淺談道路交通標志用反光膜的大角度性能

楊阿榮

(華東建筑設計研究院有限公司,　上海市 200041)

淺談道路交通標志用反光膜的大角度性能

楊阿榮

(華東建筑設計研究院有限公司,上海市 200041)

通過分析國內關于交通標志視認性的研究,得出標志的最遠可視認距離和消失距離。并計算出不同車型的車輛在最遠可視距離和消失距離之間,車前燈對于交通標志的入射角和駕駛員對于交通標志的觀察角變化范圍。最后,根據理論推算值指出標志反光膜的選擇應注意使用具有大角度性能的反光膜。

交通標志;視認性;反光膜;大角度

從上世紀八十年代開始,國內就開展了對于道路交通標志視認性的研究。一般而言,駕駛員對交通標志的視認過程分為五個階段:察覺、識別、認讀、決策和動作。圖1是從駕駛員對標志識讀、對車輛進行操作到完成操作的全過程。在視認點A處,標志S出現在駕駛員的視野中,駕駛員可以辨識到標志牌的外觀顏色、形狀,但還不能辨識出標志上的文字信息。當車輛抵達始讀點B時,駕駛員可以辨識出標志內容,并在車輛抵達讀完點C時,完成標志內容的讀取,從始讀點B到標志S之間的距離,稱作視認距離;而始讀點B到讀完點C之間的距離則稱為認讀距離。根據人體工效學和心理學的研究,駕駛員在開車時是有視力有效范圍的,因此當車輛行進到消失點E時,駕駛員在正常情況下已經無法觀察到標志S,消失點E和標志S之間的距離稱為消失距離。

圖1　標志視認過程示意圖

顯然,為了使駕駛員在正常行進過程中能夠充分閱讀標志的內容,在標志設計中一定要實現標志的視認距離大于標志認讀距離和標志消失距離的總和。

對于影響標志視認距離和消失距離的因素,國內已經進行了大量的研究并有著充分的理論計算。但是這些研究都是基于標志始終可見這樣的前提假設下進行的。在白天,交通標志可以通過對太陽光的漫反射,實現駕駛員對標志牌的識讀。在夜間,由于交通標志并不具備自發光的功能,因此交通標志必須使用反光膜,通過定向反射車前燈的光線,實現駕駛員對標志的識讀。換言之,在夜間,交通標志的視認性能與反光膜有著密切的關系。

反光膜是一種已制成薄膜可直接應用的逆反射材料「1],能將反射光從接近入射光的方向返回,用于交通標志上可返回車前燈的光。反光膜的性能通過逆反射系數進行表征,而逆反射系數與另外兩個參數有著重要的關系: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迅速下降。

從逆反射效率的角度分析標志的視認性,主要包括道路、車輛、環境、駕駛人等影響因素。車輛在道路路面上的橫向位置不同,對于固定位置的交通標志而言,會形成不同的光源入射角和觀測角,從而影響到對交通標志的逆反射效率和視認距離。車輛在道路的同一斷面處,在最外側車道行駛車輛的入射角最小,而在最內側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,入射角度小逆反射效率高,入射角度大逆反射效率低。道路寬度對觀測角的影響雖然有限,但隨著觀測角的增大,也會影響對交通標志的視認。車輛在道路上行駛時,對不同位置的交通標志(龍門架、右側路肩懸臂、左側路肩懸臂、路兩側直桿標志等),駕駛人的觀測角是不斷變化的,車輛距標志牌的距離越近,入射角度越大,觀測角度越大。設置在道路凈空不同位置的標志,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的入射角和觀測角的變化情況。

表1　Ⅰ類反光膜逆反射系數表［1］

圖2　不同車道和同一車道車輛在不同距離時的入射角和觀測角的變化影響

駕駛不同種類的車輛,駕駛人對交通標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,從而導致駕駛人對視認距離的差異。

隨著單向三車道、四車道的道路越來越多,在里側車道上行駛的車輛對路側標志的視認角度遠大于在外側車道上行駛的車輛,那么在交通標志的安裝過程中如何兼顧里側車道和外側車道上的車輛,需要在設計的時候進行重點考慮。

如圖3和4所示，實際道路狀況下,車前燈對標志牌的入射角β與標志牌的高度、車輛和標志牌幾何位置有關。

圖3　入射角與車輛、標志牌之間的位置關系圖

圖4　交通標志視認中的觀察角和入射角

式中:β——入射角;

d——駕駛員眼睛到標志牌的橫向距離;

h——標志牌距水平面的高度;

h1——車前燈距水平面的高度;

l——車輛和標志牌的垂直距離。

根據同濟大學趙妮娜的碩士論文,在8車道高速公路上,不同車道上的車輛觀察交通標志時,其消失距離如表2所示。

表2　八車道高速公路不同車道標志的消失距離［2］

目前,國內高速公路指路標志的字高設計原則為時速在100 km/h以上的道路,其指路標志的字高為60～70 cm「3]。根據國內關于交通標志視認性的研究,當字高是60 cm時,車速在100 km/h到120 km/h時,其有效認讀距離為130 m「4]。

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

表3　機動車前燈高度和駕駛員視線高度建議值［5］

經實際驗算,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于標志牌的入射角變化區間如表4。

表4　入射角隨車輛在直線道路上不同位置的變化

實際道路狀況下,駕駛員觀察標志牌時的觀察角α和標志牌與車輛的相對位置、駕駛員的眼睛和車前燈的相對位置有關。

式中:α——觀察角;

d1——車前燈到標志牌的橫向距離;

d2——駕駛員眼睛到標志牌的橫向距離;

h ——標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——車前燈距標志牌的豎直距離;

l2——駕駛員眼睛距標志牌的豎直距離。

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志牌的橫向距離;

h——標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志牌的豎直距離。

同樣,將上述消失距離和認讀距離分別做為駕駛員閱讀交通標志的起點和終點,就可以計算出大型車和小型車在車輛在行進過程中,駕駛員對于交通標志的入射角的變化。

綜合來看,當不同車輛在公路直線段上行駛時,車前燈對于交通標志的入射角變化范圍為3.8。～36。,駕駛員對交通標志的觀察角變化范圍為0.3。～3.2。。考慮到不同車型駕駛員對于交通標志的視認,結合反光膜的相關國標,在使用反光膜制作交通標志時,應主要考慮觀察角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

根據交通標志在道路上的實際應用情況,新反光膜的國標中,增加了V類大角度反光膜。觀察其最小逆反射系數要求,其在0.5。、1.0。下的要求遠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值［1］

顯然,特定幾何條件下逆反射系數越高,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,交通標志的設計施工,除調整標志的安裝角度,提高標志的視認距離外,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志視認條件,從而提高足夠的視認距離,使交通標志更有效地發揮作用。進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施設計研究「D].上海:同濟大學,2008.

「3] GB5768.2-2009,道路交通標志和標線第2部分:道路交通標志「S].

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

「5] 梁國華,馬榮國.交通工程設計理論與方法「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,教授級高工,道路專業總工程師,主要從事道路工程設計工作。