狹窄道路雙向行車預警系統及其應用

摘要：某礦山運輸道路有4.5 km地處山區，路況復雜，且彎道較多，道路狹窄，只能單向通行，對面通行車輛相遇后需倒車至避車位置讓行，嚴重影響通行效率，存在很大安全隱患。針對狹窄道路通行預警的問題，開發設計了狹窄道路雙向行車預警系統，以礦山運輸道路安全通行為研究對象，通過車輛檢測與方向判斷，控制信號的無線傳輸，選擇可靠的檢測、控制、計算、傳輸裝置，根據檢測信號通過PLC控制器進行比較處理，達到安全行車控制的目的，最大程度提高車輛通行安全。系統投入運行后，行車安全得到保障，解決了單行道路行車無法提前避讓的危險隱患。

關鍵詞：狹窄道路;雙向行車;預警系統;無線傳輸;太陽能供電

中圖分類號：TD65?文章編號：1001-1277（2020）07-0054-03

文獻標志碼：A?doi：10.11792/hj20200711

某礦山礦區至選礦廠之間多采用無軌車輛運輸礦石及生產物資，山區路況復雜，且彎道較多，道路大都狹窄。運輸道路有4.5 km地處山區，寬度約4.0 m，狹窄道路只能單向通行，無法對向行駛，且道路多為轉彎路段，周圍被高大樹木遮擋，司機行車時難以掌握前方路況。正常行車時，對面通行車輛相遇后需倒車至避車位置讓行，嚴重影響通行效率，甚至局部最大倒車距離達1.5 km，多次出現車輛陷落、刮擦山體等事故，存在安全隱患。因此，需要配置道路預警裝置。又由于現行的預警裝置功能簡單，預警效果較差，所以需要一種狹窄道路雙向行車預警裝置來幫助解決車輛通行存在的安全隱患。該礦山自主設計研發了狹窄道路雙向行車預警系統，解決了復雜路況預警難度大的問題。預警系統區域內對向有車進入紅燈，無車綠燈，司機行車時按照“綠燈行、紅燈停”的原則，在避車處提前進行避讓。該系統通過對車輛區域自動檢測進行邏輯運算后利用無線傳輸技術控制紅綠燈信號，解決了單行道路對向通行車輛、人員的安全問題。

1?工程背景

1.1?狹窄運輸道路

該礦山礦區至選礦廠之間的運輸道路有長4.5 km的山區狹窄路段，沿山勢地形施工建設，寬約4.0 m，同時只能通過1輛機動車，高差約90 m，多處為“S”形彎道，路況復雜。道路使用情況：小型機動車、礦山生產物資運輸車、礦石運輸自卸車等。全天通行，日間車輛較多，整段山路日間行車流量10～20輛/h，行車平均速度10 km/h，平均需倒車避讓2次，平均通行時間約為25 min。該道路多為轉彎路段，周圍被高大樹木遮擋，司機行車時難以掌握前方路況，對向通行車輛需倒車至避讓處進行交替通行，當車輛較多沒有信號指示時，經常出現車輛擁堵無法通行的情況，不但影響道路通行效率，而且多次出現車輛陷落，車輛刮擦，人員受傷的道路安全事故，存在較大安全隱患。

1.2?通行系統現狀

目前市場上成熟的產品主要有：車輛進出識別系統、交通指揮系統等。以上系統具有車輛精確識別，安全可靠的優點，但并不適合類似礦山運輸簡易道路的現場要求，因此需要開發一套適應礦山單行道路行車預警系統[1]。

1.3?行車預警系統研發要求

對使用道路的人員、車輛進行識別并控制紅綠燈進行預警;系統自供電系統解決檢測與顯示系統所需電能;區域兩端通行信息的遠距離傳輸;功耗低，簡單可靠[2-3]。

2?狹窄道路雙向行車預警系統

該礦山自主設計研發的狹窄道路雙向行車預警系統主要包括：車輛、行人檢測及判別，報警區域信號雙向傳輸，邏輯運算及紅綠燈控制，太陽能自發電供電系統等。

2.1?車輛、行人檢測及判別

現場采用2個反射式光電傳感器作為一組檢測設備，車輛進入警示區域后，根據傳感器檢測情況，通過PLC控制器邏輯判斷行進方向并計數統計。反射式光電傳感器與其他類型傳感器的對比見表1。

由表1可知：反射式光電傳感器具有安裝簡單，抗干擾能力強，檢測全面，成本低的特點，適合現場使用。現場采用反射式光電傳感器，安裝高度1.4 m，可有效減少外界干擾。

2.2?報警區域信號雙向傳輸

現場區域檢測預警裝置涉及道路預警裝置，包括預警箱和安裝框架。安裝框架內設置有安裝槽，預警箱卡設在安裝槽內，預警箱內設置有空腔，空腔的內壁上通過螺栓安裝有語音播報器、無線傳輸發送端、無線傳輸接收端和PLC控制器;預警箱外側安裝有光電傳感器，預警箱頂部安裝有光伏板，空腔的內壁上通過螺栓安裝有蓄電池，蓄電池通過電線與光伏板連接;空腔的內壁上安裝有溫度傳感器，內壁一側采用螺栓安裝有機箱，機箱內安裝有電動機，電動機的輸出軸上安裝有扇葉;蓄電池、光電傳感器、溫度傳感器和無線傳輸發送端分別通過電線與PLC控制器連接，PLC控制器通過電線分別與語音播報器、電動機和無線傳輸接收端連接[4]。

預警裝置位于道路兩端，道路依山而建，敷設線纜成本較高，采用工業無線開關量點對點傳輸裝置，將PLC輸出的邏輯信號實現無線傳輸，傳輸距離可達5 km，工作頻率425.0～450.5 Hz，響應時間30 ms，2個預警裝置之間實現無線通訊，具有不需敷設線纜、工作可靠、安裝方便的優點。

2.3?邏輯運算及紅綠燈控制

采用S7-200型PLC控制器對傳感器和無線模塊信號進行邏輯處理，輸出紅綠燈控制信號，實現抗干擾、進出車輛數據累計、時間控制、邏輯運算等功能。具有檢測準確、運行可靠、擴展性強的特點。現場控制裝置的電氣控制原理見圖1～4。

2.4?太陽能自發電供電系統

考慮到狹窄道路雙向行車預警系統遠離市電，設計采用單晶硅發電板，膠體鉛蓄電池，太陽能充電控制器構成太陽能自發電供電系統（見圖5）。該系統功耗約12 W，考慮到現場光照條件、系統持續供電能力，采用280 W、200 A、24 V的綜合供電系統。

2.5?應用及效果

該礦山于2019年5月投入使用狹窄道路雙向行車預警系統，投入運行后，行車效率明顯提高，車輛通行時按照紅綠燈指示提前避讓，有序通行，通行時間由預警系統安裝前的平均25 min縮短至15 min，行車速度提高到30 km/h，同時避免了對向行駛車輛相遇后長距離倒車的情況，人員、車輛安全得到了有效保障。該系統自帶太陽能光伏低壓直流供電，具有電能轉換效率高，綠色環保的特點，實現24 h連續工作。

自安裝狹窄道路雙向行車預警系統后，車輛進入區域進行提前有序避讓，解決了臨時倒車避讓的問題，有效提高了行車安全性，該路段未再出現交通安全事故。

3?結?論

1）加裝狹窄道路雙向行車預警系統后，行車安全得到有效提高，人員、車輛安全得到保障，解決了單行道路行車無法提前避讓的危險隱患。

2）狹窄道路雙向行車預警系統解決了單行道路雙向運行車輛避讓有序安全通行問題，具有車輛、人員檢測，行車方向判斷，通行車輛數量統計，信號無線傳輸，太陽能自供電等優點，結構簡單，運行可靠，全自動運行。

3）狹窄道路雙向行車預警系統可以廣泛應用在廠區、鄉間、山區等簡易路段，可以控制閘機、音響、燈光信號，實現區域內每個方向通行車輛數量統計，停留時間計算等功能。

[參 考 文 獻]

[1]?陳月紅，孫瑞文，櫵永鋒，等.露天礦行車安全預警系統的研究[C]∥中國金屬學會.第三屆全國數字礦山高新技術成果交流會論文集.北京：中國金屬學會，2014.

[2]?張環.汽車山區道路行駛安全預警系統研究與開發[D].重慶：重慶交通大學，2011.

[3]?呂軍威，蘇文治，馬明迪，等.山區道路車輛危險預警系統[J].交通技術，2019，8（4）：281-288.

[4]?呂旭君，姜培根，劉吉興，等.一種窄道雙向行車預警裝置的制作方法：201910654631.8[P].2019-09-21.