一种高速公路隧道口可变限速控制系统的制作方法

本实用新型涉及智能交通技术领域，特别涉及一种高速公路隧道口可变限速控制系统。

背景技术：

随着高速公路的快速发展，高速公路上修建的隧道也越来越多，但是隧道的存在面临着很多潜在的灾害，隧道口路面结冰或者积雪就是一个经常造成交通事故的灾害。隧道由于自身结构以及过往车辆不断带动冷热空气的流动，造成隧道内外气温差的产生，在降雨降雪后隧道口路面极易结冰和积雪。特别是在冬季，路面结冰、积雪不能及时融化。在隧道的出入口常伴随着光线强度的急剧变化，驾驶人员的视线需要一段时间和距离来适应隧道内较暗的光线或隧道外较强的光线，无法快速反应隧道口附近的环境情况和交通情况，而当隧道口路面存在结冰或积雪时，致使车辆刹车制动距离变大，加之车辆速度高，造成刹车不及时，所以极易发生车辆追尾、连环相撞等恶性交通事故。

目前，我国在隧道口设置了适用于正常路面状态下的隧道出入口静态限速值，缺乏对隧道口路面状态的检测，在隧道出入口限速值的确定过程中也缺乏对隧道口路面状态的考虑。

中国专利申请号201521070443.4公开了一种隧道出口路面湿度警示装置，包括湿度感应器、控制单元和显示屏，所述的湿度感应器设置在隧道出口采集隧道出口的湿度信息，所述的显示屏设置在隧道内，所述的控制单元通过处理湿度感应器采集的湿度信息并将该信息通过显示屏显示，该装置能够告知行至该隧道处的驾驶人员隧道出口路面的湿度信息，在一定程度上保证隧道出口处交通安全，但是该装置仅提醒驾驶人员注意隧道出口路面的湿度情况，未在路面状态恶劣时实时限制车速，保障车辆安全通过隧道口。

中国专利申请号201310611578.6公开了一种预防隧道出入口附近追尾事故的可变限速控制方法，该方法在隧道出入口下游位置设置交通流检测器，在隧道口上游位置设置可变信息提示板，综合各种因素计算出最优限速值，通过可变信息提示板提醒进出车辆，大幅降低了隧道出入口附近追尾事故的发生率，但是该方法没有考虑到隧道出入口路面的湿滑程度对车辆安全行驶有很大的影响，如果隧道出入口存在结冰或积雪，在交通流不大的情况下，按照该方法计算的限速值内行驶还是存在很大的风险。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高速公路隧道口可变限速控制系统，能够实时监测隧道口路面冰雪情况并及时清除，同时结合交通流量的大小实时控制隧道口限速值，保证隧道口处的交通安全。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种高速公路隧道口可变限速控制系统，包括电源装置、路面除冰装置、车流量检测装置、信息发布装置和中央处理器。所述路面除冰装置设置在隧道口，能够实时监测隧道口路面状态并及时主动干预，将影响行车安全的因素消除；所述车流量检测装置设置在隧道口的下游位置，能够实时获取交通流数据对交通流状态进行监测；所述信息发布装置设置在隧道口的上游位置，能够实时发布前方路面情况和交通情况，实时发布限速值，提醒过往车辆注意行车安全。

所述路面除冰装置包括遥感检测装置和主动除冰装置，所述遥感检测装置、主动除冰装置与所述中央处理器连接。其中所述遥感检测装置包括遥感式道面状态传感器和遥感式道面温度传感器，能够实时监测隧道口路面的积水、积雪或结冰的情况，将路面状态信息发送至中央处理器进行分析判断，控制所述主动除冰装置对隧道口路面上影响行车安全的因素进行干预。

所述主动除冰装置包括支柱和安装在支柱上的加热系统，所述加热系统包括进气口、鼓风机、加热器、出气口，所述出气口设置在支柱靠近公路侧的一面，所述进气口设置在支柱上与出气口相反的一面，所述鼓风机、加热器设置在支柱中空的内部，能够在中央处理器接收到遥感检测装置检测到隧道口路面存在积水、积雪或结冰时，主动开启加热器、鼓风机，快速产生热风对路面进行升温，将积水、积雪或结冰快速清除干净。

所述主动除冰装置包括支柱和安装在支柱上的融雪剂喷撒器，所述融雪剂喷撒器包括喷嘴和融雪剂容纳腔，能够在遥感检测装置检测出路面有冰或雪导致摩擦力影响行车安全时，由中央处理器控制所述融雪剂喷撒器开启，通过对路面喷撒融雪剂及时地清除路面的冰雪，以免冰雪加厚导致路面打滑，出现交通事故。

所述融雪剂为有机融雪剂，融雪效果好，对环境没有腐蚀损害。

所述车流量检测装置为车辆检测器，用以检测车辆通过和车速情况。

所述信息发布装置为可变情报板，能够将路面有冰、有雪、积水、除冰完成、除雪完成、路面干燥等信息发布出来，供驾驶人员获知前方道路情况、交通状况及实时限速情况，及时做出判断。

所述电源模块为太阳能发电装置，包括太阳能电池组、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能电池组连接太阳能控制器，太阳能控制器连接蓄电池，采用太阳能供电有效解决了偏远山区高速公路设备供电困难的问题。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用遥感检测装置和车流量检测装置实时监测隧道口路面状态信息和车辆行驶下游的车流量情况，中央处理器在接收到这些信息之后，综合分析计算出当前情况下的最高时速限制值，将路面状态信息、交通流信息以及最高限速值及时发布在可变情报板上，以便驾驶人员提前获知前方道路及交通状况，及时控制车速。

2、本实用新型采用了遥感检测装置，能够精确检测出积水、结冰、积雪的厚度，能够在道路出现打滑之前检测出冰晶的出现，及时地开启主动除冰装置，不致于出现路面堆积很厚的冰层，影响行车安全；同时采用遥感检测装置，更方便安装和维护，由于遥感检测装置采用的是非侵入式检测技术，安装时无需对道路表面进行切槽，这对于已经建成的高速公路来说无疑大大节约了安装成本，并且遥感检测装置不会像埋入式的传感器容易被过往车辆碾压损坏，延长了检测装置的使用寿命。

3、本实用新型采用太阳能发电装置，利用清洁资源来为整个系统供电，解决了偏远地区的道路设备供电困难问题，同时利用清洁能源供电也有利于缓解环境污染、能源紧张等问题。

附图说明：

图1为本实用新型优选实施例1的结构示意图。

图2为本实用新型优选实施例1中路面除冰装置的结构示意图。

图3为本实用新型优选实施例1中路面除冰装置的工作流程图。

图4为本实用新型优选实施例2中路面除冰装置的结构示意图。

图中标记：1-太阳能电池组，2-遥感检测装置，3-出风口，4-支柱，5-喷嘴。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

定义隧道口上游为隧道外即将进入隧道的一段路或者是隧道内即将驶出隧道外的一段路。

定义隧道口下游为刚进入隧道内的一段路或者是刚驶出隧道外的一段路。

实施例1

如图1、图2所示，一种高速公路隧道口可变限速控制系统，包括太阳能发电装置、路面除冰装置、车流量检测装置、信息发布装置和中央处理器。

所述路面除冰装置设置在隧道口，其包括遥感检测装置2和主动除冰装置，所述遥感检测装置2、主动除冰装置与所述中央处理器通信连接。其中所述遥感检测装置2包括遥感式道面状态传感器和遥感式道面温度传感器。遥感式道面状态传感器采用光谱测量原理，能够准确测量积水、结冰、积雪的厚度，在冰晶导致道路打滑之前就能准确测量冰晶的出现，保证道路的行车安全，同时结合遥感式道面温度传感器使用，对导致路面摩擦力降低的因素判断更准确。遥感检测装置2能够实时监测隧道口路面的积水、积雪或结冰的情况，将路面状态信息发送至中央处理器进行分析判断，控制所述主动除冰装置对隧道口路面上影响行车安全的因素进行干预。

所述主动除冰装置包括支柱4和安装在支柱4上的加热系统，所述加热系统包括进气口、鼓风机、加热器、出气口3，所述出气口3设置在支柱4靠近公路侧的一面，所述进气口设置在支柱上与出气口3相反的一面，所述鼓风机、加热器设置在支柱4中空的内部，能够在遥感检测装置2检测出路面有水、冰、雪导致路面摩擦力降低时，由中央处理器控制主动除冰装置开启，及时对路面吹热风进行干燥或者除冰除雪，保障道路安全通行。

所述车流量检测装置设置在隧道口的下游位置，即车辆行驶的前方，能够实时检测车辆行驶前方的交通流状况，基于检测到的交通流数据可以判断隧道口的下游是否出现拥堵，使得中央处理器能够尽早发现下游拥堵状态进而调节限速值，保证车辆在安全距离内完成制动过程。优选地，所述车流量检测装置为车辆检测器，用以检测车辆通过和车速情况。

所述信息发布装置设置在隧道口的上游位置，能够实时发布前方路面情况和交通情况，实时发布限速值，提醒过往车辆注意行车安全。优选地，所述信息发布装置为可变情报板，能够将路面有冰、有雪、积水、除冰完成、除雪完成、路面干燥等信息发布出来，供行驶而来的车辆获知前方道路情况、交通状况及实时限速情况，提前控制速度。

太阳能发电装置包括太阳能电池组1、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能电池组1连接太阳能控制器，太阳能控制器连接蓄电池。太阳能电池组1安装在支柱4的顶端，所述支柱4为中空结构，太阳能控制器安装在所述支柱4中空的内部，蓄电池可以安装在支柱4的内部也可以安装在地下。另外，电源装置也可以与隧道内照明装置采用的供电方式一致，可以直接连接隧道内照明装置的电源，这样降低了本系统的安装成本。

中央处理器与各装置之间的连接可以通过无线Zigbee网络，无线Zigbee网络是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

图3示出了本实用新型优选实施例中路面除冰装置的工作流程图。

结合图3，本实用新型优选实施例中路面除冰装置的工作流程如下：当遥感式道面温度传感器检测到路面温度不高于零度时，同时遥感式道面状况传感器检测到路面有积雪的情况，中央处理器控制启动加热系统，启动鼓风机、加热器，将进气口的空气吸进中空支柱4内，经加热器加热成热风由出气口3吹出，将路面上的积雪清除；若遥感式道面状况传感器检测到路面有冰的情况时，中央处理器控制启动加热系统，将路面上的结冰清除；当遥感式道面温度传感器检测到路面温度高于零度时，同时遥感式道面状况传感器检测到路面有积水的情况，中央处理器控制启动加热系统，将路面上的积水清除；其它情况，路面干燥可以保障车辆安全行驶。

本实用新型优选实施例中路面除冰装置采用遥感检测装置能够实时监测隧道口路面的情况，能够及时发现路面的冰雪和积水情况，在结冰、积雪或者积水刚刚产生时就能主动采取措施，将路面上降低摩擦系数影响抗滑能力的因素消除，不至于使路面上冰雪或积水进一步加重引发交通事故。

可参考发表在《公路交通科技》2010年11期《路面湿滑指数开发及其在交通运行管理中的应用》一文中将路面湿滑指数分成4级，如表1所示：

表1

由表1可知，当路面上有一定积水时，路面的抗滑能力下降，影响到车辆正常行驶，但对路面抗滑性能影响最大的属于积雪和结冰，因此，高速公路隧道口一旦出现积雪或者结冰，对于高速行驶的车辆来说极易出现打滑，造成交通事故。

可参考《路面湿滑指数开发及其在交通运行管理中的应用》一文中根据路面湿滑条件、特定交通流量下的推荐限速值。例如，一般高速公路隧道的限速值为80km/h,当车流量为400pcu时，摩擦系数为015时推荐限速值在80km/h以下，摩擦系数为0135时推荐限速值在70km/h以下，摩擦系数为012时推荐限速值在60km/h以下，随着车流量数值越大，相同摩擦系数下推荐限速值越来越小。同时结合遥感检测装置检测出隧道口路面湿滑指数与冰雪情况，综合考量计算出推荐限速值。

另外，中央处理器中预存有“80km/h”、“60km/h”、“40km/h”、“20km/h”等限速值，当中央处理器根据遥感检测装置和车辆检测器检测的信号，做出处理给出限速值，通过可变情报板5发布信息如“隧道口有积水，限速60km/h”、“隧道口有积雪，限速40km/h请谨慎驾驶”“前方道路拥挤，限速40km/h并注意保持车距”等警示信息，提前告知驾驶人员前方道路信息，当路面积水、积雪或结冰清除完毕时，可变情报板发布信息如“积水/积雪/结冰已清除”等提示，告知驾驶人员可以安全通行。

实施例1

如图4所示， 本实施例与实施例1的区别仅在于主动除冰装置，本实施例的主动除冰装置包括支柱4和安装在所述支柱4上的融雪剂喷撒器，所述融雪剂喷撒器包括喷嘴5和融雪剂容纳腔，所述喷嘴5安装在支柱4靠近道路的一侧，所述融雪剂容纳腔安装在支柱4中空的内部。能够在遥感检测装置检测出路面有冰或雪导致摩擦力降低影响行车安全时，由中央处理器控制所述融雪剂喷撒器开启，通过对路面喷撒融雪剂及时地清除路面的冰雪，以免冰雪加厚导致路面打滑，出现交通事故。

优选地，所述融雪剂为有机融雪剂，融雪效果好，对环境没有腐蚀损害。目前，高速公路中使用较多的往往是氯盐类融雪剂，而这类融雪剂虽然价格便宜，但其残留物对路面和汽车橡胶轮胎有一定的腐蚀作用。本实施例中使用的有机融雪剂对基础设施没有腐蚀作用，但是价格较高，但是本实用新型只是在高速公路隧道口的路面使用，不是大面积使用，所以有机融雪剂的使用不会对高速公路的养护成本造成负担。

本实施例不能够对路面的积水进行清除，由表1可知对路面抗滑性能影响最大的因素是积雪和结冰，消除了隧道口路面的积雪或结冰，也能在一定程度上保障过往车辆安全行驶，同时本实施例的耗电量较低，适用于一些太阳能资源不是很充裕的隧道口安装使用。