道路限高防撞報(bào)警裝置的特點(diǎn)與研發(fā)思路

宋冉冉　李志鵬　何曉晨

摘 要：很多道路會有限高要求，雖然在道路上明確標(biāo)示了車輛高度限制尺寸，但司機(jī)并不能準(zhǔn)確判斷駕駛車輛是否超標(biāo)。本文介紹的研發(fā)裝置旨在解決現(xiàn)有車輛限高裝置的問題，當(dāng)車輛高度超標(biāo)時(shí)提前對車輛駕駛員發(fā)出聲光警示，進(jìn)而有效保護(hù)車輛人員和道路交通設(shè)施安全，避免因車輛超高引起交通事故。

關(guān)鍵詞：限高防撞 檢測系統(tǒng) 交通事故

在綜合運(yùn)輸體系中，公路運(yùn)輸因其機(jī)動靈活、服務(wù)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在短途運(yùn)輸中所占的比重很大。隨著城市立體化交通的發(fā)展，立交橋、人行天橋、隧道、交通監(jiān)控系統(tǒng)等交通設(shè)施不斷增多，雖然提高了公路運(yùn)輸?shù)耐ㄐ心芰?，但使公路交通結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，造成超高貨車卡橋、撞橋等交通事故頻發(fā)。

一、項(xiàng)目立項(xiàng)背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀及意義

1.項(xiàng)目立項(xiàng)背景

據(jù)交通有關(guān)部門資料顯示，超高運(yùn)輸一直是中國公路交通運(yùn)輸系統(tǒng)中一個(gè)顯著問題。目前交通管理部門通常采用制定相關(guān)政策、加強(qiáng)宣傳教育、增加道路車輛超高檢查以及增設(shè)警示標(biāo)志或限高標(biāo)志等措施提醒司機(jī)，以及設(shè)置減速帶、橋梁隧道照明裝置和限高桿等設(shè)施對橋梁等立體交通設(shè)施進(jìn)行被動防護(hù)，但是此類的交通事故仍經(jīng)常發(fā)生，且車輛和司機(jī)沒有得到保護(hù)。

由此可見，現(xiàn)有的車輛限高裝置在一定程度上存在著缺陷。車輛限高系統(tǒng)應(yīng)該包括橋梁隧道頂部高度快速測量系統(tǒng)、車輛高度快速測量系統(tǒng)、車輛行駛路線規(guī)劃導(dǎo)引系統(tǒng)以及橋隧洞口前的車輛超高檢測和警示導(dǎo)引應(yīng)急系統(tǒng)等，使車輛行駛?cè)^程得到有效管理。本課題目的在于設(shè)計(jì)橋隧洞口前的車輛超高檢測裝置及車輛超高時(shí)的報(bào)警、車輛導(dǎo)引裝置等，從而有效保護(hù)道路交通設(shè)施，避免車輛因超高問題而引發(fā)交通事故。

2.國內(nèi)外現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)資料顯示，國外對車輛限高裝置的研究主要集中在利用光電測距原理進(jìn)行車輛高度快速測量的軟硬件研究方面。系統(tǒng)通常由光電探測頭及相關(guān)控制等部分構(gòu)成，在有限高的地方前一定距離處安裝光電超高檢測傳感器，當(dāng)有超過限制高度的車輛通過時(shí)，超高檢測傳感器發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)啟動其他報(bào)警或控制設(shè)備。

國內(nèi)超高檢測系統(tǒng)多采用光電測距或攝影測量等方法進(jìn)行車輛高度的快速測量。當(dāng)超過預(yù)先設(shè)定高度的車輛通過時(shí)，限高系統(tǒng)會立刻感知，并通過信息板提示司機(jī)駕駛的車輛已經(jīng)超出了限定高度。隨著攝影測量技術(shù)的發(fā)展，通過視頻攝像頭從視頻流中提取交通圖像，通過圖像的處理相關(guān)技術(shù)提取有效信息對車輛進(jìn)行檢測。該方法需要高清攝像機(jī)和圖像處理算法等各種硬件和軟件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且成本高。

3.研究意義

超高意味著超載，超載車輛會對道路產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，增加道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，并造成稅費(fèi)的流失，為此國家頒布《中華人民共和國公路法》，對不同等級公路所允許通過車輛的高度和寬度進(jìn)行了規(guī)定。本課題結(jié)合了光、機(jī)、電、信號信息處理等多學(xué)科內(nèi)容，研制價(jià)格低、效果好的限高測量及報(bào)警導(dǎo)引裝置，適合我國國情。作為橋梁洞口處超高應(yīng)急快速檢測及警示導(dǎo)引系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以智能預(yù)警，提醒超高車輛繞道行駛，既保護(hù)了橋梁、隧道的安全，減少其養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，又保障了駕駛員的安全，同時(shí)將超高車輛車牌號等信息進(jìn)行記錄并上傳交通管理系統(tǒng)，使得交通管理更加嚴(yán)密細(xì)致。從經(jīng)濟(jì)方面來看，此設(shè)計(jì)采用的PLC設(shè)備，相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴一些，但是PLC控制系統(tǒng)更加靈活實(shí)用。如果要修改儀器動作，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)要有大的變動，工程量大，時(shí)間久，花費(fèi)多，而PLC系統(tǒng)只要改動一下程序就可以，非常方便快捷且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

二、項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容及過程

本課題目的是設(shè)計(jì)出可區(qū)分車道的車輛限高限寬儀，進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，研制一臺激光車輛限高限寬儀的樣機(jī)。該裝置由傳感器系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報(bào)警裝置等組成，使傳統(tǒng)限高裝置對隧道、橋梁等交通設(shè)施單方面保護(hù)改為對交通設(shè)施和對車輛及駕駛?cè)藛T雙方面的保護(hù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的限高設(shè)備與傳統(tǒng)限高設(shè)備相比較，能夠?qū)囕v駕駛員進(jìn)行提前預(yù)警，做到了由被動保護(hù)發(fā)展為超前保護(hù)，并且在性能和價(jià)格等方面具有明顯優(yōu)勢。

1.實(shí)現(xiàn)方案

高速公路一般為三車道，超車道和行車道為3.75m寬，緊急停車道為2.5 m寬，根據(jù)道路允許的高度和寬度，在道路兩側(cè)分別設(shè)置金屬桿，同時(shí)安裝光電開關(guān)。光電開關(guān)的高度，即為道路限高的最大值。對于不同的限高值，只需對光電開關(guān)的高度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)某車道光電開關(guān)檢測到有物體時(shí)，則說明車輛超高，并利用拍攝裝置將超高車輛的車牌號發(fā)送到顯示機(jī)構(gòu)，保留一定的距離保證高速行駛下的司機(jī)可以看到，有利于司機(jī)看到自己的結(jié)果并反應(yīng)。超高車輛通過前方的檢測系統(tǒng)，連接到顯示機(jī)構(gòu)，顯示屏?xí)怀鲲@示下一輛超高車輛的車牌號。車道上方屏幕顯示超標(biāo)警示語，提醒車輛繞道行駛或重新調(diào)整車載貨物后再繼續(xù)前行。

2.設(shè)備選型及編程

（1）設(shè)備選型。設(shè)備的名稱、規(guī)格、數(shù)量、廠家分別為：PLC，F(xiàn)X3U-16MR/ES-A，1臺，三菱電機(jī)自動化（中國）有限公司；光電開關(guān)，E3S-CD62-M1J，2臺，歐姆龍自動化（中國）有限公司；聲光警報(bào)器，YS-01H，1臺，杭州亞松電子有限公司；按鈕，AD16，2臺；熔斷器，1A，2臺；顯示屏，PH20單色戶外LED，2個(gè)，三菱FX3U-16MR/ES-A，歐姆龍E3S-CD62-M1J。

FX3U系列三菱PLC是第三代微型可編程控制器。它在眾多的方面進(jìn)行了改進(jìn)，CPU處理速度達(dá)到了0.065us/基本指令，內(nèi)置64K的大容量RAM存儲器，增加了內(nèi)部軟元件數(shù)量，通過CC-Link網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)384點(diǎn)的控制。FX3U系列的通信功能非常強(qiáng)大，配備的編程口能夠達(dá)到115.2kbps的高速通信。

本設(shè)計(jì)由于功能簡單選用了FX3U-16MR/ES-A。這是一款是8輸入/8繼電器輸出（AC220v電源）的產(chǎn)品，價(jià)格為1453元/臺，性價(jià)比很高。

光電開關(guān)E3S-CD62-M1J是一款實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散反射型長距離檢測，金屬殼、耐水、耐油、適用溫濕度范圍廣，耐沖擊性優(yōu)異的產(chǎn)品，防護(hù)等級IEC標(biāo)準(zhǔn)為IP67。

（2）編程。編程內(nèi)容包括梯形圖編程和接線圖。

（3）安裝位置。駕駛員的時(shí)間反應(yīng)一般為0.4-1.Os。當(dāng)汽車以100公里/小時(shí)（28米/秒）的速度行駛時(shí)，11～28m以上才能做出正確的判斷和動作。駕駛員開始踩下制動踏板到制動結(jié)束，持續(xù)制動時(shí)間、制動距離與車速等有關(guān)，往往給一個(gè)與速度有關(guān)的系數(shù)來計(jì)算。橋前方一般限速60公里/小時(shí)，考慮安全系數(shù)，綜合以上各因素一般認(rèn)為制動距離應(yīng)為150米以上比較安全，故限高裝置安裝距離應(yīng)大于此距離。

三、推廣應(yīng)用情況及前景

本項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際交通限高需求，對原有限高道路防撞報(bào)警裝置的缺陷進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并給出了設(shè)備結(jié)構(gòu)圖、接線圖、電器表以及PLC程序。新裝置可以有效減少交通安全事故的發(fā)生，提高車輛、駕駛員以及交通設(shè)施的安全性，具有良好的推廣意義和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖常初.FX 系列 PLC 編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

（作者單位：宋冉冉、李志鵬，石家莊鐵道大學(xué)；何曉晨，河北省建筑科學(xué)研究院）endprint