第4期（总第130期） 2019-12-25
市政设施管理
Shizheng Sheshi Guanli
经验交流 激光投影在桥梁夜景中的应用 金昌哲 张 香 操 莉 ［摘 要］ 随着投影技术理论的日益创新和发展，投影显示越来越多地应用于人们的日常生活中。为满足人们对生活质量的高品质追求，营造美观、震憾的城市夜景地标，已成为城市发展的迫切需求。本文采用激光投影打造景观照明系统，运用大画面边缘融合技术，使得投影面上可以显示完整性好、亮度高、分辨率高和层次感强的画面。该技术已成功运用到卢浦大桥景观系统工程中，实践证明，该技术能制造出多种舒适的视觉模式，实现灯光表演秀，让卢浦大桥成为上海黄浦江夜景中一道亮丽的风景线。 ［关键词］ 激光投影 边缘融合 桥梁夜景照明 卢浦大桥
随着中国经济的高质量发展，城市化进程稳步推进，人们不再满足于城市最基本的功能保障，对生活幸福指数的追求日益提高，对城市景观也有了更高层次的要求。灯光是城市夜景中的重要构成部分，除了照明等基本功能外，还被赋予了造景的使命。桥梁作为城市地标和沿江景致的重要构成，对灯景有更高的要求，为此，国内外学者不断开拓思路，进行了大量的设计和应用研究。例如，黄文彬和孙新探讨了 城市桥梁夜景照明的设计思路[1]-[2]；王停珍分析了城市桥梁景观的设计方法和发展趋势[3]；牛盛楠通过对具有代表性的桥梁景观照明案例的分析，探讨了桥梁景观照明的设计要点[4]。
工组织设计该完善的完善，该优化的优化，该调整的调整，该变更的变更。
（4）处理好现场核查与专家评审的关系。现场核查应与专家室内评审有机结合，视工程建设项目对既有市政设施结构影响的程度而定，凡是影响既有市政设施结构安全较大的，都应先组织专家现场核查，再组织专家评审。
（作者单位：重庆市城市管理局，
收稿日期：2019-10-21）
表1 既有市政设施四种不同对象的安全保护区范围
评估对象 安全区范围 评估依据
一般道路及其边坡和
支挡结构 下穿道路或破坏道路永久边坡支护和挡墙的操作均视为进入市政道路的保护
控制区。
无
内环和机场城市快速
路 内环快速路路肩外缘两侧各30 m范围
机场快速路路肩外缘两侧各20 m
《重庆市主城区城市快速路管理办法》（渝
府令第232号）
道路
其他城市快速路 按照相应技术标准和设计规程确定。 《重庆市主城区城市快速路管理办法》（渝
府令第232号）
城市道路上的跨线
桥、高架桥、立交桥
及人行桥 桥轴线为中线两侧各30 m范围内。
《城市桥梁养护技术规程》
（DB50/231-2006）
特大型跨江河桥梁 以桥梁边缘起算（规划桥梁按照双向8车道计），50 m范围内为禁建区，50-100 m
范围内为大桥路域安全保护区，上游300 m、下游150 m范围内为大桥水域安
全保护区，水域与陆域分界线为滨江路（含规划滨江路）或者桥台。
《重庆市城市规划管理技术规定》
(渝府令第318号)
一般跨江河桥梁 桥梁安全保护区应定在以桥轴线为中线，上下游一般不小于50m和不大于
500m范围内。
《城市桥梁养护技术规程》
中国十大水电站排名（DB50/231-2006）
桥梁
专门规定的桥梁 长江石板坡大桥、李家沱大桥、鹅公岩大桥和嘉陵江牛角沱大桥、石门大桥、
黄花园大桥的安全保护区范围按《重庆市城市大桥管理办法》附件的有关规
定执行。
《重庆市城市规划管理技术规定》(渝府令
第318号)；
《重庆市城市大桥管理办法》（渝
九寨沟有几个景点
府令第119号）
隧道 安全保护区包含隧道上方，隧道两侧50 m，隧道洞口往外30 m。 《重庆市城市规划管理技术规定》 (渝府令第318号)
给水管线 新建、改建、扩建的建（构）筑物的基础与现状给水管道的净距不小于3 m
（与建筑配套的相应管线除外）。
《重庆市城市规划管理技术规定》
(渝府令第318号)；《重庆市城市供水节
水管理条例》。
然而，对于特大型桥梁来说，由于跨度大，需要照明的区域长，通常的造景灯光容易造成分辨率低、灯光区块有间隔等缺点。随着人们审美水平提
高，大屏幕、高亮度和高分辨率的夜景灯光秀的需求显著提升。基于边缘融合拼接技术的迅速发展和普及恰好弥补了数字化大屏幕投影显示的缺点和不足，为实现人们的需求创造了理论支撑与实践经验。
本文以上海卢浦大桥为例，采用激光投影技术，设计了桥腹腹板的灯光造景方案。 1 激光投影照明设计工程背景
卢浦大桥为主跨550 m 的全钢结构中承式系杆拱桥，于2003年通车运营，在当前世界钢结构拱桥类别中跨度排第二，也是上海黄浦江上重要的地标性建筑。本次工程为卢浦大桥景观系统的设计，即选择合适的激光投影灯并设计安装位置，使其投影在桥腹腹板上，制造出迎合重大节日、日常工作等多种场合的灯光模式。 2 激光投影照明设计分析
2.1 成像载体
成像载体一般指户外投影的建筑墙面、雕塑表面、山体崖壁，这些物体的表面是否适合投影，是每个户外投影显示项目必须要考虑的首要因素之一。
本项目投影面载体为卢浦大桥桥腹腹板，投影区域为400 m×28 m。如图 1所示，现场载光面并非一个平面，而是一个类似百叶格栅状工字钢结构，有的光投影在斜面上，有的光投影在平面上，因此要做图像的局部矫正，探究投影显示系统，从而使投影的画面没有割裂感。
图 1 卢浦大桥载光面
2.2 投影安装位置
户外投影项目，设备往往不是在室内场所工作，因此在室外安装并长时间使用多媒体设备（如投影
机）时，如何建设一个便于调试和日常运行的户外上海游玩攻略必去的地方3天
是项目中的难点。
项目投影机设计采用20台参数为30000 lm 的激光投影机联合工作，平均配在浦东、浦西的两端，每一面分布10台30000 lm 的激光机。因为载光面 观音山森林公园门票
是格栅结构，投影光线有比较严重的反光问题，每一侧看到的都是正对面的显示内容，所以投影设计思路是浦东和浦西的10台投影机的光路均覆盖整个桥底。
根据项目现场需求，设计了满足投影播放的户外环境（简称）。投影设计时综合考虑了防止受雨、风、灰尘的影响，并使内部温、湿度保持恒定，从而为投影机的正常工作提供了稳定可靠的外部环境。整个设计分为五个部分：首先进行新风系统、排风系统设计，然后进行环境监测系统设计，最后进行温度控制系统和湿度控制系统设计。考虑整体建筑风格，该系统采用地下浇筑混凝土地基，预埋承重柱预埋件，主体结构外立面做工艺装饰，如图 2所示。
图 2 立面图 图 3 投影机角度
投影机设置在浦东、浦西桥墩位置，考虑的观看视觉为浦东浦西沿江步道行人视角。由于每台激光投影灯所投影的区域不一致，针对浦东、浦西两岸激光灯都要设置好固定的角度，采用不同广角镜
头通过以上下叠加、左右融合的方式来实现整体画面的效果，如上图 3所示。 2.3 特效片源
户外投影显示项目若想成功，必须实现观众和投影显示数字内容的互动，牢牢吸引住观众眼球，并利用户外投影显示的典型特征，为观众提供令人惊叹的视觉体验与“裸眼3D”的视觉效果。
特效片源可根据应用场景与需求来进行个性化的定制。此次根据节假日模式与日常工作模式制作了波光粼粼、浩瀚星空与裸眼3D 等种特效片源。 2.4 观看视觉
户外投影是依靠视觉特效来吸引观众，在项目设计前期就要充分考虑观众的视角是否观看到最佳的户外投影画面。
工程设计时采用多台投影机联合工作，这就避免不了部分区域的投影重叠，当采用传统的拼接技术时，投影显示画面的亮度、分辨率等会出现不一致，视觉效果比较差。而采用边缘融合技术，确保了整个投影显示画面的亮度、分辨率、彩、调的连续性与均匀性，通过对所有投影图像进行边缘
融合修正，从而消除了投影重叠部分的光学间隙，保证了多台投影机联合工作时，画面的统一与连续，增强了投影视觉效果；同时，还可以利用边缘融合技术中的图像存储与调用功能，可以将自身存储或调用的高分辨率的图像作为背景，直接投影显示在投影面上。
与传统的图像拼接技术相比较，边缘融合技术优势明显，主要表现在以下几方面：
（1）实现超大画面显示。多台投影机联合工作所投影的画面要比单台投影机的投影画面大很多。
（2）保持画面的完整性。边缘融合处理技术消除了显示图像中的光学间隙，从而保证了图像的完整性与美观性。
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（3）保证图像亮度的均衡性。在校正和统一所有图像后，整个图像显示没有差、亮差，从而保证了整个图像彩、鲜艳度、均匀度的统一与均衡。（4）提高显示画面的分辨率。整幅画面由多台投影机投影而来，每台投影机只需投影部分画面，因此可以提高整个显示画面的分辨率。
（5）减小投影机投影距离。投影距离等于屏幕宽度与镜头焦距的乘积，假如采用传统拼接技术，显示某大小的画面，只使用一台投影机进行投影，其投影距离为4.8 m；当采用边缘融合技术，使用4台投影机投影同样大小的屏幕，其投影距离可以减小到原来的二分之一，即2.4 m。
（6）实现特殊形状的投影效果。工程投影面是类似百叶格栅的桥腹腹板，只有在确保足够的投影距离时，仅使用一台投影机才可以使投影覆盖整个屏幕，当使用多台投影机联合工作并采用边缘融合处理技术后，只需较短的投影距离，便可覆盖整个特殊形状的屏幕。
（7）增加画面层次感。 3 工程实施与系统调试
卢浦大桥始建于2000年，于2003年6月建成通车，主桥全长750 m，整体高度约为30 m。本次投影显
示系统采用20台投影机融合显示方式，该系统由12台激光机PT-SRZ31KC、8台PT-SRS30KC、COOLUX 多媒体控制系统、户外箱体与信号长距离传输线缆等设备组成，每台PT-SRZ31KC 激光机的投影显示画面为48
m×28 m。所有投影机设备使用相同
的光缆接入同一个系统内，通过COOLUX 设备同步控制播放，保证浦东和浦西两岸的同步。
桂林中国国际旅行社运用Coolux 媒体播放系统，可以对无限数量的
图形层和至少四个视频图层进行快速编辑和排列，
不仅可以通过设置多个软件播放器的方式对异形或多平面等特殊形状屏幕进行投影，还可以单独集成和编辑各个输出，以匹配任意数量的几何形状。为了保证多台投影机能够同步运行，采用了基于网络的自适应帧同步的方法，同时利用Coolux 媒体播放系统的梯形修正算法，使偏角失真修正能够更加精准、快速，影片特效还原更加真实。此外，利用局域网，通过投影机内置的多台投影机控制功能将投影机的数据连到web 浏览器的方式，实现对投影机的远程跟踪控制。当投影机在运行期间出现故障时，能及时反馈给管理员。
通过调试，卢浦大桥夜景照明可以呈现出如图 4所示的效果。
图4 卢浦大桥灯光效果
4 结语
本文在激光投影显示设计时，通过大画面边缘融合技术，利用激光投影机与光纤的联合工作，使得显示画面的完整性、亮度、分辨率和层次感等有了较大的提升。该技术成功应用到卢浦大桥的夜景照明中，为国内首次将激光投影机用于桥梁夜景照明的工程尝试，为今后激光投影机在夜景照明中的大范
围应用提供了经验参考。
参考文献
[1] 黄文彬.城市桥梁夜景照明设计思路探讨[J].科技创新与应用,2012(24):20-21.
[2] 孙新.关于城市桥梁夜景照明设计的思路分析[J].工程技术建筑.
[3] 王停珍.城市桥梁景观设计方法与发展趋势[J].散装水泥,2007(4):61-63.
[4] 牛盛楠，王立雄，杨现国.浅谈桥梁的夜景照明[J].灯与照明,2006 (4):16-18.
（作者单位：上海市政养护管理有限公司，
收稿日期：2019-11-08）
