针对人眼中间视觉生理特征, 研究了LED道路照明光源显色性评价方法。通过构建人眼中间视觉下的光视光效模型, 获得了相应的光谱光视效率曲线和人眼敏感波长范围, 给出了基于中间视觉的LED道路照明光源显色性评价及计算方法, 建立了综合显色指数与光源主波长的函数关系式, 并采用主观实验法和客观清晰度计算法进行了验证。计算与实验结果均表明, 在满足道路照明亮度的条件下, 当道路照明光源的主波长为548.5nm时, 光源的综合显色指数最大, 显色性能最佳。

针对当前LED路灯照明采用照度均匀的设计方法无法满足道路照明实际需求的情况,通过推导自由母线的偏微分方程,在研究路灯配光特性的基础上,应用SolidWorks软件建立LED路灯的光学模型,将光学模型导入TracePro软件进行仿真,应用DIALux软件模拟实际道路场景和路面的光照情况,完成一款符合国家标准的LED道路照明灯具配光设计。设计灯具的路面亮度总均匀度和路面纵向均匀度分别为0.82和0.77,都高于国家照明标准,既满足亮度均匀性的要求,也满足照度均匀性的要求。并研发了一款全新的模块化灯具结构,实用方便,市场前景广阔。

为了检验软件模拟道路照明特性的可行性, 从几种不同配光曲线的LED路灯的仿真结果出发, 按照规范的方法实测了它们的路面照度。比较发现, 同一路面上各点的照度与仿真值之间有着相同的比值。进一步计算发现, 两者的照度均匀度相等。这表明仿真软件能比较准确地反映路灯的路面照明效果。另外, 还研究了路灯的光衰性能, 发现散热性能好的灯具光衰更慢, 寿命更长。

传统的自由曲面透镜建模通常需要多个软件共同协作完成，其建模过程繁琐，且由于不同软件之间的不兼容会导致模型在导入光学仿真软件时出现微小形变。提出一种在光学仿真软件中利用Scheme语言直接进行快速建模的LED自由曲面透镜建模方法。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布，采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律, 沿经纬方向分别迭代求解, 在得到自由曲面各节点坐标后，分别采用3D建模软件和Scheme语言编程构建透镜模型。通过光学仿真软件，模拟计算了100万条光线，直径1mm的光源在距离地面10 m、面积为40 m×10 m的照明区域内的照度分布。结果表明：利用Scheme语言在光学仿真软件中直接快速建模避免了模型从3D软件导入光学仿真软件时产生的微小形变从而使光照均匀度由67%提升到93.5%。同时Scheme语言编程建模仅需5 s，建模速度远高于3D建模软件。

采用逆向优化设计的方法设计发光二极管(LED)路灯透镜，提高LED 路灯道路照明质量和能量利用率。以城市道路照明标准为约束，优化出最大亮度照度比的理想配光曲线。基于得到的理想配光曲线，透镜采用分离变量法设计自由曲面，将光源和目标面进行网格划分，形成能量对映关系。同时对曲面构造误差进行控制，再利用反馈优化法对透镜进行优化，使透镜的配光曲线趋于理想。仿真实验表明：采用逆向优化设计的LED 路灯透镜，能很好地符合道路照明标准，亮度照度比为0.067，同时相对于传统的对称型LED 路灯配光曲线节省20.2％ 的能耗，使LED 路灯达到了高照明质量和高能量利用率的目的。

提出了一种新型的LED道路照明中实现任意照度分布的自由光学曲面设计方法。旨在实现单盏路灯在路面长度和宽度方向上的照度分布均呈特定分布，以满足道路照明对路面照度、亮度均匀性以及环境比的要求。采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分，保证光源和接收面的对应单元内具有相同的能量大小。最后根据边缘光线理论、斯涅耳定律以及误差控制方法构建透镜表面。同时考虑路灯安放位置以及倾斜角的问题，透镜对应路面宽度方向上非对称。以给定路面长度方向照度呈余弦分布、宽度方向照度呈梯形分布为例，采用此种方法设计出聚碳酸酯非连续自由曲面路灯透镜。结果表明，路面长度方向上照度接近余弦分布，误差小于6%，路面总照度均匀度达到0.93，道路环境比达0.55。

针对道路照明设计中存在的两大标准体系即CIE和IESNA道路照明设计标准这一现状，从道路照明标准中各评价指标的定义、计算方法和规定阈值出发，讨论了两种标准体系的区别，并具体结合由不同道路和灯具型号组合所形成的20种道路照明模式，采用以节能为目标的最优化算法，得出在不同道路照明标准指导下每种模式的路面亮度分布，并分析比较了这两种标准下路面亮度指标的定量差异，进而得到相应的灯具数及能耗的差异。根据该结果分析我国与欧洲和北美国家在地理位置与交通状况上的差异，提出根据不同交通及地域特点进行照明模式的选择、提高节能水平的建议。

从道路照明评价指标出发, 对发光二极管(LED)道路照明的配光进行优化设计。综合考虑照度分布与道路照明评价指标之间的函数关系, 建立了LED路灯照度分布的数学模型。以照明评价指标为优化条件, 亮度-照度比Q为优化目标, 求解有约束的最优化问题, 得到配光曲线。以沥青路面主干路为例, 把得到的配光曲线导入照明模拟软件中进行仿真模拟。配光优化结果表明：其横向配光呈非对称分布, 且最大光强偏向机动车道方向, 比传统的对称式配光曲线节能30.3%; Q为0.072 7, 高于一般沥青路面的比值; 同时各项照明评价指标均符合CJJ 45-2006的要求, 配光性能良好。

LED灯由于可预见的广阔市场前景和节能效果，在全国得到了大力推广使用。为验证LED在道路照明应用中的实际照明效果，采用照度-功率密度比指标，对已有道路进行了实际测试，并对测试结果进行了分析。

为适应半导体产业的迅猛发展和环保节能的迫切要求，将LED作为一种新的能源方式应用到照明产业中。选取几种有代表性的LED路灯作为研究对象，根据各自不同形状的配光曲线，利用照明仿真软件Dialux对这些LED灯具在不同的布灯方式下在道路上的光照度分布情况进行模拟和分析比较，总结出适合于道路照明的LED路灯应具有的配光曲线特征，为LED灯具设计提供参考。