农村公路蓄能型自发光交通标志设计与应用*

张倩，周雄，张德育，陆晓义，郁佳宇，康馨，胡晨曦

（南京工程学院 建筑工程学院 江苏 南京 211167）

0 引言

交通标志在现代公路交通管理中发挥着举足轻重的作用，对公路交通标志进行合理的设置，可以减少交通事故，节约能源。在我国，现有的交通标志大部分都是反光标志，只有在车灯照射的情况下才会发光，骑自行车的人及行人看不见。因此，在照明设施不完善的农村道路，我们可以设置蓄能型自发光交通标识，一方面可以改善人们夜晚出行的条件，保障安全，另一方面蓄能型自发光交通标志也极大的降低了成本。

1 蓄能型自发光材料的优选

蓄光型自发光材料，又称长余辉发光材料，其本质上是一种光致发光的材料。蓄能型自发光材料一般由基质、激活剂和辅助激活剂3个部分组成。其在光源激发停止后，能发出20min以上被人眼察觉的光。

2.1 蓄能型自发光材料的分类及其优缺点

根据基质材料的不同，蓄能型自发光材料可分为硫化物、铝酸盐、硅酸盐、硅铝酸盐等几大类[2]。

2.1.1 硫化物长余辉材料

硫化物材料是第一代的长余辉材料，主要是由硫与第二主族的Ca，Sr，Ba和碱土金属形成，如碱土硫化物、硫化锌、硫化钡、硫化钙等。优点是发光颜色鲜艳多样，基本上覆盖了从蓝色到红色的整个可见光区域，在弱光下吸光速度较快；但也存在着明显的缺点：

图1 长余辉材料按基质种类分类图

（1）合成过程中会产生大量有害气体，环境污染很大；

（2）发光亮度低、时间短；

（3） 化学稳定性差、易分解,在阳光照射下会与空气中的水反应放出硫化氢气体，不能用于室外。

（4）最大缺点是不耐紫外线，在紫外线的照射下会逐渐发黑，极大地限制了使用范围[3]。2.1.2铝酸盐长余辉材料

作为第二代长余辉材料中最主要的基质材料，铝酸盐材料比第一代的硫化物高出了一个数量级的亮度和余辉时间，同时也具有许多优良特性：

（1）蓄光能力强、发光效率高、强度高。

（2）化学稳定性高、发光时间长。

（3）无毒、价格便宜。但耐水性较差，发光颜色较为单一，主要集中在蓝绿光波长范围，对原材料纯度要求高，生产成本高[1]。

2.1.3硅酸盐长余辉材料

硅酸盐材料化学稳定性和热稳定性良好，发光颜色多样，亮度较高、时间较长，耐水性比铝酸盐材料更好，同时原料SiO2廉价、易得，合成的成本更低，因此更适合作为基质材料。但总的来说，硅酸盐材料的发光性能还未达到铝酸盐材料的水平，硅酸盐材料的发光性能还需要通过更加深入的工作来进一步提高[1]。

2.1.4 铝硅酸盐长余辉材料

作为一种新型的基质材料，碱土金属铝硅酸盐材料具有广阔的应用前景。其晶体结构及物理、化学性质稳定，发光强度大，价格便宜，但颜色往往是在蓝光和绿光范围[1]。

2.1.5 稀土离子掺杂的长余辉材料

稀土离子掺杂长余辉发光材料如稀土铝酸盐、硅酸盐材料，环保无毒无放射性，化学稳定性好、发光亮度和时间是传统材料的30～50倍，可以反复使用。目前，商用的由铕、镝激发的铝酸钙材料和由铕、镝激发的铝酸锶发光亮度以及时间都超过了传统的碱土金属硫化物材料，且在空气中的化学稳定性比硫化物更加优良，但缺点是浸泡在水中易发生分解。

2.2 蓄能型自发光材料的优选

就以上列举的常用发光材料而言，硫化物材料发光颜色丰富，但发光时间短，化学稳定性差，很容易水解、光解。铝酸盐材料发光化学稳定性好，发光时间长，亮度高，但发光色缺乏红色，耐水性差。硅酸盐材料化学稳定性好、抗水性好，发光亮度高，时间长，但发光颜色不丰富。铝硅酸盐长余辉材料物理和化学性质稳定，发光强度大，余辉时间短。稀土离子掺杂的材料环保无毒无放射性、化学稳定性好，发光亮度高，时间长，可反复使用。

综上所述，对于农村公路我们建议蓄能型自发光交通标志选取稀土离子掺杂的长余辉材料发光材料，如铕、镝激发的铝酸钙长余辉发光材料以及铕、镝激发的铝酸锶长余辉发光材料等。

3 农村公路蓄能型自发光交通标志设计

3.1 诱导标识

诱导标识是用来诱导道路的轮廓、线形。包括柱式和附着式轮廓标识两类。柱式轮廓标识如图1a）、1b），宜采用组合型。

图1 柱式轮廓标识

附着式轮廓标识按设置位置分为如图2所示的10种形式：

（1） 附着于波形梁护栏的，包括图a、图b、图 c、图 f、图 g；

（2） 附着于混凝土护栏的，包括图d、图e、图 f、图 g；

图2 附着式轮廓标识图

3.2 警示标识

（1） 警示标识用于警告路侧危险、路侧接入口、路侧绊阻物、前方施工等危险情况。包括示警柱警示标识、绊阻物警示标识、施工区警示标识。

（2） 示警柱警示标识由金属管、反光体、蓄能自发光体构成，地面以上高度为95cm或100cm，如图3示例。

图3 示警柱

（3）绊阻物警示标识用于警示可能给出行者造成绊阻的低于30cm的低矮结构物，如桥梁人行道板、绿化带路边缘石等，如图4a）、b）示例。

图4 绊阻物警示标识

（4） 施工区警示标识如图5所示为矩形，当条件受限，无法满足图5的设置尺寸时，可适当减小字高并成比例缩小字间距，但不应小于图5要求的60%。

图5 施工区警示标识

3.3 路面标识

路面标识用于诱导公路线形、引导出行者行路方向；警示道路边缘、护栏端头以及高出路面的低矮结构物转角处；包括圆形和方形两种，如图6，图7示例。

图6 圆形

图7 方形

3.4 立面标识

立面标识用于警示可能给出行者造成危害的障碍物，如：混凝土护栏、水泥墩、护栏端头、桥头、桥梁墩柱或桥台、以及高于路面的人行道板等。没有设置反光立面标记的地点采用如图8a（所示的立面标识，已经设置了反光立面标记的地点增设圆形或方形立面标识，如图8b）示例，具体尺寸按结构物实际情况确定。

图8 立面标识

3.5 指引标识

地名指引标识用于指引沿线村庄、餐饮、度假村等单位、场所，设置于路侧。为矩形，由底板和文字组成，如图11示例，设置在绿道上的，可适当减小字高并成比例缩小字间距，但不应小于图11要求的60%。

4 农村公路交通标志布设方案

4.1 不同区域类型农村公路

4.1.1 山区农村公路

山区农村公路沿线村镇较少，所需指路标志较少，但受地形限制，急弯、陡坡、路基宽度不足等视距不良的情况非常多，以及很多桥两端接的小半径曲线，需要设置警告标志，如急弯警告标志、陡坡警告标志、限制车速等。山区农村公路如采用常规的交通标志，在夜间，行人、驾驶员等过危险路段时，会增加事故发生率。采用自发光交通标识就可以很好的降低风险。

图9 地名指引标志

4.1.2 平原区农村公路

（1）平原区农村公路线性较好，且平原区路网密度大，平交口较多，指路标志的需求较大相对于山区公路警告标志，禁令标志要少一些。

（2）平原区农村公路的警告标志应该是注意行人、牲畜、村庄和学校等标志，和山区公路警告标志内容有所不同。

（3） 平原区农村公路的指路标志应该根据其在整个路网中的地位、作用以及与相连公路的关系，进行总体的布局。

4.2 不同路段农村公路

4.2.1 一类路段

以下路段为一类路段：

（1） 桥梁路段；

（2）曲线半径小于60 m的道路弯道路段；

（3）在出行者通行范围内存在绊阻物的路段；

（4） 夜间出行者较多的其他路段。

路侧设置有波形梁护栏、混凝土护栏、混凝土墩时，宜设置附着式轮廓标识，间隔4m。如图10示例。安装单一型或组合型附着式轮廓标识时，半径小于60m的弯道路段间隔4m，其他路段4m～16m。路侧未设置防护设施或其他结构物时，宜设置柱式轮廓标识，间距10m～40m。见图11示例。

（1） 桥梁路段

桥梁护栏端部、桥梁墩柱、桥台等宜在桥梁端部设置立面标识，每侧1块，桥梁护栏宜设置附着式轮廓标识，间距4～16m，如图12示例。桥梁段人行道板等高于路面时，应在面向交通流的一侧设置立面标识，标识底端距路面高度宜为1 m。

图10 路测设有防护设施时 附着式轮廓标志设置示例

图11 路侧设有防护设施时 柱式轮廓标志设置

（2） 曲线半径小于60 m的道路弯道路段

图12 桥梁段自发光警示标志设置示例

在小半径曲线所造成的不良视距路段，驾驶人及行人因为不能及时发现对向的车辆，容易引起对向撞车或因躲避对撞而引发的交通事故。因此，应在弯道前设置鸣笛标志和急转弯警示标志，同时在道路边缘处设置一系列连续间距为8m的附着式轮廓标识，起到一定的道路线型诱导作用。轮廓标识底端距路面的高度宜为50～100cm。

（3）在出行者通行范围内存在绊阻物的路段。

出行者通行的路线上存在绊阻物时，宜在绊阻物边缘设置绊阻物警示标识，间隔2～6 m。

（4）夜间出行者较多的其他路段。

当路侧设置有防护设施或结构物时，应设置附着式轮廓标识，附着式轮廓标识底端距路面的高度宜为50～100 cm。无防护设施的路段应设置柱式轮廓标识。安装诱导标识时，反光体、蓄能自发光体应面向交通流。

4.2.2 二类路段

以下路段为二类路段：

（1） 路侧高差超过1m的路段；

（2） 路侧边缘外3m范围内，存在水塘、湖泊、沟渠的路段。

路侧没有设置防护设施的二类路段宜设置示警柱警示标识或路面标识等，间距10～20m，如图13示例。路侧设置有梁护栏、混凝土护栏或砼墩时，应设置附着式轮廓标识、立面标识，间隔8m。

（1）路侧高差超过1m的路段。

此路段与地面高差较大，故需要对边坡做特殊设计处理，应进入该路段前设置警示标识，警告路侧危险

（2） 路侧边缘外3m范围内，存在水塘、湖泊、沟渠的路段。

图13 路侧未设置防护设施时 示警柱警示标志设置示例

图13 小型交叉口路面标志设置示例

路侧或交叉口应设置一系列示警柱警示标识，间距10～20m，道路交叉口每侧1根，示警柱地面以上高度为95cm或100cm。

4.3 特殊路段

4.3.1 上下坡路段

农村公路上下坡较多，在上下坡路段前要设置上下坡的警示标记。对驾驶人进行减速提醒，以免车辆的速度过大冲撞行人。

4.3.2 小型交叉口以及接入口路段

（1）当公路没有设置边缘线时，宜在距交叉点100 m范围的各相交公路上设置路面标识，如图13示例。

（2） 地点指引标识宜设置于通往相关单位、场所的最后一个交叉口处。

（3） 在绿道距交叉口右转弯起始点100 m处的各相交公路上设置路面标识。

4.3.3 施工区路段

施工区起点前20～30m处宜设置施工区警示标识。

5 结语

（1）对于农村公路我们建议蓄能型自发光交通标志选取稀土离子掺杂的长余辉材料发光材料，如铕、镝激发的铝酸钙长余辉发光材料以及铕、镝激发的铝酸锶长余辉发光材料等。

（2）蓄能自发光交通标识有很大的发展空间，节能减排效益显著，利国利民，一举两得。农村公路蓄能型自发光交通标识的推广应用能为夜间出行人员提供照明，进一步提升农村公路交通安保设施的综合安全服务水平。

（3）我们对于农村公路提出的更加合理的蓄能型自发光交通标志布设建议对比于普通的交通标志在夜间，在危险路段、在路网中可以更好的增强农村公路的安全性，也相比于需要用通电的发光交通标志更加节约经济，从安全性、经济性、适用性上都是蓄能型自发光交通标志更为优越。