狭窄道路双向行车预警系统及其应用

摘要：某矿山运输道路有4.5 km地处山区，路况复杂，且弯道较多，道路狭窄，只能单向通行，对面通行车辆相遇后需倒车至避车位置让行，严重影响通行效率，存在很大安全隐患。针对狭窄道路通行预警的问题，开发设计了狭窄道路双向行车预警系统，以矿山运输道路安全通行为研究对象，通过车辆检测与方向判断，控制信号的无线传输，选择可靠的检测、控制、计算、传输装置，根据检测信号通过PLC控制器进行比较处理，达到安全行车控制的目的，最大程度提高车辆通行安全。系统投入运行后，行车安全得到保障，解决了单行道路行车无法提前避让的危险隐患。

关键词：狭窄道路;双向行车;预警系统;无线传输;太阳能供电

中图分类号：TD65 文章编号：1001-1277（2020）07-0054-03

文献标志码：A doi：10.11792/hj20200711

某矿山矿区至选矿厂之间多采用无轨车辆运输矿石及生产物资，山区路况复杂，且弯道较多，道路大都狭窄。运输道路有4.5 km地处山区，宽度约4.0 m，狭窄道路只能单向通行，无法对向行驶，且道路多为转弯路段，周围被高大树木遮挡，司机行车时难以掌握前方路况。正常行车时，对面通行车辆相遇后需倒车至避车位置让行，严重影响通行效率，甚至局部最大倒车距离达1.5 km，多次出现车辆陷落、刮擦山体等事故，存在安全隐患。因此，需要配置道路预警装置。又由于现行的预警装置功能简单，预警效果较差，所以需要一种狭窄道路双向行车预警装置来帮助解决车辆通行存在的安全隐患。该矿山自主设计研发了狭窄道路双向行车预警系统，解决了复杂路况预警难度大的问题。预警系统区域内对向有车进入红灯，无车绿灯，司机行车时按照“绿灯行、红灯停”的原则，在避车处提前进行避让。该系统通过对车辆区域自动检测进行逻辑运算后利用无线传输技术控制红绿灯信号，解决了单行道路对向通行车辆、人员的安全问题。

1 工程背景

1.1 狭窄运输道路

该矿山矿区至选矿厂之间的运输道路有长4.5 km的山区狭窄路段，沿山势地形施工建设，宽约4.0 m，同时只能通过1辆机动车，高差约90 m，多处为“S”形弯道，路况复杂。道路使用情况：小型机动车、矿山生产物资运输车、矿石运输自卸车等。全天通行，日间车辆较多，整段山路日间行车流量10～20辆/h，行车平均速度10 km/h，平均需倒车避让2次，平均通行时间約为25 min。该道路多为转弯路段，周围被高大树木遮挡，司机行车时难以掌握前方路况，对向通行车辆需倒车至避让处进行交替通行，当车辆较多没有信号指示时，经常出现车辆拥堵无法通行的情况，不但影响道路通行效率，而且多次出现车辆陷落，车辆刮擦，人员受伤的道路安全事故，存在较大安全隐患。

1.2 通行系统现状

目前市场上成熟的产品主要有：车辆进出识别系统、交通指挥系统等。以上系统具有车辆精确识别，安全可靠的优点，但并不适合类似矿山运输简易道路的现场要求，因此需要开发一套适应矿山单行道路行车预警系统[1]。

1.3 行车预警系统研发要求

对使用道路的人员、车辆进行识别并控制红绿灯进行预警;系统自供电系统解决检测与显示系统所需电能;区域两端通行信息的远距离传输;功耗低，简单可靠[2-3]。

2 狭窄道路双向行车预警系统

该矿山自主设计研发的狭窄道路双向行车预警系统主要包括：车辆、行人检测及判别，报警区域信号双向传输，逻辑运算及红绿灯控制，太阳能自发电供电系统等。

2.1 车辆、行人检测及判别

现场采用2个反射式光电传感器作为一组检测设备，车辆进入警示区域后，根据传感器检测情况，通过PLC控制器逻辑判断行进方向并计数统计。反射式光电传感器与其他类型传感器的对比见表1。

由表1可知：反射式光电传感器具有安装简单，抗干扰能力强，检测全面，成本低的特点，适合现场使用。现场采用反射式光电传感器，安装高度1.4 m，可有效减少外界干扰。

2.2 报警区域信号双向传输

现场区域检测预警装置涉及道路预警装置，包括预警箱和安装框架。安装框架内设置有安装槽，预警箱卡设在安装槽内，预警箱内设置有空腔，空腔的内壁上通过螺栓安装有语音播报器、无线传输发送端、无线传输接收端和PLC控制器;预警箱外侧安装有光电传感器，预警箱顶部安装有光伏板，空腔的内壁上通过螺栓安装有蓄电池，蓄电池通过电线与光伏板连接;空腔的内壁上安装有温度传感器，内壁一侧采用螺栓安装有机箱，机箱内安装有电动机，电动机的输出轴上安装有扇叶;蓄电池、光电传感器、温度传感器和无线传输发送端分别通过电线与PLC控制器连接，PLC控制器通过电线分别与语音播报器、电动机和无线传输接收端连接[4]。

预警装置位于道路两端，道路依山而建，敷设线缆成本较高，采用工业无线开关量点对点传输装置，将PLC输出的逻辑信号实现无线传输，传输距离可达5 km，工作频率425.0～450.5 Hz，响应时间30 ms，2个预警装置之间实现无线通讯，具有不需敷设线缆、工作可靠、安装方便的优点。

2.3 逻辑运算及红绿灯控制

采用S7-200型PLC控制器对传感器和无线模块信号进行逻辑处理，输出红绿灯控制信号，实现抗干扰、进出车辆数据累计、时间控制、逻辑运算等功能。具有检测准确、运行可靠、扩展性强的特点。现场控制装置的电气控制原理见图1～4。

2.4 太阳能自发电供电系统

考虑到狭窄道路双向行车预警系统远离市电，设计采用单晶硅发电板，胶体铅蓄电池，太阳能充电控制器构成太阳能自发电供电系统（见图5）。该系统功耗约12 W，考虑到现场光照条件、系统持续供电能力，采用280 W、200 A、24 V的综合供电系统。

2.5 应用及效果

该矿山于2019年5月投入使用狭窄道路双向行车预警系统，投入运行后，行车效率明显提高，车辆通行时按照红绿灯指示提前避让，有序通行，通行时间由预警系统安装前的平均25 min缩短至15 min，行车速度提高到30 km/h，同时避免了对向行驶车辆相遇后长距离倒车的情况，人员、车辆安全得到了有效保障。该系统自带太阳能光伏低压直流供电，具有电能转换效率高，绿色环保的特点，实现24 h连续工作。

自安装狭窄道路双向行车预警系统后，车辆进入区域进行提前有序避让，解决了临时倒车避让的问题，有效提高了行车安全性，该路段未再出现交通安全事故。

3 结 论

1）加装狭窄道路双向行车预警系统后，行车安全得到有效提高，人员、车辆安全得到保障，解决了单行道路行车无法提前避让的危险隐患。

2）狭窄道路双向行车预警系统解决了单行道路双向运行车辆避让有序安全通行问题，具有车辆、人员检测，行车方向判断，通行车辆数量统计，信号无线传输，太阳能自供电等优点，结构简单，运行可靠，全自动运行。

3）狭窄道路双向行车预警系统可以广泛应用在厂区、乡间、山区等简易路段，可以控制闸机、音响、灯光信号，实现区域内每个方向通行车辆数量统计，停留时间计算等功能。

[参 考 文 献]

[1] 陈月红，孙瑞文，櫵永锋，等.露天矿行车安全预警系统的研究[C]∥中国金属学会.第三届全国数字矿山高新技术成果交流会论文集.北京：中国金属学会，2014.

[2] 张环.汽车山区道路行驶安全预警系统研究与开发[D].重庆：重庆交通大学，2011.

[3] 吕军威，苏文治，马明迪，等.山区道路车辆危险预警系统[J].交通技术，2019，8（4）：281-288.

[4] 吕旭君，姜培根，刘吉兴，等.一种窄道双向行车预警装置的制作方法：201910654631.8[P].2019-09-21.