摘要：某礦山運(yùn)輸?shù)缆酚?.5 km地處山區(qū)，路況復(fù)雜，且彎道較多，道路狹窄，只能單向通行，對(duì)面通行車輛相遇后需倒車至避車位置讓行，嚴(yán)重影響通行效率，存在很大安全隱患。針對(duì)狹窄道路通行預(yù)警的問題，開發(fā)設(shè)計(jì)了狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)，以礦山運(yùn)輸?shù)缆钒踩ㄐ袨檠芯繉?duì)象，通過車輛檢測(cè)與方向判斷，控制信號(hào)的無線傳輸，選擇可靠的檢測(cè)、控制、計(jì)算、傳輸裝置，根據(jù)檢測(cè)信號(hào)通過PLC控制器進(jìn)行比較處理，達(dá)到安全行車控制的目的，最大程度提高車輛通行安全。系統(tǒng)投入運(yùn)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(xiǎn)隱患。

關(guān)鍵詞：狹窄道路;雙向行車;預(yù)警系統(tǒng);無線傳輸;太陽能供電

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

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?doi：10.11792/hj20200711

某礦山礦區(qū)至選礦廠之間多采用無軌車輛運(yùn)輸?shù)V石及生產(chǎn)物資，山區(qū)路況復(fù)雜，且彎道較多，道路大都狹窄。運(yùn)輸?shù)缆酚?.5 km地處山區(qū)，寬度約4.0 m，狹窄道路只能單向通行，無法對(duì)向行駛，且道路多為轉(zhuǎn)彎路段，周圍被高大樹木遮擋，司機(jī)行車時(shí)難以掌握前方路況。正常行車時(shí)，對(duì)面通行車輛相遇后需倒車至避車位置讓行，嚴(yán)重影響通行效率，甚至局部最大倒車距離達(dá)1.5 km，多次出現(xiàn)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(yù)警裝置。又由于現(xiàn)行的預(yù)警裝置功能簡(jiǎn)單，預(yù)警效果較差，所以需要一種狹窄道路雙向行車預(yù)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(shè)計(jì)研發(fā)了狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)，解決了復(fù)雜路況預(yù)警難度大的問題。預(yù)警系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)對(duì)向有車進(jìn)入紅燈，無車綠燈，司機(jī)行車時(shí)按照“綠燈行、紅燈停”的原則，在避車處提前進(jìn)行避讓。該系統(tǒng)通過對(duì)車輛區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)行邏輯運(yùn)算后利用無線傳輸技術(shù)控制紅綠燈信號(hào)，解決了單行道路對(duì)向通行車輛、人員的安全問題。

1?工程背景

1.1?狹窄運(yùn)輸?shù)缆?/p>

該礦山礦區(qū)至選礦廠之間的運(yùn)輸?shù)缆酚虚L(zhǎng)4.5 km的山區(qū)狹窄路段，沿山勢(shì)地形施工建設(shè)，寬約4.0 m，同時(shí)只能通過1輛機(jī)動(dòng)車，高差約90 m，多處為“S”形彎道，路況復(fù)雜。道路使用情況：小型機(jī)動(dòng)車、礦山生產(chǎn)物資運(yùn)輸車、礦石運(yùn)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(shí)間約為25 min。該道路多為轉(zhuǎn)彎路段，周圍被高大樹木遮擋，司機(jī)行車時(shí)難以掌握前方路況，對(duì)向通行車輛需倒車至避讓處進(jìn)行交替通行，當(dāng)車輛較多沒有信號(hào)指示時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上成熟的產(chǎn)品主要有：車輛進(jìn)出識(shí)別系統(tǒng)、交通指揮系統(tǒng)等。以上系統(tǒng)具有車輛精確識(shí)別，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，但并不適合類似礦山運(yùn)輸簡(jiǎn)易道路的現(xiàn)場(chǎng)要求，因此需要開發(fā)一套適應(yīng)礦山單行道路行車預(yù)警系統(tǒng)[1]。

1.3?行車預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)要求

對(duì)使用道路的人員、車輛進(jìn)行識(shí)別并控制紅綠燈進(jìn)行預(yù)警;系統(tǒng)自供電系統(tǒng)解決檢測(cè)與顯示系統(tǒng)所需電能;區(qū)域兩端通行信息的遠(yuǎn)距離傳輸;功耗低，簡(jiǎn)單可靠[2-3]。

2?狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)

該礦山自主設(shè)計(jì)研發(fā)的狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)主要包括：車輛、行人檢測(cè)及判別，報(bào)警區(qū)域信號(hào)雙向傳輸，邏輯運(yùn)算及紅綠燈控制，太陽能自發(fā)電供電系統(tǒng)等。

2.1?車輛、行人檢測(cè)及判別

現(xiàn)場(chǎng)采用2個(gè)反射式光電傳感器作為一組檢測(cè)設(shè)備，車輛進(jìn)入警示區(qū)域后，根據(jù)傳感器檢測(cè)情況，通過PLC控制器邏輯判斷行進(jìn)方向并計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。反射式光電傳感器與其他類型傳感器的對(duì)比見表1。

由表1可知：反射式光電傳感器具有安裝簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)全面，成本低的特點(diǎn)，適合現(xiàn)場(chǎng)使用?，F(xiàn)場(chǎng)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(bào)警區(qū)域信號(hào)雙向傳輸

現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域檢測(cè)預(yù)警裝置涉及道路預(yù)警裝置，包括預(yù)警箱和安裝框架。安裝框架內(nèi)設(shè)置有安裝槽，預(yù)警箱卡設(shè)在安裝槽內(nèi)，預(yù)警箱內(nèi)設(shè)置有空腔，空腔的內(nèi)壁上通過螺栓安裝有語音播報(bào)器、無線傳輸發(fā)送端、無線傳輸接收端和PLC控制器;預(yù)警箱外側(cè)安裝有光電傳感器，預(yù)警箱頂部安裝有光伏板，空腔的內(nèi)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(nèi)壁上安裝有溫度傳感器，內(nèi)壁一側(cè)采用螺栓安裝有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)安裝有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)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(fā)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(bào)器、電動(dòng)機(jī)和無線傳輸接收端連接[4]。

預(yù)警裝置位于道路兩端，道路依山而建，敷設(shè)線纜成本較高，采用工業(yè)無線開關(guān)量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸裝置，將PLC輸出的邏輯信號(hào)實(shí)現(xiàn)無線傳輸，傳輸距離可達(dá)5 km，工作頻率425.0～450.5 Hz，響應(yīng)時(shí)間30 ms，2個(gè)預(yù)警裝置之間實(shí)現(xiàn)無線通訊，具有不需敷設(shè)線纜、工作可靠、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。

2.3?邏輯運(yùn)算及紅綠燈控制

采用S7-200型PLC控制器對(duì)傳感器和無線模塊信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，輸出紅綠燈控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)抗干擾、進(jìn)出車輛數(shù)據(jù)累計(jì)、時(shí)間控制、邏輯運(yùn)算等功能。具有檢測(cè)準(zhǔn)確、運(yùn)行可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)控制裝置的電氣控制原理見圖1～4。

2.4?太陽能自發(fā)電供電系統(tǒng)

考慮到狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)遠(yuǎn)離市電，設(shè)計(jì)采用單晶硅發(fā)電板，膠體鉛蓄電池，太陽能充電控制器構(gòu)成太陽能自發(fā)電供電系統(tǒng)（見圖5）。該系統(tǒng)功耗約12 W，考慮到現(xiàn)場(chǎng)光照條件、系統(tǒng)持續(xù)供電能力，采用280 W、200 A、24 V的綜合供電系統(tǒng)。

2.5?應(yīng)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(yù)警系統(tǒng)，投入運(yùn)行后，行車效率明顯提高，車輛通行時(shí)按照紅綠燈指示提前避讓，有序通行，通行時(shí)間由預(yù)警系統(tǒng)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(shí)避免了對(duì)向行駛車輛相遇后長(zhǎng)距離倒車的情況，人員、車輛安全得到了有效保障。該系統(tǒng)自帶太陽能光伏低壓直流供電，具有電能轉(zhuǎn)換效率高，綠色環(huán)保的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)工作。

自安裝狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)后，車輛進(jìn)入?yún)^(qū)域進(jìn)行提前有序避讓，解決了臨時(shí)倒車避讓的問題，有效提高了行車安全性，該路段未再出現(xiàn)交通安全事故。

3?結(jié)?論

1）加裝狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)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(xiǎn)隱患。

2）狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)解決了單行道路雙向運(yùn)行車輛避讓有序安全通行問題，具有車輛、人員檢測(cè)，行車方向判斷，通行車輛數(shù)量統(tǒng)計(jì)，信號(hào)無線傳輸，太陽能自供電等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，全自動(dòng)運(yùn)行。

3）狹窄道路雙向行車預(yù)警系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用在廠區(qū)、鄉(xiāng)間、山區(qū)等簡(jiǎn)易路段，可以控制閘機(jī)、音響、燈光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)每個(gè)方向通行車輛數(shù)量統(tǒng)計(jì)，停留時(shí)間計(jì)算等功能。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]?陳月紅，孫瑞文，櫵永鋒，等.露天礦行車安全預(yù)警系統(tǒng)的研究[C]∥中國(guó)金屬學(xué)會(huì).第三屆全國(guó)數(shù)字礦山高新技術(shù)成果交流會(huì)論文集.北京：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，2014.

[2]?張環(huán).汽車山區(qū)道路行駛安全預(yù)警系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2011.

[3]?呂軍威，蘇文治，馬明迪，等.山區(qū)道路車輛危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)[J].交通技術(shù)，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(yù)警裝置的制作方法：201910654631.8[P].2019-09-21.