道路限高防撞报警装置的特点与研发思路

宋冉冉　李志鹏　何晓晨

摘 要：很多道路会有限高要求，虽然在道路上明确标示了车辆高度限制尺寸，但司机并不能准确判断驾驶车辆是否超标。本文介绍的研发装置旨在解决现有车辆限高装置的问题，当车辆高度超标时提前对车辆驾驶员发出声光警示，进而有效保护车辆人员和道路交通设施安全，避免因车辆超高引起交通事故。

关键词：限高防撞 检测系统 交通事故

在综合运输体系中，公路运输因其机动灵活、服务能力强等特点，在短途运输中所占的比重很大。随着城市立体化交通的发展，立交桥、人行天桥、隧道、交通监控系统等交通设施不断增多，虽然提高了公路运输的通行能力，但使公路交通结构变得更为复杂，造成超高货车卡桥、撞桥等交通事故频发。

一、项目立项背景、国内外现状及意义

1.项目立项背景

据交通有关部门资料显示，超高运输一直是中国公路交通运输系统中一个显著问题。目前交通管理部门通常采用制定相关政策、加强宣传教育、增加道路车辆超高检查以及增设警示标志或限高标志等措施提醒司机，以及设置减速带、桥梁隧道照明装置和限高杆等设施对桥梁等立体交通设施进行被动防护，但是此类的交通事故仍经常发生，且车辆和司机没有得到保护。

由此可见，现有的车辆限高装置在一定程度上存在着缺陷。车辆限高系统应该包括桥梁隧道顶部高度快速测量系统、车辆高度快速测量系统、车辆行驶路线规划导引系统以及桥隧洞口前的车辆超高检测和警示导引应急系统等，使车辆行驶全过程得到有效管理。本课题目的在于设计桥隧洞口前的车辆超高检测装置及车辆超高时的报警、车辆导引装置等，从而有效保护道路交通设施，避免车辆因超高问题而引发交通事故。

2.国内外现状

据有关资料显示，国外对车辆限高装置的研究主要集中在利用光电测距原理进行车辆高度快速测量的软硬件研究方面。系统通常由光电探测头及相关控制等部分构成，在有限高的地方前一定距离处安装光电超高检测传感器，当有超过限制高度的车辆通过时，超高检测传感器发出报警信号，同时启动其他报警或控制设备。

国内超高检测系统多采用光电测距或摄影测量等方法进行车辆高度的快速测量。当超过预先设定高度的车辆通过时，限高系统会立刻感知，并通过信息板提示司机驾驶的车辆已经超出了限定高度。随着摄影测量技术的发展，通过视频摄像头从视频流中提取交通图像，通过图像的处理相关技术提取有效信息对车辆进行检测。该方法需要高清摄像机和图像处理算法等各种硬件和软件，结构复杂并且成本高。

3.研究意义

超高意味着超载，超载车辆会对道路产生严重破坏，增加道路养护费用，并造成税费的流失，为此国家颁布《中华人民共和国公路法》，对不同等级公路所允许通过车辆的高度和宽度进行了规定。本课题结合了光、机、电、信号信息处理等多学科内容，研制价格低、效果好的限高测量及报警导引装置，适合我国国情。作为桥梁洞口处超高应急快速检测及警示导引系统，该系统可以智能预警，提醒超高车辆绕道行驶，既保护了桥梁、隧道的安全，减少其养护费用，又保障了驾驶员的安全，同时将超高车辆车牌号等信息进行记录并上传交通管理系统，使得交通管理更加严密细致。从经济方面来看，此设计采用的PLC设备，相比传统的控制系统价格昂贵一些，但是PLC控制系统更加灵活实用。如果要修改仪器动作，传统控制系统要有大的变动，工程量大，时间久，花费多，而PLC系统只要改动一下程序就可以，非常方便快捷且经济实惠。

二、项目实施内容及过程

本课题目的是设计出可区分车道的车辆限高限宽仪，进行软硬件设计，研制一台激光车辆限高限宽仪的样机。该装置由传感器系统、PLC控制系统、显示系统、报警装置等组成，使传统限高装置对隧道、桥梁等交通设施单方面保护改为对交通设施和对车辆及驾驶人员双方面的保护。试验结果表明，本设计的限高设备与传统限高设备相比较，能够对车辆驾驶员进行提前预警，做到了由被动保护发展为超前保护，并且在性能和价格等方面具有明显优势。

1.实现方案

高速公路一般为三车道，超车道和行车道为3.75m宽，紧急停车道为2.5 m宽，根据道路允许的高度和宽度，在道路两侧分别设置金属杆，同时安装光电开关。光电开关的高度，即为道路限高的最大值。对于不同的限高值，只需对光电开关的高度进行调整。当某车道光电开关检测到有物体时，则说明车辆超高，并利用拍摄装置将超高车辆的车牌号发送到显示机构，保留一定的距离保证高速行驶下的司机可以看到，有利于司机看到自己的结果并反应。超高车辆通过前方的检测系统，连接到显示机构，显示屏会突出显示下一辆超高车辆的车牌号。车道上方屏幕显示超标警示语，提醒车辆绕道行驶或重新调整车载货物后再继续前行。

2.设备选型及编程

（1）设备选型。设备的名称、规格、数量、厂家分别为：PLC，FX3U-16MR/ES-A，1台，三菱电机自动化（中国）有限公司；光电开关，E3S-CD62-M1J，2台，欧姆龙自动化（中国）有限公司；声光警报器，YS-01H，1台，杭州亚松电子有限公司；按钮，AD16，2台；熔断器，1A，2台；显示屏，PH20单色户外LED，2个，三菱FX3U-16MR/ES-A，欧姆龙E3S-CD62-M1J。

FX3U系列三菱PLC是第三代微型可编程控制器。它在众多的方面进行了改进，CPU处理速度达到了0.065us/基本指令，内置64K的大容量RAM存储器，增加了内部软元件数量，通过CC-Link网络的扩展可以实现384点的控制。FX3U系列的通信功能非常强大，配备的编程口能够达到115.2kbps的高速通信。

本设计由于功能简单选用了FX3U-16MR/ES-A。这是一款是8输入/8继电器输出（AC220v电源）的产品，价格为1453元/台，性价比很高。

光电开关E3S-CD62-M1J是一款实现扩散反射型长距离检测，金属壳、耐水、耐油、适用温湿度范围广，耐冲击性优异的产品，防护等级IEC标准为IP67。

（2）编程。编程内容包括梯形图编程和接线图。

（3）安装位置。驾驶员的时间反应一般为0.4-1.Os。当汽车以100公里/小时（28米/秒）的速度行驶时，11～28m以上才能做出正确的判断和动作。驾驶员开始踩下制动踏板到制动结束，持续制动时间、制动距离与车速等有关，往往给一个与速度有关的系数来计算。桥前方一般限速60公里/小时，考虑安全系数，综合以上各因素一般认为制动距离应为150米以上比较安全，故限高装置安裝距离应大于此距离。

三、推广应用情况及前景

本项目根据实际交通限高需求，对原有限高道路防撞报警装置的缺陷进行了重新设计，并给出了设备结构图、接线图、电器表以及PLC程序。新装置可以有效减少交通安全事故的发生，提高车辆、驾驶员以及交通设施的安全性，具有良好的推广意义和应用价值。

参考文献：

[1]廖常初.FX 系列 PLC 编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

（作者单位：宋冉冉、李志鹏，石家庄铁道大学；何晓晨，河北省建筑科学研究院）endprint