夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能評估研究

蔣永壘、王騰文

（貴州順康檢測股份有限公司，貴州 貴陽 550014）

0 引言

交通標志是道路交通運行中起到提示和引導(dǎo)作用的重要設(shè)備設(shè)施，是駕駛員通過對其標志板中的信息辨認而實現(xiàn)的。在夜間交通安全設(shè)施標志的制作應(yīng)用中，反光膜被廣泛使用，其中，夜間交通安全設(shè)施標志的反光膜能否達到駕駛員的視認要求，對于保障夜間的行車安全至關(guān)重要。王露婉等人研究了反光膜在夜晚的反光特性，采用了一種可攜帶的反向反光計，收集反光材料在不同位置的逆向反光系數(shù)，并對其空間分布展開分析，從光度、色度及相關(guān)色溫等方面，實現(xiàn)了反光膜模型的構(gòu)建[1]。其研究結(jié)果表明，因加工技術(shù)等原因，導(dǎo)致交通安全設(shè)施標志反光膜在某一區(qū)域顯示的均勻程度也較低，不同顏色的反光膜對顏色的容忍程度仍然存在一定差異。楊光等人認為，由于微型棱鏡式反光薄膜具有較小的入射角范圍和不同的反向反射率差異，只有利用射線跟蹤程序，并在幾何光學(xué)理論的基礎(chǔ)上對CCR 陣進行數(shù)值模擬[2]。

1 試驗簡述

交通安全設(shè)施標志反光膜適用于一般道路的交通指引，通常情形下，涵蓋了公路、一級、二級、三級、四級道路以及臨時道路都必須采用的道路標識系統(tǒng)，其通?？梢苑譃椋簤好粜团c電敏型，采用同類油墨并使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作交通指引導(dǎo)向所需的各類圖案及信息。反光膜按不同的逆反射原理，可以分為玻璃珠型和微棱鏡型兩種；按不同的結(jié)構(gòu)原理，可以分為棱鏡埋入型、密封膠囊型和微棱鏡型；按不同的逆反射性能，可以分為五個等級，一級反光膜為微棱鏡型，二級反光膜為密封膠囊型（通常稱高強級），三級反光膜為透鏡埋入型（通常稱超工程級），四級反光膜為透鏡埋入型（通常稱工程級），五級反光膜為透鏡埋入型（通常稱經(jīng)濟級）[3]。

1.1 試驗原理

交通安全設(shè)施標志反光膜是由多層金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)研制材料應(yīng)用新型技術(shù)，通過將帶有特殊金屬涂層的下半微珠所組成的反光單元結(jié)合高分子材料加以復(fù)合，從而獲得密閉性、耐候性都極佳的特殊反光材料。夜間交通安全設(shè)施標志反光膜都是按照不同等級生產(chǎn)的，不同等級反光膜的逆反射性能也不盡相同[4]。鑒于現(xiàn)有反射膜不能測定逆反射系數(shù)與視距的關(guān)系，需要利用衰減膜作為衰減介質(zhì)，再通過調(diào)節(jié)控制衰減膜的層數(shù)，實現(xiàn)測定每一級別反光膜的視認性水平。在試驗過程中，要通過將衰減膜一層一層地粘貼到標志板上方，測試并記錄反光膜在不同衰減膜層數(shù)下的逆反射系數(shù)值、被試人員的視認距離以及逆反射性能評估結(jié)果。

1.2 選取反光膜和衰減膜

對于夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的選取，在不同類型、顏色和生產(chǎn)廠家的反光膜中截取50mm×50mm 的樣品，并將其粘貼在標志板上，再根據(jù)提示信息在其背面標注。根據(jù)夜間交通安全設(shè)施安裝的實際情況，在試驗中，選擇綠色反光膜作為交通安全設(shè)施標志板的底膜，白色反光膜作為標志信息內(nèi)容。當入射角和觀察角分別為-8°和0.4°時，兩種顏色的反光膜在實際測試中的逆反射系數(shù)分別為255.34cd·lx-1·m-2和2680cd·lx-1·m-2。由于衰減膜在可見光吸收率和透過率指標中都可以滿足逆反射性能的評估要求，同時降低衰減反光膜的逆反射系數(shù)，所以應(yīng)優(yōu)先選擇PS55#高分子塑膠材料的薄膜[5]。目前，我國所使用的反光膜類別、結(jié)構(gòu)、等級以及在公路中的主要應(yīng)用見表1。

表1 反光膜等級對照表

1.3 試驗車輛及儀器設(shè)備

由于車輛的不同類型會影響夜間駕駛的視線高度和車燈亮度，而視線高度和車燈亮度又會影響駕駛員對夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的入射角度和觀測角度。因此，選擇不同類型的車輛可以保證逆反射性能評估結(jié)果的通用性，表2 給出不同車型的屬性參數(shù)。

表2 車型的屬性參數(shù)

在夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能評估中，使用的試驗儀器包括門架、定滑輪、全站儀和逆反射系數(shù)測量儀。

1.4 試驗過程

道路交通反光膜是制作道路交通標志牌的重要材料，其光特性和逆反射系數(shù)都應(yīng)符合我國現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012）的相關(guān)規(guī)定。在試驗開展過程中，測試夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射系數(shù)性能時，要求的具體試驗步驟如下：

Step1：制作夜間交通安全設(shè)施標志板，并制備10個水平的衰減膜；

Step2：開始測試反光膜的實際逆反射系數(shù)。將10個水平的衰減膜一層一層地粘貼在夜間交通安全設(shè)施標志板的上方，并在不同層數(shù)的衰減膜下，開始逐一測試其逆反射系數(shù)，并得出具體參數(shù)值；

Step3：在設(shè)置于3m 高的龍門架上方，采用定滑輪將夜間交通安全設(shè)施標志板予以固定；

Step4：分別測試三個夜間交通安全設(shè)施標志板的視認距離，并得出具體參數(shù)值；

Step5：在夜間交通安全設(shè)施標志板上一層一層地粘貼衰減膜，分別測量標志板的動態(tài)視認距離數(shù)值和靜態(tài)視認距離數(shù)值；

Step6：在不同層數(shù)的衰減膜下方，記錄夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能系數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 分析衰減水平與夜間交通標志前后景對比度關(guān)系

在不同層數(shù)的衰減膜下，夜間交通安全設(shè)施標志板前后景的逆反射系數(shù)見表3。

表3 夜間交通安全設(shè)施標志板前后景的逆反射系數(shù)

從表3 的結(jié)果可以看出，隨著衰減膜層數(shù)的增加，夜間交通安全設(shè)施標志板前景和背景的逆反射系數(shù)都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。經(jīng)過計算可以得出夜間交通安全設(shè)施標志板前景和背景在逆反射系數(shù)方面的平均對比度為8.885cd·lx-1·m-2，表明無論粘貼多少層衰減膜，夜間交通安全設(shè)施標志板前后景對比度都比較接近平均對比度。當夜間交通安全設(shè)施標志的衰減水平相同時，夜間交通安全設(shè)施標志板前后景對比度還是趨于穩(wěn)定。根據(jù)表3 的結(jié)果，繪制了衰減水平與夜間交通安全設(shè)施標志板前、后景逆反射系數(shù)之間的關(guān)系圖像，如圖1 所示。

圖1 衰減水平與逆反射系數(shù)之間的關(guān)系

根據(jù)圖1 的結(jié)果可以得到，對于夜間交通安全設(shè)施標志板反光膜而言，實際測試得到的前、后鏡逆反射系數(shù)比較離散，主要原因：一是人工測量過程中會產(chǎn)生一定誤差；二是當測量位置不同時，夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能存在差異，對于衰減膜而言，其衰減性能也是不同的；三是隨著衰減膜層數(shù)的增加，衰減水平逐漸變大，夜間交通安全設(shè)施標志板前、后景逆反射性能逐漸降低[6]。

當衰減膜的層數(shù)分別為3層、6層、8層以及10層時，對比夜間交通安全設(shè)施標志反光膜與《公路交通標志反光膜》中的反光膜等級，結(jié)果如表4 所示。

表4 夜間交通安全設(shè)施標志板前、后景逆反射系數(shù)等級對照表

從表4 的結(jié)果可以看出，當衰減膜的層數(shù)為10 層時，夜間交通安全設(shè)施標志板前景的逆反射系數(shù)降低到78.52cd·lx-1·m-2，與《公路交通標志反光膜》中規(guī)定的四級白色反光膜的標準值比較接近，說明夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能較差。

2.2 分析前景膜逆反射性能與靜態(tài)視認距離的關(guān)系

在不同的衰減水平下，前景膜逆反射系數(shù)與駕駛員視認距離之間的關(guān)系如圖2 所示。

圖2 前景膜逆反射系數(shù)與駕駛員視認距離的關(guān)系

從圖2 的結(jié)果可以看出，在夜間交通安全設(shè)施標志中，當衰減膜的層數(shù)為0 時，反光膜的逆反射系數(shù)為1325.8cd·lx-1·m-2，此時司機在靜止狀態(tài)下的視覺識別距離為119.4m，當在反光膜中粘貼1 層和3 層衰減膜時，司機的視覺識別距離為分別為126.3m 和130.6m，比沒有粘貼衰減膜之前的視認距離大。

綜上所述，當夜間交通安全設(shè)施標志前景膜沒有任何衰減膜覆蓋時，駕駛員夜間行駛的視認距離較小，遠遠小于衰減膜層數(shù)為1 層、2 層和3 層時的視認距離。原因是沒有粘貼衰減膜的夜間交通安全設(shè)施標志具有較大的逆反射系數(shù)，當車輛燈光照射在夜間交通安全設(shè)施標志時，反光膜就會在車燈照射的情況下，產(chǎn)生足夠強的逆反射光線，降低了駕駛員的辨識能力。當粘貼衰減膜的層數(shù)小于等于3 層時，駕駛員不會受到夜間交通安全設(shè)施標志的反光強度影響，可以提高夜間交通安全設(shè)施標志的視認距離。當粘貼3層以上的衰減膜時，夜間交通安全設(shè)施標志的反光強度明顯下降，同時視認距離也有所下降。

3 結(jié)語

提出夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能評估研究，通過粘貼不同層數(shù)的衰減膜，發(fā)現(xiàn)衰減膜的粘貼層數(shù)小于等于3 層時，夜間交通安全設(shè)施標志反光膜的逆反射性能較高，可以提高夜間交通安全設(shè)施標志的視認距離。通過研究，希望可以在滿足駕駛員對夜間交通安全設(shè)施標志視認需求的前提下，降低前景膜的逆反射系數(shù)，達到安全行駛的目的。