淺析反光材料的反射角度性能及視認(rèn)性對(duì)交通安全的影響

趙召勝

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 前言

交通標(biāo)志是引導(dǎo)和管理在道路上安全行駛所必需的措施，所以交通標(biāo)志的視認(rèn)性能顯得尤其重要。交通標(biāo)志的視認(rèn)性能，是指道路使用者在全天候狀況下獲取道路管理語(yǔ)言的基本性能，只有看得到而且看得清，道路管理語(yǔ)言才能及時(shí)正確的傳遞到道路使用者，使其做出正確的判斷和操作。這就要求交通標(biāo)志無(wú)論在白天還是夜間，都要有很好的被視認(rèn)性能。

隨著城市化發(fā)展的不斷加快，城市車(chē)輛不斷增多，車(chē)道數(shù)不斷增加，道路日漸加寬，對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)性能不再只是簡(jiǎn)單的逆反射那樣簡(jiǎn)單，而是要求能適應(yīng)現(xiàn)代車(chē)輛、道路的發(fā)展，即能夠滿(mǎn)足多車(chē)道情況下各車(chē)道車(chē)輛的視認(rèn)需求和能夠滿(mǎn)足多種車(chē)型對(duì)于交通標(biāo)志的視認(rèn)需求。這主要體現(xiàn)在反光材料的入射角性能差別和觀察角性能差別，即通常所說(shuō)的大角度入射和反射性能。

1 入射角

入射角是指照明軸和逆反射體軸之間的夾角，即車(chē)燈照射在交通標(biāo)志上的光線和一條垂直于標(biāo)志版面的直線之間夾角，見(jiàn)圖1。在實(shí)際道路上，影響入射角的情況有很多種。

2 影響入射角的情況

（1）道路寬度的增加對(duì)交通標(biāo)志視認(rèn)的影響

車(chē)輛在路面上的橫向位置不同,對(duì)于位置固定的交通標(biāo)志而言，車(chē)燈所發(fā)出的光線和標(biāo)志的垂線之間的“入射角”會(huì)有所不同,從而影響到逆反射回路光線的反射效率。

圖1 入射角

車(chē)輛在道路的同一斷面處，相對(duì)同一路右側(cè)標(biāo)志，最左側(cè)車(chē)道的入射角度最大，見(jiàn)圖2。

圖2 不同車(chē)道入射角度比較

（2）車(chē)輛相對(duì)交通標(biāo)志的距離、車(chē)速對(duì)交通標(biāo)志視認(rèn)的影響

當(dāng)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為固定在前方的交通標(biāo)志，隨著車(chē)輛和標(biāo)志牌的距離的縮小，入射角的角度也在不斷地增加，見(jiàn)圖3。

圖3 車(chē)輛和標(biāo)志牌距離縮小，入射角增大

車(chē)速對(duì)于交通標(biāo)志的視認(rèn)影響主要是在速度越快的情況下，同樣的閱讀時(shí)間需要的行駛距離就越長(zhǎng)，在車(chē)速和閱讀時(shí)間無(wú)法改變的情況下，一般是通過(guò)增大字體來(lái)增加視認(rèn)距離。

（3）道路平曲線的影響

汽車(chē)在道路平曲線上行駛時(shí)，入射角受到轉(zhuǎn)彎的影響，在進(jìn)入彎道前，入射角是從大變小；而在進(jìn)入彎道后，隨著接近標(biāo)志牌，入射角是從小變大。圖4是以左側(cè)車(chē)燈為例，展示了彎道中入射角的兩個(gè)變化過(guò)程（以標(biāo)志牌中點(diǎn)和車(chē)燈軌跡的切點(diǎn)連線為分界）。

圖4 彎道中入射角的變化

由于逆反射材料的逆反射效率和入射角密切相關(guān)，入射角的角度越小，逆反射效率越高，入射角越大，逆反射效率越低。圖5是不同入射角下沒(méi)有大角度性能的反光膜和具有大角度性能的反光膜的對(duì)比。

3 觀察角與安全性

觀察角是入射光線和反射光線之間的夾角，這兩條光線相對(duì)于道路的橫縱截面都是一條斜線，而且左右車(chē)燈的觀測(cè)角還不同，見(jiàn)圖6，因此如何計(jì)算觀測(cè)角一直困擾著交通工程技術(shù)人員。

實(shí)際中，較常用到的是利用已知量計(jì)算出入射光線(BA)、反射光線(CA)、眼睛到燈光的連線(AB)這3條線的長(zhǎng)度，然后根據(jù)余弦定理計(jì)算觀察角。

圖5 不同入射角下有無(wú)大角度性能的反光膜對(duì)比

圖6 觀察角示意圖

首先在三視圖上標(biāo)出3個(gè)坐標(biāo)方向上的已知量（見(jiàn)圖7）：

X1－標(biāo)志到車(chē)燈的距離；

X2－視線到車(chē)燈的距離；

Y1－標(biāo)志中點(diǎn)到道路邊緣的距離；

Y2－車(chē)道寬度；

Y3－觀察者到道路中線的距離（即司機(jī)眼睛到車(chē)中軸線的距離）；

Y4－車(chē)燈到道路中線的距離（即車(chē)燈到車(chē)中軸線的距離）；

Z1－車(chē)燈高度；

Z2－視線高度（司機(jī)眼睛到地面距離）；

Z3－標(biāo)志中點(diǎn)離地面高度。

圖7 觀察角計(jì)算示意圖

根據(jù)勾股定理列出所求三個(gè)線段的公式:

然后根據(jù)余弦定理：觀測(cè)角以小車(chē)為例，以上已知量分別為：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式可得觀測(cè)角α=0.2715°。

而將其中與車(chē)型相關(guān)的數(shù)據(jù)替換為大型車(chē)的數(shù)據(jù)：

X2=2.08 m，Y3=0.42 m，Y4=0.65 m，Z1=0.83 m，Z2=1.42 m，

可得大車(chē)的觀察角α=0.7214°。

不同視距內(nèi)三種車(chē)型觀察角與距離的關(guān)系見(jiàn)表1。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，觀察角的大小主要體現(xiàn)在車(chē)型的不同，不同車(chē)型在相同位置觀察同一塊標(biāo)志時(shí)的觀察角差距可以達(dá)到100%，距離標(biāo)志越近越明顯。而在100 m相同位置，小車(chē)的觀察角小于0.5°,但是大車(chē)的觀察角已經(jīng)接近1°，此時(shí)兩車(chē)看到的標(biāo)志亮度是不同的，也就是說(shuō)大小車(chē)在同一位置對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)性是不同的。

表1 不同視距（200～50m）內(nèi)三種車(chē)型觀察角與距離的關(guān)系

圖8、圖9是不同車(chē)輛在同一位置觀察同一塊標(biāo)志的視認(rèn)性對(duì)比。

圖8 小車(chē)上看到的標(biāo)志

圖9 大車(chē)上看到的標(biāo)志

大車(chē)看到的標(biāo)志暗，就可能會(huì)導(dǎo)致司機(jī)在100 m的觀察距離開(kāi)始無(wú)法看清標(biāo)志內(nèi)容，只能從更近的位置開(kāi)始識(shí)讀標(biāo)志，這樣在行駛100 m的距離內(nèi)就無(wú)法完成視認(rèn)，司機(jī)就會(huì)減速甚至停車(chē)去識(shí)讀標(biāo)志，從而導(dǎo)致危險(xiǎn)的發(fā)生。如果要使大車(chē)更容易看到標(biāo)志，有兩個(gè)途徑，第一是讓大車(chē)在視認(rèn)距離以外就能開(kāi)始觀察標(biāo)志，那需要增加標(biāo)志的尺寸和標(biāo)志的亮度；第二是讓大車(chē)在大觀察角情況下也能看清標(biāo)志，那就需要增加大觀察角情況下標(biāo)志的亮度，即使用大觀察角下亮度更高的反光產(chǎn)品。圖10、圖11是兩種不同的反光膜的逆反射系數(shù)隨觀察角變化的曲線。

圖10 亮度比值與觀察角的關(guān)系

圖11 亮度比值隨入射角變化曲線圖

從圖10可以看出，具有大角度性能的反光膜的亮度始終保持在沒(méi)有大角度性能的反光膜的亮度的兩倍以上。在標(biāo)志的最佳視認(rèn)距離時(shí)，大角度反光膜的亮度甚至達(dá)到了普通反光膜的6倍左右。這樣就足以保證大型車(chē)輛在關(guān)鍵視認(rèn)距離能夠看清標(biāo)志，減少交通隱患。

圖11展示的是兩種反光膜的亮度比值隨入射角變化的關(guān)系。大角度反光膜可以保證車(chē)輛無(wú)論是在彎道還是多車(chē)道道路等入射角大的情況下，大角度反光標(biāo)志所能提供給駕駛者的亮度始終要比普通反光膜提供的亮度高2倍以上，從而及時(shí)給司機(jī)清晰明確的提醒，預(yù)防事故的發(fā)生，保障了交通秩序和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合以上所提到的關(guān)于交通標(biāo)志觀察時(shí)入射角和觀察角度的特點(diǎn)，在高等級(jí)公路和城市道路越修越寬，車(chē)輛類(lèi)型更復(fù)雜的今天，為保證車(chē)輛行駛安全，在標(biāo)志設(shè)計(jì)上應(yīng)該更多考慮具有大角度性能的反光材料，尤其在高速公路、一級(jí)公路、城市快速道路更加應(yīng)該重視這個(gè)問(wèn)題。以便提高駕駛員對(duì)于交通標(biāo)志的視認(rèn)能力，及時(shí)快速的得到道路指示和管理信息，減少應(yīng)交通指示信息和管理信息缺失引起的安全事故，使交通標(biāo)志真正成為道路交通安全的有效保障措施。