高速公路特殊路段照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆曉茹+任亞飛

摘要：隨著人民生活水平的提高，汽車的使用量逐步上升，高速公路特殊路段交通事故也頻繁發(fā)生。論文針對(duì)高速公路特殊路段和多霧路段，基于多傳感器技術(shù)采集車輛、道路信息控制節(jié)能路燈工作的方式，設(shè)計(jì)了一種既節(jié)能又安全的高速公路特殊路段路燈控制方式。

關(guān)鍵詞：傳感器；信息采集；節(jié)能路燈；智能控制

中圖分類號(hào)：TU113.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）11-0122-03

1 高速道路安全的現(xiàn)狀

近十年來，高速公路運(yùn)輸以其方便、快捷的獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。但與此同時(shí)，高速公路運(yùn)輸過程中重大、惡性安全事故時(shí)有發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重危害，這使得高速公路交通安全受到愈來愈廣泛的重視。目前，對(duì)高速公路交通安全問題尚缺乏規(guī)律性的研究和認(rèn)識(shí)，因異常天氣所致比例較大的天氣因素對(duì)高速公路行車安全的影響不容忽視。特別是霧天對(duì)高速公路安全行駛最為不利，霧季主要集中在秋冬季節(jié)，在每年9-12月之間較為突出。起霧往往是一段一段的團(tuán)霧，且變化較快，給高速公路交通管理部門的處置帶來了較大的麻煩，因此加強(qiáng)對(duì)多霧路段的行車管理和智能照明控制是非常有必要的，論文設(shè)計(jì)一種既節(jié)能又安全的高速公路特殊路段路燈控制方式。

2 系統(tǒng)檢測(cè)與照明設(shè)備選型

2.1 車輛檢測(cè)裝置

交通領(lǐng)域?qū)囕v的檢測(cè)有：感應(yīng)線圈檢測(cè)傳感器、超聲波檢測(cè)傳感器、微波檢測(cè)傳感器、紅外線檢測(cè)傳感器、視頻檢測(cè)傳感器、磁力檢測(cè)傳感器以及聲學(xué)檢測(cè)傳感器等。各種傳感器有自身的特點(diǎn)，如地感線圈要破路施工，影響交通，并且一旦出現(xiàn)問題，維護(hù)不方便；而視頻檢測(cè)則很容易受環(huán)境的影響，比如環(huán)境亮度和能見度；而微波檢測(cè)雖然都能達(dá)到效果，但是它的成本高。因此考慮到高速公路環(huán)境的特殊性以及本次設(shè)計(jì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)要求，本系統(tǒng)對(duì)車輛的檢測(cè)采用紅外線檢測(cè)傳感器。

紅外線檢測(cè)傳感器是波束檢測(cè)裝置的一種，有主動(dòng)式和被動(dòng)式，都可以用于交通管理。主動(dòng)式紅外檢測(cè)器利用在紅外線波長(zhǎng)范圍附近工作的激光二極管，發(fā)射低能紅外線照射檢測(cè)區(qū)域，并經(jīng)過車輛的反射或散射返回傳感器。主動(dòng)式紅外線檢測(cè)器：其功能與微波雷達(dá)檢測(cè)器相似，通過紅外線的發(fā)射、反射與接收來提供車流中的各種參數(shù)，可在一個(gè)交叉口上安裝多個(gè)紅外線檢測(cè)器，而不存在發(fā)射紅外線和接收紅外線問的相互干擾。被動(dòng)式紅外線檢測(cè)器：能提供車輛通過和存在的數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)為使用探測(cè)器來測(cè)量物體發(fā)出的紅外線能量。當(dāng)車輛進(jìn)入它的檢測(cè)范圍，它測(cè)量的地表能量就發(fā)生變化。使用這種檢測(cè)器的交通監(jiān)管應(yīng)用的典型距離大約是6.1m。在這個(gè)距離內(nèi)大氣的組成要素不會(huì)造成檢測(cè)器明顯的性能下降。

2.2 能見度檢測(cè)傳感器

低能見度對(duì)輪渡、民航、高速公路等交通運(yùn)輸和電力供應(yīng)以至于市民的日常生活都會(huì)產(chǎn)生許多不利的影響。在經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的今天，帶來的影響更為明顯。近些年來，因環(huán)境問題導(dǎo)致霧霾的產(chǎn)生，能見度過低而造成的重大交通事故屢有發(fā)生。

世界上普遍應(yīng)用的能見度觀測(cè)儀主要有透射式和散射式兩種：透射儀因需要基線，占地范圍大，不適用于海岸臺(tái)站、燈塔自動(dòng)氣象站及船舶上。但其具有自檢能力，低能見度下性能好等優(yōu)點(diǎn)而適用于民航系統(tǒng)；散射儀以其體積小和低廉的價(jià)格而廣泛應(yīng)用于碼頭、航空、高速公路等系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)考慮到高速公路的特殊環(huán)境，采用散射儀傳感器檢測(cè)空氣中霧氣的濃度，根據(jù)霧氣的濃度變化調(diào)節(jié)路燈的亮暗。

2.3 照明器設(shè)備

照明器通常是以光強(qiáng)分布、亮度分布和保護(hù)角、光輸出比三項(xiàng)指標(biāo)來表示。光強(qiáng)分布曲線：也稱配光曲線。在通過光中心的平面上，將光源或照明器在空間各方向的發(fā)光強(qiáng)度表示為角度的函數(shù)的曲線，以極坐標(biāo)或直角坐標(biāo)表示。道路照明燈應(yīng)與選用的光源類型、功率相匹配，燈具效率不應(yīng)低于70%，故道路照明燈具宜采用半截光型配光。

本系統(tǒng)采用一種具有耗電量低，環(huán)保無污染、光效高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)的LED路燈，需要在路燈上面安裝可收集太陽(yáng)光照的集光板。在白天太陽(yáng)光照強(qiáng)度大時(shí)，集光板就會(huì)吸收陽(yáng)光的能量，通過內(nèi)部裝置轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)下來備用，進(jìn)而有效節(jié)約了電能。路燈設(shè)計(jì)如圖1。

3 特殊路段智能燈控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：前端的數(shù)據(jù)采集部分，包含車輛和能見度的檢測(cè)；智能控制部分，通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，決定是否開路燈及路燈的亮度控制；被控制終端路燈部分，如圖2所示。

3.2 設(shè)備布局圖

本系統(tǒng)路燈及紅外傳感器設(shè)備布局圖如圖3所示，采取6個(gè)燈為一組分段控制，由檢測(cè)器檢測(cè)車輛通過以及能見度來控制燈開關(guān)。當(dāng)車輛在高速公路上行駛時(shí)，紅外傳感器首先會(huì)在離多霧段300米左右的地方感應(yīng)到有車輛的進(jìn)入，紅外傳感器會(huì)將捕捉到的信號(hào)傳遞給路燈的開關(guān)控制器，啟動(dòng)開關(guān)，路燈就會(huì)被點(diǎn)亮，同時(shí)開始進(jìn)行定時(shí)。定時(shí)時(shí)間為25s，如圖3所示。因?yàn)檐囕v從開始進(jìn)入到離開第一段路燈所用的時(shí)間為25s，當(dāng)傳感器不斷檢測(cè)到車輛的進(jìn)入，那么定時(shí)器就不斷的清零置1，重新開始計(jì)數(shù)。在車輛將要駛出第一段路燈的控制范圍時(shí)，傳感器此時(shí)會(huì)檢測(cè)到車輛，將信號(hào)傳遞給第二段路燈的開關(guān)控制器，提前打開第二段路燈。此時(shí)這樣無論車子在什么時(shí)候來，路燈總是能實(shí)時(shí)的照明。

能見度檢測(cè)如圖4所示，是根據(jù)能見度的性能特點(diǎn)在每隔50米來設(shè)置一個(gè)專門檢測(cè)霧氣濃度傳感器。將收集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到一個(gè)平均值傳遞給所在路燈范圍內(nèi)的路燈控制器。如果濃度大，就調(diào)大亮度，反之如果濃度低，就可以調(diào)低亮度。只要紅外傳感器檢測(cè)到有車輛經(jīng)過這個(gè)區(qū)域，那么路燈就會(huì)一直被點(diǎn)亮。如果在這個(gè)區(qū)域，紅外傳感器檢測(cè)不到車輛的信號(hào)，那么路燈就不會(huì)被點(diǎn)亮。這樣會(huì)有效降低高速公路上多霧段的發(fā)生安全事故的可能性。

3.3 程序設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，先根據(jù)采集的道路能見度信息、并計(jì)算能見度值，根據(jù)結(jié)果判斷是否需要開路燈以及路燈的亮度控制；如果達(dá)到開燈要求，采集車輛信息判斷是否有車輛通過，如果滿足車輛檢測(cè)條件則打開燈，并設(shè)置等待時(shí)間。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖如圖5。道路能見度檢測(cè)子系統(tǒng)如圖6，根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果，求濃度的平均值。

4 結(jié)語(yǔ)

在時(shí)代發(fā)展的潮流下，智慧交通、綠色交通已成為當(dāng)下交通發(fā)展重要的話題，節(jié)能節(jié)電已經(jīng)迫不及待。本文設(shè)計(jì)的高速公路特殊路段節(jié)能路燈控制系統(tǒng)，既可以減少霧天高速公路事故率，又達(dá)到節(jié)能效果。城市道路的路燈通宵被點(diǎn)亮的，然而在夜間路上車輛行車量很少甚至沒有車輛，路燈也是亮著的。因此，本設(shè)計(jì)也可以應(yīng)用在城市道路交通燈控制中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：With the improvement of people's living standards， and the usage of cars gradually increased， traffic accidents of highway special sections also occur frequently. According to the special sections and foggy Road of highway， based on multi-sensor technology acquisition vehicle and the road information control energy-saving work， the design of method is the energy saving and safety lamp control of the highway special section.

Key Words：Sensor； Information Acquisition； Energy-saving Lamps； Intelligent Controlendprint