浅析反光材料的反射角度性能及视认性对交通安全的影响

赵召胜

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 前言

交通标志是引导和管理在道路上安全行驶所必需的措施，所以交通标志的视认性能显得尤其重要。交通标志的视认性能，是指道路使用者在全天候状况下获取道路管理语言的基本性能，只有看得到而且看得清，道路管理语言才能及时正确的传递到道路使用者，使其做出正确的判断和操作。这就要求交通标志无论在白天还是夜间，都要有很好的被视认性能。

随着城市化发展的不断加快，城市车辆不断增多，车道数不断增加，道路日渐加宽，对交通标志的视认性能不再只是简单的逆反射那样简单，而是要求能适应现代车辆、道路的发展，即能够满足多车道情况下各车道车辆的视认需求和能够满足多种车型对于交通标志的视认需求。这主要体现在反光材料的入射角性能差别和观察角性能差别，即通常所说的大角度入射和反射性能。

1 入射角

入射角是指照明轴和逆反射体轴之间的夹角，即车灯照射在交通标志上的光线和一条垂直于标志版面的直线之间夹角，见图1。在实际道路上，影响入射角的情况有很多种。

2 影响入射角的情况

（1）道路宽度的增加对交通标志视认的影响

车辆在路面上的横向位置不同,对于位置固定的交通标志而言，车灯所发出的光线和标志的垂线之间的“入射角”会有所不同,从而影响到逆反射回路光线的反射效率。

图1 入射角

车辆在道路的同一断面处，相对同一路右侧标志，最左侧车道的入射角度最大，见图2。

图2 不同车道入射角度比较

（2）车辆相对交通标志的距离、车速对交通标志视认的影响

当车辆运动时，作为固定在前方的交通标志，随着车辆和标志牌的距离的缩小，入射角的角度也在不断地增加，见图3。

图3 车辆和标志牌距离缩小，入射角增大

车速对于交通标志的视认影响主要是在速度越快的情况下，同样的阅读时间需要的行驶距离就越长，在车速和阅读时间无法改变的情况下，一般是通过增大字体来增加视认距离。

（3）道路平曲线的影响

汽车在道路平曲线上行驶时，入射角受到转弯的影响，在进入弯道前，入射角是从大变小；而在进入弯道后，随着接近标志牌，入射角是从小变大。图4是以左侧车灯为例，展示了弯道中入射角的两个变化过程（以标志牌中点和车灯轨迹的切点连线为分界）。

图4 弯道中入射角的变化

由于逆反射材料的逆反射效率和入射角密切相关，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。图5是不同入射角下没有大角度性能的反光膜和具有大角度性能的反光膜的对比。

3 观察角与安全性

观察角是入射光线和反射光线之间的夹角，这两条光线相对于道路的横纵截面都是一条斜线，而且左右车灯的观测角还不同，见图6，因此如何计算观测角一直困扰着交通工程技术人员。

实际中，较常用到的是利用已知量计算出入射光线(BA)、反射光线(CA)、眼睛到灯光的连线(AB)这3条线的长度，然后根据余弦定理计算观察角。

图5 不同入射角下有无大角度性能的反光膜对比

图6 观察角示意图

首先在三视图上标出3个坐标方向上的已知量（见图7）：

X1－标志到车灯的距离；

X2－视线到车灯的距离；

Y1－标志中点到道路边缘的距离；

Y2－车道宽度；

Y3－观察者到道路中线的距离（即司机眼睛到车中轴线的距离）；

Y4－车灯到道路中线的距离（即车灯到车中轴线的距离）；

Z1－车灯高度；

Z2－视线高度（司机眼睛到地面距离）；

Z3－标志中点离地面高度。

图7 观察角计算示意图

根据勾股定理列出所求三个线段的公式:

然后根据余弦定理：观测角以小车为例，以上已知量分别为：

将以上数据带入公式可得观测角α=0.2715°。

而将其中与车型相关的数据替换为大型车的数据：

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

可得大车的观察角α=0.7214°。

不同视距内三种车型观察角与距离的关系见表1。

从表1中的数据可以看出，观察角的大小主要体现在车型的不同，不同车型在相同位置观察同一块标志时的观察角差距可以达到100%，距离标志越近越明显。而在100 m相同位置，小车的观察角小于0.5°,但是大车的观察角已经接近1°，此时两车看到的标志亮度是不同的，也就是说大小车在同一位置对交通标志的视认性是不同的。

表1 不同视距（200～50m）内三种车型观察角与距离的关系

图8、图9是不同车辆在同一位置观察同一块标志的视认性对比。

图8 小车上看到的标志

图9 大车上看到的标志

大车看到的标志暗，就可能会导致司机在100 m的观察距离开始无法看清标志内容，只能从更近的位置开始识读标志，这样在行驶100 m的距离内就无法完成视认，司机就会减速甚至停车去识读标志，从而导致危险的发生。如果要使大车更容易看到标志，有两个途径，第一是让大车在视认距离以外就能开始观察标志，那需要增加标志的尺寸和标志的亮度；第二是让大车在大观察角情况下也能看清标志，那就需要增加大观察角情况下标志的亮度，即使用大观察角下亮度更高的反光产品。图10、图11是两种不同的反光膜的逆反射系数随观察角变化的曲线。

图10 亮度比值与观察角的关系

图11 亮度比值随入射角变化曲线图

从图10可以看出，具有大角度性能的反光膜的亮度始终保持在没有大角度性能的反光膜的亮度的两倍以上。在标志的最佳视认距离时，大角度反光膜的亮度甚至达到了普通反光膜的6倍左右。这样就足以保证大型车辆在关键视认距离能够看清标志，减少交通隐患。

图11展示的是两种反光膜的亮度比值随入射角变化的关系。大角度反光膜可以保证车辆无论是在弯道还是多车道道路等入射角大的情况下，大角度反光标志所能提供给驾驶者的亮度始终要比普通反光膜提供的亮度高2倍以上，从而及时给司机清晰明确的提醒，预防事故的发生，保障了交通秩序和安全。

4 结语

结合以上所提到的关于交通标志观察时入射角和观察角度的特点，在高等级公路和城市道路越修越宽，车辆类型更复杂的今天，为保证车辆行驶安全，在标志设计上应该更多考虑具有大角度性能的反光材料，尤其在高速公路、一级公路、城市快速道路更加应该重视这个问题。以便提高驾驶员对于交通标志的视认能力，及时快速的得到道路指示和管理信息，减少应交通指示信息和管理信息缺失引起的安全事故，使交通标志真正成为道路交通安全的有效保障措施。