淺析反光材料的反射角度性能及視認性對交通安全的影響

趙召勝

（同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）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)志的視認性能顯得尤其重要。交通標(biāo)志的視認性能，是指道路使用者在全天候狀況下獲取道路管理語言的基本性能，只有看得到而且看得清，道路管理語言才能及時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)志無論在白天還是夜間，都要有很好的被視認性能。

隨著城市化發(fā)展的不斷加快，城市車輛不斷增多，車道數(shù)不斷增加，道路日漸加寬，對交通標(biāo)志的視認性能不再只是簡單的逆反射那樣簡單，而是要求能適應(yīng)現(xiàn)代車輛、道路的發(fā)展，即能夠滿足多車道情況下各車道車輛的視認需求和能夠滿足多種車型對于交通標(biāo)志的視認需求。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，見圖1。在實際道路上，影響入射角的情況有很多種。

2 影響入射角的情況

（1）道路寬度的增加對交通標(biāo)志視認的影響

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

圖1 入射角

車輛在道路的同一斷面處，相對同一路右側(cè)標(biāo)志，最左側(cè)車道的入射角度最大，見圖2。

圖2 不同車道入射角度比較

（2）車輛相對交通標(biāo)志的距離、車速對交通標(biāo)志視認的影響

當(dāng)車輛運動時，作為固定在前方的交通標(biāo)志，隨著車輛和標(biāo)志牌的距離的縮小，入射角的角度也在不斷地增加，見圖3。

圖3 車輛和標(biāo)志牌距離縮小，入射角增大

車速對于交通標(biāo)志的視認影響主要是在速度越快的情況下，同樣的閱讀時間需要的行駛距離就越長，在車速和閱讀時間無法改變的情況下，一般是通過增大字體來增加視認距離。

（3）道路平曲線的影響

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

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是不同入射角下沒有大角度性能的反光膜和具有大角度性能的反光膜的對比。

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，這兩條光線相對于道路的橫縱截面都是一條斜線，而且左右車燈的觀測角還不同，見圖6，因此如何計算觀測角一直困擾著交通工程技術(shù)人員。

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

圖5 不同入射角下有無大角度性能的反光膜對比

圖6 觀察角示意圖

首先在三視圖上標(biāo)出3個坐標(biāo)方向上的已知量（見圖7）：

X1－標(biāo)志到車燈的距離；

X2－視線到車燈的距離；

Y1－標(biāo)志中點到道路邊緣的距離；

Y2－車道寬度；

Y3－觀察者到道路中線的距離（即司機眼睛到車中軸線的距離）；

Y4－車燈到道路中線的距離（即車燈到車中軸線的距離）；

Z1－車燈高度；

Z2－視線高度（司機眼睛到地面距離）；

Z3－標(biāo)志中點離地面高度。

圖7 觀察角計算示意圖

根據(jù)勾股定理列出所求三個線段的公式:

然后根據(jù)余弦定理：觀測角以小車為例，以上已知量分別為：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式可得觀測角α=0.2715°。

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

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

可得大車的觀察角α=0.7214°。

不同視距內(nèi)三種車型觀察角與距離的關(guān)系見表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)在車型的不同，不同車型在相同位置觀察同一塊標(biāo)志時的觀察角差距可以達到100%，距離標(biāo)志越近越明顯。而在100 m相同位置，小車的觀察角小于0.5°,但是大車的觀察角已經(jīng)接近1°，此時兩車看到的標(biāo)志亮度是不同的，也就是說大小車在同一位置對交通標(biāo)志的視認性是不同的。

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

圖8、圖9是不同車輛在同一位置觀察同一塊標(biāo)志的視認性對比。

圖8 小車上看到的標(biāo)志

圖9 大車上看到的標(biāo)志

大車看到的標(biāo)志暗，就可能會導(dǎo)致司機在100 m的觀察距離開始無法看清標(biāo)志內(nèi)容，只能從更近的位置開始識讀標(biāo)志，這樣在行駛100 m的距離內(nèi)就無法完成視認，司機就會減速甚至停車去識讀標(biāo)志，從而導(dǎo)致危險的發(fā)生。如果要使大車更容易看到標(biāo)志，有兩個途徑，第一是讓大車在視認距離以外就能開始觀察標(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)志的最佳視認距離時，大角度反光膜的亮度甚至達到了普通反光膜的6倍左右。這樣就足以保證大型車輛在關(guān)鍵視認距離能夠看清標(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輛無論是在彎道還是多車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，從而及時給司機清晰明確的提醒，預(yù)防事故的發(fā)生，保障了交通秩序和安全。

4 結(jié)語

結(jié)合以上所提到的關(guān)于交通標(biāo)志觀察時入射角和觀察角度的特點，在高等級公路和城市道路越修越寬，車輛類型更復(fù)雜的今天，為保證車輛行駛安全，在標(biāo)志設(shè)計上應(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、一級公路、城市快速道路更加應(yīng)該重視這個問題。以便提高駕駛員對于交通標(biāo)志的視認能力，及時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。