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。

道路照明的首要目的是满足使用者的视觉需求，在此前提下还应尽可能降低能耗实现节能环保，这两点均与道路灯具的光强空间分布密切相关。而很难用一种通用的光强分布适用不同的道路和灯具安装条件。针对主干路、次干路、支路3种典型道路类型，提出了根据具体道路、安装条件以及驾驶员视觉光环境需求逆向设计灯具最节能光强空间分布的思路，并建立了以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标的非线性优化模型，将路面照度分布表述为余弦多项式并利用分级优化方法进行了求解。得到了3种典型道路条件下发光二极管(LED)路灯的最佳光强空间分布，相比现基于照度均匀分布设计的LED路灯光强分布，驾驶员视觉光环境质量显著改善，且灯具节能30%左右。

平面LED(light-emitting diode)阵列远场条件是实现其光度学参数正确测量的前提, 为了确定不同平面LED阵列的远场条件, 基于点光源发光强度的测量原理建立了面光源光轴上的不同距离下照度与距离平方乘积的函数关系模型, 用其表征面光源光轴上光场的分布规律。在此基础上利用照度平方反比定律, 以及平面LED阵列远场的近似条件, 推导出了平面LED阵列远场条件的理论计算模型。以某款LED日光灯和LED射灯为对象, 搭建了相关实验测量系统, 对其光轴上的光场分布规律以及远场条件进行了实验验证。结果表明, LED日光灯和LED射灯在光轴上的光场实验分布曲线与理论分布曲线基本吻合, 并且LED日光灯和LED射灯的理论远场条件分别为测量距离大于或等于LED阵列尺寸的4.4倍和14.6倍, 实验远场条件分别为测量距离大于或等于LED阵列尺寸的5.1倍和17.7倍, 实验和理论计算的远场条件基本一致, 从而验证了LED阵列远场理论模型的正确性。

为了解决目前LED摩托车信号灯光效低、成本高的问题,提出了一种基于LED光强分布数学模型的新方法。在推导了曲面LED阵列光强分布数学模型的基础上,将其应用于LED摩托车信号灯配光设计。进一步采用Tracepro光学仿真软件对该方法设计的LED摩托车制动灯进行了模拟实验,结果证明曲面LED阵列光强分布的数学模型正确,能够满足国家摩托车配光标准的要求,从而对实现了LED摩托车信号灯的配光设计。

优化LED路灯光强分布测试系统的测试步距角可以较大程度地提高LED路灯测试的效率。选择不同的测试步距角对LED路灯的光强分布进行测试, 将1°测试步距角所测得的路灯光强分布视为真值, 采用相关分析的方法研究在较大步距角下所测得的路灯光强分布与真值之间的近似程度。研究结果显示, 当相关系数要求在98%左右时, 可以选择15°测试步距角对LED路灯的光强分布进行测试, 相对于真值测试, 在此步距下LED路灯的测试时间减少了98%以上, 极大地提高了测试效率。