一種解決隧道口安全問題的交通裝置

楊艷，侯俊濤，鐘新華

（攀枝花學院智能制造學院，四川攀枝花，617000）

0 引言

自進入21世紀以后，隧道交通飛速發展，據2011年公路水路交通運輸行業發公報顯示，截止到2011年底，全國公路隧道為8522處625.34萬米，比2010年末增加1148處，113.09萬米，其中特長隧道326處，143.32萬米。隨之而來的就是大量隧道交通事故的發生，其中大部分的原因來自于隧道內外光線的急劇變化產生耀眼、看不清前方道路狀況等短暫致盲現象，稱之為明適應和暗適應，若想減少來自此方面產生的交通事故數量，首要目的就是要解決這種現象。因此筆者基于現有的交通設施基礎之上，利用計數器、單片機、感應線圈、交通指示燈（紅綠燈）來幫助司機克服隧道行駛的障礙。

1 國內外的隧道瞬盲現象措施

1.1 國內外的老式傳統照明模式

現在我國國內的大部分地區延續著較為傳統的老式傳統照明電路，現代化和自動化水平低下，部分地區使用光亮度檢測儀來檢測隧道內外亮度差，來調節燈光，但是由于洞外亮度檢測儀、洞內隧道照度儀較為落后，可靠性和準確性較低，故而隧道照明的安全性能也就不盡人意，同時對于隧道內部燈光的電路控制，大多以分級控制和手動控制為主，導致了隧道燈長時間條件下工作，電力成本較高，總體投入的交通資源和成本也就隨之提升；維修時，由于電路較為傳統，在燈光線路出現問題時，會對交通造成一定的影響，故而老式的傳統照明模式在一定程度上，需要進行一定的改造來實現隧道照明現代化和智能化的蛻變。

1.2 理想型的現代化智能照明模式

利用現有的線圈傳感技術、現代電路電子技術和信號傳遞和處理技術，在以邊收集來自道路和車輛信息的同時將其上傳到數據庫，得到實時的交通情況；在上傳信息數據的同時，不影響交通設備的正常運作，得到車輛和道路的信息后控制隧道燈光，通過對隧道口緩沖監控區域將緩沖區域內的道路信息狀況通過交通指示燈的形式反饋給司機，司機得到此信息后，及時做出合理的調整，以避免造成交通事故等意外情況。

2 系統概述

2.1 大致工作情況

系統主要針對的是司機由于劇烈快速的光線變化導致的瞬盲問題，隧道電力資源問題以及在此基礎之上減少交通開支進行研究，以下為系統的主要工作流程和流程圖以及基本的工作原理。

（1）汽車從道路上行駛過來時，路過鋪設的線圈，此時計數器1內部數值由N-1變為N，隧道出口的計數器2此時為N-1，兩者內部計數器不一致，此時開關開啟，隧道內燈光亮起。

（2）當車輛經過線圈以后，在隧道入、出口出設立有一段緩沖監控區域，若此時該區域內無車，則在隧道口的紅綠燈處顯示綠燈，表示可以通行；若此時有車因交通事故或者堵車停留，則顯示黃燈，提醒司機減速慢行；若出現隧道塌方等特殊情況，則顯示紅燈，禁止通行。

（3）當車輛出隧道口以后，計數器2的數值由N-1變為N，計數器1和2的數值相等，此時控制電路關閉燈光。

（4）可將數據上傳，N的值為該時間段內該隧道線路的交通量；同時，某時刻計數器1減去計數器2的值為該時刻隧道內的車輛數，可用于反映道路的通行情況（如圖1）。

圖1 系統工作原理

2.2 感應線圈信息錄入點與隧道口的距離選擇

系統在車輛經過，線圈捕捉到信息使計數器1 內部數字變化，在與計數器2進行比對后再控制隧道燈光的開關，那么這需要一個反應的時間；由于隧道路段的道路水平，限速上限不同，在計算大致位置時，將該路段的最高限速速度作為目標數據來計算出線圈位置的大致范圍。

圖2 限速標志牌

以下列湖南省高速公路隧道限速牌為例，限最高時速為60碼，那么在計算鋪設點時，假設車輛行駛速度為60碼，隧道口出現事故，那么在燈光打開以后，司機得知前方的情況，經過反應時間后剎車直至停下的距離即為鋪設距離。

L=60*（燈光開啟時間+司機反應時間）+60碼速度下普通汽車急剎距離L即為隧道口到線圈鋪設的距離，但是由于司機的反應時間不同，因此，只能大致的求出一個范圍值。但是這并不會影響到系統的安全性，只要取值能夠高于60千米每小時的時速下的L值，都在安全范圍以內。

3 系統組成部分

3.1 計數器

T89S52單片機內部的定時/計數器的結構如圖3所示。定時器T0由特殊功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）構成，定時器T1由特殊功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）構成。每個寄存器均可單獨訪問。

圖3 單片機內部計數器原理構造圖

將計數器1與計數器2進行數據連接，使兩個計數器在獨立工作的同時能夠進行信息比對，然后反饋給燈光控制電路，以此來進行對隧道內部燈光的控制，同時，將已有的計數器數據進行上傳，讓遠在千里之外的數據庫中能夠得到這些寶貴的信息資源，因此，計數器不單單只有計數的功能，還要外接一個能夠上傳數據的處理器。

3.2 隧道內部的燈光

在欠發達的地區，隧道內部燈光的鋪設采用老式的傳統電路控制，但是在一些東部地區，隨著隧道交通的發展，開始采用變化性的隧道燈光，根據和隧道口的距離來調節燈光亮度，以此減少電力資源的消耗。

對于隧道內部燈光的鋪設，有一定的原則，短暫致盲的現在只存在于隧道的入口出還有隧道的出口處，可以將這兩個地方的燈光亮度調高，然后越靠近隧道內部，燈光可以適當調暗，并趨近于一個穩定值，如此，不僅可以讓司機在車輛行進過程中緩解瞬盲帶來的視覺疲勞，還能減少照明支出。隧道照明亮度曲線如圖4所示，可以以此來進行對隧道燈光的安裝。

圖4 隧道照明亮度曲線

由于系統本身的特性，經常開關隧道燈，可能會導致隧道燈的壽命減短，所以對于之后的定期維修頻率也會適當的提高；為了之后的維修工作能夠更好的進行，應當嚴格按照國家的標準進行。

安裝燈光時外殼選用強度高、韌性好的合金環保材料，透明件為加強鋼化玻璃，防塵防水，耐腐防銹。具有較強的抗強力碰撞和沖擊能力;多道防震結構和高科技表面噴涂處理，各種近距離高強高頻震動不能對燈具造成影響，并能在路基、等高頻震動和潮濕、高溫環境中長期穩定工作。良好的電磁兼容性，不會對輸電網絡造成干擾。

安裝方式：吸頂式、吊桿式、座式、壁掛式等多種安裝方式，操作更加簡便。適應不同工作現場照明的需要。燈具與電器箱一體化設計，整體可靠性強，故障率低，使用維護更加安全方便。

3.3 計數器數據對比控制燈光開關

在隧道出口的計數器本質上和隧道入口的計數器沒有明顯區別，但是在計數器2中存在一個信號處理器，控制線圈信號的回饋和儲存，能給將這一路段的交通事故情況，道路擁堵情況反饋給工作人員，一方面能夠得到即時的車輛通行數據，同時還能將得到的數據儲存起來，預測和防范未來可能會出現的一些意外情況，采取有效的交通措施。

在計數器對比完成后，將信息變化為對電路的控制，目前國內使用最多的使雙刀開關對燈光的控制，但是目前國外和國內一些發達地區已經采用邏輯門的技術，能夠更好的達到保障汽車通行安全和節省不必要交通資源消耗的目的；在對比計數器數據后，如若二者的數據相同，則輸出“0”信號，對應控制燈光關閉，反之二者數據不等，則輸出“1”信號，對于電路正常運行，控制燈光仍然打開，直至電路輸出“0”信號關閉燈光為止。

但是在一些欠發達地區，燈光控制系統仍舊采用老式的控制系統，不僅造成了燈光電力的浪費，還對電力系統和基礎設施造成了許多的負擔，因此，對于老式燈光線路的改造，也顯得極為重要，可以憑借現有的一些研究結果來對燈光的線路和亮度調節進行線路鋪設，盡最大化的改造現有的電路，減少負擔。再者，針對照明系統的開關問題，在兩個電子設備進行比對以后再執行對照明系統的指令，保證設備的嚴謹性，同時照明系統應當按照國家標準進行安裝，安裝的方式要符合好安裝，不干擾正常工作，好維修的原則，保證維修人員方便維修，從而減少因為維修導致的對正常交通活動的干擾。對于現有的老式電路，全部取代目前來看使不現實的，不管是工程量還是資金方面都會存在一定的問題，所以對電路進行改造時應當保留基礎的電路部分，將原先的控制部分用計數器數據比對控制電路來代替，邏輯門電路的使用可以提升數據對比以后燈光開啟和關閉的速度，給駕駛員更多的反應時間，同時還能夠保證電路運行的壽命，在多次開關燈光以后，電路的壽命是會大幅度下降的，因此，減少對電路及隧道燈壽命的影響也是非常有必要的。

圖5 穩壓電源電路原理圖（取自基于STC12C5A60S2的智能警示人行道設計）

4 結束語

本文研究的隧道交通安全系統可以應用于現今廣大的隧道交通設施市場中，有效解決車輛在隧道事故高發路段的事故率，同時降低隧道照明的資源浪費，獲取一定的交通信息數據，確保隧道安全的同時，最大程度的降低了運營成本。