高速公路特殊路段照明系統設計

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生。論文針對高速公路特殊路段和多霧路段，基于多傳感器技術采集車輛、道路信息控制節能路燈工作的方式，設計了一種既節能又安全的高速公路特殊路段路燈控制方式。

關鍵詞：傳感器；信息采集；節能路燈；智能控制

中圖分類號：TU113.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0122-03

1 高速道路安全的現狀

近十年來，高速公路運輸以其方便、快捷的獨具優點在我國社會、經濟生活中發揮著愈來愈重要的作用。但與此同時，高速公路運輸過程中重大、惡性安全事故時有發生，給人民的生命財產造成了嚴重危害，這使得高速公路交通安全受到愈來愈廣泛的重視。目前，對高速公路交通安全問題尚缺乏規律性的研究和認識，因異常天氣所致比例較大的天氣因素對高速公路行車安全的影響不容忽視。特別是霧天對高速公路安全行駛最為不利，霧季主要集中在秋冬季節，在每年9-12月之間較為突出。起霧往往是一段一段的團霧，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，因此加強對多霧路段的行車管理和智能照明控制是非常有必要的，論文設計一種既節能又安全的高速公路特殊路段路燈控制方式。

2 系統檢測與照明設備選型

2.1 車輛檢測裝置

交通領域對車輛的檢測有：感應線圈檢測傳感器、超聲波檢測傳感器、微波檢測傳感器、紅外線檢測傳感器、視頻檢測傳感器、磁力檢測傳感器以及聲學檢測傳感器等。各種傳感器有自身的特點，如地感線圈要破路施工，影響交通，并且一旦出現問題，維護不方便；而視頻檢測則很容易受環境的影響，比如環境亮度和能見度；而微波檢測雖然都能達到效果，但是它的成本高。因此考慮到高速公路環境的特殊性以及本次設計檢測的數據要求，本系統對車輛的檢測采用紅外線檢測傳感器。

紅外線檢測傳感器是波束檢測裝置的一種，有主動式和被動式，都可以用于交通管理。主動式紅外檢測器利用在紅外線波長范圍附近工作的激光二極管，發射低能紅外線照射檢測區域，并經過車輛的反射或散射返回傳感器。主動式紅外線檢測器：其功能與微波雷達檢測器相似，通過紅外線的發射、反射與接收來提供車流中的各種參數，可在一個交叉口上安裝多個紅外線檢測器，而不存在發射紅外線和接收紅外線問的相互干擾。被動式紅外線檢測器：能提供車輛通過和存在的數據，其實質為使用探測器來測量物體發出的紅外線能量。當車輛進入它的檢測范圍，它測量的地表能量就發生變化。使用這種檢測器的交通監管應用的典型距離大約是6.1m。在這個距離內大氣的組成要素不會造成檢測器明顯的性能下降。

2.2 能見度檢測傳感器

低能見度對輪渡、民航、高速公路等交通運輸和電力供應以至于市民的日常生活都會產生許多不利的影響。在經濟高度發展的今天，帶來的影響更為明顯。近些年來，因環境問題導致霧霾的產生，能見度過低而造成的重大交通事故屢有發生。

世界上普遍應用的能見度觀測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，不適用于海岸臺站、燈塔自動氣象站及船舶上。但其具有自檢能力，低能見度下性能好等優點而適用于民航系統；散射儀以其體積小和低廉的價格而廣泛應用于碼頭、航空、高速公路等系統。本設計考慮到高速公路的特殊環境，采用散射儀傳感器檢測空氣中霧氣的濃度，根據霧氣的濃度變化調節路燈的亮暗。

2.3 照明器設備

照明器通常是以光強分布、亮度分布和保護角、光輸出比三項指標來表示。光強分布曲線：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光強度表示為角度的函數的曲線，以極坐標或直角坐標表示。道路照明燈應與選用的光源類型、功率相匹配，燈具效率不應低于70%，故道路照明燈具宜采用半截光型配光。

本系統采用一種具有耗電量低，環保無污染、光效高、壽命長等特點的LED路燈，需要在路燈上面安裝可收集太陽光照的集光板。在白天太陽光照強度大時，集光板就會吸收陽光的能量，通過內部裝置轉換為電能，存儲下來備用，進而有效節約了電能。路燈設計如圖1。

3 特殊路段智能燈控系統設計

3.1 控制系統總體結構

本系統主要分為三個部分：前端的數據采集部分，包含車輛和能見度的檢測；智能控制部分，通過對采集的數據進行分析和處理，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 設備布局圖

本系統路燈及紅外傳感器設備布局圖如圖3所示，采取6個燈為一組分段控制，由檢測器檢測車輛通過以及能見度來控制燈開關。當車輛在高速公路上行駛時，紅外傳感器首先會在離多霧段300米左右的地方感應到有車輛的進入，紅外傳感器會將捕捉到的信號傳遞給路燈的開關控制器，啟動開關，路燈就會被點亮，同時開始進行定時。定時時間為25s，如圖3所示。因為車輛從開始進入到離開第一段路燈所用的時間為25s，當傳感器不斷檢測到車輛的進入，那么定時器就不斷的清零置1，重新開始計數。在車輛將要駛出第一段路燈的控制范圍時，傳感器此時會檢測到車輛，將信號傳遞給第二段路燈的開關控制器，提前打開第二段路燈。此時這樣無論車子在什么時候來，路燈總是能實時的照明。

能見度檢測如圖4所示，是根據能見度的性能特點在每隔50米來設置一個專門檢測霧氣濃度傳感器。將收集得到的數據進行計算得到一個平均值傳遞給所在路燈范圍內的路燈控制器。如果濃度大，就調大亮度，反之如果濃度低，就可以調低亮度。只要紅外傳感器檢測到有車輛經過這個區域，那么路燈就會一直被點亮。如果在這個區域，紅外傳感器檢測不到車輛的信號，那么路燈就不會被點亮。這樣會有效降低高速公路上多霧段的發生安全事故的可能性。

3.3 程序設計流程圖

根據本控制系統的特點，先根據采集的道路能見度信息、并計算能見度值，根據結果判斷是否需要開路燈以及路燈的亮度控制；如果達到開燈要求，采集車輛信息判斷是否有車輛通過，如果滿足車輛檢測條件則打開燈，并設置等待時間。系統實現流程圖如圖5。道路能見度檢測子系統如圖6，根據各個點的檢測結果，求濃度的平均值。

4 結語

在時代發展的潮流下，智慧交通、綠色交通已成為當下交通發展重要的話題，節能節電已經迫不及待。本文設計的高速公路特殊路段節能路燈控制系統，既可以減少霧天高速公路事故率，又達到節能效果。城市道路的路燈通宵被點亮的，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，本設計也可以應用在城市道路交通燈控制中，實現節能。

參考文獻

[1]王俊峰，孟令啟.現代傳感器應用技術[M].北京機械工業出版社，2006，18-20.

[2]彭春華等.車輛檢測傳感器綜述[J].傳感器與微系統，2007，26（6），4-7.

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