王露婉， 薛瑛琪， 冷正威， 蘇文英

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院， 北京 101103；2.國家道路與橋梁工程檢測設(shè)備計(jì)量站， 北京 101103)

逆反射性能是影響道路交通安全設(shè)施夜間可視性的重要屬性。道路交通安全設(shè)施的逆反射測量可采用逆反射測量標(biāo)準(zhǔn)裝置、便攜式逆反射測量儀或車載式逆反射測量儀等實(shí)現(xiàn)，測量裝備主要由照明光源、接收器、角度系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)等組成，其中照明光源是決定測量結(jié)果準(zhǔn)確性和一致性的重要因素，一般使用標(biāo)準(zhǔn)A光源。GB/T 20146—2006《色度學(xué)用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體》規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)A光源的光譜分布要求，規(guī)定相關(guān)色溫為2 856 K，但沒有規(guī)定相關(guān)色溫的偏差限值。JT/T 690—2007《逆反射體光度性能測試方法》規(guī)定在暗室中使用絕對(duì)法進(jìn)行逆反射測量時(shí)采用的光源應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)A光源，其相關(guān)色溫為2 856 K±20 K。GB/T 26377—2010 《逆反射測量儀》規(guī)定便攜式逆反射測量儀的光源相關(guān)色溫為2 856 K±50 K。JJF 1796—2020《逆反射標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)A光源的相關(guān)色溫為2 856 K±50 K。為探究相關(guān)色溫差異對(duì)逆反射測量的影響，李奕等研制逆反射亮度系數(shù)校準(zhǔn)裝置并對(duì)測量誤差影響因素進(jìn)行分析，指出光源光譜成分等是逆反射測量誤差的來源；楊勇等研究氙燈(相關(guān)色溫8 855 K)、鹵素?zé)?相關(guān)色溫3 056 K)、LED光源(相關(guān)色溫4 868 K、6 924 K)對(duì)標(biāo)志逆反射系數(shù)的影響，指出單色反光膜逆反射系數(shù)受入射光源差異影響較大；徐何辰等研究光譜分布差異對(duì)光度色度的影響，指出白色逆反射器受照射光源光譜分布差異的影響可忽略。上述研究表明光譜和相關(guān)色溫差異較大的光源對(duì)單色材料逆反射測量的影響較大、對(duì)白色材料的影響較小。已有研究關(guān)注的是不同光源對(duì)逆反射測量結(jié)果的影響及不同顏色逆反射體的逆反射性能和不同光源間的關(guān)聯(lián)性。由于不同光源的相關(guān)色溫差異較大，鹵素?zé)粝嚓P(guān)色溫比氙燈低5 799 K，光譜分布也大不相同，不同光源相關(guān)色溫變化和同一光源相關(guān)色溫變化不能一概而論。已有研究沒有分析同一光源相關(guān)色溫偏差對(duì)逆反射測量結(jié)果的影響，實(shí)用的研究成果也較少，影響了對(duì)交通安全設(shè)施逆反射性能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。深入分析同一光源相關(guān)色溫偏差引入的不確定度對(duì)評(píng)價(jià)逆反射測量準(zhǔn)確性具有較大的意義，能促進(jìn)儀器設(shè)備科學(xué)化管理維護(hù)，優(yōu)化對(duì)交通安全設(shè)施的檢測養(yǎng)護(hù)應(yīng)用。為此，本文通過相關(guān)色溫偏差試驗(yàn)研究同一光源相關(guān)色溫偏差對(duì)反光膜逆反射測量結(jié)果的影響。

1 相關(guān)色溫偏差試驗(yàn)

選取白、黃、紅、綠、藍(lán)5種顏色的三類反光膜，采用直接照度法測量其逆反射系數(shù)，步驟如下：

(1) 調(diào)整逆反射測量標(biāo)準(zhǔn)裝置的電流值，使系統(tǒng)的光源相關(guān)色溫為2 856 K。

(2) 依次設(shè)置觀測角/入射角分別為0.2°/-4°、0.2°/15°、0.2°/30°、0.5°/-4°、0.5°/15°、0.5°/30°、1°/-4°、1°/15°、1°/30°，測量被測對(duì)象，將測量結(jié)果作為參考值。

(3) 調(diào)整電流值，使同一光源照射在被測對(duì)象表面的光斑的相關(guān)色溫為2 550～3 050 K，步進(jìn)值約50 K，分別測量不同反光膜的逆反射系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

不同相關(guān)色溫下，白色、黃色、紅色、綠色、藍(lán)色三類反光膜的逆反射系數(shù)測量結(jié)果見表1～5。

表1 不同相關(guān)色溫下白色三類反光膜的逆反射系數(shù)

表2 不同相關(guān)色溫下黃色三類反光膜的逆反射系數(shù)

表3 不同相關(guān)色溫下紅色三類反光膜的逆反射系數(shù)

表4 不同相關(guān)色溫下綠色三類反光膜的逆反射系數(shù)

表5 不同相關(guān)色溫下藍(lán)色三類反光膜的逆反射系數(shù)

3 數(shù)據(jù)分析

以標(biāo)準(zhǔn)A光源的相關(guān)色溫2 856 K作為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)工況，將相關(guān)色溫為2 856 K時(shí)的逆反射系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值,計(jì)算不同相關(guān)色溫下逆反射系數(shù)的示值相對(duì)誤差。圖1為白色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差。由表1、圖1可知：白色三類反光膜的逆反射系數(shù)隨著相關(guān)色溫的升高總體呈減小趨勢。相關(guān)色溫為2 600～2 700 時(shí)白色三類反光膜逆反射系數(shù)的偏差變化較小，在2 856 K附近逆反射系數(shù)隨相關(guān)色溫變化的幅度較大。相關(guān)色溫為2 812 K時(shí)，示值誤差絕對(duì)值最大為3.75%，最小為1.06%；相關(guān)色溫為2 900 K時(shí)，示值誤差絕對(duì)值最大為2.11%，最小為0.50%。

圖1 白色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差

圖2為黃色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差。由表2、圖2可知：黃色三類反光膜的逆反射系數(shù)隨著相關(guān)色溫的升高總體呈減小趨勢，且相對(duì)誤差減小。相關(guān)色溫為2 812～2 875 K時(shí)，黃色三類反光膜逆反射系數(shù)的偏差總體較小，偏差的變化總體較??；在2 756 K、2 587 K附近逆反射系數(shù)隨相關(guān)色溫的變化幅度較大。相關(guān)色溫為2 756 K時(shí)，示值誤差絕對(duì)值最大為7.23%，最小為0.44%；相關(guān)色溫為2 587 K時(shí)，示值誤差絕對(duì)值最大為7.23%，最小為4.18%。

圖2 黃色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差

圖3為紅色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差。由表3、圖3可知：紅色三類反光膜的逆反射系數(shù)隨著相關(guān)色溫的升高總體呈減小趨勢，且相對(duì)誤差減小。相關(guān)色溫為2 836～2 875 K時(shí)，紅色三類反光膜逆反射系數(shù)的偏差總體較小，偏差的變化總體較小。在2 604 K附近逆反射系數(shù)隨相關(guān)色溫的變化幅度較大，示值誤差絕對(duì)值最大為13.03%，最小為9.67%；相關(guān)色溫小于2 653 K時(shí)，示值誤差普遍大于6.0%。

圖3 紅色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差

圖4為綠色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差。由表4、圖4可知：綠色三類反光膜的逆反射系數(shù)隨著相關(guān)色溫的升高總體呈增大趨勢，且相對(duì)誤差增大。相關(guān)色溫為2 836～2 875 K時(shí)，綠色三類反光膜逆反射系數(shù)的偏差總體較小，偏差的變化總體較小。在相關(guān)色溫為2 653 K附近逆反射系數(shù)隨相關(guān)色溫的變化幅度較大，示值誤差絕對(duì)值最大為6.46%，最小為0.48%。

圖4 綠色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差

圖5為藍(lán)色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差。由表5、圖5可知：藍(lán)色三類反光膜的逆反射系數(shù)隨著相關(guān)色溫的升高總體呈增大趨勢，且相對(duì)誤差增大。相關(guān)色溫為2 812～2 875 K時(shí)，藍(lán)色三類反光膜逆反射系數(shù)的偏差總體較小。在相關(guān)色溫為2 600 K附近逆反射系數(shù)隨相關(guān)色溫的變化幅度較大，示值誤差絕對(duì)值最大為9.26%，最小為2.89%。

圖5 藍(lán)色三類反光膜逆反射系數(shù)的測量誤差

不同顏色反光膜在不同相關(guān)色溫下的逆反射系數(shù)平均值見表6，標(biāo)準(zhǔn)差見表7，偏差系數(shù)見表8。

由表6～8可知：1) 白色、黃色反光膜的逆反射系數(shù)平均值大于紅色、綠色和藍(lán)色反光膜。2) 反光膜逆反射系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差最大值為4.42 cd/(lx·m2)，最小為0.07 cd/(lx·m2)；白色、黃色反光膜的標(biāo)準(zhǔn)差較大。僅通過標(biāo)準(zhǔn)差無法準(zhǔn)確分辨相關(guān)色溫的影響。3) 對(duì)同一顏色反光膜逆反射系數(shù)的偏差系數(shù)求和，得白色反光膜的偏差系數(shù)之和為11.27%，黃色為20.24%，紅色為39.48%，綠色為17.26%，藍(lán)色為32.84%，以偏差系數(shù)衡量，逆反射測量結(jié)果受相關(guān)色溫影響的排序?yàn)榧t色>藍(lán)色>黃色>綠色>白色?？傮w上看，白色反光膜的偏差系數(shù)在1.00%左右，最大不超過2.00%，與文獻(xiàn)[5]的結(jié)論相符；紅色、藍(lán)色、綠色、黃色反光膜的偏差系數(shù)為1.46%～4.88%，不同程度受到相關(guān)色溫變化的影響，與文獻(xiàn)[6]的結(jié)論相符。

表6 不同顏色反光膜的逆反射系數(shù)平均值

表7 不同顏色反光膜的逆反射系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差

表8 不同反光膜的逆反射系數(shù)偏差系數(shù)

4 不確定度分析

在對(duì)逆反射系數(shù)測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定時(shí)，相關(guān)色溫引入的不確定度分量常用非統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行B類評(píng)定。方法如下：根據(jù)有關(guān)信息或經(jīng)驗(yàn)判斷被測量對(duì)象的可能值區(qū)間，假設(shè)被測量值的概率分布，根據(jù)概率分布和要求的概率p確定包含因子k，則B類不確定度可由下式得到：

u=α/k

式中：α為被測量對(duì)象可能值區(qū)間的半寬度。

5 結(jié)論

(1) 相關(guān)色溫變化對(duì)不同顏色三類反光膜逆反射測量結(jié)果的影響不同。相關(guān)色溫偏離時(shí)，白色、黃色、紅色三類反光膜的逆反射系數(shù)總體減小，綠色、藍(lán)色反光膜總體增加。紅色反光膜測量結(jié)果的偏差系數(shù)總體大于4%，約為白色反光膜測量結(jié)果偏差系數(shù)的4倍。

(2) 白色三類反光膜在相關(guān)色溫偏離較大范圍和較小范圍內(nèi)受影響的規(guī)律相反?？傮w上看，在相關(guān)色溫為2 500～3 100 K的較大區(qū)間內(nèi)，白色三類反光膜的逆反射測量結(jié)果受相關(guān)色溫偏離的影響較??；在2 856 K±50 K的較小區(qū)間內(nèi)，白色三類反光膜的逆反射測量結(jié)果受相關(guān)色溫偏離的影響較大。

(3) 有色反光膜逆反射測量結(jié)果隨相關(guān)色溫變化的趨勢反映了光源光譜分布變化趨勢。相關(guān)色溫升高時(shí)，波長較小的分量增加，波長較大的分量減少，故黃色和紅色反光膜的逆反射測量結(jié)果降低，藍(lán)色和綠色反光膜的逆反射測量結(jié)果升高。

(4) 相關(guān)色溫變化對(duì)逆反射測量的影響總體較顯著。相關(guān)色溫偏離的半寬度為50 K時(shí)，各色反光膜的逆反射系數(shù)示值誤差不大于4.5%，不確定度分量最大為1.732 cd/(lx·m2)。因此，對(duì)測量結(jié)果精度要求較高時(shí)，應(yīng)保證相關(guān)色溫穩(wěn)定在2 856 K處。