基于正交设计的强光射灯对夜天空影响的试验研究[2]

　　2. 3. 1 方差分析

　　通过正交试验的方差分析，进一步明确各独立因素对试验结果的影响程度。方差分析的优点是能把总平方和分解成因素与误差平方和。而正交设计将这种分解固定在每一列上，对于没有安排因素的空列，该列的平方和用来反映试验误差。为了减少正交试验的误差，采用重复试验的方法。

　　表4 对三个因素作出了方差分析，该表各列的意义分别是方差来源、平方和、自由度、均方、F值及显著值。由表中的方差分析结果可知:天空发亮影响次序: 出射角度> 光束截面积>光源亮度;其中出射角度的显著值为0. 002 束面积的显著值为0. 008 亮度的显著值为0. 005 因素均有显著意义( 小于0. 05)。

　　2. 3. 2 各因素对天顶亮度的影响结果分析

　　为比较不同天顶亮度，取各因素的水平值为横坐标，以相应因素的同水平对应的天顶亮度为纵坐标。利用正交设计结果输出天顶亮度估计边缘轮廓图见图2，这是探求各因素可能达到更大输出天顶亮度的一个直观方法，它有助于发现正交表中所未列入而可能更大的天顶亮度值。对于光源亮度1 条件下，天顶亮度最大值为0. 220cd /m2 ，光源亮度2条件下天顶亮度最大值为0. 284cd /m2 ，光源亮度3条件下天顶亮度最大值为0. 306cd /m2。从图中单因素估计边缘轮廓图可以看到，天顶亮度的最大值与光源亮度成正比，光源亮度越高引起的天空亮度也越大。

　　从图表中可以看到，随着出射角度、光源亮度和光束截面积的增加，天顶亮度也相应提高。随出射角度的增大，天顶亮度提高的幅度最大; 随光源亮度增加，天顶亮度提高的幅度最小。出射角越大对天定亮度增加的程度越强，而出射的角度越低射向城市的光越多，对居民的影响越大。另外探照灯在天空来回扫射，也会提高背景天空的亮度。

　　3 结语

　　本研究将正交设计试验的方法运用到城市光环境污染的研究中，正交设计试验的方法可以明显减少试验次数，并可以定量地分析探照灯的设置因素对天空发亮的影响以及这种影响随因素水平的变化。随着出射角度、光源亮度和光束截面积的增加，天顶亮度也相应提高。随出射角度的增大，天顶亮度提高的幅度最大; 随光源亮度增加，天顶亮度提高的幅度最小。出射角越大对天顶亮度增加的程度越强，而出射的角度越低射向城市的光越多。

　　此外，探照灯出射光的投射位置或方向与居民相对越近，给周围居民生活和观测带来的干扰越大;相反，与居民的相对位置越远，对居民的影响相对减弱; 探照灯在天空来回扫射，也会提高背景天空的亮度，甚至会加深对居民正常生活和休息的干扰。因此，在非重大节日期间，现代城市中应少用或不用探照灯、激光灯、“空中玫瑰”灯等光污染严重的灯光，以防止对附近居民、天文观测等产生影响。