近年来，随着LED技术的不断发展，LED广告屏因具有发光面积大、亮度高、瞬时变化大和色彩饱和度高的特点日渐普及，但这些LED广告屏对夜间环境产生了较强的光污染。由LED广告屏引起的光侵扰有其自身特性，既包括较高的亮度水平，也具有不同的光色，并时时发生变化。
目前，学术界关于色光对人的影响已积累了一定的研究成果。主要体现于色光对人的影响、光侵扰的相关规范等。一方面，部分学者研究了色光对人的情感产生的影响，主要包括景观照明色彩偏好、室内照明对人情绪的影响等。肖俊宏等[1]研究了景观照明设计的色光偏好，提出色光的明度对色光情感的影响最大、色相的影响较小，给出了不同彩色光正、负向情感对应的亮度参考值，并建立了基于心理计量尺度的单色光情感及情感因子预测模型；张明宇等[2]对商业区室外商业展示照明中使用的彩色灯进行数据采集，结合主观评价实验得到情绪评价系数，情绪调节和初步量化评价公式；安平等[3]对天津市历史风貌建筑景观照明色光情感表现进行了研究，归纳出景观照明中典型光源色光的不同适应性；刘鸣等[4]通过实验模拟不同闪光频率的静动态彩色光给人带来的视觉、心理和情绪等方面的影响，总结了颜色、动态等因素对人的视觉干扰和情绪反应；牛盛楠等[5]提出科学地控制色光与建筑材料的合理选用及搭配的重要性；薛涵君等[6]提出光的颜色变化对人情绪有显著影响，并总结了红、绿、蓝、黄4种彩色LED灯光对人的情绪影响；Liu等[7]、Knez等[8]对室内彩色光照明对人情绪的影响进行了较为深入的研究，为营造良好的室内光环境提出了相应建议。另一方面，一些学者基于色光对人体生物效应的影响进行了研究，Caldwell等[9]对受试者在红色光、白色光和蓝色光下生理指标的影响进行了研究，提出各色光对人产生的影响不一致，偏暖色光比偏冷色光更容易激发人们的情绪。柴颖斌等[10]用受测者的心率及其变化率来评价低照度彩色光对人的非视觉生物效应的影响，指出不同颜色的光所引起的心率变化存在差异，但不同彩光引起的心率变化之间并没有出现显著性别差异。而在色光侵扰研究方面，于娟等[11]、李娜等[12]将在亮度侵扰基础上叠加了光色因素的光侵扰形式定义为色光侵扰，测试总结了色光侵扰亮度和主波长的参数范围，针对天津地区LED广告屏对居民的色光侵扰做出了初步探讨，并总结出针对天津地区LED广告屏光侵扰的亮度范围、主要侵扰光色等数据。在控制光侵扰的技术文件和标准规范方面，当前尚没有专门针对色光侵扰的具体规范，相关指标要求均参照光侵扰的技术文件和规范标准，如国际照明委员会(CIE)150号技术文件《Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations》[13]、中华人民共和国住房和城乡建设部颁布的行业标准《城市夜景照明设计规范》(JGJ/T 163—2008)[14]、北京市市政管理委员会颁布的地方规范《北京市户外电子显示屏设置规范》[15]及上海市质量技术监督局颁布的地方标准《公共场所发光二极管(LED)显示屏最大可视亮度限值和测量方法》(DB 31/708—2013) [16]。由此可见，当前对居住区色光侵扰的相关指标研究成果较少，而现行的标准规范也不能完全适用于城市居住区的色光侵扰现状。因此，对LED广告屏这一典型色光侵扰问题的研究工作十分必要和迫切。
笔者研究的LED广告屏是设置在城市户外固定位置用于发布广告和信息的全彩LED显示屏。选取北京、天津地区17处LED广告屏及受其光侵扰的居住建筑，对LED广告屏亮度、画面颜色等参数测试，并进行居民问卷调查。将周围居民主观调查问卷结论与测试数据相结合，分析北京、天津地区LED广告屏对居民的色光侵扰程度及主要侵扰因素，获取各侵扰色光的波长及亮度参数范围。
采用主观调查问卷和客观数据测试的方法，针对LED广告屏及受侵扰居民进行研究，调研时间为2015年6月及11月的20:00到22:00，测试当天天气状况良好，能见度高，可以避免环境因素对测量的干扰。
调研范围为北京、天津市区内。LED屏的筛选，首先考虑LED广告屏本身属性，为设置在城市户外固定位置用于发布广告和信息的大型全彩LED广告屏，不包括LED字标；其次考虑LED广告屏与周边居住建筑的相对位置，确定为距受侵扰居住建筑直线距离300 m范围之内、且朝向受侵扰居住区的LED屏为调研对象，并最终确定了17处LED广告屏及其周边受侵扰居住小区(见表 1)。
问卷调查通过入户发放问卷(表 2) ，调查对象主要为居住在调研小区内且居住时间为一年以上的居民。问卷旨在了解周围居民对LED广告屏形成的光侵扰的主观感受，明确LED广告屏的侵扰因素等。现场共发放问卷200份，回收有效问卷187份。其中男性81人，女性106人；老年人占43%，中年人占27%，青年人占30%。
现场选用TOPCON BM-7型彩色亮度计进行测试，主要测试数据为侵扰光亮度和色坐标。现场测试在以下条件下进行：居民室内关灯、LED广告屏正常播放且LED广告屏与测试窗口间没有遮挡物。现场测试时，将仪器置于居民室内受侵扰窗口处、楼梯间窗口、走廊窗口等位置进行测量。测量方向为窗口与LED广告屏连线，仪器采集范围大于16个相邻像素，并进行连续测量。在每个点位进行多次测试，广告循环1次的测试数据为1组，共测试3组数据，最终数据取3次测试的算术平均值。以上测试条件满足相关测试规范要求[17]。最终，获取有效测试数据共计288组。
为验证问卷数据的可靠程度及问卷研究的有效性，利用SPSS软件对问卷数据进行信度分析和效度分析。
1) 信度分析 信度是指测验结果的一致性、稳定性及可靠性。为验证问卷的可靠程度，采用克朗巴哈(Cronbach)α系数进行内部一致性的信度检验。通过SPSS软件分析，克朗巴哈(Cronbach)α系数大于0.8(表 3)。因此，问卷设计信度较高，内部一致性较好，表明问卷结论可信，可用于分析研究。
2) 效度分析 效度即有效性，是衡量综合评价体系是否能够准确反映评价目的和要求。效度分析最理想的方法是利用因子分析测量量表或整个问卷的结构效度。经SPSS分析，得到KMO值和巴特利特值(Bartlett)如表 4所示。根据表中数据可知，本次问卷的KMO值大于0.7，巴特利特值(Bartlett)小于0.001。因此，问卷各变量间具有一定的相关性，适合并可以进行因子分析。
1) LED广告屏光侵扰影响程度 根据问卷所获数据，居民大多认为受到LED广告屏的光侵扰影响。认为LED广告屏“较强”和“严重”干扰其生活的居民占51%，仅4%对LED广告屏产生的光侵扰“无感觉”(见图 1)。对于LED广告屏的刺眼程度方面，认为广告屏刺眼程度为“较强”和“严重”的居民比例达62%(见图 2)。以上数据说明，大部分居民认为其居住周围的LED广告屏亮度太高，感觉很刺眼，并形成了较强侵扰。
2) LED广告屏形成的侵扰因素 问卷统计结果显示，28%的居民认为LED广告屏“光色交替变化”最影响其生活(见图 3) ，其次为“太亮了”、“亮的程度忽高忽低”，分别占26%，25%；选择“讨厌光的颜色”及“休息之后还亮”两选项的居民均占7%，有5%的居民认为由于“广告屏发光面积太大”对其构成了影响。由此可见，光色交替变化、高亮度及其数值变化构成了LED广告屏干扰居民生活的主要原因。
3) LED广告屏光侵扰的时间段 统计数据如图 4所示，大部分居民受到LED广告屏光侵扰的时间段为从天黑到23:00。这一时段居民正进行学习工作、休闲娱乐或睡眠休息等活动，很容易受到LED侵扰光侵扰。因此，应考虑周围居民作息，控制LED广告屏开启和关闭时间。
4) 居民对LED广告屏播放画面的颜色厌烦程度 经统计，如图 5所示，居民对白色最厌烦，其次为红色、黄色、蓝色。从整体来看，居民对白色、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色这7种颜色的厌烦程度均处于2~4分之间，数据表明居民对带有一定亮度的色光都会产生厌烦。同时也反映出居民对红色、黄色、蓝色3种色光厌烦程度要高于其他色光。
现场测试条件下，北京、天津地区17处LED广告屏亮度数值统计情况如图 6所示。从整体亮度数据来看，这17处LED广告屏亮度为4.334~4 863 cd/m2，数值范围很广。但大部分侵扰光亮度处于1 000 cd/m2以下水平。据统计，小于或等于1 000 cd/m2的数据所占比例约为83.68%。
根据CIE150号技术报告及国内相关城市对LED屏亮度设置要求(北京、上海)，城市的商业区及其周边(E4区)设置的户外电子显示屏，夜间亮度值应小于等于1 000 cd/m2或600 cd/m2。笔者所测试地区为京津地区，且均属于城市中心的商业与居住混合区(E4区)，参照北京市地方要求，限定值取1 000 cd/m2。
分别将各LED广告屏的最大亮度与限定值比较，统计后发现(图 7)，有8处LED广告屏亮度超标，占总数的47.1%。其中有5处LED广告屏远超1 000 cd/m2，亮度达到其两倍及以上，最高亮度高达4 863 cd/m2。
将现场测试获取的288组LED广告屏侵扰光色坐标绘制如图 8所示，将数据坐标值转化为色光波长，各色光所占比例见表 5。其中，绿色侵扰色光最多，占36.8%；红色侵扰光最少，仅占2.4%。
经现场测试，将17处LED广告屏的数据进行统计可得到各LED屏侵扰光对应平均亮度，如表 6所示。
将居民对侵扰光亮度的评价及对LED侵扰色光的评分，分别结合现场测试的侵扰光亮度参数、光色参数进行统计对比。对亮度参数的对比分析主要有：居民反映的刺眼程度与LED广告屏平均亮度之间的关系；LED屏亮的程度忽高忽低与LED广告屏亮度差之间的关系。对光色参数的对比通过居民对画面颜色的评分和侵扰色光测试数据展开。
主观问卷中涉及到居民对侵扰光亮度的评价有以下两方面：“光刺眼程度”、“亮的程度忽高忽低”。分别针对这两个方面与亮度数据进行对比分析。
1) 基于距离关系下居民反映的刺眼程度与LED广告屏平均亮度的对比分析
根据主观问卷结果，认为LED广告屏刺眼程度为较强和严重的居民占62%，由此可知, 大部分居民认为LED广告屏亮度过高。按照LED广告屏距居住建筑的直线距离(表 7)，将距离150 m范围内、200 m范围内、300 m范围内的LED广告屏的平均亮度与刺眼程度(选较强及严重选项所占比例)进行相关性分析，发现当其直线距离处于150 m以下时，LED广告屏的平均亮度与刺眼程度正相关，P=0.640(表 8)；直线距离处于200 m范围内、300 m范围内LED广告屏的平均亮度与刺眼程度相关度较小，但在主观调查中，这些LED屏周围居民仍反映广告屏亮度大，受其光侵扰。因此，LED广告屏距居住建筑的距离控制仍需要进一步研究。
2) 居民反映LED屏亮的程度忽高忽低与LED广告屏亮度差的比较分析 主观问卷中有25%的居民认为LED广告屏“亮的程度忽高忽低”是光侵扰的主要原因。对比各广告屏最高亮度与最低亮度的差值，各LED广告屏亮度变化较大，最高差值达4 444.9 cd/m2(图 9)。因此, 设置LED广告屏时，应注意控制相邻画面亮度差，尽量避免亮度瞬时变化过大对居民的侵扰。
通过分析，除编号2、3、7、8、10等5个点位的数据外，其他12处点位主、客观调研数据的结果(如表 9)表明, 居民选择“亮的程度忽高忽低”选项的比例与LED广告屏亮度差呈正相关(P=0.683) ，即LED广告屏播放画面亮度变化越大，越容易对居民产生干扰。而上述关系也进一步表明，居民受影响程度与LED广告屏亮度差之间的关系尚不完全清晰，其原因大体为现场测试条件复杂、调研样本数量、个体差异等因素影响。
根据居民对不同色光的评分，以评分为3分、4分及5分(分别为对该颜色厌烦程度为一般、较强、严重)的居民人数占该点位问卷总人数的50%以上定义为该色光产生侵扰，最终筛选出侵扰色光对应亮度数值范围。结果表明，居民对红色侵扰光接受的亮度最低(4.334 cd/m2)，居民对橙色侵扰光接受的亮度最高(44.68 cd/m2)。结合表 5，最终得到表 10中所示数据。目前，该数值范围只是基于测试数据的统计分析，后续应通过评价实验对色光侵扰的亮度数值范围进行深入研究。
1) LED广告屏对居住建筑构成光侵扰的主要影响因素有LED屏与居住建筑的相对位置关系、LED屏侵扰光亮度水平及其数值变化和LED屏光色交替变化。并经过主客观调查数据的对比分析，获得了各侵扰色光的光谱和亮度数值范围。
2) 要严格控制LED广告屏的最大亮度，并减小各广告画面播放时的亮度差异，避免亮度瞬时变化过大。同时，居民对高亮度的白色、红色、黄色、蓝色等侵扰光较厌烦，建议尽量减少播放此类颜色画面或尽量降低该颜色画面的亮度水平。
3) LED广告屏的刺眼程度与距离有较大关系。应尽量避免LED广告屏邻近居住区周围设置，如不能避免，建议布置位置与居住建筑之间直线距离应尽量大于150 m。
4) 从主观问卷结果反映的侵扰时间来看，建议根据周围居民的生活作息情况严格控制LED广告屏开启及关闭时间，降低LED广告屏对居民的侵扰影响。
2016, Vol. 38 Issue (5): 148-156
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