淺談道路交通標(biāo)志用反光膜的大角度性能

楊阿榮

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,　上海市 200041)

淺談道路交通標(biāo)志用反光膜的大角度性能

楊阿榮

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海市 200041)

通過分析國內(nèi)關(guān)于交通標(biāo)志視認(rèn)性的研究,得出標(biāo)志的最遠(yuǎn)可視認(rèn)距離和消失距離。并計(jì)算出不同車型的車輛在最遠(yuǎn)可視距離和消失距離之間,車前燈對(duì)于交通標(biāo)志的入射角和駕駛員對(duì)于交通標(biāo)志的觀察角變化范圍。最后,根據(jù)理論推算值指出標(biāo)志反光膜的選擇應(yīng)注意使用具有大角度性能的反光膜。

交通標(biāo)志;視認(rèn)性;反光膜;大角度

從上世紀(jì)八十年代開始,國內(nèi)就開展了對(duì)于道路交通標(biāo)志視認(rèn)性的研究。一般而言,駕駛員對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)過程分為五個(gè)階段:察覺、識(shí)別、認(rèn)讀、決策和動(dòng)作。圖1是從駕駛員對(duì)標(biāo)志識(shí)讀、對(duì)車輛進(jìn)行操作到完成操作的全過程。在視認(rèn)點(diǎn)A處,標(biāo)志S出現(xiàn)在駕駛員的視野中,駕駛員可以辨識(shí)到標(biāo)志牌的外觀顏色、形狀,但還不能辨識(shí)出標(biāo)志上的文字信息。當(dāng)車輛抵達(dá)始讀點(diǎn)B時(shí),駕駛員可以辨識(shí)出標(biāo)志內(nèi)容,并在車輛抵達(dá)讀完點(diǎn)C時(shí),完成標(biāo)志內(nèi)容的讀取,從始讀點(diǎn)B到標(biāo)志S之間的距離,稱作視認(rèn)距離;而始讀點(diǎn)B到讀完點(diǎn)C之間的距離則稱為認(rèn)讀距離。根據(jù)人體工效學(xué)和心理學(xué)的研究,駕駛員在開車時(shí)是有視力有效范圍的,因此當(dāng)車輛行進(jìn)到消失點(diǎn)E時(shí),駕駛員在正常情況下已經(jīng)無法觀察到標(biāo)志S,消失點(diǎn)E和標(biāo)志S之間的距離稱為消失距離。

圖1　標(biāo)志視認(rèn)過程示意圖

顯然,為了使駕駛員在正常行進(jìn)過程中能夠充分閱讀標(biāo)志的內(nèi)容,在標(biāo)志設(shè)計(jì)中一定要實(shí)現(xiàn)標(biāo)志的視認(rèn)距離大于標(biāo)志認(rèn)讀距離和標(biāo)志消失距離的總和。

對(duì)于影響標(biāo)志視認(rèn)距離和消失距離的因素,國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究并有著充分的理論計(jì)算。但是這些研究都是基于標(biāo)志始終可見這樣的前提假設(shè)下進(jìn)行的。在白天,交通標(biāo)志可以通過對(duì)太陽光的漫反射,實(shí)現(xiàn)駕駛員對(duì)標(biāo)志牌的識(shí)讀。在夜間,由于交通標(biāo)志并不具備自發(fā)光的功能,因此交通標(biāo)志必須使用反光膜,通過定向反射車前燈的光線,實(shí)現(xiàn)駕駛員對(duì)標(biāo)志的識(shí)讀。換言之,在夜間,交通標(biāo)志的視認(rèn)性能與反光膜有著密切的關(guān)系。

反光膜是一種已制成薄膜可直接應(yīng)用的逆反射材料「1],能將反射光從接近入射光的方向返回,用于交通標(biāo)志上可返回車前燈的光。反光膜的性能通過逆反射系數(shù)進(jìn)行表征,而逆反射系數(shù)與另外兩個(gè)參數(shù)有著重要的關(guān)系:入射角和觀察角。

入射角是入射光線和反光膜法線方向的夾角;觀察角是入射光線和觀測軸之間的夾角。反光膜的光度性能以逆反射系數(shù)表述。在不同的入射角和觀察角的組合下,反光膜的逆反射系數(shù)不盡相同。如表1所示,隨著入射角和觀察角的增加,反光膜的逆反射系數(shù)迅速下降。

從逆反射效率的角度分析標(biāo)志的視認(rèn)性,主要包括道路、車輛、環(huán)境、駕駛?cè)说扔绊懸蛩?。車輛在道路路面上的橫向位置不同,對(duì)于固定位置的交通標(biāo)志而言,會(huì)形成不同的光源入射角和觀測角,從而影響到對(duì)交通標(biāo)志的逆反射效率和視認(rèn)距離。車輛在道路的同一斷面處,在最外側(cè)車道行駛車輛的入射角最小,而在最內(nèi)側(cè)車道行駛車輛的入射角最大。如圖2所示,由于逆反射體的反射效率與入射角密切相關(guān),入射角度小逆反射效率高,入射角度大逆反射效率低。道路寬度對(duì)觀測角的影響雖然有限,但隨著觀測角的增大,也會(huì)影響對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)。車輛在道路上行駛時(shí),對(duì)不同位置的交通標(biāo)志(龍門架、右側(cè)路肩懸臂、左側(cè)路肩懸臂、路兩側(cè)直桿標(biāo)志等),駕駛?cè)说挠^測角是不斷變化的,車輛距標(biāo)志牌的距離越近,入射角度越大,觀測角度越大。設(shè)置在道路凈空不同位置的標(biāo)志,將直接影響到入射角度和觀測角度。圖2所示是不同車道和同一車道車輛在不同距離時(shí)的入射角和觀測角的變化情況。

表1?、耦惙垂饽つ娣瓷湎禂?shù)表［1］

圖2　不同車道和同一車道車輛在不同距離時(shí)的入射角和觀測角的變化影響

駕駛不同種類的車輛,駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志的觀察能力是有很大差別的。大車和小車在駕駛眼高上存在明顯差異,造成觀測角的不同,從而導(dǎo)致駕駛?cè)藢?duì)視認(rèn)距離的差異。

隨著單向三車道、四車道的道路越來越多,在里側(cè)車道上行駛的車輛對(duì)路側(cè)標(biāo)志的視認(rèn)角度遠(yuǎn)大于在外側(cè)車道上行駛的車輛,那么在交通標(biāo)志的安裝過程中如何兼顧里側(cè)車道和外側(cè)車道上的車輛,需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候進(jìn)行重點(diǎn)考慮。

如圖3和4所示，實(shí)際道路狀況下,車前燈對(duì)標(biāo)志牌的入射角β與標(biāo)志牌的高度、車輛和標(biāo)志牌幾何位置有關(guān)。

圖3　入射角與車輛、標(biāo)志牌之間的位置關(guān)系圖

圖4　交通標(biāo)志視認(rèn)中的觀察角和入射角

式中:β——入射角;

d——駕駛員眼睛到標(biāo)志牌的橫向距離;

h——標(biāo)志牌距水平面的高度;

h1——車前燈距水平面的高度;

l——車輛和標(biāo)志牌的垂直距離。

根據(jù)同濟(jì)大學(xué)趙妮娜的碩士論文,在8車道高速公路上,不同車道上的車輛觀察交通標(biāo)志時(shí),其消失距離如表2所示。

表2　八車道高速公路不同車道標(biāo)志的消失距離［2］

目前,國內(nèi)高速公路指路標(biāo)志的字高設(shè)計(jì)原則為時(shí)速在100 km/h以上的道路,其指路標(biāo)志的字高為60～70 cm「3]。根據(jù)國內(nèi)關(guān)于交通標(biāo)志視認(rèn)性的研究,當(dāng)字高是60 cm時(shí),車速在100 km/h到120 km/h時(shí),其有效認(rèn)讀距離為130 m「4]。

將上述消失距離和認(rèn)讀距離分別做為駕駛員閱讀交通標(biāo)志的起點(diǎn)和終點(diǎn),并參考表3中的建議值,就可以計(jì)算出大型車和小型車在車輛在行進(jìn)過程中,車前燈對(duì)于交通標(biāo)志的入射角的變化。

表3　機(jī)動(dòng)車前燈高度和駕駛員視線高度建議值［5］

經(jīng)實(shí)際驗(yàn)算,在直線路段上,不管是小型車還是大型車,不同車道上的車輛其車燈對(duì)于標(biāo)志牌的入射角變化區(qū)間如表4。

表4　入射角隨車輛在直線道路上不同位置的變化

實(shí)際道路狀況下,駕駛員觀察標(biāo)志牌時(shí)的觀察角α和標(biāo)志牌與車輛的相對(duì)位置、駕駛員的眼睛和車前燈的相對(duì)位置有關(guān)。

式中:α——觀察角;

d1——車前燈到標(biāo)志牌的橫向距離;

d2——駕駛員眼睛到標(biāo)志牌的橫向距離;

h ——標(biāo)志牌距水平面的高度;

h1——車前燈距水平面的高度;

h2——駕駛員眼睛距水平面的高度;

l1——車前燈距標(biāo)志牌的豎直距離;

l2——駕駛員眼睛距標(biāo)志牌的豎直距離。

如果不考慮駕駛員眼睛和車前燈水平和豎直方向的偏差,而只考慮駕駛員眼睛和車前燈垂直方向上的偏差,則上述計(jì)算公式可以簡化為

式中:α——觀察角;

d——車前燈和駕駛員眼睛到標(biāo)志牌的橫向距離;

h——標(biāo)志牌距水平面的高度;

h1——車前燈距水平面的高度;

h2——駕駛員眼睛距水平面的高度;

l ——車前燈和駕駛員眼睛距標(biāo)志牌的豎直距離。

同樣,將上述消失距離和認(rèn)讀距離分別做為駕駛員閱讀交通標(biāo)志的起點(diǎn)和終點(diǎn),就可以計(jì)算出大型車和小型車在車輛在行進(jìn)過程中,駕駛員對(duì)于交通標(biāo)志的入射角的變化。

綜合來看,當(dāng)不同車輛在公路直線段上行駛時(shí),車前燈對(duì)于交通標(biāo)志的入射角變化范圍為3.8。～36。,駕駛員對(duì)交通標(biāo)志的觀察角變化范圍為0.3?！?.2。。考慮到不同車型駕駛員對(duì)于交通標(biāo)志的視認(rèn),結(jié)合反光膜的相關(guān)國標(biāo),在使用反光膜制作交通標(biāo)志時(shí),應(yīng)主要考慮觀察角0.5。、1.0。情況下的性能,即所謂的大角度下的逆反射性能。

表5　觀察角隨車輛在直線道路上不同位置的變化

根據(jù)交通標(biāo)志在道路上的實(shí)際應(yīng)用情況,新反光膜的國標(biāo)中,增加了V類大角度反光膜。觀察其最小逆反射系數(shù)要求,其在0.5。、1.0。下的要求遠(yuǎn)高于其他類別的逆反射性能要求,甚至比其他類別反光膜在更小觀察角0.2。下的逆反射性能要求還要高。

表6　不同類別白色反光膜的最小逆反射系數(shù)值［1］

顯然,特定幾何條件下逆反射系數(shù)越高,表明了該類別反光膜在該幾何條件下的逆反射性能也越好。因此,交通標(biāo)志的設(shè)計(jì)施工,除調(diào)整標(biāo)志的安裝角度,提高標(biāo)志的視認(rèn)距離外,盡量使用在大角度下反光性能更好的材料,可以在夜間為駕駛員提供更好的標(biāo)志視認(rèn)條件,從而提高足夠的視認(rèn)距離,使交通標(biāo)志更有效地發(fā)揮作用。進(jìn)而可以保障交通流的順暢和提高行車效率,降低交通事故的發(fā)生。

「1] GB/T18833-2012，道路交通反光膜「S].

「2] 趙妮娜.八車道高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)研究「D].上海:同濟(jì)大學(xué),2008.

「3] GB5768.2-2009,道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第2部分:道路交通標(biāo)志「S].

「4] 張伯明.交通標(biāo)志漢字視認(rèn)性的研究「J].公路交通科技,1993，10 (2):40-46.

「5] 梁國華,馬榮國.交通工程設(shè)計(jì)理論與方法「M].北京:人民交通出版社,2009.

U491.5+2

B

1009-7716(2015)12-0040-03

2015-10-20

楊阿榮(1961-),男,江蘇淮安人,教授級(jí)高工,道路專業(yè)總工程師,主要從事道路工程設(shè)計(jì)工作。