道路限高防撞報警裝置的特點與研發思路

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示了車輛高度限制尺寸，但司機并不能準確判斷駕駛車輛是否超標。本文介紹的研發裝置旨在解決現有車輛限高裝置的問題，當車輛高度超標時提前對車輛駕駛員發出聲光警示，進而有效保護車輛人員和道路交通設施安全，避免因車輛超高引起交通事故。

關鍵詞：限高防撞 檢測系統 交通事故

在綜合運輸體系中，公路運輸因其機動靈活、服務能力強等特點，在短途運輸中所占的比重很大。隨著城市立體化交通的發展，立交橋、人行天橋、隧道、交通監控系統等交通設施不斷增多，雖然提高了公路運輸的通行能力，但使公路交通結構變得更為復雜，造成超高貨車卡橋、撞橋等交通事故頻發。

一、項目立項背景、國內外現狀及意義

1.項目立項背景

據交通有關部門資料顯示，超高運輸一直是中國公路交通運輸系統中一個顯著問題。目前交通管理部門通常采用制定相關政策、加強宣傳教育、增加道路車輛超高檢查以及增設警示標志或限高標志等措施提醒司機，以及設置減速帶、橋梁隧道照明裝置和限高桿等設施對橋梁等立體交通設施進行被動防護，但是此類的交通事故仍經常發生，且車輛和司機沒有得到保護。

由此可見，現有的車輛限高裝置在一定程度上存在著缺陷。車輛限高系統應該包括橋梁隧道頂部高度快速測量系統、車輛高度快速測量系統、車輛行駛路線規劃導引系統以及橋隧洞口前的車輛超高檢測和警示導引應急系統等，使車輛行駛全過程得到有效管理。本課題目的在于設計橋隧洞口前的車輛超高檢測裝置及車輛超高時的報警、車輛導引裝置等，從而有效保護道路交通設施，避免車輛因超高問題而引發交通事故。

2.國內外現狀

據有關資料顯示，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行車輛高度快速測量的軟硬件研究方面。系統通常由光電探測頭及相關控制等部分構成，在有限高的地方前一定距離處安裝光電超高檢測傳感器，當有超過限制高度的車輛通過時，超高檢測傳感器發出報警信號，同時啟動其他報警或控制設備。

國內超高檢測系統多采用光電測距或攝影測量等方法進行車輛高度的快速測量。當超過預先設定高度的車輛通過時，限高系統會立刻感知，并通過信息板提示司機駕駛的車輛已經超出了限定高度。隨著攝影測量技術的發展，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技術提取有效信息對車輛進行檢測。該方法需要高清攝像機和圖像處理算法等各種硬件和軟件，結構復雜并且成本高。

3.研究意義

超高意味著超載，超載車輛會對道路產生嚴重破壞，增加道路養護費用，并造成稅費的流失，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行了規定。本課題結合了光、機、電、信號信息處理等多學科內容，研制價格低、效果好的限高測量及報警導引裝置，適合我國國情。作為橋梁洞口處超高應急快速檢測及警示導引系統，該系統可以智能預警，提醒超高車輛繞道行駛，既保護了橋梁、隧道的安全，減少其養護費用，又保障了駕駛員的安全，同時將超高車輛車牌號等信息進行記錄并上傳交通管理系統，使得交通管理更加嚴密細致。從經濟方面來看，此設計采用的PLC設備，相比傳統的控制系統價格昂貴一些，但是PLC控制系統更加靈活實用。如果要修改儀器動作，傳統控制系統要有大的變動，工程量大，時間久，花費多，而PLC系統只要改動一下程序就可以，非常方便快捷且經濟實惠。

二、項目實施內容及過程

本課題目的是設計出可區分車道的車輛限高限寬儀，進行軟硬件設計，研制一臺激光車輛限高限寬儀的樣機。該裝置由傳感器系統、PLC控制系統、顯示系統、報警裝置等組成，使傳統限高裝置對隧道、橋梁等交通設施單方面保護改為對交通設施和對車輛及駕駛人員雙方面的保護。試驗結果表明，本設計的限高設備與傳統限高設備相比較，能夠對車輛駕駛員進行提前預警，做到了由被動保護發展為超前保護，并且在性能和價格等方面具有明顯優勢。

1.實現方案

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，根據道路允許的高度和寬度，在道路兩側分別設置金屬桿，同時安裝光電開關。光電開關的高度，即為道路限高的最大值。對于不同的限高值，只需對光電開關的高度進行調整。當某車道光電開關檢測到有物體時，則說明車輛超高，并利用拍攝裝置將超高車輛的車牌號發送到顯示機構，保留一定的距離保證高速行駛下的司機可以看到，有利于司機看到自己的結果并反應。超高車輛通過前方的檢測系統，連接到顯示機構，顯示屏會突出顯示下一輛超高車輛的車牌號。車道上方屏幕顯示超標警示語，提醒車輛繞道行駛或重新調整車載貨物后再繼續前行。

2.設備選型及編程

（1）設備選型。設備的名稱、規格、數量、廠家分別為：PLC，FX3U-16MR/ES-A，1臺，三菱電機自動化（中國）有限公司；光電開關，E3S-CD62-M1J，2臺，歐姆龍自動化（中國）有限公司；聲光警報器，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，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。它在眾多的方面進行了改進，CPU處理速度達到了0.065us/基本指令，內置64K的大容量RAM存儲器，增加了內部軟元件數量，通過CC-Link網絡的擴展可以實現384點的控制。FX3U系列的通信功能非常強大，配備的編程口能夠達到115.2kbps的高速通信。

本設計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）的產品，價格為1453元/臺，性價比很高。

光電開關E3S-CD62-M1J是一款實現擴散反射型長距離檢測，金屬殼、耐水、耐油、適用溫濕度范圍廣，耐沖擊性優異的產品，防護等級IEC標準為IP67。

（2）編程。編程內容包括梯形圖編程和接線圖。

（3）安裝位置。駕駛員的時間反應一般為0.4-1.Os。當汽車以100公里/小時（28米/秒）的速度行駛時，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束，持續制動時間、制動距離與車速等有關，往往給一個與速度有關的系數來計算。橋前方一般限速60公里/小時，考慮安全系數，綜合以上各因素一般認為制動距離應為150米以上比較安全，故限高裝置安裝距離應大于此距離。

三、推廣應用情況及前景

本項目根據實際交通限高需求，對原有限高道路防撞報警裝置的缺陷進行了重新設計，并給出了設備結構圖、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生，提高車輛、駕駛員以及交通設施的安全性，具有良好的推廣意義和應用價值。

參考文獻：

[1]廖常初.FX 系列 PLC 編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2006.

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