CIE-113-1995.pdf

CIE 113 95 9006345 0005159 T93 m ISBN 3 900 734 56 9 COM M ISS I ON I NTERN AT10 NALE DE L' ÉC LAI RAG E INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMM ISSION MAINTAIN ED NIG HT-TIME VISIBILITY OF RETROREFLECTIVE ROAD SIGNS CIE 113-?995 U DC: 612.843.7 Descriptor: Visual perception, visibility 628.947.22 Reflectors, signalling devices COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services CIE 133 95 B 9006345 00053bO 703 This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 4-20 of Division 4 'Lighting and Signalling for Transport' and has been approved by the Board of Adminstration o f the Commission Internationale de I'Eclairage for study and application. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of this document is advisory and not mandatory. The latest CIE proceedings or CIE NEWS should be consulted regarding possible subsequent amendments. Ce rapport technique a été préparé par le Comitë Technique CIE 4-20 de la Division 4 'Eclairage et signalisation pour les transports' et a été approuvé par le Bureau d'Administration de la Commission Internationale de I'Eclairage, pour étude et application. Le document traite des connaissances courantes et de l'expérience dans le domaine spécifique indiqué de la lumière et de l'éclairage, et il est établi pour l'usage des membres de la CIE et autres groupements intéressés. II faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Pourconnaitre d'éventuels amendements, consulter les plus récents comptes rendus de la CIE ou le CIE NEWS. Dieser Technische Bericht ist vom CIE-Technischen Komitee 4-20 der Division 4 'Beleuchtung und Signale fur den Verkehr' ausgearbeitet und vom Vorstand der Commission Intemationale de I'Eclairage gebilligt worden. Das Dokument berichtet über den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung in dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Veiwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, daß das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Die neuesten CIE-Tagungsberichte oder das CIE NEWS sollten im Hinblick auf m8gliche spätere hderungen zu Rate gezogen werden. Any mention of organisations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention d'organisme ou de produit n'implique pas une préférence de la CIE. Malgré le soin apporté à la compilation de tous tes documents jusqu'à la mise sous presse, ce travail ne saurait être exhaustif. Die Erwähnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich große Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, ist es möglich, daß diese nicht vollständig sind. O CIE 1995 II COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services C I E 113 95 900b145 00051h1 b4T CIE 113-1995 The following members of Technical Committee 4-20 (Night-time Visibility of Retroreflective Road Signs) took part in the preparation of this Technical Report. The Committee comes under CIE Division 4 (Lighting and Signalling for Transport). W. Adrian M. Bernhard M. Colomb P. Dibbern R. W. Holmes F. Gennaoui S. E. Jenkins N. L. Johnson K. Rumar H. J. Schmidt-Clausen D. A. Schreuder R. N. Schwab G. Schreiber A. M. Serres H. Terstiege H. L. Woltman (Chairman) Canada Switzerland France Germany United Kingdom Australia Australia United States of America Sweden Germany Netherlands United States of America Germany France Germany United States of America 111 COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services CIE 133 95 W 9006145 0005362 58b W CIE 113-1995 Maintained Night-time Visibility of Retroreflective Road Signs Table of Contents I. Introduction 1.1 Terminology 2. Sign luminance and retroreflectivity 2.1 Factors affecting retroreflective sign luminance 2.1 .I 2.1.2 Geometric factors 2.1.2.1 Entrance angle 2.1.2.2 Observation angle Sign luminance replacement factors 2.2 Ideal conditions 2.3 Sign factors 2.3. i 2.3.2 Sign colour 2.3.3 Fog, dew, and rain 2.3.4 Dirt 2.3.5 Weathering 2.3.5.1 Weathering performance, Australia 2.3.5.2 Weathering performance, United States 2.3.5.3 Laboratory weathering tests 2.3.5.4 Outdoor test deck weathering 2.3.6 Sign criticalitylfunctionality factors Retroreflective signing material types 2.4 Roadway factors 2.4. I Roadway curvature 2.4.2 Roadway width 2.4.3 Sign position 2.4.4 Small signs 2.4.5 Last look distance 2.4.6 Surround 2.4.7 Headlamp glare 2.5.1 Headlamp beam pattern 2.5.2 Headlamp beam usage 2.5.3 Headlamp quality 2.5.4 Windshield absorption 2.5 Vehicle factors 2.6 Driver factors 2.6. I Visual acuity I V Page 1 1 2 3 3 3 3 4 5 6 6 7 9 9 9 10 11 13 13 13 13 13 13 14 15 15 15 16 16 16 17 17 18 18 18 COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services CIE IL3 95 E 90061115 0005163 412 E CIE 113-1995 2.6.2 Driver age and visual status i 8 2.6.3 Driver experience and expectation 20 3. Developing minimum visibility criteria 21 3.1 Minimum required sign luminance and retroreflectivity 21 3.1 .I Determination of sign luminance 21 3.1.2 Summary of studies of minimum sign luminance 21 3.1.2.1 3.1.2.2 Terminal values of road signs Review of sign legibility studies 21 22 27 31 3.2 Allowances for degraded conditions 32 3.3 Sign visibility policies and implementation 32 3.3. I Existing policies 32 3.3.2 Implementation 32 3.1.2.3 Minimum required visibility, USA 3.1 -2.4 Evaluation of visibility distance, France 3.3.3 Future policy 33 4. Field evaluation of retroreflective sign performance 34 4.1 Subjective evaluation techniques 34 4.2 Portable instruments 34 4.3 Mobile instrumentation 34 4.3.1 Luminance instruments 34 4.3.2 Retroreflectance instruments 35 4.4 Evaluation of colour 35 5. Maintaining system-wide visibility 37 5. I Collection of sign inventory data 37 5.2 Software o f inventory data 37 6. Recommendations 39 6.1 Inspection o f signs 39 6.1.1 Night-time inspection steps 39 6. I .2 Daytime inspection steps 39 7. Appendices 44 7.1 Determination of sign luminance from retroreflectance 44 7.1 .I Example calculation of sign luminance 45 4.5 Sign dating 36 6.2 Minimum photometric performance for replacement of retroreflective road signs 40 7.1.2 Direct measurement 50 7.2 Determination of retroreflectance from luminance 50 7.2.1 Correlational estimate 51 7.3 Headlamp output tables 51 8. References 54 COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services CIE 333 95 900b345 O005364 359 CIE 113-1995 MAINTAINED NIGHT-TIME visrBiLirt OF RETROREFLECTIVE ROAD SIGNS Summary The visual information provided by road signs gives the motorist fundamental instructions governing the selection of routes, safety at intersections, warning of physical obstructions, and delineation of a safe path for travel. Signs are the primary means of communication from the road authorities to the motorist about roadway conditions. Signs must govern safe and comfortable travel both in daytime and at night. Official traffic control devices are made visible at night by providing a retroreflective surface, retroreflective butions, or, in some cases by separate illumination. This preserves the essential visual cues necessary for night-time operation: the discrimination of the sign from the night-time surroundings by its unique colour, shape and legend. Once many such devices have been installed and have been in service for a number of years, degradation of this important system will occur. The degradation of road sign petformance occurs from a number of causes: obsolescence, theft, vandalism, accident, visual obstruction, and the effects of weathering. A continual maintenance effort by authorities is required to ensure timely replacement. Although replacement of stolen signs, vandalised signs or those rendered obsolete by changing regulation is accomplished from reports by police and by routine daytime inspections, the loss of night- time visual performance from the effects of natural weathering is often difficult to discern in daytime and eventually will lead to the gradual degradation of the remaining signs. The night-time effectiveness may then become seriously impaired. This report covers those retroreflective signs dependent on headlamp illumination and provides information on the replacement point for retroreflective signs degraded from the effects of weathering. If sign replacement is not necessitated by any other cause, an eventual loss of night-time luminance and visibility will result from the effects of weathering. Although this may seem like a simple matter, a satisfactory operational level of visibility is made complex by the variable nature of the response required by the sign, the surroundings in which the sign is seen, the driver's vision, and the illuminance provided by the vehicle. Because of the very large number of retroreflective road signs and the driver's dependence on their functionality, research has identified a number of factors concerning the maintenance of the visual effectiveness of retroreflective signs. The research includes a number of important elements: the determination of the minimum retroreflectance which can provide an adequately functional level of night-time performance; the prediction of this end point to provide a means of scheduling replacement; means of inspection and providing an inventory; and, ultimately, a systematic method for obtaining the maximum value for each annual expenditure. The principles described in this report may be applied to other signing applications such as signs employed on railways and waterways. V I S I B I L I T É DE NUIT DES PANNEAUX ROUTIERS RETRORÉFLÉCHISSANTS RESUMÉ Les informations visuelles fournies par les panneaux de signalisation donnent aux conducteurs de véhicules routiers des informations fondamentales concernant le choix des itinéraires, la sécurité des intersections, l'annonce d'obstacles physiques et le traçé de la voirie. Les panneaux sont les principaux moyens de communication entre les services routiers et les conducteurs. Les panneaux routiers doivent permettre aux conducteurs de se déplacer confortablement et en toute sécurité aussi bien de jour que de nuit. tes panneaux routiers réglementaires sont rendus visibles de nuit par l'utilisation de surfaces rétroréfléchissantes, de boutons rétroréfléchissants, ou bien dans certains cas par des éclairages spécifiques. Cela préserve les informations essentielles pour la conduite de nuit: c'est à dire la reconnaissance de ces signaux dans l'obscurité environnante par leurs couleurs, leurs formes et leurs légendes. Lorsque ces panneaux sont installés et mis en service pendant de nombreuses années, une dégradation de cet important système d'information survient. La dégradation de la performance des panneaux routiers provient de nombreuses causes: obsolescence, vol, vandalisme, accident, obstruction visuetle et effet des agents atmosphériques. Un effort continuel pour l'entretien de ces VI COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services COPYRIGHT International Commission on Illumination Licensed by Information Handling Services CIE 113 75 UH 7006345 0005365 295 CIE 11 3-1 995 panneaux par les autorités routières est nécessaire pour pouvoir en assurer le remplacernent en temps utile. Bien que le remplacement de panneaux volés, vandalisés our rendus obsolètes par le changement de la réglementation routière, soit fait suite aux rapports de police ou aux inspections de routine de jour, la perte de lefficacité visuelle nocturne des panneaux que restent, dQe aux agents atmosphériques, est souvent difficile a détecter pendant la journée, et peut éventuellement entraîner la dégradation de ces panneaux résiduels. Leur efficacité nocturne peut en effet être sérieusement compromise. Ce rapport concerne les panneaux routiers rétroréfléchissants qui dépendent de léclairage des seuls feux de véhicules et fournit des informations relatives aux seuils de remplacement de ces panneaux dégrades par les effets des agents atmosphériques. Si le remplacement des panneux routiers nest pas fait pour une autre raison, la perte éventuelle de leur luminance nocturne et de leur visibilité résulte des agents atmosphériques. Bien que cela paraisse être une chose simple à faire, le maintien dun niveau satisfaisant de la visibilité de ces panneaux est rendu complexe par la nature variable de leur fonctionnement: lenvironnement dans lequel les panneaux sont perçus, la vision du conducteur, et léclairage provenant des projecteurs des véhicules. A cause du très grand nombre de panneaux routiers retroréfléchissants et de la dépendance des conducteurs vis à vis de leur fonctionnement photométrique, la recherche a identifié un certain nombre de facteurs relatifs au maintien de lefficacité visuelle des panneaux rétroréfléchissants: la détermination dun coefficient de rétroréflexion minimal correspondant à un niveau de fonctionnement convenable de nuit, lutilisation de ce seuil permettant la prévision du remplacement des panneaux, les moyens dinspection et de recueil de données, et en dernier lieu, une méthode systématique pour obtenir une valeur maximale du budget dentretien annuel. Les principes décrits dans ce rapport peuvent étre appliqués aux autres panneaux tels que les panneaux ferroviaires et fluviaux. NACHTSICHTBARKEIT VON RETROREFLEKTIERENDEN STRASSENVERKEHRSZEICHEN IM GEBRAUCH Zusammenfassung Die durch Straßenverkehrszeichen vermittelten optischen Informationen geben dem Kramhrer grundlegende Hinweise und Gebote für die Auswahl seiner Fahrtroute, das Verhalten an Straßenkreuzungen, eine Warnung vor Hindernissen und die Gewährleistung einer sicheren Fahrt. Straßenverkehrszeichen sind die wesentlichen Kommunikationsmittel zwischen den Straßenverkehrsbehörden und dem Kraftfahrer, sie mussen eine sichere und angenehme Fahrt bei Tag und Nacht gewährleisten. Straßenverkehrszeichen werden bei Nacht durch eine retroreflekuerende Oberfläche, Rückstrahler oder auch in einigen Fällen durch eine