基于BDS的高速公路雾区智能诱导系统

李政兴

（山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

由于自然状况以及地理条件的不同，高速公路很多路段偶有浓雾出现，造成路面能见度低，极易带来重大交通事故，给生命财产带来重大损失。大雾到来时，路面能见度降低，有时连道路的轮廓也难以看清。此时，高速公路管理部门通常可以采取交通管制措施来限制车辆通行或者进行路段封闭，因此造成的经济损失以及社会影响难以估算。在交通管制前已进入高速公路的车辆仍存在着较大的安全隐患。此外团雾的发生更是令人防不胜防。因此，高速公路智能雾区诱导系统的应用成为高速公路主管部门、系统集成商以及设备厂商的研究热点。

目前我国高速公路应用了多种高速公路雾区诱导系统，但它们有一个问题，即由于通常的雾区面积较大，高速公路两侧的雾灯数量多，雾灯闪烁频率虽一致，但做到同步很困难，导致驾驶员眼花缭乱，混淆驾驶员的视界，使驾驶员眼睛疲劳，隐藏着危险。

北斗卫星授时系统的高速公路雾区智能诱导系统[1]，针对雾灯闪烁的同步问题，将其单向授时模块作为系统的时间基准。

1 系统组成

高速公路雾区智能诱导系统包含雨雾冰雪传感器，用以检测雨雾冰雪等恶劣天气状况，在能见度不好或恶劣天气状况出现时，雾区诱导系统会自动启动，此后前方的信息发布屏会对来车驾驶员发布信息“前方有雾，谨慎驾驶”以提示驾驶员。同时在高速公路两侧的护栏板上，间隔15 m安装的黄色诱导灯会按预设的频率发光闪烁，把道路的轮廓以及走向清晰地显示出来，保证驾驶员对道路的识别，保障行车安全。

高速公路雾区智能诱导系统包括雾区诱导灯控制器、信息发布屏、LED诱导灯以及安装在监控室内的控制软件和控制计算机，如图1所示。

图1 1 km高速公路雾区智能诱导系统图

1 km的长度作为雾区智能诱导系统的最小单元。每个单元由4个雾区诱导灯控制器和双向共4条诱导灯带组成，其中诱导灯控制器由太阳能供电，每条诱导灯带含71盏诱导灯，灯灯间距为15 m，诱导灯带总长度为1 050 m。诱导灯由诱导灯控制器供电，诱导灯控制器对诱导灯进行控制以对所有诱导灯进行开关操作及频闪同步。诱导灯控制器位于每条诱导灯带的中间，根据雾区范围大小可以进行多个单元的拼接。在雾区前方1～2 km处配备有一块信息发布屏，用来在车辆进入前对驾驶员进行提示。

雾区智能诱导系统里的信息发布屏以及多个诱导灯控制器之间的距离不超过2 km。它们之间通过无线传输方式进行信息传递，与监控室里上位机的信息传递则是通过GPRS实现。在雾区诱导系统里，每个诱导灯控制器以及信息发布屏内均包含1个无线传输模块，而GPRS模块以及雨雾冰雪传感器整个系统只需设置一套即可。

高速公路外场设备供电[2]是一直以来的施工难点，该系统选用太阳能供电系统进行集中供电，在附近选取太阳能资源较好的地方建造小型太阳能供电系统，也可以采用远程直流供电方式由就近的收费站或服务区提供交流220 V电源，并根据当地的日照时间来计算太阳能电池板的面积以及蓄电池的容量。

2 雾区诱导灯

雾区诱导灯外径82 mm，中心凸起，与平面呈5°角，可增大驾驶员视角。诱导灯由19支φ5黄色发光二极管组成，按1/4的占空比驱动约需0.4 W的功率。诱导灯的总亮度达到了285～380 CD，寿命可达70 000 h以上。LED诱导灯的外壳采用高强度的ABS工程塑料，通过安装卡板直接插到护栏板，在安装卡板下边有2个防盗销钉。该诱导灯施工简单，安装方便。

3 雾区诱导灯控制器

雾区诱导灯控制器[3]由北斗卫星授时系统、LED诱导灯驱动模块、微处理器系统、雨雾冰雪传感器模块以及光电感器模块、远距离无线传输系统和太阳能供电模块等组成。

微处理器系统采用了STM32F107微处理器，STM32F107微处理器基于ARM Cortex—M3内核，具有较低成本、较高性能、较低能耗的优点。它包含10个定时器、2个12位AD（模数转换器）、2个12位数模转换器、2个12C接口、5个USART接口、3个SPI端口以及数字音频接口 IIS。另外，STM32F107拥有全速 USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10／100MAC模块。光电传感器用来接收亮度信息，雨雾冰雪传感器用来接收气象信息。当检测到亮度不够或雨雾冰雪等天气时，由微处理器控制驱动点亮LED诱导灯，并具体确定其闪烁频率。北斗一号卫星发出时钟脉冲信号给北斗卫星授时模块用来校正雾区诱导灯控制器中微处理器的时钟，确保全部雾区诱导灯控制器的时间同步，保证所有的诱导灯能够进行同步闪烁。

整个系统[4-5]根据雾区范围的实际情况包含1、2个雨雾冰雪传感器。每个诱导灯控制器里均需包含1个北斗卫星授时模块。每个诱导灯控制器应包含1个无线传输模块来实现控制器之间的信息传递。控制器的原理框图见图2。

图2 雾区诱导系统控制器原理框图

4 信息发布屏

在雾区前方1～2 km处设置1块信息发布屏。信息发布屏每面4个字，分辨率为32（宽）×32（高），点间距为20 ram，显示区域为960 mm（宽）×1 280 mm（高），亮度大于 5 000 cd／m2，最远视距大于200 m，采用双面双色显示。每块信息屏配置1个GPRS模块以及1个远距离无线传输模块。信息发布屏同样也可以视情况在市电供电或太阳能供电中选择一种合适的供电方式。

5 结语

中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）由空间段、地面段和用户段3部分组成，其中空间段包括北斗定位卫星，地面段指地面控制中心为主的地面部分，用户段指北斗用户终端。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10 m，测速精度 0.2 m/s，授时精度10 ns，其定位精度与GPS相当，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥“双保险”作用。北斗一号系统的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授时。

综合考虑功耗、体积、成本等因素，本系统中每个控制器负责驱动71个诱导灯，按相邻诱导灯间距15 m计算，全长约1 km。控制器的数量可根据雾区范围增大而增加。传统方法在众多诱导灯的同步频闪上无能为力，采用北斗卫星定位系统的授时系统，可解决这一问题。该方案是一个操作简单、成本低廉的较好的技术方案。