車流量自控可升降交通欄桿

■湖南廣益實(shí)驗(yàn)中學(xué) 邵政熙

在上、下班高峰期，主干道上總會(huì)出現(xiàn)一邊交通流量大、另一邊交通流量小的現(xiàn)象。為更好地調(diào)控這種現(xiàn)象，目前交通部門在上、下班高峰期人為控制潮汐車道和信號(hào)燈，其中利用物理欄桿進(jìn)行隔離變更的路段均需安排專人值守，并在固定時(shí)段手動(dòng)完成變道工作，既不安全又很繁瑣。由于欄桿不能收放，也不美觀。

在非高峰時(shí)段，如果道路任何一向出現(xiàn)逆向車流增多的情況，也不能及時(shí)做一些與之相適應(yīng)的變化，存在嚴(yán)重的弊端。

學(xué)習(xí)了編程等相關(guān)知識(shí)后，我想設(shè)計(jì)一種智能化、自動(dòng)化的車流量自控可升降交通欄桿，用以解決交通擁堵問題。

我利用現(xiàn)有技術(shù)和零部件，實(shí)現(xiàn)主電路板的控制，完成車流量自控可升降交通欄桿的設(shè)計(jì)制作和可行性演示。

一、設(shè)計(jì)思路

要解決車流量自控問題，檢測與感應(yīng)車流量的大小是重點(diǎn)，因此感應(yīng)傳感器的選擇是重中之重。通過對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，我選擇使用電感傳感器，因?yàn)闊o論有無遮擋，它都只對(duì)金屬和磁鐵產(chǎn)生感應(yīng)，不易產(chǎn)生誤讀、誤判的情況。

為防止車輛拋錨、追尾等故障偶發(fā)情況造成的誤讀、誤判，采用多點(diǎn)傳導(dǎo)、三次觸發(fā)的安全設(shè)計(jì)。

二、制作模型

1.安裝傳感器

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將電感傳感器安裝在距路口50m位置的路面下。

2.舵機(jī)編程及算法優(yōu)化（3種演示場景模擬）

（1）雙向直行，在雙邊都有可能通過占用備用車道來增強(qiáng)高峰期和非高峰期車輛擁堵時(shí)的通過能力。

（2）雙向直行、僅單邊會(huì)在高峰期被另一邊占用，通過占用對(duì)向車道以增強(qiáng)高峰期和非高峰期的通過能力。

（3）單向可變車道，在高峰期車輛占用對(duì)向車道拐彎。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不僅限于上述路段，還可涵蓋多種形式的變道情形。

裝置的結(jié)構(gòu)圖和控制系統(tǒng)示意圖如下。

實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖

控制系統(tǒng)示意圖

控制系統(tǒng)方案中，控制配電箱由七大模塊組成。控制器的接入端與信號(hào)采集模塊、手動(dòng)介入模塊連接，且信號(hào)采集模塊上連接數(shù)個(gè)檢測傳感器和預(yù)檢模塊，手動(dòng)介入模塊與天網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)連接。控制器的輸出端與執(zhí)行控制模塊連接，執(zhí)行控制模塊連接各升降驅(qū)動(dòng)舵機(jī)。供電模塊與控制器連接進(jìn)行供電，升降驅(qū)動(dòng)舵機(jī)與獨(dú)立供電模塊連接。標(biāo)識(shí)信號(hào)燈控制子系統(tǒng)集成在交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)內(nèi)部及升降欄桿的立柱表面。

增加預(yù)檢模塊是為了確保在欄桿升降之前沒有車輛滯留在升降空間內(nèi)，避免發(fā)生沖撞事故。

三、工作原理

1.為了解決高峰時(shí)段車流量問題，在編程時(shí)采取定時(shí)鎖止模式，其余時(shí)段再使用車流量自行控制模式。

2.若一側(cè)車流量大，汽車通過該側(cè)傳感器時(shí)間就長，所以當(dāng)汽車排隊(duì)到傳感器處，設(shè)計(jì)方式為先測定汽車通過傳感器的時(shí)長，并以此作為觸發(fā)信號(hào)的依據(jù)。比如，設(shè)計(jì)的停留通過時(shí)間若大于或等于3s而小于5s則為停留等級(jí)1，觸發(fā)1次，傳遞信號(hào)1次，此時(shí)兩邊欄桿一升一降，增加一條右側(cè)車道，之后設(shè)定為鎖止，不延時(shí)，除非情況變更。

3.雙邊車道同時(shí)感應(yīng)觸發(fā)傳遞信號(hào)時(shí)，若車輛停留時(shí)間大于或等于5s，則設(shè)為停留等級(jí)2。比較雙邊車道，哪邊停留等級(jí)大則向哪邊變更。若停留等級(jí)相同，則維持鎖止?fàn)顟B(tài)。

4.在出現(xiàn)車輛拋錨等道路事故時(shí)，占用檢測感應(yīng)器超過一定的設(shè)定時(shí)長，程序會(huì)視其同為擁堵情況，增加一條車道以免影響當(dāng)前方向的道路通行。

為了防止車輛拋錨、追尾等故障偶發(fā)情況造成的誤讀、誤判，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用多點(diǎn)傳導(dǎo)、三次觸發(fā)的模式設(shè)計(jì)。即在多個(gè)車道口設(shè)置傳感器，在多點(diǎn)同時(shí)觸發(fā)傳感器且連續(xù)觸發(fā)三次的情況下才傳遞信號(hào)，實(shí)現(xiàn)欄桿升降。若只是單次或單個(gè)點(diǎn)觸發(fā)，不會(huì)引起信號(hào)傳導(dǎo)，避免車道變更引發(fā)的混亂狀況。

5.在重大活動(dòng)需實(shí)行交通管制或急需特殊變道時(shí)，可通過天網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)觀察情況后手動(dòng)介入，上傳變道指令，遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場欄桿，減緩指定路段的交通壓力。

四、使用方法

道路擁堵時(shí)，車輛排隊(duì)通過該側(cè)傳感器的時(shí)間較長，可事先設(shè)計(jì)好停留等級(jí)。當(dāng)檢測傳感器檢測到車輛達(dá)到設(shè)定的停留等級(jí)，觸發(fā)判斷1次，傳遞信號(hào)1次，此時(shí)舵機(jī)帶動(dòng)欄桿升降。

組裝完成

五、創(chuàng)新點(diǎn)

1.利用智能路口，由路面車流量自行控制的、可自動(dòng)升降的交通欄桿替代人工干預(yù)變道方法，實(shí)現(xiàn)了潮汐車道和交通信號(hào)燈組合在非高峰時(shí)段無法實(shí)現(xiàn)的全時(shí)段交通路口的智能化控制和自動(dòng)化的新模式。

2.改良人工維護(hù)和人工方式干預(yù)變道模式，可減少值守人員的數(shù)量，緩解了各時(shí)段車流量不均而引起的擁堵現(xiàn)象。

3.此欄桿可自由收放，施工量小、自動(dòng)化程度高，采用物理欄桿隔離方式，易區(qū)分導(dǎo)流車道與正常車道，避免車輛誤入。不用時(shí)可折疊，快速恢復(fù)路面原狀。

4.利用傳感器檢測擁堵等級(jí)的方式與天網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)配合，提供了一個(gè)監(jiān)測車流量擁堵狀況的新渠道和配合新時(shí)代大數(shù)據(jù)流量分析的新方法。

模型內(nèi)部電路實(shí)景圖

模型外觀實(shí)物效果圖