CN106988248B - 形成潮汐车道的智能隔离装置及使用方法 - Google Patents

形成潮汐车道的智能隔离装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

一种形成潮汐车道的智能隔离装置及使用方法，该隔离装置包括四个金属桩和并排的两个端头墩，两个端头墩之间设有多个中间墩，相邻两个墩之间通过隔离链条和弹簧电缆相连；每个墩里均设有微控制器、红外传感器、测速计数传感器模块、减速电机和滚轴。端头墩接收到变道信号进行自我判断，一个为主控制墩，主控制墩发出测试信息，收到应答信息后，开始移动，主控制墩的移动距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，主控制墩相邻的中间墩开始移动，以此类推，直至所有墩移动到变道后的道线上。该隔离装置解决了目前潮汐车道设计和实现变道过程中灵活性低、自适应性弱和耗资巨大等问题，节约了人力和财力，使道路资源利用更大化。

Description

形成潮汐车道的智能隔离装置及使用方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，涉及一种主要用于缓解城市交通拥堵的形成潮汐车道的智能隔离装置，本发明还涉及一种该隔离装置的使用方法。
背景技术
随着社会的发展，经济水平的提高，在有限的道路上通过的车流量急剧增加，最终导致城市交通拥挤，影响人们的正常出行和城市建设。但是我们会发现一个明显现象即交通的“潮汐现象”，每天早晨进城方向车流量很大造成拥堵，而出城方向车流量较小，晚上则是相反。针对这一现象，在交通导流改造中可以采取可变车道的方式，即所称的“潮汐车道”。
“潮汐车道”能使有限道路资源的利用最大化，有效减少交通拥堵现象。目前，国内外的“潮汐车道”主要在“拉链车”和交警指挥的协同下才能实现变道，这需要很大程度的人力和财力投入，同时由于“拉链车”的体积庞大，在变道过程中应变性和灵活性不高。针对这些问题，需要设计一种不需要“拉链车”和交警指挥，且能实现智能监测车流量和可自动变道的隔离装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种可自动变道的智能隔离装置，不需要交警指挥，可以智能完成变道工作。
本发明的第二个目的是提供一种上述隔离装置的使用方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种形成潮汐车道的智能隔离装置，包括四个金属桩以及并排设置的两个端头墩，两个端头墩之间依次设有多个中间墩，相邻的两个墩之间通过隔离链条和弹簧电缆相连；
所述的端头墩包括第一移动架，第一移动架位于中空的第一外壳内，第一外壳与第一移动架固接，第一外壳的一个外侧壁上安装有点阵显示屏，第一外壳上、与安装点阵显示屏的侧壁相邻的两个侧壁上均安装有第一红外传感器，第一外壳上、与安装点阵显示屏的侧壁相对的侧壁上安装有第一电接头和第一连接链接头，第一外壳顶部安装有第一警示灯；所述的第一移动架包括第一底座框架，第一底座框架底部并排安装有两个第一滚轴，其中一个第一滚轴的轴上安装有第一测速计数传感器模块；第一底座框架内安装有金属检测传感器、第一减速电机和总电源；第一减速电机驱动滚第一轴；第一底座框架顶部竖直固接有中空的长方体形的第一安装架，第一安装架上安装有第一微控制器、第一角度传感器和无线通信模块，第一安装架内设有连接第一电接头的第一内置导线和连接第一警示灯的第二内置导线；第一微控制器分别与第一角度传感器、金属检测传感器、第一红外传感器、无线通信模块、第一测速计数传感器模块和第一减速电机相连；两个第一滚轴可带端头墩往复移动；第一壳体安装点阵显示屏的侧壁与第一滚轴的轴线相垂直。
所述的中间墩包括第二移动架，第二移动架位于中空的第二外壳，第二外壳与第二移动架固接；第二外壳相对的一组侧壁上均安装有第二红外传感器，第二外壳相对的另一组侧壁上均安装有第二电接头和第二隔离链条接头，第二外壳的顶部安装有第二警示灯；所述的第二移动架包括第二底座框架，第二底座框架底部并排安装有两个第二滚轴，其中一个第二滚轴的轴上安装有第二计数传感器模块；第二底座框架内安装有第二减速电机，第二减速电机驱动第二滚轴；第二底部框架顶部竖直固接有中空的第二安装架，第二安装架中部安装有第二微控制器和第二角度传感器，第二安装架内设有与第二电接头相连的第三内置导线和与第二警示灯相连的第四内置导线；第二微控制器分别与第二角度传感器、第二红外传感器、第二测速计数传感器模块和第二减速电机相连；第二外壳上安装有第二连接头和第二隔离链条接头的侧壁与第二滚轴的轴线相垂直；相邻墩上的电接头通过弹簧电缆相连，相邻墩上的隔离链接头通过隔离链相连。
本发明所采用的第二个技术方案是：一种上述智能隔离装置的使用方法，具体为：
在变道前后该隔离装置所处的两条道线的两端均埋设金属桩，变道前，两个端头墩分别位于变道前道线两端的金属桩上方；启动总电源，总电源通过电接头和弹簧电缆给中间墩提供电能，弹簧电缆还能在墩之间传输信号；
当车流量发生变化，需要重新设置不同走向车道的宽度时，总控制台发出变道信号，交通灯开始出现变道提醒，两个端头墩内的无线通信模块接收到变道信号后，各自通过预先设定进行自我判断，使其中的一个端头墩自动设定为主控制墩，而另一个端头墩自动降级为从控制墩，且两个端头墩上的点阵显示屏显示变道提醒语，第一警示灯开始闪烁增加提醒功能；接着主控制墩以总线通讯方式给所有的中间墩和从控制墩发送测试信息，当主控制墩收到其余所有墩反馈的应答信息后；主控制墩开始匀速向目标方向移动，当主控制墩的移动距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，与主控制墩相邻的第一中间墩开始移动；当第一中间墩移动的距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，与第一中间墩相邻的第二中间墩开始移动，以此类推；当与从端头尾墩相邻的第n中间墩移动的距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，从端头墩开始移动，直至所有的墩均移动到变道后的道线上，完成变道。
本发明隔离装置解决了目前潮汐车道设计和实现变道过程中的灵活性低、自适应性弱和耗资巨大等问题；并且通过运用隔离墩移动距离的自适应方法、距离定位的动态检测方法、多个隔离墩总线级联的方式以及其相互协调依次延时移动等方法，使其自动完成潮汐车道的变道工作。弹簧电缆实现了墩间的供电和通信的总线连接，隔离链条提高整个装置的稳定性同时增强了视觉和物理上的隔离效果，警示灯不仅用来变道时的提醒，同时通过其闪烁来确定被撞倒的隔离墩的具体位置。
附图说明
图1是本发明隔离装置的示意图。
图2是本发明隔离装置中头墩的示意图。
图3是图2所示头墩中第一移动架的示意图。
图4是本发明隔离装置中中间墩的示意图。
图5是图4所示中间墩中第二移动架的示意图。
图6是本发明隔离装置中隔离墩相互协调移动的算法流程示意图。
图7是本发明隔离装置中隔离墩移动距离自适应的算法流程示意图。
图中：1.第一微控制器，2.第一角度传感器，3.金属检测传感器，4.第一红外传感器，5.无线通信模块，6.第一测速计数传感器模块，7.第一减速电机，8.第一滚轴，9.总电源，10.点阵显示屏，11.第一警示灯，12.第二电接头，13.弹簧电缆，14.第二隔离链接头，15.第一外壳，16.第一底座框架，17.第一安装架，18.第二外壳，19.第一移动架，20.第二移动架，21.第一内置导线，22.第二内置导线，23.第二底座框架，24.第二安装架，25.第三内置导线，26.第四内置导线，27.第二微控制器，28.第二角度传感器，29.第二减速电机，30.第二测速计数传感器模块，31.第二滚轴，32.第二红外传感器，33.第二警示灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明潮汐车道隔离装置，包括四个金属桩M以及并排设置的头墩D0和尾墩Dn，头墩D0和尾墩Dn之间依次设有多个中间墩，头墩D0和相邻的中间墩之间通过隔离链条相连，相邻两个中间墩之间通过隔离链条相连，尾墩D0和相邻中间墩之间通过隔离链条相连。除了隔离链条的连接外，相邻墩与墩之间还通过弹簧电缆相连，相邻两个墩之间的距离为1.3～1.5m，可根据具体路况调整。
隔离链条具有良好的弹性，隔离链条提高整个装置的稳定性同时增强了视觉和物理上的隔离效果。弹簧电缆实现了墩间的供电和通信的总线连接。警示灯不仅用来变道时的提醒，同时通过其闪烁来确定被撞倒的隔离墩的具体位置。
头墩D0的结构和尾墩Dn的结构完全相同。现以头墩D0为例进行说明，如图2所示，本发明潮汐车道中的头墩D0，包括第一移动架19，第一移动架19位于中空的第一外壳15内，第一外壳15与第一移动架19固接。第一外壳15的一个外侧壁上安装有点阵显示屏10，第一外壳15上、与安装点阵显示屏10的侧壁相邻的两个侧壁上均安装有第一红外传感器4，第一外壳15上、与安装点阵显示屏10的侧壁相对的侧壁上安装有第一电接头和第一隔离链接头（与图4中的第二电接头12和第二隔离链接头14结构对应相同），第一外壳15顶部安装有第一警示灯11。
如图3所示，本发明潮汐车道隔离装置中的第一移动架19，包括角铁焊接而成的第一底座框架16，第一底座框架16底部并排安装有两个第一滚轴8，其中一个第一滚轴8的轴上安装有第一测速计数传感器模块6；第一底座框架16内安装有金属检测传感器3、第一减速电机7和供电总电源9，供电总电源9为蓄电池。第一减速电机7通过变速机构驱动第一滚轴8。第一底座框架16顶部竖直固接有中空的长方体形的第一安装架17，第一安装架17中部安装有第一微控制器1、第一角度传感器2和无线通信模块5，第一安装架17内设有第一内置导线21和第二内置导线22，第一内置导线21与第一外壳15上的第一电接头相连；第二内置导线22与第一外壳15顶部的第一警示灯11相连；第一微控制器1分别与第一角度传感器2、金属检测传感器3、第一红外传感器4、无线通信模块5、第一测速计数传感器模块6和第一减速电机7相连；供电总电源9分别与第一微控制器1、第一角度传感器2、金属检测传感器3、第一红外传感器4、无线通信模块5、第一减速电机7、第一警示灯11、第一内置导线21和第二内置导线22相连（其中不同的模块都有其对应的变压和稳压电路，使各模块都能正常工作）。两个第一滚轴8（第一滚轴8为轴状轮）可带动头墩D0往复移动。交通主控制台可以通过无线通信模块5与头墩进行通信。第一外壳15上点阵显示屏10所处的侧壁与第一滚轴8的轴线相垂直。
如图4所示，本发明潮汐车道中的中间墩，包括第二移动架20，第二移动架20位于中空的第二外壳18，第二外壳18与第二移动架20固接。第二外壳18相对的两个侧壁上均安装有第二红外传感器32，第二外壳18相对的另外两个侧壁上均安装有第二电接头12和第二隔离链条接头14，第二外壳18的顶部安装有第二警示灯33。
如图5所示，本发明潮汐车道中的第二移动架20，包括角铁焊接而成的第二底座框架23，第二底座框架23底部并排安装有两个第二滚轴31（第二滚轴31为轴状轮），其中一个第二滚轴31的轴上安装有第二计数传感器模块30；第二底座框架23内安装有第二减速电机29，第二减速电机29通过变速机构驱动第二滚轴31；第二底部框架23顶部竖直固接有中空的长方体形的第二安装架24，第二安装架24中部安装有第二微控制器27和第二角度传感器28，第二安装架24内设有第三内置导线25和第四内置导线26，第三内置导线25与第二外壳18上的第二电接头12相连；第四内置导线26与第二外壳18顶部的第二警示灯33相连；第二微控制器27分别与第二角度传感器28、第二红外传感器32、第二测速计数传感器模块30和第二减速电机29相连；第二外壳18上安装有第二连接头12和第二隔离链条接头14的侧壁与第二滚轴31的轴线相垂直。
本发明隔离装置的使用：
根据需要取相应数量的中间墩，将所有的中间墩置于头墩和尾墩之间，且各墩上安装有连接头的侧壁朝向相邻的墩，用弹簧电缆13连接相邻墩之间的电接头，用隔离链条连接相邻墩之间的隔离链条接头；将金属桩M埋设于本隔离装置变道前后所处的两条车道线的两端，即变道前所处A道线的两端各埋设一个金属桩M，变道后所处B道线的两端各埋设一个金属桩M，本隔离装置变道前，头墩位于A道线一端埋设的金属桩M的上方，尾墩位于A道线另一端埋设的金属桩M的上方，金属桩M用来对头墩和尾墩进行定位。启动总电源9，总电源9通过电接头和弹簧电缆给中间墩提供电能，给微控制器、角度传感器、红外传感器、测速计数传感器模块、减速电机、警示灯等所有器件供电，弹簧电缆还能实现墩之间的信号传输，每个墩都装有微控制器且以总线级联方式互相通信，。
隔离装置在变道前位于道路的A道线，当车流量发生变化，需要重新设置不同走向车道的宽度，即隔离装置从A道线向B道线移动时，总控制台发出变道信号，交通灯开始变道提醒，头墩和尾墩内的无线通信模块都接收到变道信号，由于是从A道线向B道线移动，所以头墩内的微控制器和尾墩内的微控制器通过预先设定进行自我判断，使得头墩自动设定为主控制墩，而尾墩Dn自动降级为从控制墩，且头墩和尾墩上的点阵显示屏10都显示变道提醒语，所有警示灯开始闪烁增加提醒功能；接着头墩D0以总线通讯方式给所有的中间墩D1···Dn-1 和尾墩Dn (其中n≤N-1,N表示整个装置中墩的总数量的最大值）发送测试信息，当头墩D0收到其余所有墩反馈的应答信息后，表明没有失联和工作异常的隔离墩。此时头墩D0开始匀速向目标方向移动，移动过程中各隔离墩相互协调移动的算法流程图，如图1和图6所示，当头墩D0的移动距离SD0=S0时（S0为控制程序中设定的中间墩判断开始移动的参考距离），与头墩D0相邻的中间墩D1开始移动；当中间墩D1移动的距离SD1=S0时，与中间墩D1相邻的中间墩D2开始移动，以此类推；当与尾墩Dn相邻的中间墩Dn-1移动的距离SDn-1=S0时，尾墩Dn开始移动，这样就实现了在头墩D0指挥下其它各墩进行相同方向依次延时移位。
假设头墩D0由起点到目标位置移动的总距离为S2，则从中间墩D1到中间墩Dn-1停止移动的条件应分别是SD1=S2，SD2=S2，...，SDn-1=S2；而尾墩Dn停止移动的条件是金属传感器3检测到金属桩M，变道过程中隔离墩移动距离自适应流程图，如图1和图7所示。当整个隔离装置完成变道后，供电总电源9停止给中间墩供电，只有头墩和尾墩有电且处于正常工作状态，点阵显示屏10显示相关变道的时间等信息。在变道过程中只要有一个墩通过红外传感器检测到在一定距离内的道路上有滞留车辆时，所有的墩都暂停移动。
当隔离装置由B道线向A道线移位时，此时尾墩Dn自动设定为主控制墩，而头墩D0自动降级为从控制墩，尾墩Dn先开始向目标位置移动，其余各墩依次延时移位算法原理同上述由A道线位置向B道线位置移位的原理一样。
本发明隔离装置中的头墩和尾墩中的微控制器作为主控制系统，可以通过无线通信方式保持与交通灯同步，通过检测交通灯变道信号来确定变道时间，由头墩D0的微控制器控制总电源9，尾墩中的总电源9作为备用电源，保证电源给其他隔离墩安全稳定供电；点阵显示屏和警示灯进行变道时显示相关提示语和每日变道时间；每个隔离墩中的微控制器通过控制该隔离墩中的减速电机带动该隔离墩中的滚轴，保证该隔离墩向目标方向定向移动，通过红外传感器检测变道过程中道路上是否有车辆滞留，以此来确定隔离墩是否需要暂时停止移动，微控制器通过测速计数传感器模块可以得到隔离墩移动的距离，相邻隔离墩之间通过弹簧电缆以总线级联方式实现墩之间的通信和供电，头墩和尾墩通过金属检测传感器3实现准确定位和距离的自适应性，角度传感器与警示灯可以实现故障提示功能。

Claims (6)

1.一种形成潮汐车道的智能隔离装置，其特征在于，包括四个金属桩以及并排设置的两个端头墩，两个端头墩之间依次设有多个中间墩，相邻的两个墩之间通过隔离链条和弹簧电缆相连；
所述的端头墩包括第一移动架(19)，第一移动架(19)位于中空的第一外壳(15)内，第一外壳(15)与第一移动架(19)固接，第一外壳(15)的一个外侧壁上安装有点阵显示屏(10)，第一外壳(15)上、与点阵显示屏(10)的侧壁相邻的两个侧壁上均安装有第一红外传感器(4)，第一外壳(15)上、与点阵显示屏(10)的侧壁相对的侧壁上安装有第一电接头和第一连接链接头，第一外壳(15)顶部安装有第一警示灯(11)；所述的第一移动架(19)包括第一底座框架(16)，第一底座框架(16)底部并排安装有两个第一滚轴(8)，其中一个第一滚轴(8)的轴上安装有第一测速计数传感器模块(6)；第一底座框架(16)内安装有金属检测传感器(3)、第一减速电机(7)和总电源(9)；第一减速电机(7)驱动第一滚轴(8)；第一底座框架(16)顶部竖直固接有中空的长方体形的第一安装架(17)，第一安装架(17)上安装有第一微控制器(1)、第一角度传感器(2)和无线通信模块(5)，第一安装架(17)内设有连接第一电接头的第一内置导线(21)和连接第一警示灯(11)的第二内置导线(22)；第一微控制器(1)分别与第一角度传感器(2)、金属检测传感器(3)、第一红外传感器(4)、无线通信模块(5)、第一测速计数传感器模块(6)和第一减速电机(7)相连；两个第一滚轴(8)可带端头墩往复移动；第一外壳(15)点阵显示屏(10)的侧壁与第一滚轴(8)的轴线相垂直；
所述的中间墩包括第二移动架(20)，第二移动架(20)位于中空的第二外壳(18)，第二外壳(18)与第二移动架(20)固接；第二外壳(18)相对的一组侧壁上均安装有第二红外传感器(32)，第二外壳(18)相对的另一组侧壁上均安装有第二电接头(12)和第二隔离链接头(14)，第二外壳(18)的顶部安装有第二警示灯(33)；
所述的第二移动架(20)包括第二底座框架(23)，第二底座框架(23)底部并排安装有两个第二滚轴(31)，其中一个第二滚轴(31)的轴上安装有第二测速计数传感器模块(30)；第二底座框架(23)内安装有第二减速电机(29)，第二减速电机(29)驱动第二滚轴(31)；第二底座框架(23)顶部竖直固接有中空的第二安装架(24)，第二安装架(24)中部安装有第二微控制器(27)和第二角度传感器(28)，第二安装架(24)内设有与第二电接头(12)相连的第三内置导线(25)和与第二警示灯(33)相连的第四内置导线(26)；第二微控制器(27)分别与第二角度传感器(28)、第二红外传感器(32)、第二测速计数传感器模块(30)和第二减速电机(29)相连；第二外壳(18)上安装有第二电接头(12)和第二隔离链接头(14)的侧壁与第二滚轴(31)的轴线相垂直；
相邻墩上的电接头通过弹簧电缆(13)相连，相邻墩上的隔离链接头通过隔离链相连；
微控制器通过测速计数传感器模块得到隔离墩移动的距离；所述隔离墩包括：端头墩和中间墩；所述微控制器包括：第一微控制器(1)和第二微控制器(27)；所述测速计数传感器模块包括：第一测速计数传感器模块(6)和第二测速计数传感器模块(30)。
2.根据权利要求1所述的形成潮汐车道的智能隔离装置，其特征在于，相邻两个墩之间的距离为1.3～1.5m。
3.一种如权利要求1所述的形成潮汐车道的智能隔离装置的使用方法，其特征在于，该使用方法具体为：
在变道前后该隔离装置所处的两条道线的两端均埋设金属桩，变道前，两个端头墩分别位于变道前道线两端的金属桩上方；启动总电源(9)，总电源(9)通过电接头和弹簧电缆给中间墩提供电能，弹簧电缆还能在墩之间传输信号；
当车流量发生变化，需要重新设置不同走向车道的宽度时，总控制台发出变道信号，交通灯开始出现变道提醒，两个端头墩内的无线通信模块接收到变道信号后，各自通过预先设定进行自我判断，使其中的一个端头墩自动设定为主控制墩，而另一个端头墩自动降级为从控制墩，且两个端头墩上的点阵显示屏(10)显示变道提醒语，第一警示灯(11)开始闪烁增加提醒功能；接着主控制墩以总线通讯方式给所有的中间墩和从控制墩发送测试信息，当主控制墩收到其余所有墩反馈的应答信息后；主控制墩开始匀速向目标方向移动，当主控制墩的移动距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，与主控制墩相邻的第一中间墩开始移动；当第一中间墩移动的距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，与第一中间墩相邻的第二中间墩开始移动，以此类推；当与从端头尾墩相邻的第n中间墩移动的距离等于预先设定的中间墩判断开始一端的参考距离时，从端头墩开始移动，直至所有的墩均移动到变道后的道线上，完成变道。
4.根据权利要求3所述的形成潮汐车道的智能隔离装置的使用方法，其特征在于，变道过程中，主控制墩由起点移动到目标位置的总距离为S2，则所有中间墩停止移动的条件应分别是SD1＝S2，SD2＝S2，...，SDn-1＝S2。
5.根据权利要求3所述的形成潮汐车道的智能隔离装置的使用方法，其特征在于，变道过程中，从控制墩停止移动的条件是金属检测传感器(3)检测到金属桩。
6.根据权利要求3所述的形成潮汐车道的智能隔离装置的使用方法，其特征在于，变道过程中，只要有一个墩通过红外传感器检测到在一定距离内的道路上有滞留车辆时，所有的墩都暂停移动。
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