自發光交通標識在農村公路中的應用探究

張暄洋 許一豐 閆子坤 張駿凱

（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167)

由于改革開放后我國國內經濟快速發展，從而導致農村公路發展迅速，并且農民的收入也有質的提升，因此農村的家家戶戶也紛紛購買機動車輛，導致我國農村的機動車數量直線上升，同時伴隨的是大量交通事故的發生。由于機動車數量的增加，但是由于地區原因，各地的交通安全措施尚未健全，也使全國的農村交通事故頻發，致使農村的交通現狀十分嚴峻。同時世界各國也開始關注本國的交通安全現狀，發達國家因為干線公路交通安全系統相對來說比較完善，因此相對落后的農村交通成為重中之重。在美國，農村交通發生的事故占比，在全國發生的交通事故情況中超過了百分之四十。在英國的事故占比中，這一數據卻更高，甚至達到了百分之六十[1]。而在中國，農村公路安全同樣非常嚴峻。因此，解決農村夜間交通安全迫在眉睫。

1 自發光標識應用于農村公路交通安全的必要性

1.1 農村公路里程與農民機動車擁有 率增長快速

農村公路是農村最重要的基礎設施之一，是人們出行的主要途徑。改革開放以來，我國的農村公路發展迅速，根據交通運輸部統計數據，截止2016 年年底，全國農村公路（含縣道、鄉道、村道）里程達到398.06 萬公里，比上年末增加9.9 萬公里，全國通公路的鄉（鎮）占全國鄉（鎮）總數的99.99%，其中通硬化路面的鄉（鎮）占全國鄉（鎮）總數的98.62%，比上年末提高0.53 個百分點；通公路的建制村占全國建制村總數的99.87%，其中通硬化路面的建制村占全國建制村總數的94.45%，提高了2.68 個百分點。隨著我國經濟的發展，農村公路建設里程加快，同時農民收入逐漸增多，農村地區的機動車擁有量也隨之增加，但相應的交通安全措施卻沒有及時地進行改善，目前農村交通事故快速增長，交通安全形勢嚴峻。

1.2 國內外農村公路安全事故占比交通安全事故總數較大

農村公路交通安全問題逐漸成為世界各國面臨的共同難題。在發達國家，由于干線公路交通安全系統相對規范，故農村公路交通安全問題相對突出。在美國，農村公路的死亡人數占到整個交通事故死亡人數的40%以上，而在英國，這一比例則高達60%。在中國，農村公路的安全問題同樣較為嚴重，表1 所示為公安部門統計的近年來農村公路交通安全事故匯總數據，隨著農村居民交通安全意識的提高，農村交通事故發生數量、交通事故死亡人數都在逐年降低，但農村公路的安全防護措施、配套設施建設力度遠遠小于高等級公路以及城市道路，雖然在事故發生數量、事故死亡人數上逐年降低，但其占全國交通事故發生數量、死亡人數量的比例卻在逐年提高，到了2016 年，農村公路交通事故數與事故死亡人數分別占全國總事故數與死亡人數的38.81%、38.80%。2011-2016 年農村公路上發生的一次死亡10 人以上的特大交通事故118 起，造成1723 人死亡、1562 人受傷，分別占中國特大交通事故的30.26%、29.37%、26.77%；一次死亡20 人以上的特大交通事故18 起，共造成428 人死亡，163 人受傷。由此可見，農村公路的交通安全問題日益凸顯，十分嚴峻。

表1 2011-2016 年我國農村交通事故統計

1.3 夜間照明不足導致安全事故較多發生

根據相關研究對江蘇省農村道路交通事故時空分布的調研可知，農村公路交通事故分布具有時空特征，且具有明顯的三個高峰時段，即8-9 時、13-14 時、19-20 時，其中8-9 時、13-14 時是出行高峰期，車流量較大，故事故率較高，而在19-20 時，高峰車流逐漸消散，但由于配套道路照明不足、視距不夠，加上路上車輛較少，駕駛員易于提高車速，疏于防范，所以在夜間該時段也極易發生交通安全事故，且鄉道的交通安全隱患最為明顯。

2 自發光材料的應用

2.1 國內外自發光交通安全標識研究情況

據調查，現在歐美等國家在我國購買蓄能型自發光材料，并在隧道、地鐵、建筑工程中應用。1987 年2 月1 日，日本專門制定了JISZ 9100（發光安全標志識板）標準；1994 年6 月，德國制定了專門用于疏散逃生的發光產品國家標準 DIN67510-3；美國采用了UL（Underwriters Laboratories）1994 標準。但國外自發光材料在公路安保設施上的應用未見報道。同樣，我國在2001 年經國家建設部、公安部聯合審定批準，將蓄光型發光疏散指示標識正式納入國家《建筑設計防火規范》《高層民用建筑設計防火規范》《人民防空工程設計防火規范》等相關的標志規范[2]。

2.2 蓄能型自發光材料的應用原理

自發光型材料通過吸收白天的太陽光照射等自然光照、還有一些夜間照明的電源光能，將吸收到的光能儲存起來，在夜晚進行自發光。這是一種不需要任何能源供給的自發光型材料，只需要日間照射熱光和各類照明燈的光能就可以在夜間做到長達到幾個小時的發光，不僅可以幫助夜間的行人與車輛進行照明與指引，還符合現在的科學發展觀，低碳環保。因此如果將蓄能型自發光材料應用到農村交通公路標志上的話，相信農村的交通安全問題一定可以得到很好的改善。

蓄能自發光型材料的發光原理簡單來說就是：在光照強的時候，電子的狀態發生改變，從基態躍遷至激發狀態，同時也進行儲存能量的工作；在光照強度低的情況下，電子的狀態由之前的激發態恢復到基態，同時也伴隨能量釋放，并以光能的形式展現。而電子狀態發生改變的時間被稱為余輝時間。并且在當各類光線照射到材料上時，并沒有產生任何污染，對環境和人體健康非常友好。

2.3 蓄能型自發光材料優選

到目前為止，蓄能自發光型材料的發展歷史中主要出現了金屬硫化物類發光材料、鋁酸鹽類發光材料、硅酸鹽類發光材料、鋁硅酸鹽類長余輝材料還有稀土型發光材料。而就目前最常用的發光材料，硫化物類長余輝材料為第一代長余輝材料，相比較其他的發光材料，它的發光顏色相對豐富，但缺點是其化學穩定性較差，容易水解與光解而且余輝時間較短。同時硫化物類長余輝材料有著非常嚴重的缺點，在合成該材料的過程中硫化物會產生大量的有毒有害氣體，會對環境產生非常大的危害。第二代長余輝材料是鋁酸鹽類長余輝材料，這種材料雖然缺少了紅色，耐水性有點欠缺，但是也有優點：它的發光強度高，余輝時間更長，化學穩定性更好。而硅酸鹽類長余輝材料雖然發光顏色不豐富，但這種材料的發光強度高，余輝時間也長，化學穩定性與耐水性也更好。鋁硅酸鹽類長余輝材料的物理性質與化學性質相對來說更穩定，發光強度也大，但它的余輝時間較短。

相對于前幾種自發光材料來說，稀土型自發光材料很好地結合了各自發光材料的優點。稀土型自發光材料其中摻雜了稀土離子，因此其無毒，沒有放射性，有更好的穩定性。稀土類化合物的發光是因為他們的4f 層電子在f-f 與f-d 這兩種組態之間發生躍遷。而未滿4f 殼層的稀土原子和離子，大約有30000 條可以觀測到光譜線，這些原子和離子能夠發射波長從紫外光到紅外光的各類電磁輻射，因此它的色彩顯色性能非常好。并且這種材料的亮度與持續時間是傳統材料的大約30 到50 倍，而用照度為1000 勒克斯的標準激光激發十分鐘得到的余輝亮度大于2000mcd/m2，余輝時間能夠超過12 小時，這種情況可以滿足自發光性材料在交通中作為標志用于指引的要求，而且這種稀土性材料可以無限次使用。由這些資料可以得出，在農村公路的自發光交通標志應用中，使用稀土型自發光材料的交通標志最為環保、耐用。

3 農村公路自發光交通標志的布設方案

在優選出自發光材料后，如何合理地排布自發光交通標志也是一個非常重要的問題。山區的農村公路沿線的村莊較少，因此指路標志的需求較小。而對于公路線性良好，路網密度大，平交口多的平原地區，對指路標志需求更大，而在山區的公路，警示標志與禁令標志會再少一點。再者，兩種地區的公路警示內容是有區別的，平原地區的交通標志警示內容應該是注意村莊、學校與行人等。而山區公路需要警示的應該是彎道、傍山危險以及注意落石等等。最后，平原區交通標志的分布要根據在整個路線網中的分布、重要性和相連的干道的重要信息進行整體的布局、分布。

當然，不同的路段也需要不同的布設方案。一類路段：（1）橋梁類路段；（2）彎曲半徑小于60m 的道路彎道類路段；（3）常通行路段范圍內有障礙物的路段；（4）交通狀況繁忙時間多為夜間的路段。以上情況中，若在道路兩側設有波形類護欄、混凝土類護欄或者是混凝土石墩，需要在這些設施上設置附著性輪廓標識，每個標志間隔4m。若要設置單一或符合式附著性輪廓標識在彎曲半徑小于60m 的路段中的話，每個標識應間隔4m，而在其他的路段中，每個標志要間隔4m～16m。而在道路旁若沒有設置一些防護設施或其它結構物，應該設置一些柱形輪廓標識，每個標識間隔10m～40m。橋梁護欄端、橋梁的墩柱，還有橋臺等適合在橋梁端設置立面標識的地方，每側設置一塊，而在橋梁護欄部應該設置附著性標識，每個標識間隔4m～16m。在人行道板高于到路面的橋梁路段，要在面向交通的一側要設置立面標志，標志底部最好應該與地面之間間距1m。在轉彎半徑較小的路段應該設置一些警示標志，比如急轉彎與鳴笛。并且在路段的兩側也要設置一些附著性的輪廓標識，每個間距8m，這可以對此處的行人進行道路線誘導作用，每個標識的底部應與地面相距0.5m～1m。而如果在道路通行范圍內有一些會對交通有阻礙情況的障礙物，應該在障礙物旁設立警示性標識，每個標識間隔2m～6m。夜間交通狀況繁忙的路段中，如果在道路兩邊有防護設施時，應該對立地在設施上設置附著性警示標志。標識離地最好是0.5m～1m。與其相對應的，沒有防護措施的道路應該在道路兩側設置一些柱形標識。在這些標識的建設過程中，反光材料和反光體必須面對交通。

二類路段：（1）路測高差超過1m 的路段；（2）有水塘、湖泊和溝渠在公路旁邊3m 范圍內的路段。以上情況中，如果在公路兩旁沒有任何警示性標志的話，必須設立一些路況標識和警柱警示標識，每個標識間距宜為10m～20m。而在道路兩旁有護欄（包括梁護欄、混凝土護欄）和砼墩的話，最好在其旁設置立式標識或者設置附著性標識，每兩個相距8m。在路測差超過1m 的道路旁邊，應該在即將進入時設置警示標志說明路旁有危險。如果在道路兩旁3m 的范圍內存在水塘和湖泊，必須要在路旁和交叉路口樹立一些警示性標識，每個標識間隔10m～20m，在每個交叉路口都要設立一根警示柱，高度應該在95cm～100cm 的范圍內。在有上下坡的路段要提前在一定距離內設立警示柱，從而對駕駛員起到減速慢行的提醒。而如果在道路兩旁沒有設置提醒的邊緣線，應該在提前100m 的距離內設立標識，從而起到提醒駕駛員的作用。而起指示地點作用的標識，應該設立在通往地點的最后一個交叉路口，而且要在綠道與交叉口右轉相距100m 的每個相交公路上設置一些路面標識。如果在道路上或者旁邊有一些施工區域的話，要提前20m～30m 處設置施工區警示標識[3]。

4 結語

現如今自發光材料經過多代的研究發展，已經能夠成熟地運用于自發光交通標志在公路上的使用。并且在自發光交通標志的排布方案上也有了相應的措施。農村公路蓄能型自發光交通安全標識的應用保證了農村夜間出行的安全。通過研究后，我們發現在選用制造自發光交通標志的材料時，使用稀土離子摻雜的長余輝發光材料不僅效果最好，而且還對環境無污染、耐用。在布置蓄能型自發光交通標志時，應因地制宜，根據不同的道路地形，采用最適宜的相對應的排布方案。該技術的推廣，將全時段提升公路安全保障水平，減少因標識難以識別而造成的交通事故的發生，為美麗中國建設增光添彩。