夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能评估研究

蒋永垒、王腾文

（贵州顺康检测股份有限公司，贵州 贵阳 550014）

0 引言

交通标志是道路交通运行中起到提示和引导作用的重要设备设施，是驾驶员通过对其标志板中的信息辨认而实现的。在夜间交通安全设施标志的制作应用中，反光膜被广泛使用，其中，夜间交通安全设施标志的反光膜能否达到驾驶员的视认要求，对于保障夜间的行车安全至关重要。王露婉等人研究了反光膜在夜晚的反光特性，采用了一种可携带的反向反光计，收集反光材料在不同位置的逆向反光系数，并对其空间分布展开分析，从光度、色度及相关色温等方面，实现了反光膜模型的构建[1]。其研究结果表明，因加工技术等原因，导致交通安全设施标志反光膜在某一区域显示的均匀程度也较低，不同颜色的反光膜对颜色的容忍程度仍然存在一定差异。杨光等人认为，由于微型棱镜式反光薄膜具有较小的入射角范围和不同的反向反射率差异，只有利用射线跟踪程序，并在几何光学理论的基础上对CCR 阵进行数值模拟[2]。

1 试验简述

交通安全设施标志反光膜适用于一般道路的交通指引，通常情形下，涵盖了公路、一级、二级、三级、四级道路以及临时道路都必须采用的道路标识系统，其通常可以分为：压敏型与电敏型，采用同类油墨并使用丝网印刷技术制作交通指引导向所需的各类图案及信息。反光膜按不同的逆反射原理，可以分为玻璃珠型和微棱镜型两种；按不同的结构原理，可以分为棱镜埋入型、密封胶囊型和微棱镜型；按不同的逆反射性能，可以分为五个等级，一级反光膜为微棱镜型，二级反光膜为密封胶囊型（通常称高强级），三级反光膜为透镜埋入型（通常称超工程级），四级反光膜为透镜埋入型（通常称工程级），五级反光膜为透镜埋入型（通常称经济级）[3]。

1.1 试验原理

交通安全设施标志反光膜是由多层金属复合结构研制材料应用新型技术，通过将带有特殊金属涂层的下半微珠所组成的反光单元结合高分子材料加以复合，从而获得密闭性、耐候性都极佳的特殊反光材料。夜间交通安全设施标志反光膜都是按照不同等级生产的，不同等级反光膜的逆反射性能也不尽相同[4]。鉴于现有反射膜不能测定逆反射系数与视距的关系，需要利用衰减膜作为衰减介质，再通过调节控制衰减膜的层数，实现测定每一级别反光膜的视认性水平。在试验过程中，要通过将衰减膜一层一层地粘贴到标志板上方，测试并记录反光膜在不同衰减膜层数下的逆反射系数值、被试人员的视认距离以及逆反射性能评估结果。

1.2 选取反光膜和衰减膜

对于夜间交通安全设施标志反光膜的选取，在不同类型、颜色和生产厂家的反光膜中截取50mm×50mm 的样品，并将其粘贴在标志板上，再根据提示信息在其背面标注。根据夜间交通安全设施安装的实际情况，在试验中，选择绿色反光膜作为交通安全设施标志板的底膜，白色反光膜作为标志信息内容。当入射角和观察角分别为-8°和0.4°时，两种颜色的反光膜在实际测试中的逆反射系数分别为255.34cd·lx-1·m-2和2680cd·lx-1·m-2。由于衰减膜在可见光吸收率和透过率指标中都可以满足逆反射性能的评估要求，同时降低衰减反光膜的逆反射系数，所以应优先选择PS55#高分子塑胶材料的薄膜[5]。目前，我国所使用的反光膜类别、结构、等级以及在公路中的主要应用见表1。

表1 反光膜等级对照表

1.3 试验车辆及仪器设备

由于车辆的不同类型会影响夜间驾驶的视线高度和车灯亮度，而视线高度和车灯亮度又会影响驾驶员对夜间交通安全设施标志反光膜的入射角度和观测角度。因此，选择不同类型的车辆可以保证逆反射性能评估结果的通用性，表2 给出不同车型的属性参数。

表2 车型的属性参数

在夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能评估中，使用的试验仪器包括门架、定滑轮、全站仪和逆反射系数测量仪。

1.4 试验过程

道路交通反光膜是制作道路交通标志牌的重要材料，其光特性和逆反射系数都应符合我国现行的技术规范《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012）的相关规定。在试验开展过程中，测试夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射系数性能时，要求的具体试验步骤如下：

Step1：制作夜间交通安全设施标志板，并制备10个水平的衰减膜；

Step2：开始测试反光膜的实际逆反射系数。将10个水平的衰减膜一层一层地粘贴在夜间交通安全设施标志板的上方，并在不同层数的衰减膜下，开始逐一测试其逆反射系数，并得出具体参数值；

Step3：在设置于3m 高的龙门架上方，采用定滑轮将夜间交通安全设施标志板予以固定；

Step4：分别测试三个夜间交通安全设施标志板的视认距离，并得出具体参数值；

Step5：在夜间交通安全设施标志板上一层一层地粘贴衰减膜，分别测量标志板的动态视认距离数值和静态视认距离数值；

Step6：在不同层数的衰减膜下方，记录夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能系数。

2 结果分析

2.1 分析衰减水平与夜间交通标志前后景对比度关系

在不同层数的衰减膜下，夜间交通安全设施标志板前后景的逆反射系数见表3。

表3 夜间交通安全设施标志板前后景的逆反射系数

从表3 的结果可以看出，随着衰减膜层数的增加，夜间交通安全设施标志板前景和背景的逆反射系数都呈现出逐渐降低的趋势。经过计算可以得出夜间交通安全设施标志板前景和背景在逆反射系数方面的平均对比度为8.885cd·lx-1·m-2，表明无论粘贴多少层衰减膜，夜间交通安全设施标志板前后景对比度都比较接近平均对比度。当夜间交通安全设施标志的衰减水平相同时，夜间交通安全设施标志板前后景对比度还是趋于稳定。根据表3 的结果，绘制了衰减水平与夜间交通安全设施标志板前、后景逆反射系数之间的关系图像，如图1 所示。

图1 衰减水平与逆反射系数之间的关系

根据图1 的结果可以得到，对于夜间交通安全设施标志板反光膜而言，实际测试得到的前、后镜逆反射系数比较离散，主要原因：一是人工测量过程中会产生一定误差；二是当测量位置不同时，夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能存在差异，对于衰减膜而言，其衰减性能也是不同的；三是随着衰减膜层数的增加，衰减水平逐渐变大，夜间交通安全设施标志板前、后景逆反射性能逐渐降低[6]。

当衰减膜的层数分别为3层、6层、8层以及10层时，对比夜间交通安全设施标志反光膜与《公路交通标志反光膜》中的反光膜等级，结果如表4 所示。

表4 夜间交通安全设施标志板前、后景逆反射系数等级对照表

从表4 的结果可以看出，当衰减膜的层数为10 层时，夜间交通安全设施标志板前景的逆反射系数降低到78.52cd·lx-1·m-2，与《公路交通标志反光膜》中规定的四级白色反光膜的标准值比较接近，说明夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能较差。

2.2 分析前景膜逆反射性能与静态视认距离的关系

在不同的衰减水平下，前景膜逆反射系数与驾驶员视认距离之间的关系如图2 所示。

图2 前景膜逆反射系数与驾驶员视认距离的关系

从图2 的结果可以看出，在夜间交通安全设施标志中，当衰减膜的层数为0 时，反光膜的逆反射系数为1325.8cd·lx-1·m-2，此时司机在静止状态下的视觉识别距离为119.4m，当在反光膜中粘贴1 层和3 层衰减膜时，司机的视觉识别距离为分别为126.3m 和130.6m，比没有粘贴衰减膜之前的视认距离大。

综上所述，当夜间交通安全设施标志前景膜没有任何衰减膜覆盖时，驾驶员夜间行驶的视认距离较小，远远小于衰减膜层数为1 层、2 层和3 层时的视认距离。原因是没有粘贴衰减膜的夜间交通安全设施标志具有较大的逆反射系数，当车辆灯光照射在夜间交通安全设施标志时，反光膜就会在车灯照射的情况下，产生足够强的逆反射光线，降低了驾驶员的辨识能力。当粘贴衰减膜的层数小于等于3 层时，驾驶员不会受到夜间交通安全设施标志的反光强度影响，可以提高夜间交通安全设施标志的视认距离。当粘贴3层以上的衰减膜时，夜间交通安全设施标志的反光强度明显下降，同时视认距离也有所下降。

3 结语

提出夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能评估研究，通过粘贴不同层数的衰减膜，发现衰减膜的粘贴层数小于等于3 层时，夜间交通安全设施标志反光膜的逆反射性能较高，可以提高夜间交通安全设施标志的视认距离。通过研究，希望可以在满足驾驶员对夜间交通安全设施标志视认需求的前提下，降低前景膜的逆反射系数，达到安全行驶的目的。