杨阿荣

(华东建筑设计研究院有限公司,　上海市 200041)

浅谈道路交通标志用反光膜的大角度性能

杨阿荣

(华东建筑设计研究院有限公司,上海市 200041)

通过分析国内关于交通标志视认性的研究,得出标志的最远可视认距离和消失距离。并计算出不同车型的车辆在最远可视距离和消失距离之间,车前灯对于交通标志的入射角和驾驶员对于交通标志的观察角变化范围。最后,根据理论推算值指出标志反光膜的选择应注意使用具有大角度性能的反光膜。

交通标志;视认性;反光膜;大角度

从上世纪八十年代开始,国内就开展了对于道路交通标志视认性的研究。一般而言,驾驶员对交通标志的视认过程分为五个阶段:察觉、识别、认读、决策和动作。图1是从驾驶员对标志识读、对车辆进行操作到完成操作的全过程。在视认点A处,标志S出现在驾驶员的视野中,驾驶员可以辨识到标志牌的外观颜色、形状,但还不能辨识出标志上的文字信息。当车辆抵达始读点B时,驾驶员可以辨识出标志内容,并在车辆抵达读完点C时,完成标志内容的读取,从始读点B到标志S之间的距离,称作视认距离;而始读点B到读完点C之间的距离则称为认读距离。根据人体工效学和心理学的研究,驾驶员在开车时是有视力有效范围的,因此当车辆行进到消失点E时,驾驶员在正常情况下已经无法观察到标志S,消失点E和标志S之间的距离称为消失距离。

图1　标志视认过程示意图

显然,为了使驾驶员在正常行进过程中能够充分阅读标志的内容,在标志设计中一定要实现标志的视认距离大于标志认读距离和标志消失距离的总和。

对于影响标志视认距离和消失距离的因素,国内已经进行了大量的研究并有着充分的理论计算。但是这些研究都是基于标志始终可见这样的前提假设下进行的。在白天,交通标志可以通过对太阳光的漫反射,实现驾驶员对标志牌的识读。在夜间,由于交通标志并不具备自发光的功能,因此交通标志必须使用反光膜,通过定向反射车前灯的光线,实现驾驶员对标志的识读。换言之,在夜间,交通标志的视认性能与反光膜有着密切的关系。

反光膜是一种已制成薄膜可直接应用的逆反射材料「1],能将反射光从接近入射光的方向返回,用于交通标志上可返回车前灯的光。反光膜的性能通过逆反射系数进行表征,而逆反射系数与另外两个参数有着重要的关系:入射角和观察角。

入射角是入射光线和反光膜法线方向的夹角;观察角是入射光线和观测轴之间的夹角。反光膜的光度性能以逆反射系数表述。在不同的入射角和观察角的组合下,反光膜的逆反射系数不尽相同。如表1所示,随着入射角和观察角的增加,反光膜的逆反射系数迅速下降。

从逆反射效率的角度分析标志的视认性,主要包括道路、车辆、环境、驾驶人等影响因素。车辆在道路路面上的横向位置不同,对于固定位置的交通标志而言,会形成不同的光源入射角和观测角,从而影响到对交通标志的逆反射效率和视认距离。车辆在道路的同一断面处,在最外侧车道行驶车辆的入射角最小,而在最内侧车道行驶车辆的入射角最大。如图2所示,由于逆反射体的反射效率与入射角密切相关,入射角度小逆反射效率高,入射角度大逆反射效率低。道路宽度对观测角的影响虽然有限,但随着观测角的增大,也会影响对交通标志的视认。车辆在道路上行驶时,对不同位置的交通标志(龙门架、右侧路肩悬臂、左侧路肩悬臂、路两侧直杆标志等),驾驶人的观测角是不断变化的,车辆距标志牌的距离越近,入射角度越大,观测角度越大。设置在道路净空不同位置的标志,将直接影响到入射角度和观测角度。图2所示是不同车道和同一车道车辆在不同距离时的入射角和观测角的变化情况。

表1　Ⅰ类反光膜逆反射系数表［1］

图2　不同车道和同一车道车辆在不同距离时的入射角和观测角的变化影响

驾驶不同种类的车辆,驾驶人对交通标志的观察能力是有很大差别的。大车和小车在驾驶眼高上存在明显差异,造成观测角的不同,从而导致驾驶人对视认距离的差异。

随着单向三车道、四车道的道路越来越多,在里侧车道上行驶的车辆对路侧标志的视认角度远大于在外侧车道上行驶的车辆,那么在交通标志的安装过程中如何兼顾里侧车道和外侧车道上的车辆,需要在设计的时候进行重点考虑。

如图3和4所示，实际道路状况下,车前灯对标志牌的入射角β与标志牌的高度、车辆和标志牌几何位置有关。

图3　入射角与车辆、标志牌之间的位置关系图

图4　交通标志视认中的观察角和入射角

式中:β——入射角;

d——驾驶员眼睛到标志牌的横向距离;

h——标志牌距水平面的高度;

h1——车前灯距水平面的高度;

l——车辆和标志牌的垂直距离。

根据同济大学赵妮娜的硕士论文,在8车道高速公路上,不同车道上的车辆观察交通标志时,其消失距离如表2所示。

表2　八车道高速公路不同车道标志的消失距离［2］

目前,国内高速公路指路标志的字高设计原则为时速在100 km/h以上的道路,其指路标志的字高为60～70 cm「3]。根据国内关于交通标志视认性的研究,当字高是60 cm时,车速在100 km/h到120 km/h时,其有效认读距离为130 m「4]。

将上述消失距离和认读距离分别做为驾驶员阅读交通标志的起点和终点,并参考表3中的建议值,就可以计算出大型车和小型车在车辆在行进过程中,车前灯对于交通标志的入射角的变化。

表3　机动车前灯高度和驾驶员视线高度建议值［5］

经实际验算,在直线路段上,不管是小型车还是大型车,不同车道上的车辆其车灯对于标志牌的入射角变化区间如表4。

表4　入射角随车辆在直线道路上不同位置的变化

实际道路状况下,驾驶员观察标志牌时的观察角α和标志牌与车辆的相对位置、驾驶员的眼睛和车前灯的相对位置有关。

式中:α——观察角;

d1——车前灯到标志牌的横向距离;

d2——驾驶员眼睛到标志牌的横向距离;

h ——标志牌距水平面的高度;

h1——车前灯距水平面的高度;

h2——驾驶员眼睛距水平面的高度;

l1——车前灯距标志牌的竖直距离;

l2——驾驶员眼睛距标志牌的竖直距离。

如果不考虑驾驶员眼睛和车前灯水平和竖直方向的偏差,而只考虑驾驶员眼睛和车前灯垂直方向上的偏差,则上述计算公式可以简化为

式中:α——观察角;

d——车前灯和驾驶员眼睛到标志牌的横向距离;

h——标志牌距水平面的高度;

h1——车前灯距水平面的高度;

h2——驾驶员眼睛距水平面的高度;

l ——车前灯和驾驶员眼睛距标志牌的竖直距离。

同样,将上述消失距离和认读距离分别做为驾驶员阅读交通标志的起点和终点,就可以计算出大型车和小型车在车辆在行进过程中,驾驶员对于交通标志的入射角的变化。

综合来看,当不同车辆在公路直线段上行驶时,车前灯对于交通标志的入射角变化范围为3.8。～36。,驾驶员对交通标志的观察角变化范围为0.3。～3.2。。考虑到不同车型驾驶员对于交通标志的视认,结合反光膜的相关国标,在使用反光膜制作交通标志时,应主要考虑观察角0.5。、1.0。情况下的性能,即所谓的大角度下的逆反射性能。

表5　观察角随车辆在直线道路上不同位置的变化

根据交通标志在道路上的实际应用情况,新反光膜的国标中,增加了V类大角度反光膜。观察其最小逆反射系数要求,其在0.5。、1.0。下的要求远高于其他类别的逆反射性能要求,甚至比其他类别反光膜在更小观察角0.2。下的逆反射性能要求还要高。

表6　不同类别白色反光膜的最小逆反射系数值［1］

显然,特定几何条件下逆反射系数越高,表明了该类别反光膜在该几何条件下的逆反射性能也越好。因此,交通标志的设计施工,除调整标志的安装角度,提高标志的视认距离外,尽量使用在大角度下反光性能更好的材料,可以在夜间为驾驶员提供更好的标志视认条件,从而提高足够的视认距离,使交通标志更有效地发挥作用。进而可以保障交通流的顺畅和提高行车效率,降低交通事故的发生。

「1] GB/T18833-2012，道路交通反光膜「S].

「2] 赵妮娜.八车道高速公路交通安全设施设计研究「D].上海:同济大学,2008.

「3] GB5768.2-2009,道路交通标志和标线第2部分:道路交通标志「S].

「4] 张伯明.交通标志汉字视认性的研究「J].公路交通科技,1993，10 (2):40-46.

「5] 梁国华,马荣国.交通工程设计理论与方法「M].北京:人民交通出版社,2009.

U491.5+2

B

1009-7716(2015)12-0040-03

2015-10-20

杨阿荣(1961-),男,江苏淮安人,教授级高工,道路专业总工程师,主要从事道路工程设计工作。