農村公路蓄能型自發光交通標志設計與應用*

張倩，周雄，張德育，陸曉義，郁佳宇，康馨，胡晨曦

（南京工程學院 建筑工程學院 江蘇 南京 211167）

0 引言

交通標志在現代公路交通管理中發揮著舉足輕重的作用，對公路交通標志進行合理的設置，可以減少交通事故，節約能源。在我國，現有的交通標志大部分都是反光標志，只有在車燈照射的情況下才會發光，騎自行車的人及行人看不見。因此，在照明設施不完善的農村道路，我們可以設置蓄能型自發光交通標識，一方面可以改善人們夜晚出行的條件，保障安全，另一方面蓄能型自發光交通標志也極大的降低了成本。

1 蓄能型自發光材料的優選

蓄光型自發光材料，又稱長余輝發光材料，其本質上是一種光致發光的材料。蓄能型自發光材料一般由基質、激活劑和輔助激活劑3個部分組成。其在光源激發停止后，能發出20min以上被人眼察覺的光。

2.1 蓄能型自發光材料的分類及其優缺點

根據基質材料的不同，蓄能型自發光材料可分為硫化物、鋁酸鹽、硅酸鹽、硅鋁酸鹽等幾大類[2]。

2.1.1 硫化物長余輝材料

硫化物材料是第一代的長余輝材料，主要是由硫與第二主族的Ca，Sr，Ba和堿土金屬形成，如堿土硫化物、硫化鋅、硫化鋇、硫化鈣等。優點是發光顏色鮮艷多樣，基本上覆蓋了從藍色到紅色的整個可見光區域，在弱光下吸光速度較快；但也存在著明顯的缺點：

圖1 長余輝材料按基質種類分類圖

（1）合成過程中會產生大量有害氣體，環境污染很大；

（2）發光亮度低、時間短；

（3） 化學穩定性差、易分解,在陽光照射下會與空氣中的水反應放出硫化氫氣體，不能用于室外。

（4）最大缺點是不耐紫外線，在紫外線的照射下會逐漸發黑，極大地限制了使用范圍[3]。2.1.2鋁酸鹽長余輝材料

作為第二代長余輝材料中最主要的基質材料，鋁酸鹽材料比第一代的硫化物高出了一個數量級的亮度和余輝時間，同時也具有許多優良特性：

（1）蓄光能力強、發光效率高、強度高。

（2）化學穩定性高、發光時間長。

（3）無毒、價格便宜。但耐水性較差，發光顏色較為單一，主要集中在藍綠光波長范圍，對原材料純度要求高，生產成本高[1]。

2.1.3硅酸鹽長余輝材料

硅酸鹽材料化學穩定性和熱穩定性良好，發光顏色多樣，亮度較高、時間較長，耐水性比鋁酸鹽材料更好，同時原料SiO2廉價、易得，合成的成本更低，因此更適合作為基質材料。但總的來說，硅酸鹽材料的發光性能還未達到鋁酸鹽材料的水平，硅酸鹽材料的發光性能還需要通過更加深入的工作來進一步提高[1]。

2.1.4 鋁硅酸鹽長余輝材料

作為一種新型的基質材料，堿土金屬鋁硅酸鹽材料具有廣闊的應用前景。其晶體結構及物理、化學性質穩定，發光強度大，價格便宜，但顏色往往是在藍光和綠光范圍[1]。

2.1.5 稀土離子摻雜的長余輝材料

稀土離子摻雜長余輝發光材料如稀土鋁酸鹽、硅酸鹽材料，環保無毒無放射性，化學穩定性好、發光亮度和時間是傳統材料的30～50倍，可以反復使用。目前，商用的由銪、鏑激發的鋁酸鈣材料和由銪、鏑激發的鋁酸鍶發光亮度以及時間都超過了傳統的堿土金屬硫化物材料，且在空氣中的化學穩定性比硫化物更加優良，但缺點是浸泡在水中易發生分解。

2.2 蓄能型自發光材料的優選

就以上列舉的常用發光材料而言，硫化物材料發光顏色豐富，但發光時間短，化學穩定性差，很容易水解、光解。鋁酸鹽材料發光化學穩定性好，發光時間長，亮度高，但發光色缺乏紅色，耐水性差。硅酸鹽材料化學穩定性好、抗水性好，發光亮度高，時間長，但發光顏色不豐富。鋁硅酸鹽長余輝材料物理和化學性質穩定，發光強度大，余輝時間短。稀土離子摻雜的材料環保無毒無放射性、化學穩定性好，發光亮度高，時間長，可反復使用。

綜上所述，對于農村公路我們建議蓄能型自發光交通標志選取稀土離子摻雜的長余輝材料發光材料，如銪、鏑激發的鋁酸鈣長余輝發光材料以及銪、鏑激發的鋁酸鍶長余輝發光材料等。

3 農村公路蓄能型自發光交通標志設計

3.1 誘導標識

誘導標識是用來誘導道路的輪廓、線形。包括柱式和附著式輪廓標識兩類。柱式輪廓標識如圖1a）、1b），宜采用組合型。

圖1 柱式輪廓標識

附著式輪廓標識按設置位置分為如圖2所示的10種形式：

（1） 附著于波形梁護欄的，包括圖a、圖b、圖 c、圖 f、圖 g；

（2） 附著于混凝土護欄的，包括圖d、圖e、圖 f、圖 g；

圖2 附著式輪廓標識圖

3.2 警示標識

（1） 警示標識用于警告路側危險、路側接入口、路側絆阻物、前方施工等危險情況。包括示警柱警示標識、絆阻物警示標識、施工區警示標識。

（2） 示警柱警示標識由金屬管、反光體、蓄能自發光體構成，地面以上高度為95cm或100cm，如圖3示例。

圖3 示警柱

（3）絆阻物警示標識用于警示可能給出行者造成絆阻的低于30cm的低矮結構物，如橋梁人行道板、綠化帶路邊緣石等，如圖4a）、b）示例。

圖4 絆阻物警示標識

（4） 施工區警示標識如圖5所示為矩形，當條件受限，無法滿足圖5的設置尺寸時，可適當減小字高并成比例縮小字間距，但不應小于圖5要求的60%。

圖5 施工區警示標識

3.3 路面標識

路面標識用于誘導公路線形、引導出行者行路方向；警示道路邊緣、護欄端頭以及高出路面的低矮結構物轉角處；包括圓形和方形兩種，如圖6，圖7示例。

圖6 圓形

圖7 方形

3.4 立面標識

立面標識用于警示可能給出行者造成危害的障礙物，如：混凝土護欄、水泥墩、護欄端頭、橋頭、橋梁墩柱或橋臺、以及高于路面的人行道板等。沒有設置反光立面標記的地點采用如圖8a（所示的立面標識，已經設置了反光立面標記的地點增設圓形或方形立面標識，如圖8b）示例，具體尺寸按結構物實際情況確定。

圖8 立面標識

3.5 指引標識

地名指引標識用于指引沿線村莊、餐飲、度假村等單位、場所，設置于路側。為矩形，由底板和文字組成，如圖11示例，設置在綠道上的，可適當減小字高并成比例縮小字間距，但不應小于圖11要求的60%。

4 農村公路交通標志布設方案

4.1 不同區域類型農村公路

4.1.1 山區農村公路

山區農村公路沿線村鎮較少，所需指路標志較少，但受地形限制，急彎、陡坡、路基寬度不足等視距不良的情況非常多，以及很多橋兩端接的小半徑曲線，需要設置警告標志，如急彎警告標志、陡坡警告標志、限制車速等。山區農村公路如采用常規的交通標志，在夜間，行人、駕駛員等過危險路段時，會增加事故發生率。采用自發光交通標識就可以很好的降低風險。

圖9 地名指引標志

4.1.2 平原區農村公路

（1）平原區農村公路線性較好，且平原區路網密度大，平交口較多，指路標志的需求較大相對于山區公路警告標志，禁令標志要少一些。

（2）平原區農村公路的警告標志應該是注意行人、牲畜、村莊和學校等標志，和山區公路警告標志內容有所不同。

（3） 平原區農村公路的指路標志應該根據其在整個路網中的地位、作用以及與相連公路的關系，進行總體的布局。

4.2 不同路段農村公路

4.2.1 一類路段

以下路段為一類路段：

（1） 橋梁路段；

（2）曲線半徑小于60 m的道路彎道路段；

（3）在出行者通行范圍內存在絆阻物的路段；

（4） 夜間出行者較多的其他路段。

路側設置有波形梁護欄、混凝土護欄、混凝土墩時，宜設置附著式輪廓標識，間隔4m。如圖10示例。安裝單一型或組合型附著式輪廓標識時，半徑小于60m的彎道路段間隔4m，其他路段4m～16m。路側未設置防護設施或其他結構物時，宜設置柱式輪廓標識，間距10m～40m。見圖11示例。

（1） 橋梁路段

橋梁護欄端部、橋梁墩柱、橋臺等宜在橋梁端部設置立面標識，每側1塊，橋梁護欄宜設置附著式輪廓標識，間距4～16m，如圖12示例。橋梁段人行道板等高于路面時，應在面向交通流的一側設置立面標識，標識底端距路面高度宜為1 m。

圖10 路測設有防護設施時 附著式輪廓標志設置示例

圖11 路側設有防護設施時 柱式輪廓標志設置

（2） 曲線半徑小于60 m的道路彎道路段

圖12 橋梁段自發光警示標志設置示例

在小半徑曲線所造成的不良視距路段，駕駛人及行人因為不能及時發現對向的車輛，容易引起對向撞車或因躲避對撞而引發的交通事故。因此，應在彎道前設置鳴笛標志和急轉彎警示標志，同時在道路邊緣處設置一系列連續間距為8m的附著式輪廓標識，起到一定的道路線型誘導作用。輪廓標識底端距路面的高度宜為50～100cm。

（3）在出行者通行范圍內存在絆阻物的路段。

出行者通行的路線上存在絆阻物時，宜在絆阻物邊緣設置絆阻物警示標識，間隔2～6 m。

（4）夜間出行者較多的其他路段。

當路側設置有防護設施或結構物時，應設置附著式輪廓標識，附著式輪廓標識底端距路面的高度宜為50～100 cm。無防護設施的路段應設置柱式輪廓標識。安裝誘導標識時，反光體、蓄能自發光體應面向交通流。

4.2.2 二類路段

以下路段為二類路段：

（1） 路側高差超過1m的路段；

（2） 路側邊緣外3m范圍內，存在水塘、湖泊、溝渠的路段。

路側沒有設置防護設施的二類路段宜設置示警柱警示標識或路面標識等，間距10～20m，如圖13示例。路側設置有梁護欄、混凝土護欄或砼墩時，應設置附著式輪廓標識、立面標識，間隔8m。

（1）路側高差超過1m的路段。

此路段與地面高差較大，故需要對邊坡做特殊設計處理，應進入該路段前設置警示標識，警告路側危險

（2） 路側邊緣外3m范圍內，存在水塘、湖泊、溝渠的路段。

圖13 路側未設置防護設施時 示警柱警示標志設置示例

圖13 小型交叉口路面標志設置示例

路側或交叉口應設置一系列示警柱警示標識，間距10～20m，道路交叉口每側1根，示警柱地面以上高度為95cm或100cm。

4.3 特殊路段

4.3.1 上下坡路段

農村公路上下坡較多，在上下坡路段前要設置上下坡的警示標記。對駕駛人進行減速提醒，以免車輛的速度過大沖撞行人。

4.3.2 小型交叉口以及接入口路段

（1）當公路沒有設置邊緣線時，宜在距交叉點100 m范圍的各相交公路上設置路面標識，如圖13示例。

（2） 地點指引標識宜設置于通往相關單位、場所的最后一個交叉口處。

（3） 在綠道距交叉口右轉彎起始點100 m處的各相交公路上設置路面標識。

4.3.3 施工區路段

施工區起點前20～30m處宜設置施工區警示標識。

5 結語

（1）對于農村公路我們建議蓄能型自發光交通標志選取稀土離子摻雜的長余輝材料發光材料，如銪、鏑激發的鋁酸鈣長余輝發光材料以及銪、鏑激發的鋁酸鍶長余輝發光材料等。

（2）蓄能自發光交通標識有很大的發展空間，節能減排效益顯著，利國利民，一舉兩得。農村公路蓄能型自發光交通標識的推廣應用能為夜間出行人員提供照明，進一步提升農村公路交通安保設施的綜合安全服務水平。

（3）我們對于農村公路提出的更加合理的蓄能型自發光交通標志布設建議對比于普通的交通標志在夜間，在危險路段、在路網中可以更好的增強農村公路的安全性，也相比于需要用通電的發光交通標志更加節約經濟，從安全性、經濟性、適用性上都是蓄能型自發光交通標志更為優越。