自發(fā)光交通標(biāo)識(shí)在農(nóng)村公路中的應(yīng)用探究

張暄洋 許一豐 閆子坤 張駿凱

摘 要 作為農(nóng)村最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，農(nóng)村公路成為人們主要的出行方式，所以公路的安全尤其重要。普通的交通標(biāo)志一般都不會(huì)發(fā)光，只是會(huì)沾有一些特殊的反光材料，利用夜間經(jīng)過的車輛燈光進(jìn)行反光而對(duì)其進(jìn)行指引。但是由于其特殊的發(fā)光形式，因此在照射光源不足夠的情況下就會(huì)變得難以識(shí)別。因此，本文對(duì)自發(fā)光交通標(biāo)志的制造和布置方案進(jìn)行了研究，旨在為農(nóng)村公路的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞 自發(fā)光 交通標(biāo)志 稀土型自發(fā)光材料 布設(shè)方案

中圖分類號(hào)：O439 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）06-0014-03

由于改革開放后我國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，從而導(dǎo)致農(nóng)村公路發(fā)展迅速，并且農(nóng)民的收入也有質(zhì)的提升，因此農(nóng)村的家家戶戶也紛紛購(gòu)買機(jī)動(dòng)車輛，導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)村的機(jī)動(dòng)車數(shù)量直線上升，同時(shí)伴隨的是大量交通事故的發(fā)生。由于機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加，但是由于地區(qū)原因，各地的交通安全措施尚未健全，也使全國(guó)的農(nóng)村交通事故頻發(fā)，致使農(nóng)村的交通現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻。同時(shí)世界各國(guó)也開始關(guān)注本國(guó)的交通安全現(xiàn)狀，發(fā)達(dá)國(guó)家因?yàn)楦删€公路交通安全系統(tǒng)相對(duì)來說比較完善，因此相對(duì)落后的農(nóng)村交通成為重中之重。在美國(guó)，農(nóng)村交通發(fā)生的事故占比，在全國(guó)發(fā)生的交通事故情況中超過了百分之四十。在英國(guó)的事故占比中，這一數(shù)據(jù)卻更高，甚至達(dá)到了百分之六十[1]。而在中國(guó)，農(nóng)村公路安全同樣非常嚴(yán)峻。因此，解決農(nóng)村夜間交通安全迫在眉睫。

1 自發(fā)光標(biāo)識(shí)應(yīng)用于農(nóng)村公路交通安全的必要性

1.1 農(nóng)村公路里程與農(nóng)民機(jī)動(dòng)車擁有率增長(zhǎng)快速

農(nóng)村公路是農(nóng)村最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是人們出行的主要途徑。改革開放以來，我國(guó)的農(nóng)村公路發(fā)展迅速，根據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止2016年年底，全國(guó)農(nóng)村公路（含縣道、鄉(xiāng)道、村道）里程達(dá)到398.06萬公里，比上年末增加9.9萬公里，全國(guó)通公路的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）占全國(guó)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）總數(shù)的99.99%，其中通硬化路面的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）占全國(guó)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）總數(shù)的98.62%，比上年末提高0.53個(gè)百分點(diǎn);通公路的建制村占全國(guó)建制村總數(shù)的99.87%，其中通硬化路面的建制村占全國(guó)建制村總數(shù)的94.45%，提高了2.68個(gè)百分點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村公路建設(shè)里程加快，同時(shí)農(nóng)民收入逐漸增多，農(nóng)村地區(qū)的機(jī)動(dòng)車擁有量也隨之增加，但相應(yīng)的交通安全措施卻沒有及時(shí)地進(jìn)行改善，目前農(nóng)村交通事故快速增長(zhǎng)，交通安全形勢(shì)嚴(yán)峻。

1.2 國(guó)內(nèi)外農(nóng)村公路安全事故占比交通安全事故總數(shù)較大

農(nóng)村公路交通安全問題逐漸成為世界各國(guó)面臨的共同難題。在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于干線公路交通安全系統(tǒng)相對(duì)規(guī)范，故農(nóng)村公路交通安全問題相對(duì)突出。在美國(guó)，農(nóng)村公路的死亡人數(shù)占到整個(gè)交通事故死亡人數(shù)的40%以上，而在英國(guó)，這一比例則高達(dá)60%。在中國(guó)，農(nóng)村公路的安全問題同樣較為嚴(yán)重，表1所示為公安部門統(tǒng)計(jì)的近年來農(nóng)村公路交通安全事故匯總數(shù)據(jù)，隨著農(nóng)村居民交通安全意識(shí)的提高，農(nóng)村交通事故發(fā)生數(shù)量、交通事故死亡人數(shù)都在逐年降低，但農(nóng)村公路的安全防護(hù)措施、配套設(shè)施建設(shè)力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高等級(jí)公路以及城市道路，雖然在事故發(fā)生數(shù)量、事故死亡人數(shù)上逐年降低，但其占全國(guó)交通事故發(fā)生數(shù)量、死亡人數(shù)量的比例卻在逐年提高，到了2016年，農(nóng)村公路交通事故數(shù)與事故死亡人數(shù)分別占全國(guó)總事故數(shù)與死亡人數(shù)的38.81%、38.80%。2011-2016年農(nóng)村公路上發(fā)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(guó)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(nóng)村公路的交通安全問題日益凸顯，十分嚴(yán)峻。

1.3 夜間照明不足導(dǎo)致安全事故較多發(fā)生

根據(jù)相關(guān)研究對(duì)江蘇省農(nóng)村道路交通事故時(shí)空分布的調(diào)研可知，農(nóng)村公路交通事故分布具有時(shí)空特征，且具有明顯的三個(gè)高峰時(shí)段，即8-9時(shí)、13-14時(shí)、19-20時(shí)，其中8-9時(shí)、13-14時(shí)是出行高峰期，車流量較大，故事故率較高，而在19-20時(shí)，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(shí)段也極易發(fā)生交通安全事故，且鄉(xiāng)道的交通安全隱患最為明顯。

2 自發(fā)光材料的應(yīng)用

2.1 國(guó)內(nèi)外自發(fā)光交通安全標(biāo)識(shí)研究情況

據(jù)調(diào)查，現(xiàn)在歐美等國(guó)家在我國(guó)購(gòu)買蓄能型自發(fā)光材料，并在隧道、地鐵、建筑工程中應(yīng)用。1987年2月1日，日本專門制定了JISZ 9100（發(fā)光安全標(biāo)志識(shí)板）標(biāo)準(zhǔn);1994年6月，德國(guó)制定了專門用于疏散逃生的發(fā)光產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) DIN67510-3;美國(guó)采用了UL（Underwriters Laboratories）1994標(biāo)準(zhǔn)。但國(guó)外自發(fā)光材料在公路安保設(shè)施上的應(yīng)用未見報(bào)道。同樣，我國(guó)在2001年經(jīng)國(guó)家建設(shè)部、公安部聯(lián)合審定批準(zhǔn)，將蓄光型發(fā)光疏散指示標(biāo)識(shí)正式納入國(guó)家《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)的標(biāo)志規(guī)范[2]。

2.2 蓄能型自發(fā)光材料的應(yīng)用原理

自發(fā)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(chǔ)存起來，在夜晚進(jìn)行自發(fā)光。這是一種不需要任何能源供給的自發(fā)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(zhǎng)達(dá)到幾個(gè)小時(shí)的發(fā)光，不僅可以幫助夜間的行人與車輛進(jìn)行照明與指引，還符合現(xiàn)在的科學(xué)發(fā)展觀，低碳環(huán)保。因此如果將蓄能型自發(fā)光材料應(yīng)用到農(nóng)村交通公路標(biāo)志上的話，相信農(nóng)村的交通安全問題一定可以得到很好的改善。

蓄能自發(fā)光型材料的發(fā)光原理簡(jiǎn)單來說就是：在光照強(qiáng)的時(shí)候，電子的狀態(tài)發(fā)生改變，從基態(tài)躍遷至激發(fā)狀態(tài)，同時(shí)也進(jìn)行儲(chǔ)存能量的工作;在光照強(qiáng)度低的情況下，電子的狀態(tài)由之前的激發(fā)態(tài)恢復(fù)到基態(tài)，同時(shí)也伴隨能量釋放，并以光能的形式展現(xiàn)。而電子狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)間被稱為余輝時(shí)間。并且在當(dāng)各類光線照射到材料上時(shí)，并沒有產(chǎn)生任何污染，對(duì)環(huán)境和人體健康非常友好。

2.3 蓄能型自發(fā)光材料優(yōu)選

到目前為止，蓄能自發(fā)光型材料的發(fā)展歷史中主要出現(xiàn)了金屬硫化物類發(fā)光材料、鋁酸鹽類發(fā)光材料、硅酸鹽類發(fā)光材料、鋁硅酸鹽類長(zhǎng)余輝材料還有稀土型發(fā)光材料。而就目前最常用的發(fā)光材料，硫化物類長(zhǎng)余輝材料為第一代長(zhǎng)余輝材料，相比較其他的發(fā)光材料，它的發(fā)光顏色相對(duì)豐富，但缺點(diǎn)是其化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易水解與光解而且余輝時(shí)間較短。同時(shí)硫化物類長(zhǎng)余輝材料有著非常嚴(yán)重的缺點(diǎn)，在合成該材料的過程中硫化物會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生非常大的危害。第二代長(zhǎng)余輝材料是鋁酸鹽類長(zhǎng)余輝材料，這種材料雖然缺少了紅色，耐水性有點(diǎn)欠缺，但是也有優(yōu)點(diǎn)：它的發(fā)光強(qiáng)度高，余輝時(shí)間更長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性更好。而硅酸鹽類長(zhǎng)余輝材料雖然發(fā)光顏色不豐富，但這種材料的發(fā)光強(qiáng)度高，余輝時(shí)間也長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性與耐水性也更好。鋁硅酸鹽類長(zhǎng)余輝材料的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)相對(duì)來說更穩(wěn)定，發(fā)光強(qiáng)度也大，但它的余輝時(shí)間較短。

相對(duì)于前幾種自發(fā)光材料來說，稀土型自發(fā)光材料很好地結(jié)合了各自發(fā)光材料的優(yōu)點(diǎn)。稀土型自發(fā)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(wěn)定性。稀土類化合物的發(fā)光是因?yàn)樗麄兊?f層電子在f-f與f-d這兩種組態(tài)之間發(fā)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(cè)到光譜線，這些原子和離子能夠發(fā)射波長(zhǎng)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(xù)時(shí)間是傳統(tǒng)材料的大約30到50倍，而用照度為1000勒克斯的標(biāo)準(zhǔn)激光激發(fā)十分鐘得到的余輝亮度大于2000mcd/m2，余輝時(shí)間能夠超過12小時(shí)，這種情況可以滿足自發(fā)光性材料在交通中作為標(biāo)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(nóng)村公路的自發(fā)光交通標(biāo)志應(yīng)用中，使用稀土型自發(fā)光材料的交通標(biāo)志最為環(huán)保、耐用。

3 農(nóng)村公路自發(fā)光交通標(biāo)志的布設(shè)方案

在優(yōu)選出自發(fā)光材料后，如何合理地排布自發(fā)光交通標(biāo)志也是一個(gè)非常重要的問題。山區(qū)的農(nóng)村公路沿線的村莊較少，因此指路標(biāo)志的需求較小。而對(duì)于公路線性良好，路網(wǎng)密度大，平交口多的平原地區(qū)，對(duì)指路標(biāo)志需求更大，而在山區(qū)的公路，警示標(biāo)志與禁令標(biāo)志會(huì)再少一點(diǎn)。再者，兩種地區(qū)的公路警示內(nèi)容是有區(qū)別的，平原地區(qū)的交通標(biāo)志警示內(nèi)容應(yīng)該是注意村莊、學(xué)校與行人等。而山區(qū)公路需要警示的應(yīng)該是彎道、傍山危險(xiǎn)以及注意落石等等。最后，平原區(qū)交通標(biāo)志的分布要根據(jù)在整個(gè)路線網(wǎng)中的分布、重要性和相連的干道的重要信息進(jìn)行整體的布局、分布。

當(dāng)然，不同的路段也需要不同的布設(shè)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(nèi)有障礙物的路段;（4）交通狀況繁忙時(shí)間多為夜間的路段。以上情況中，若在道路兩側(cè)設(shè)有波形類護(hù)欄、混凝土類護(hù)欄或者是混凝土石墩，需要在這些設(shè)施上設(shè)置附著性輪廓標(biāo)識(shí)，每個(gè)標(biāo)志間隔4m。若要設(shè)置單一或符合式附著性輪廓標(biāo)識(shí)在彎曲半徑小于60m的路段中的話，每個(gè)標(biāo)識(shí)應(yīng)間隔4m，而在其他的路段中，每個(gè)標(biāo)志要間隔4m～16m。而在道路旁若沒有設(shè)置一些防護(hù)設(shè)施或其它結(jié)構(gòu)物，應(yīng)該設(shè)置一些柱形輪廓標(biāo)識(shí)，每個(gè)標(biāo)識(shí)間隔10m～40m。橋梁護(hù)欄端、橋梁的墩柱，還有橋臺(tái)等適合在橋梁端設(shè)置立面標(biāo)識(shí)的地方，每側(cè)設(shè)置一塊，而在橋梁護(hù)欄部應(yīng)該設(shè)置附著性標(biāo)識(shí)，每個(gè)標(biāo)識(shí)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(cè)要設(shè)置立面標(biāo)志，標(biāo)志底部最好應(yīng)該與地面之間間距1m。在轉(zhuǎn)彎半徑較小的路段應(yīng)該設(shè)置一些警示標(biāo)志，比如急轉(zhuǎn)彎與鳴笛。并且在路段的兩側(cè)也要設(shè)置一些附著性的輪廓標(biāo)識(shí)，每個(gè)間距8m，這可以對(duì)此處的行人進(jìn)行道路線誘導(dǎo)作用，每個(gè)標(biāo)識(shí)的底部應(yīng)與地面相距0.5m～1m。而如果在道路通行范圍內(nèi)有一些會(huì)對(duì)交通有阻礙情況的障礙物，應(yīng)該在障礙物旁設(shè)立警示性標(biāo)識(shí)，每個(gè)標(biāo)識(shí)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(hù)設(shè)施時(shí)，應(yīng)該對(duì)立地在設(shè)施上設(shè)置附著性警示標(biāo)志。標(biāo)識(shí)離地最好是0.5m～1m。與其相對(duì)應(yīng)的，沒有防護(hù)措施的道路應(yīng)該在道路兩側(cè)設(shè)置一些柱形標(biāo)識(shí)。在這些標(biāo)識(shí)的建設(shè)過程中，反光材料和反光體必須面對(duì)交通。

二類路段：（1）路測(cè)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(nèi)的路段。以上情況中，如果在公路兩旁沒有任何警示性標(biāo)志的話，必須設(shè)立一些路況標(biāo)識(shí)和警柱警示標(biāo)識(shí)，每個(gè)標(biāo)識(shí)間距宜為10m～20m。而在道路兩旁有護(hù)欄（包括梁護(hù)欄、混凝土護(hù)欄）和砼墩的話，最好在其旁設(shè)置立式標(biāo)識(shí)或者設(shè)置附著性標(biāo)識(shí)，每?jī)蓚€(gè)相距8m。在路測(cè)差超過1m的道路旁邊，應(yīng)該在即將進(jìn)入時(shí)設(shè)置警示標(biāo)志說明路旁有危險(xiǎn)。如果在道路兩旁3m的范圍內(nèi)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(biāo)識(shí)，每個(gè)標(biāo)識(shí)間隔10m～20m，在每個(gè)交叉路口都要設(shè)立一根警示柱，高度應(yīng)該在95cm～100cm的范圍內(nèi)。在有上下坡的路段要提前在一定距離內(nèi)設(shè)立警示柱，從而對(duì)駕駛員起到減速慢行的提醒。而如果在道路兩旁沒有設(shè)置提醒的邊緣線，應(yīng)該在提前100m的距離內(nèi)設(shè)立標(biāo)識(shí)，從而起到提醒駕駛員的作用。而起指示地點(diǎn)作用的標(biāo)識(shí)，應(yīng)該設(shè)立在通往地點(diǎn)的最后一個(gè)交叉路口，而且要在綠道與交叉口右轉(zhuǎn)相距100m的每個(gè)相交公路上設(shè)置一些路面標(biāo)識(shí)。如果在道路上或者旁邊有一些施工區(qū)域的話，要提前20m～30m處設(shè)置施工區(qū)警示標(biāo)識(shí)[3]。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今自發(fā)光材料經(jīng)過多代的研究發(fā)展，已經(jīng)能夠成熟地運(yùn)用于自發(fā)光交通標(biāo)志在公路上的使用。并且在自發(fā)光交通標(biāo)志的排布方案上也有了相應(yīng)的措施。農(nóng)村公路蓄能型自發(fā)光交通安全標(biāo)識(shí)的應(yīng)用保證了農(nóng)村夜間出行的安全。通過研究后，我們發(fā)現(xiàn)在選用制造自發(fā)光交通標(biāo)志的材料時(shí)，使用稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料不僅效果最好，而且還對(duì)環(huán)境無污染、耐用。在布置蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志時(shí)，應(yīng)因地制宜，根據(jù)不同的道路地形，采用最適宜的相對(duì)應(yīng)的排布方案。該技術(shù)的推廣，將全時(shí)段提升公路安全保障水平，減少因標(biāo)識(shí)難以識(shí)別而造成的交通事故的發(fā)生，為美麗中國(guó)建設(shè)增光添彩。

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