,1
0,75
VL
-6,19
13,92
0,82
R3, 30 m, ρo = 10 %, Fahrspur 1
L
-5,70
12,1
0,75
VL
-5,70
14,8
0,84
ANHANG
A-25
A.9 ANHÄNGE ZUM LABORVERSUCH
A.9.1 EINFLUSS STREULICHT
Tabelle A.32: Einfluss des reflektierten Streulichtes auf die horizontale Beleuchtungsstärke unter
simulierten Reflexionsgraden von 𝜌𝑊𝑎𝑛𝑑 = 0 %, 5 %, 10%.
Srel
𝜌𝑊𝑎𝑛𝑑
Horizontale Beleuchtungsstärke Ehor
𝐸
𝐸𝑚𝑖𝑛
𝐸𝑚𝑎𝑥
Uo, Ehor
U1, Ehor
1/3
10 %
47 lx
34 lx
87 lx
0,73
0,39
5 %
47 lx
34 lx
87 lx
0,73
0,39
0 %
47 lx
34 lx
87 lx
0,73
0,39
1/4
10 %
94 lx
77 lx
125 lx
0,82
0,61
5 %
94 lx
77 lx
125 lx
0,82
0,61
0 %
94 lx
76 lx
125 lx
0,82
0,61
1/5
10 %
41 lx
30 lx
56 lx
0,72
0,53
5 %
41 lx
30 lx
56 lx
0,72
0,53
0 %
41 lx
30 lx
56 lx
0,72
0,53
A.9.2 REFLEXIONSTABELLE UND KENNWERTE LABORTEPPICH
Tabelle A.33: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 1°, aufgeführt R·104, Teil 1 [SCHULZE 2014].
γ
β
0°
2°
5°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
40°
0,0
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
14,0
74,7
100,6
99,7
99,8
96,5
97,8
98,4
97,0
95,4
90,7
26,6
87,5
128,9
125,9
122,6
119,7
120,2
106,4
102,1
91,7
89,1
36,9
104,3
154,0
145,9
146,6
132,1
122,2
105,8
98,7
86,9
75,2
45,0
125,9
186,7
166,4
162,7
133,0
115,3
96,0
79,2
69,0
61,3
51,3
146,1
184,5
168,5
154,5
119,9
100,7
84,8
74,8
60,6
53,3
56,3
152,5
179,0
168,7
140,8
110,4
89,8
74,7
61,8
49,5
41,9
60,3
156,4
180,5
160,4
130,0
100,5
82,5
63,6
50,5
38,9
33,5
63,4
151,5
175,4
148,1
119,1
91,8
71,9
53,2
42,1
32,7
27,1
68,2
123,7
150,3
120,3
94,9
68,4
49,7
37,8
31,6
23,4
19,9
71,6
116,1
129,0
104,2
74,3
48,2
36,9
27,7
21,9
19,1
14,8
74,1
108,2
114,8
88,3
57,1
37,1
26,5
21,7
18,2
14,2
10,3
76,0
100,5
102,7
75,5
43,7
30,0
20,5
17,1
13,3
10,8
8,2
77,5
93,2
89,1
63,3
35,1
22,9
17,4
13,2
10,1
8,4
7,0
78,7
86,9
77,5
55,6
29,7
18,2
13,9
10,3
8,2
7,0
5,4
79,7
80,6
69,5
47,0
24,2
15,6
11,3
8,3
6,4
6,1
4,6
80,5
75,2
63,7
40,3
20,8
13,2
9,0
6,6
5,4
5,2
-
81,3
71,4
58,1
34,5
17,6
11,2
7,4
5,5
4,6
-
-
81,9
65,5
53,4
30,4
14,7
9,5
6,2
4,8
3,9
-
-
82,4
58,8
48,9
26,6
12,5
8,1
5,4
4,3
-
-
-
82,9
55,0
45,5
23,4
10,9
7,0
4,8
3,8
-
-
-
83,3
52,5
41,6
20,7
9,8
6,1
4,2
3,3
-
-
-
83,7
50,6
39,5
18,5
8,8
5,4
3,8
-
-
-
-
84,0
48,9
37,7
16,7
7,8
4,8
3,4
-
-
-
-
84,3
47,8
34,8
15,5
7,0
4,3
3,0
-
-
-
-
84,6
47,3
33,4
14,6
6,4
3,9
2,7
-
-
-
-
84,8
45,5
32,0
13,2
5,7
3,4
2,5
-
-
-
-
85,0
44,1
30,4
12,3
5,2
3,1
-
-
-
-
-
85,2
43,3
27,8
11,5
5,2
2,8
-
-
-
-
-
A-26
ANHANG
Tabelle A.34: Laborteppich, Beobachtungswinkel 1° [SCHULZE 2014].
q0
S1
S2
𝜅𝑝
0,042
1,920
5,261
0,721
Tabelle A.35: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 1°, aufgeführt R·104, Teil 2 [SCHULZE 2014].
γ
β
45°
60°
75°
90°
105°
120°
135°
150°
165°
180°
0,0
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
78,9
14,0
87,1
81,9
76,5
70,8
65,9
62,6
61,5
58,0
58,4
58,0
26,6
84,3
69,7
61,5
56,0
52,9
50,5
46,2
45,3
46,1
42,4
36,9
68,4
54,3
47,3
42,3
40,7
37,6
36,6
34,2
34,1
33,5
45,0
54,6
41,0
33,2
28,6
28,9
28,5
27,2
25,6
25,7
24,6
51,3
44,7
29,9
23,3
21,7
21,6
20,8
19,9
20,3
19,9
19,2
56,3
34,7
23,7
17,5
16,2
16,8
15,8
15,5
15,4
14,7
15,6
60,3
28,7
18,1
13,9
12,5
12,7
11,9
12,0
11,6
11,5
12,6
63,4
22,3
14,3
10,8
9,9
10,2
9,7
10,2
9,5
9,7
10,3
68,2
16,0
9,7
7,1
6,4
6,4
6,3
6,9
6,6
6,7
6,7
71,6
11,3
6,6
5,4
4,9
4,6
4,6
5,0
4,7
5,0
5,0
74,1
8,3
5,1
3,9
3,6
3,4
3,4
3,7
3,6
3,5
3,8
76,0
6,4
3,8
3,0
2,7
2,5
2,5
2,9
2,8
2,8
2,9
77,5
5,1
3,0
2,4
2,1
2,0
2,0
2,3
2,3
2,3
2,3
78,7
4,1
2,4
1,9
1,6
1,6
1,6
1,8
1,9
1,9
1,9
Tabelle A.36: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 3°, aufgeführt R·104, Teil 1[SCHULZE 2014].
γ
β
0°
2°
5°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
40°
0,0
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
14,0
84,2
117,4
114,2
115,3
115,0
115,3
116,0
114,7
111,1
103,4
26,6
101,0
141,4
140,0
136,6
133,5
129,7
119,4
112,4
102,1
91,7
36,9
115,2
162,0
161,6
155,7
127,3
120,8
103,8
96,7
82,8
74,5
45,0
128,8
183,3
169,7
159,9
129,2
109,4
99,2
78,2
65,3
52,4
51,3
150,2
175,1
170,8
149,8
113,6
97,8
81,1
64,9
51,2
44,4
56,3
142,4
168,3
157,1
134,0
96,3
81,5
66,8
51,8
40,5
33,7
60,3
141,3
156,4
138,4
117,0
87,2
70,8
50,9
41,5
32,8
24,9
63,4
129,3
141,0
121,0
105,7
73,9
56,2
41,6
31,7
25,6
20,2
68,2
106,4
117,9
97,2
75,7
56,2
37,0
28,9
20,6
18,2
14,9
71,6
92,1
97,6
78,7
55,4
39,3
27,0
19,1
15,6
13,0
12,2
74,1
83,9
79,6
65,0
42,1
27,9
19,5
13,3
12,4
10,9
8,5
76,0
69,5
70,0
51,8
33,7
21,8
14,2
10,8
9,9
8,0
5,9
77,5
62,8
60,6
42,6
27,6
16,8
10,7
9,2
7,1
5,9
4,4
78,7
55,3
52,3
35,1
22,0
12,3
9,1
7,2
5,8
4,4
3,6
79,7
49,5
44,3
28,9
18,6
9,7
8,3
5,7
4,5
3,6
3,0
80,5
44,5
38,7
25,8
15,4
8,2
6,7
4,7
3,7
2,9
-
81,3
40,7
33,1
21,9
12,7
6,9
5,6
4,0
2,9
-
-
81,9
41,8
29,4
19,0
10,8
6,1
4,7
3,4
2,5
-
-
82,4
37,7
25,9
16,6
9,1
5,5
3,9
2,8
-
-
-
82,9
35,3
23,1
14,4
7,7
5,1
3,2
2,4
-
-
-
83,3
30,9
20,3
12,8
6,6
4,5
2,7
2,1
-
-
-
83,7
26,4
18,5
11,5
5,5
3,9
2,2
-
-
-
-
84,0
22,5
17,3
10,1
4,6
3,4
1,9
-
-
-
-
84,3
20,5
15,7
9,2
4,1
3,0
1,7
-
-
-
-
84,6
19,1
14,7
8,6
3,7
2,7
1,5
-
-
-
-
84,8
17,4
13,7
7,7
3,4
2,4
1,4
-
-
-
-
85,0
16,3
12,7
7,1
3,1
2,1
-
-
-
-
-
85,2
15,4
11,4
6,5
3,1
1,9
-
-
-
-
-
ANHANG
A-27
Tabelle A.37: R-Tabelle Laborteppich, Beobachtungswinkel 3°, aufgeführt R·104, Teil 2 [SCHULZE 2014].
γ
β
45°
60°
75°
90°
105°
120°
135°
150°
165°
180°
0,0
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
88,9
14,0
104,1
94,0
89,0
81,6
78,5
74,6
69,9
66,7
62,9
64,1
26,6
88,7
79,4
69,8
61,7
59,0
55,9
47,4
50,0
49,8
48,8
36,9
66,4
54,3
51,5
45,2
43,0
40,9
40,1
37,0
35,0
34,5
45,0
51,0
37,4
33,7
30,8
31,2
31,0
29,2
27,1
27,2
26,9
51,3
37,8
27,1
23,3
21,7
22,0
21,8
21,4
22,0
19,9
18,6
56,3
27,7
21,2
18,1
16,8
18,5
16,9
15,9
16,3
15,7
14,7
60,3
21,1
16,8
12,9
14,3
14,0
13,4
12,6
12,3
11,8
12,6
63,4
17,2
12,9
10,4
9,9
11,3
10,4
11,3
9,5
9,7
9,0
68,2
12,4
8,3
6,6
6,5
6,6
6,8
7,4
6,9
6,7
6,7
71,6
10,2
5,0
4,6
4,3
4,4
4,7
4,9
5,1
4,6
4,6
74,1
6,2
3,7
3,3
3,3
3,1
3,6
3,5
3,7
3,3
3,5
76,0
4,6
2,9
2,5
2,4
2,3
2,8
2,6
2,7
2,6
2,6
77,5
3,6
2,2
1,8
2,0
1,8
2,2
2,0
2,2
2,3
2,3
78,7
2,7
1,8
1,5
1,5
1,5
1,7
1,6
1,8
1,7
1,9
Tabelle A.38: Laborteppich, Beobachtungswinkel 3° [SCHULZE 2014].
q0
S1
S2
𝜅𝑝
0,032
1,454
3,581
0,554
A.9.3 LABORLEUCHTE UND STEUERUNG
Modul
Optik
LVK*
70°-Modul
26°-Modul
Elliptisches Modul
6°-Modul
Abbildung A.3: Übersicht der LED-Module, die im Rahmen der Nachstellung zum Einsatz kommen,
C0-C180-Ebene (blau), C90-C270-Ebene (rot).
A-28
ANHANG
Tabelle A.39: Konfiguration der LED-Leuchte im Laborversuch.
Modul
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VL_6_opt_3h_3
-
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
-
26°
26°
26°
26°
26°
26°
-
-
-65°
-50°
-40°
-30°
-20°
-10°
0°
-
10°
20°
30°
40°
50°
65°
-
-
-50%
-80%
-40%
-80%
-10%
-50%
-40%
-
-50%
-10%
-80%
-40%
-80%
-50%
-
VL_6_opt_4h_3
Ellipt.
Ellipt.
26°
26°
26°
26°
26°
-
-
26°
26°
26°
26°
26°
Ellipt.
Ellipt.
-65°
-50°
-60°
-40°
-30°
-20°
-5°
-
-
5°
20°
30°
40°
60°
50°
65°
-70%
-70%
0%
-20%
-70%
-30%
-60%
-
-
-60%
-30%
-70%
-20%
0%
-70%
-70%
Vl_6_opt_5h_1
Ellipt.
-
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
26°
-
Ellipt
-65°
-
-60°
-50°
-40°
-35°
-20°
-5°
5°
20°
35°
40°
50°
60°
-
65°
-70%
-
-10%
-70%
-70%
-70%
-30%
-50%
-50%
-30%
-70%
-70%
-70%
-10%
-
-70%
VL_40_opt_3h_2
Ellipt.
-
-
26°
26°
-
26°
-
Ellipt.
26°
-
26°
26°
-
-
Ellipt.
-70°
-
-
-55°
-30°
-
-10°
-
0°
10°
-
30°
55°
-
-
70°
-50%
-
-
-60%
-40%
-
-30%
-
-70%
-30%
-
-40%
-60%
-
-
-50%
VL_40_opt_4h_1
Ellipt.
-
26°
-
26°
26°
26°
26°
Ellipt.
26°
26°
26%
-
26°
-
Ellipt.
-75°
-
-65°
-
-40°
-25°
-10°
0°
0°
10°
25°
40°
-
65°
-
75°
-40%
-
-50%
-
-70%
-60%
-50%
-80%
-80%
-50%
-60%
-70%
-
-50%
-
-40%
VL_20_opt_3h_6
Ellipt.
Ellipt.
-
-
26°
Ellipt.
26°
26°
-
26°
Ellipt.
26°
-
-
Ellipt.
Ellipt.
-65°
-60°
-
-
-30°
-5°
0°
0°
-
0°
5°
30°
-
-
60°
65°
0%
-30%
-
-
-30%
-40%
0%
0%
-
0%
-40%
-30%
-
-
-30%
0%
VL_20_opt_4h_2
Ellipt.
-
26°
-
26°
Ellipt.
-
26°
Ellipt.
26°
Ellipt.
26°
-
26°
-
Ellipt.
-70°
-
-60°
-
-30°
-5°
-
0°
0°
0°
5°
30°
-
60°
-
70°
0%
-
0%
-
-50%
-50%
-
0%
0%
0%
-50%
-50%
-
0%
-
0%
VL_20_opt_5h_3
Ellipt.
-
26°
-
26°
Ellipt.
-
26°
Ellipt.
26°
Ellipt.
26°
-
26°
-
Ellipt.
-70°
-
-60°
-
-30°
-5°
-
0°
0°
0°
5°
30°
-
60°
-
70°
0%
-
-20%
-
-50%
-50%
-
0%
0%
0%
-50%
-50%
-
-20%
-
0%
ANHANG
A-29
A.9.4 LEUCHTEKONFIGURATOR
Abbildung A.4: Leuchtenkonfigurator mit Angaben zur Anordnung der Module (1.), der Form der LVK
mit Darstellung der C-Ebenen in C0-C180-Ebene (blau) und C90-C270-Ebene (rot) (2.),
Modulstückliste (3.). Anschlussleistung und Lichtstrom der Konfiguration (4.).
Konfigurationspanel (5).
A-30
ANHANG
A.9.5 ÜBERSICHT REALISIERTE LVK LABORVERSUCH
Simulierte LVK
Konfigurierte LVK
Gemessene LVK
𝑈o,E hor→max; 𝑆rel=1/3
𝑈o,E hor→max; 𝑆rel=1/4
𝑈o,E hor→max; 𝑆rel=1/5
𝑈o,E ver→max; 𝑆rel=1/3
Abbildung A.5: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 1, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene,
roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
ANHANG
A-31
Simulierte LVK
Konfigurierte LVK
Gemessene LVK
𝑈o,E ver→max; 𝑆rel=1/4
𝑈o,E ver→max; 𝑆rel=1/5
𝑈o,L→max; 𝑆rel=1/3
𝑈o,L→max; 𝑆rel=1/4
𝑈o,L→max; 𝑆rel=1/5
Abbildung A.6: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 2, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene,
roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
A-32
ANHANG
Simulierte LVK
Konfigurierte LVK
Gemessene LVK
Srel = 1/3; 𝜌o = 6,5 %
Srel = 1/4; 𝜌o = 6,5 %
Srel = 1/5; 𝜌o = 6,5 %
Srel = 1/3; 𝜌o = 20 %
Srel = 1/4; 𝜌o = 20 %
Abbildung A.7: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 3, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene,
roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
ANHANG
A-33
Simulierte LVK
Konfigurierte LVK
Gemessene LVK
Srel = 1/5; 𝜌o = 20 %
Srel = 1/3; 𝜌o = 40 %
Srel = 1/4; 𝜌o = 40 %
Srel = 1/5;
𝜌o = 40 %
-
-
-
Abbildung A.8: Gegenüberstellung der LVK Ehor, Ever, L, Teil 4, blauer Volumenschnitt C0-C180-Ebene,
roter Schnitt C90-C270-Ebene, 𝛾 in 30°-Schritten, relative Darstellung.
A-34
A
NHANG
A.9.6 ÜBERSICHT VERGLEICHE ERKENNBARKEITEN SIMULATION UND MESSUNG
U
o
-orientierte Optimierungen
VL
i
-orientierte Optimierungen
U
o
(E
hor
)-Optimierung
VL
i
(ρ
o
= 6,5 %)-Optimierung
U
o
(E
ver
)-Optimierung
VL
i
(ρ
o
= 20 %)-Optimierung
U
o
(L)-Optimierung
VL
i
(ρ
o
= 40 %)-Optimierung
Abbildung A.9: Vergleich von Mess- (M) und Simulationsergebnissen (S) für den Mastabstand der
vierfachen Lichtpunkthöhe Srel= 1/4)[FRAUENHOFER 2015].
A
NHANG
A-35
U
o
-orientierte Optimierungen
VL
i
-orientierte Optimierungen
U
o
(E
hor
)-Optimierung
VL
i
(ρ
o
= 6,5 %)-Optimierung
U
o
(E
ver
)-Optimierung
VL
i
(ρ
o
= 20 %)-Optimierung
U
o
(
L
)-Optimierung
Abbildung A.10: Vergleich von Mess- (M) und Simulationsergebnissen (S) für den Mastabstand der
fünffachen Lichtpunkthöhe (Srel= 1/5) [FRAUENHOFER 2015].
A-36
ANHANG
Abbildung A.11: Abweichungen simulierter VL zu im Labor gemessenen in [%] bei relativem Mastab-
stand (Srel= 1/3). Positive Abweichung entspricht höherem Wert in der Simulation
[FRAUENHOFER 2015].
Abbildung A.12: Abweichungen simulierter VL zu im Labor gemessenen in [%] bei relativem Mastab-
stand (Srel= 1/4). Positive Abweichung entspricht höherem Wert in der Simulation
[FRAUENHOFER 2015].
Abbildung A.13: Abweichungen simulierter VL zu im Labor gemessenen in [%] bei relativem Mastab-
stand (Srel= 1/5). Positive Abweichung entspricht höherem Wert in der Simulation
[FRAUENHOFER 2015].
ANHANG
A-37
A.10 DATEN MESSGERÄTE
Tabelle A.40: Unsicherheitsgrenzen für einzelne Merkmale und Gesamtunsicherheitsgrenzen für die
Beleuchtungsstärkemessgeräte der Klassen A und B nach [DIN 1985, S. 2].
Merkmal
Bezeichnung nach
DIN 5032, Teil 6
Messgeräteklasse
A
Messgeräteklasse
B
V(λ)-Anpassung
f1
3 %
6 %
UV-Empfindlichkeit
u
1 %
2 %
IR-Empfindlichkeit
r
1 %
2 %
cos-getreue Bewertung
f2
1,5 %
3 %
Linearitätsfehler
f3
1 %
2 %
Fehler des Anzeigegerätes
f4
3 %
4,5 %
Ermüdung
f5
0,5 %
1 %
Temperaturkoeffizient
α0, α25
0,2 %/K
1 %/K
moduliertes Licht
f7
0,2 %
0,5 %
Abgleichfehler
f11
0,5 %
1 %
Gesamtfehler31
fges
5 %32
10 %33
untere Grenzfrequenz
fu
40 Hz
40 Hz
obere Grenzfrequenz
fo
105 Hz
104 Hz
A.11 VERWANDTE PUBLIKATIONEN
Optimising Visibility in Street Lighting by Optimising and Comparing Luminous Intensity
Distributions
Schade, Sebastian; Völker, Stephan
CIE Centenary “Towards a New Century of Light”, April 12-19, 2013, Paris
Uniformity- and Visibility-Optimised Luminous Intensity Distributions for Street Lighting
Schade, Sebastian; Völker, Stephan; Steblau, Juri; Fraas, Philipp
Tagungsband Lux Europa, September 17-19, 2013, Krakow
Neue Planungs- und Entwicklungsverfahren zur Bestimmung adaptiver Lichtverteilungen in der
LED-Straßenbeleuchtung
Schade, Sebastian; Steblau, Juri; Lu, Yu-Wen; Scheibler, Beate; Völker, Stephan
Tagungsbang 11. Lux Junior. Dörnfeld/Ilmenau: LiTG, 2013, ISBN/ISSN 978-3-927787-46-9
31
„Beim Gesamtfehler ist die Unsicherheit des beim Kalibrieren verwendeten Normals (nach Prüfschein)
eingeschlossen (siehe Kalibrierbedingungen nach DIN 5032 Teil 6)“ [DIN 1985, S.2].
32
„Summe der Werte f1, u, r, f2, f3, f4, α · 10 K, f5, f7, f11 zzgl. Kalibrierunsicherheit des Normals“ [DIN 1985, S.2].
33
Ebenda.