王超，王林杰，李沖沖，王玉

（山東科技大學(xué)交通學(xué)院，山東 青島 266590）

在公路交通事故中由于雨霧等不利天氣引起的交通事故數(shù)量增加，惡劣的天氣條件嚴(yán)重威脅了公路行車安全。2016年我國道路交通事故864.3萬起，同比增加了65.9萬起，上升了16.5%，其中70%與天氣有關(guān)。在全球氣候變暖、極端氣象災(zāi)害增加的大背景下，雨霧天氣頻次增加、幅度增大。雨霧天氣下駕駛員在一些特殊路段的超速行駛是導(dǎo)致交通事故的直接原因。因此開展雨霧環(huán)境下道路動態(tài)控速技術(shù)與方法研究，對降低車輛在特殊天氣條件下的行車速度，保障公路交通安全具有重大意義。

1 雨霧環(huán)境對交通安全的影響

雨霧環(huán)境下道路通行能力下降，使得重大交通事故頻發(fā)。由于雨霧具有比較強(qiáng)的時(shí)效性和隨機(jī)性，所以會對局部路段交通產(chǎn)生較大的影響，從整條道路來看，雨霧籠罩區(qū)域車輛行駛緩慢，易形成瓶頸路段，從而降低整條道路的通行效率。雨霧環(huán)境下，駕駛員的視覺受到影響，能見度大幅度下降，駕駛員對周邊環(huán)境的感知能力下降，容易忽視路邊交通標(biāo)志牌上的信息，對路況的把握不準(zhǔn)確，從而產(chǎn)生一些錯(cuò)誤判斷，導(dǎo)致駕駛員對車輛進(jìn)行一些不當(dāng)操作，引起追尾、碰撞等交通事故。雨霧天氣下輪胎與路面之間會形成一層水膜，致使路面附著系數(shù)下降，在駕駛員制動過程中，輪胎易打滑使得制動距離增加，在車輛發(fā)生滑動時(shí)駕駛員生理和心理上會產(chǎn)生較大的壓力，增大交通安全隱患。雨水落在擋風(fēng)玻璃上會遮擋駕駛員視線，影響駕駛員觀察交通情況，疲勞度會在短時(shí)間內(nèi)大幅度增加。車外的雨聲和胎噪聲較大，會影響到駕駛員獲取相關(guān)交通信息，也容易導(dǎo)致駕駛員對交通狀況的判斷時(shí)間和制動時(shí)間增加。雨霧環(huán)境下的種種不安全因素使得道路交通事故更容易發(fā)生。

2 雨霧監(jiān)測及控速系統(tǒng)

雨霧環(huán)境下監(jiān)測及控速系統(tǒng)主要由四部分組成：雨霧監(jiān)測器、智能減速帶、可變信息標(biāo)志牌和信息控制處理器，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)信息流程圖

雨霧監(jiān)測器主要由能見度檢測單元、降雨量檢測單元和電源組成。能見度檢測單元主要是通過測量光在大氣光通道中的透射率來得出大氣的光透過率，以此反映道路的能見度。降雨量監(jiān)測單元是一種自動測量降水量的儀器，用的較多的是翻斗式雨量計(jì)，將降雨量轉(zhuǎn)換為可進(jìn)行計(jì)量的物理信號來對降水量進(jìn)行測量。減速帶是道路強(qiáng)制控速手段中的一種，車輛以較高的速度通過減速帶時(shí)會產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的機(jī)械振動，這種強(qiáng)烈振動會迫使駕駛員主動減速。本系統(tǒng)的智能減速帶由信息控制處理器控制，當(dāng)信息控制處理器接收到雨霧消散信號時(shí)會給減速帶一個(gè)下降的信號，當(dāng)信息控制處理器接收到雨霧信號時(shí)會給減速帶一個(gè)升起的信號。這樣，正常天氣條件下減速帶處于下降狀態(tài)，車輛按常速行駛。在雨霧天氣條件下，減速帶升起，駕駛員主動或被動把車速降至安全車速通過該路段。減速帶上配有黃色閃光的發(fā)光道釘，在雨霧條件下黃色閃光可以在短時(shí)間內(nèi)引起駕駛員的注意，使駕駛員注意到減速帶的位置，并進(jìn)行主動減速以安全車速通過減速帶?？勺冃畔?biāo)志牌可根據(jù)不同季節(jié)、時(shí)段等特點(diǎn)為駕駛員及時(shí)提供道路運(yùn)營狀況，提高道路通行效率及保障行車安全。Led可變信息標(biāo)志牌由信息控制處理器控制，可變信息標(biāo)志牌由兩部分組成：可變信息和固定信息?？勺冃畔鶕?jù)信息控制處理器發(fā)出的信息變更指令對當(dāng)時(shí)的行車環(huán)境進(jìn)行變更；固定信息部分發(fā)布的消息是固定不變的，但可通過系統(tǒng)對固定信息進(jìn)行編輯?？勺冃畔?biāo)志牌可根據(jù)不同等級的變更信息而采用不同的字體顏色?？勺冃畔?biāo)志牌不同于靜態(tài)信息標(biāo)志牌，可變信息標(biāo)志牌可通過系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間段對交通信息進(jìn)行更新和發(fā)布，也可以對多條信息輪流播放。Led可變信息標(biāo)志牌不僅可以傳輸文字，還具有圖像傳輸功能，使駕駛員更加容易并快速了解道路狀況。

本系統(tǒng)針對雨霧條件，集交通環(huán)境監(jiān)測、道路控速和道路信息提示于一體，對一些特殊路段或路口具有很大的實(shí)用性，可有效提高道路的安全性及交通流的穩(wěn)定性和有序性，系統(tǒng)信息流程圖如圖2所示。

3 自動升降式發(fā)光減速帶設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

將機(jī)械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)相結(jié)合，信息控制處理器發(fā)出指令時(shí)，減速帶的電子系統(tǒng)控制電機(jī)，電機(jī)帶動機(jī)械系統(tǒng)工作，從而控制減速帶的升起或降落，以達(dá)到控制路段行車速度的目的。同時(shí)減速帶的電子系統(tǒng)也會控制發(fā)光道釘?shù)牧?滅狀態(tài)，以達(dá)到提醒駕駛員前方減速帶并主動減速的目的。發(fā)光道釘?shù)脑O(shè)計(jì)位置在減速帶的側(cè)板面，保障燈光以最佳角度進(jìn)入駕駛員的視野范圍，且發(fā)光道釘?shù)淖罡唿c(diǎn)應(yīng)略低于橡膠保護(hù)層，避免發(fā)光道釘與輪胎有直接接觸，延長道釘?shù)氖褂脡勖p速帶內(nèi)部具有排水系統(tǒng)，防止雨水進(jìn)入影響機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的正常工作。

3.2 工作原理及機(jī)構(gòu)組成

本機(jī)構(gòu)整體是一個(gè)倒置的“凸”形體箱，如圖3所示。箱子下部分與地面結(jié)合，底面和側(cè)面留有安裝孔位，采用螺釘連接。頂層與地面齊平，待減速帶啟動后，減速板升起形成近似梯形減速帶，同時(shí)側(cè)板面上的Led閃光燈會同步閃爍，減速帶關(guān)閉后，Led閃光燈關(guān)閉（也可根據(jù)實(shí)際需求，在減速帶回到原始位置后閃光燈可定時(shí)段開啟），減速板面回到原始位置。

減速帶根據(jù)功能可分為三個(gè)部分：機(jī)械升降裝置、燈光裝置和保護(hù)裝置。

圖3 減速帶結(jié)構(gòu)簡化圖

機(jī)械升降裝置：減速帶的升降機(jī)構(gòu)可簡化為曲柄頂桿機(jī)構(gòu)，如圖4所示，電機(jī)帶動曲軸運(yùn)動，曲軸帶動連桿使活動頂桿做上下位移運(yùn)動。電子系統(tǒng)每收到一個(gè)指令電機(jī)工作半個(gè)周期（曲柄旋轉(zhuǎn)一圈為一個(gè)周期），活動頂桿由最低點(diǎn)運(yùn)動到最高點(diǎn)或由最高點(diǎn)運(yùn)動到最低點(diǎn)，其運(yùn)動特性如下。

燈光裝置：設(shè)計(jì)采用有源式Led道釘，可接入24V直流電或220V交流電，由殼體、Led燈、導(dǎo)線和控制器件等組成。減速帶上所有道釘為一組，以同步閃爍的方式工作。道釘外殼采用PC防彈料一次注塑成型，增加道釘?shù)母呖箾_擊性能，其內(nèi)部控制器采用恒流控制方式，保護(hù)Led燈不受損傷，增加燈泡的穩(wěn)定性能和抗干擾能力，整體實(shí)芯環(huán)氧樹脂填充密封，增加道釘?shù)目箟?、抗腐蝕及防水性能。道釘通過螺釘與減速帶側(cè)面板連接，待減速帶升起后道釘與地面形成一定的夾角，閃光更容易進(jìn)入駕駛員的視覺區(qū)域，引起駕駛員注意，如圖5。

圖4 升降機(jī)構(gòu)簡化圖

圖5 燈光裝置示意圖

保護(hù)裝置：保護(hù)裝置包括外層的橡膠保護(hù)層和內(nèi)層的防水層。外層的側(cè)面板上鋪有保護(hù)層，保護(hù)層采用彈性橡膠材料制成，在車輛撞擊時(shí)可吸收部分能量，減少顛簸感。表面刻有“∧”形花紋，與輪胎接觸摩擦有收攏效果，還可以降噪，同時(shí)在降雨天氣下可將雨水快速排到減速帶底部的排水槽。表面是傳統(tǒng)的黑黃相間色，醒目度高。保護(hù)層在閃光燈設(shè)計(jì)位置預(yù)留有安裝孔位，保護(hù)層厚度高出閃光燈最高面約2cm，當(dāng)輪胎撞擊到減速帶時(shí)胎面與閃光燈有一定的間隙，以保護(hù)閃光燈。內(nèi)層側(cè)面板底部留有一個(gè)傾斜的凹形排水槽，可將雨水快速排出。在側(cè)面板內(nèi)側(cè)設(shè)有密封層，可防止雨水、灰塵等進(jìn)入減速帶內(nèi)部。

3.3 安裝工藝

（1）施工前準(zhǔn)備

晴朗天氣條件下施工，保證路面干燥整潔，無雨水、石子、油污等。施工人員提前準(zhǔn)備路錐、施工導(dǎo)流牌、反光衣等安全防護(hù)設(shè)備；切槽機(jī)、電錘、盤尺、發(fā)電機(jī)、導(dǎo)線等施工工具。設(shè)備應(yīng)預(yù)調(diào)試完畢。

（2）施工步驟

先用盤尺確定安裝位置，用標(biāo)記筆標(biāo)記，再用切槽機(jī)切槽，切開的槽道要將多余泥土清理干凈，然后放入設(shè)備，用電鉆在底部側(cè)面板上的安裝孔位鉆孔，并嵌入膨脹螺絲緊固，用束線帶將內(nèi)部的連接線固定，最后清理施工現(xiàn)場。

（3）測試

給減速帶通電，通過手動控制測試減速帶能否正常升降及閃光燈能否按設(shè)定頻率工作。

4 結(jié)語

本文分析了雨霧條件下的行車條件及一些隱藏的安全隱患，根據(jù)社會需求，結(jié)合實(shí)際，將電子系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)整合為一體，對傳統(tǒng)減速帶進(jìn)行了創(chuàng)新性改進(jìn)。通過雨霧檢測器監(jiān)測雨霧條件的發(fā)生來控制減速帶是否啟動，實(shí)現(xiàn)了減速帶的自動化，可變信息標(biāo)志牌的運(yùn)用解決了同一個(gè)地方交通標(biāo)志過多的問題，簡潔、準(zhǔn)確地將道路交通狀況傳遞給駕駛員，為駕駛員營造出友好的交通環(huán)境，提高了道路服務(wù)水平。本裝置可提前預(yù)警，向駕駛員傳遞雨霧天氣條件下的道路實(shí)時(shí)信息，有效提高道路交通安全水平，降低雨霧環(huán)境下交通事故發(fā)生的可能性。