高速公路特殊路段照明系统设计

闫晓茹+任亚飞

摘要：随着人民生活水平的提高，汽车的使用量逐步上升，高速公路特殊路段交通事故也频繁发生。论文针对高速公路特殊路段和多雾路段，基于多传感器技术采集车辆、道路信息控制节能路灯工作的方式，设计了一种既节能又安全的高速公路特殊路段路灯控制方式。

关键词：传感器；信息采集；节能路灯；智能控制

中图分类号：TU113.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0122-03

1 高速道路安全的现状

近十年来，高速公路运输以其方便、快捷的独具优点在我国社会、经济生活中发挥着愈来愈重要的作用。但与此同时，高速公路运输过程中重大、恶性安全事故时有发生，给人民的生命财产造成了严重危害，这使得高速公路交通安全受到愈来愈广泛的重视。目前，对高速公路交通安全问题尚缺乏规律性的研究和认识，因异常天气所致比例较大的天气因素对高速公路行车安全的影响不容忽视。特别是雾天对高速公路安全行驶最为不利，雾季主要集中在秋冬季节，在每年9-12月之间较为突出。起雾往往是一段一段的团雾，且变化较快，给高速公路交通管理部门的处置带来了较大的麻烦，因此加强对多雾路段的行车管理和智能照明控制是非常有必要的，论文设计一种既节能又安全的高速公路特殊路段路灯控制方式。

2 系统检测与照明设备选型

2.1 车辆检测装置

交通领域对车辆的检测有：感应线圈检测传感器、超声波检测传感器、微波检测传感器、红外线检测传感器、视频检测传感器、磁力检测传感器以及声学检测传感器等。各种传感器有自身的特点，如地感线圈要破路施工，影响交通，并且一旦出现问题，维护不方便；而视频检测则很容易受环境的影响，比如环境亮度和能见度；而微波检测虽然都能达到效果，但是它的成本高。因此考虑到高速公路环境的特殊性以及本次设计检测的数据要求，本系统对车辆的检测采用红外线检测传感器。

红外线检测传感器是波束检测装置的一种，有主动式和被动式，都可以用于交通管理。主动式红外检测器利用在红外线波长范围附近工作的激光二极管，发射低能红外线照射检测区域，并经过车辆的反射或散射返回传感器。主动式红外线检测器：其功能与微波雷达检测器相似，通过红外线的发射、反射与接收来提供车流中的各种参数，可在一个交叉口上安装多个红外线检测器，而不存在发射红外线和接收红外线问的相互干扰。被动式红外线检测器：能提供车辆通过和存在的数据，其实质为使用探测器来测量物体发出的红外线能量。当车辆进入它的检测范围，它测量的地表能量就发生变化。使用这种检测器的交通监管应用的典型距离大约是6.1m。在这个距离内大气的组成要素不会造成检测器明显的性能下降。

2.2 能见度检测传感器

低能见度对轮渡、民航、高速公路等交通运输和电力供应以至于市民的日常生活都会产生许多不利的影响。在经济高度发展的今天，带来的影响更为明显。近些年来，因环境问题导致雾霾的产生，能见度过低而造成的重大交通事故屡有发生。

世界上普遍应用的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种：透射仪因需要基线，占地范围大，不适用于海岸台站、灯塔自动气象站及船舶上。但其具有自检能力，低能见度下性能好等优点而适用于民航系统；散射仪以其体积小和低廉的价格而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统。本设计考虑到高速公路的特殊环境，采用散射仪传感器检测空气中雾气的浓度，根据雾气的浓度变化调节路灯的亮暗。

2.3 照明器设备

照明器通常是以光强分布、亮度分布和保护角、光输出比三项指标来表示。光强分布曲线：也称配光曲线。在通过光中心的平面上，将光源或照明器在空间各方向的發光强度表示为角度的函数的曲线，以极坐标或直角坐标表示。道路照明灯应与选用的光源类型、功率相匹配，灯具效率不应低于70%，故道路照明灯具宜采用半截光型配光。

本系统采用一种具有耗电量低，环保无污染、光效高、寿命长等特点的LED路灯，需要在路灯上面安装可收集太阳光照的集光板。在白天太阳光照强度大时，集光板就会吸收阳光的能量，通过内部装置转换为电能，存储下来备用，进而有效节约了电能。路灯设计如图1。

3 特殊路段智能灯控系统设计

3.1 控制系统总体结构

本系统主要分为三个部分：前端的数据采集部分，包含车辆和能见度的检测；智能控制部分，通过对采集的数据进行分析和处理，决定是否开路灯及路灯的亮度控制；被控制终端路灯部分，如图2所示。

3.2 设备布局图

本系统路灯及红外传感器设备布局图如图3所示，采取6个灯为一组分段控制，由检测器检测车辆通过以及能见度来控制灯开关。当车辆在高速公路上行驶时，红外传感器首先会在离多雾段300米左右的地方感应到有车辆的进入，红外传感器会将捕捉到的信号传递给路灯的开关控制器，启动开关，路灯就会被点亮，同时开始进行定时。定时时间为25s，如图3所示。因为车辆从开始进入到离开第一段路灯所用的时间为25s，当传感器不断检测到车辆的进入，那么定时器就不断的清零置1，重新开始计数。在车辆将要驶出第一段路灯的控制范围时，传感器此时会检测到车辆，将信号传递给第二段路灯的开关控制器，提前打开第二段路灯。此时这样无论车子在什么时候来，路灯总是能实时的照明。

能见度检测如图4所示，是根据能见度的性能特点在每隔50米来设置一个专门检测雾气浓度传感器。将收集得到的数据进行计算得到一个平均值传递给所在路灯范围内的路灯控制器。如果浓度大，就调大亮度，反之如果浓度低，就可以调低亮度。只要红外传感器检测到有车辆经过这个区域，那么路灯就会一直被点亮。如果在这个区域，红外传感器检测不到车辆的信号，那么路灯就不会被点亮。这样会有效降低高速公路上多雾段的发生安全事故的可能性。

3.3 程序设计流程图

根据本控制系统的特点，先根据采集的道路能见度信息、并计算能见度值，根据结果判断是否需要开路灯以及路灯的亮度控制；如果达到开灯要求，采集车辆信息判断是否有车辆通过，如果满足车辆检测条件则打开灯，并设置等待时间。系统实现流程图如图5。道路能见度检测子系统如图6，根据各个点的检测结果，求浓度的平均值。

4 结语

在时代发展的潮流下，智慧交通、绿色交通已成为当下交通发展重要的话题，节能节电已经迫不及待。本文设计的高速公路特殊路段节能路灯控制系统，既可以减少雾天高速公路事故率，又达到节能效果。城市道路的路灯通宵被点亮的，然而在夜间路上车辆行车量很少甚至没有车辆，路灯也是亮着的。因此，本设计也可以应用在城市道路交通灯控制中，实现节能。

参考文献

[1]王俊峰，孟令启.现代传感器应用技术[M].北京机械工业出版社，2006，18-20.

[2]彭春华等.车辆检测传感器综述[J].传感器与微系统，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