高速公路车辆管理设计

　　引言：

　　高速公路是20世纪30年代在西方发达国家开始出现的为汽车交通提供特别服务的基础设施，经过70多年的探索和发展，目前全世界已有80多个国家和地区拥有高速公路，通车里程超过了20万公里，其中美国、日本、德国、加拿大等发达国家已经构筑起与本国经济和社会发展相适应的高速公路网。高速公路不仅是交通运输现代化的重要标志，同时也是一个国家现代化的重要标志。审视世界高速公路发展史，我们不难发现，以"快速、安全、经济、舒适"为特征的高速公路如同汽车一样，从诞生的那一刻起，就深刻影响着它所服务的每一个人和触及的每一寸土地，高速公路的发展不仅仅是经济的需要，也是人类文明和现代生活的一部分。1988年，我国条高速公路沪嘉高速公路建成：上海至嘉定高速公路是我国条按高速公路工程技术标准设计、施工的高等级公路工程，是交通部"七五"期间重点建设项目，这条路位于上海市区的西北地带，是204国道（上海至烟台）的入沪路段。1984年12月开工建设，1988年10月建成通车，全长18.5公里。全路设计行车时速120公里，双向4车道，中央分隔带宽3米，全封闭，全立交，沿线建有大型互通式立交桥3座，设有完整的交通标志、标线和交通监控系统。全线路面平坦舒展，行车安全、快捷、舒适。这条路通车后，年平均交通量增长幅度达16%.沪嘉高速公路的建成，结束了我国大陆没有高速公路的历史，对其他地区高速公路的建设起到推动、示范作用。

　　分布于全国各地的上千家省道、国道的收费站，不仅是国家税收的一个窗口，更要通过此闸口管理来往车辆的运行和数量。所以每天，这些收费站都要与数量庞大、规格繁多的运输机械打交道。

　　然而，随着经济生产发展的需要，运输车辆的尺寸和规格在进几年中的变化非常快。与此带来的问题是， 运输车辆的装载几何尺寸、超限以及改变车辆的设计参数和性能等方面给过闸的检验系统带来一系列的问题，如何能够在短时间内正确区分通闸，不断考验着计费系统的自动化水平。

　　分车检验的原理：

　　对于计重收费站的应用来说，准确可靠的分离前车和后车是非常重要的。传统的收费站的自动化检验系统采取的是单光束的传感器来实现。但是这些单光束的传感器系统很难完成此检测，其中典型的是拖挂车的拖钩因位置不确定而造成的漏检。以下就以美国邦纳公司的一名典型收费站用户的实际应用来进行具体介绍。

　　（图1）未安装车辆分离光幕系统。

　　单光束的传感器的缺陷主要表现在以下的几个方面：

　　问题：

　　图1是某国道的一个高速公路的匝道口，该高速公路安装了指纹通关系统及升降柱式栏杆系统，在末安装车辆分离光幕系统之前，容易产生以下几种错误：

　　1. 两辆车处理成一辆车：因为车与车之间间距太短，系统容易将两辆车误处理成一辆车。

　　2. 轴型错判，一辆车处理成两辆车特殊轴型的车辆：特殊车辆可能会有不止一个挂车，系统会将该种特殊车辆误判断成几部车辆而进行重复计费，有些场合可能无法分辨出特殊型的挂轴车辆。

　　3.车辆底盘较低：对于低于400mm底盘的车很难检测出来。

　　4.车辆连接框架较高：对于有些连接轴高于1600mm的车辆，一般的测量系统也很难分辨。

　　5.相邻车辆距离太近，当地感线圈故障或人为的阻挡时，如果两辆车辆相隔太近，容易产生将两部车辆误判成一部车，结果是收费系统漏判。

　　6.来回在轴重衡上行驶，车辆在轴重衡上来回行驶容易产品误判。

　　7.车辆轴组处挡住光幕时间较长，车辆与挂厢的车轴长时间的挡住光幕系统，可能导致计费系统的延时。

　　该国道在没有采用邦纳的车辆分离系统之前，发生过误将一部特殊轴型的多联轴拖挂车判断成几部车辆的事故。当该拖挂车车头通过了收费处，该系统误将该车的车厢判断成第二辆车辆，地桩迅速顶出，损坏了这部多联轴拖挂车。

　　MINI-ARRAY?解决方案：

　　基于上述问题，邦纳推荐用户采用了邦纳的红外车辆分离系统，其系统解决方案配置图如下：

　　车辆分离或合并单通道方案

　　图中车辆分离方案由邦纳的A-GAGE?MINI-ARRAY?系列车辆分离光幕系统而设计，它由多对同步工作的发射器/接受器组构成，这种设计可以可靠的分离各种车辆而不会漏检拖钩，也不会向线圈一样因为车辆行驶过近而误认为一辆车，从而达到自动计重收费的目的。

　　MINI-ARRAY?具体参数

　　MINI-ARRAY?原理：

　　邦纳的测量光幕由成对的光电发射器和接收器构成，所有发射器包含在一个外壳中，所有接收器包含在另一个外壳中。放置在发射器和接收器之间的目标物体将会阻挡一部分光使其不能到达它们相应的接收器。首先一个发射器通道发出光脉冲而相应的接收器同时来寻找此光脉冲，接着转向下一个通道，直到所有的扫描都完成。此系统记录了哪些通道受阻，哪些通道畅通，然后基于用户定义的功能输出一个信号，该信号或者是模拟量信号，或者是开关量的信号。

　　实际实施：

　　在该项目的实际实施中，MINI-ARRAY?两片式光幕采用超强的交叉扫描方式。当光幕为通路时（没有物体遮挡光幕），光幕将忽略小物体，准备检测汽车的到位。MINI-ARRAY?所采用的这种专用的分析模式，此模式要求至少150MM高的光路被挡住后控制器才有输出，另配有坚固的不锈钢或铝制冲压加热防护外壳，以保护在室外应用环境下使用的发射器或接收器，巨温控制的电阻线将免除雾气在玻璃窗上的凝结，在寒冷的天气环境下，可以防止雪或冰对传感器的影响，即使在潮湿的或大雾的日子，湿度控制器也可控制加热窗口，以保持玻璃的清洁。这一性能可以使系统不受落下的雨滴、雪花、污泥以及飞入检测区域的鸟或昆虫的影响。

　　当各种各样，各形各态的车辆经过光幕检测系统时，方可通过检测。交叉扫描方式，可以使光幕在确认检测到汽车后检测到更小的物体，即使一条光束被遮挡，光幕仍可以可靠检测。当接收器检测到光幕没有任何遮挡物体，才认为车辆已经通过检测，这样的交叉扫描方式，可有效的防止特殊轴型的拖挂车带来的多联轴车辆较容易判错的问题。

　　该项目实施分离系统之后现场图

　　MINI-ARRAY?系列车辆分离光幕专为以上难题解决了上述提到的八个问题，以内置式特征为根据实际应用要求设计，进行可靠车辆分离检测，操作上实分便捷。独特的光学镜头具有超强的光学过量增益，可满足室外使用的要求，增加了计费系统的稳定可靠性。

　　MINI-ARRAY?分车光幕系统的实施带给企业不仅是时间上的提升，更是检测质量精准度的提升。因而对于能够承受不同自然环境下工作的MINI-ARRAY分车光幕系统，能够为用户带了公正、统一的检验结果。