CN107730912A - 一种自发电的隧道内汽车变道检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自发电的隧道内汽车变道检测装置，其特征在于包括了N字形压电轴传感器(一)、N字形压电轴传感器(二)、信号处理器(一)、信号处理器(二)、储能器、控制器、摄像头(一)和摄像头(二)。所述N字形压电轴传感器(一)、(二)均由三条独立的PVDF压电轴传感器按照N字形布设，并分别埋在隧道内公路段首尾两端的地面下；所述摄像头(一)、(二)分别悬挂在N字形压电轴传感器(一)、(二)上方，以分别拍摄驶入和驶出的汽车；所述储能器将收集到的电能存储起来，为整个装置供电；所述控制器控制整个装置。本装置可检测隧道内汽车变道行驶情况，通过对过往汽车的监控警示形成安全行车环境，且整个装置实现自发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种交通检测装置，尤其涉及一种自发电的隧道内汽车变道检测装置。
背景技术
环保是当代的一个发展理念，而节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，也是我国的基本国策。目前，我国的电能供应普遍紧张，现已成为制约国民经济发展的“瓶颈”。科学家们开始寻求创造能够将其他能转化为电能的设备。自发电装置应运而生。现如今，我国公路道路繁多，道路的车流量也不断增多，道路上汽车来往不断，每辆车的载荷也很大。汽车开过地面，会对地面产生很大的力(振动)。压电材料是一种受到压力作用时会在两端面间出现电压的智能材料，利用压电材料可实现机械能和电能的互相转换，从而实现自发电。
我国公路隧道的建设相比国外要晚很多，但随着国家基础建设的稳步推进以及高海拔公路隧道施工技术的不断改进与创新，使得我国公路隧道无论在数量还是规模上都已跻身世界前茅。但是所有这些公路隧道投入使用之后，我们发现公路隧道的交通安全问题开始显现，而且日趋严重。由于隧道光线不足，可视距离较小，交通事故多发，容易造成生命安全隐患。根据交通法规，在隧道行驶过程中是不允许变道的，然而，现实情况中有一些汽车会违规行驶。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种自发电的隧道内汽车变道检测装置。N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)均由压电轴传感器N1、压电轴传感器N2和压电轴传感器N3三条独立的PVDF压电轴传感器按照N字形布设，将N字形压电轴传感器(一)、N字形压电轴传感器(二)埋在车道数不止一条的多车道隧道内公路首尾两端。当有汽车驶过时，汽车的压力对压电轴传感器产生挤压变形，压电轴传感器产生电信号，信号处理器对电信号进行滤波、整流和放大处理之后，将电信号传入储能器，将收集到的电能储存起来，为整个装置供电。当汽车在隧道内公路行驶时，控制器通过算法检测其在隧道内公道是否变道，一旦检测到变道，控制器将会记录下该汽车的车牌号，并将记录下的车牌号、拍下的汽车照片连同汽车速度、时间、地点等信息一并传输到交管中心，作为对隧道内违规变道汽车的处罚依据。
为实现上述的技术目的，本发明通过以下技术方案实现：一种自发电的隧道内汽车变道检测装置，包括N字形压电轴传感器(一)、N字形压电轴传感器(二)、信号处理器(一)、信号处理器(二)、储能器、控制器、摄像头(一)和摄像头(二)。
所述的N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)均由压电轴传感器N1、压电轴传感器N2和压电轴传感器N3三条独立的PVDF压电轴传感器按照N字形布设，并分别埋在隧道内公路段首尾两端的地面下，其输出端分别与信号处理器(一)和信号处理器(二)连接。
所述的信号处理器(一)和信号处理器(二)分别对N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)产生的电信号进行滤波、整流及放大处理，其输出端均与储能器连接。
所述的储能器将由N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)产生并分别经过信号处理器(一)和信号处理器(二)处理之后的电能存储起来，为整个装置供电，从而起到自发电的作用。
所述的控制器采用单片机，其输出端与摄像头(一)和摄像头(二)的输入端通过无线电技术相连接。
所述的摄像头(一)和摄像头(二)均采用红外摄像头，摄像头(一)悬挂在N字形压电轴传感器(一)上方，摄像头(二)悬挂在N字形压电轴传感器(二)上方，以分别拍摄驶入和驶出的汽车。
具体检测步骤为：
(1)按照N字形结构布设N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)，压电轴传感器N1和压电轴传感器N2的布设夹角为θ，压电轴传感器N1和压电轴传感器N3均垂直于车道方向，且布设距离为L(L为2.5～3.5米)，汽车沿着车道驶入隧道，当汽车两个前轮同时压过N字形压电轴传感器(一)的压电轴传感器N1时，控制器记录时刻t1，当汽车左前轮和右前轮分别压过N字形压电轴传感器(一)的压电轴传感器N2时，控制器分别记录时刻t2和t3，当汽车两个前轮同时压过N字形压电轴传感器(一)的压电轴传感器N3时，控制器记录时刻t4；
(2)汽车沿着车道驶入隧道时，其左车轮到车道左边沿的距离y可由控制器按照以下公式获得：
(3)同理，当汽车驶出隧道时，其左车轮到车道左边沿的距离y’会被N字形压电轴传感器(二)和控制器以同样方式获取；
(4)摄像头(一)和摄像头(二)分别对驶入和驶出的所有汽车进行拍照，通过车牌比对识别同一辆车，对y和y’进行同一辆汽车的数据配对，假设隧道内公路沿汽车行驶方向具有两个车道，如果控制器检测到某一辆汽车的数据(y-w)(y′-w)＜0(其中w为隧道内单条车道的宽度，为已知数据)，则说明在隧道内公路段该汽车发生了变道，控制器记录下该汽车的车牌号；
(5)进一步地，控制器采用有线网络或无线传输方式将记录下的车牌号、拍下的汽车照片连同汽车速度、时间、地点等信息一并传输到交管中心，作为对隧道内违规变道汽车的处罚依据。
本发明提供的一种自发电的隧道内汽车变道检测装置，具有如下有益效果：
(1)检测隧道内汽车变道行驶情况，减少安全隐患，通过对过往汽车的监控警示形成安全行车环境，达到减少隧道交通事故的发生率。
(2)节能环保，由压电装置将汽车挤压地面产生的机械能转化为电能，是一种自发电装置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图(以二车道为例)。
图2是本发明的N字形压电轴传感器(一)检测原理图。
附图标记说明：1N字形压电轴传感器(一)，2N字形压电轴传感器(二)，3信号处理器(一)，4信号处理器(二)，5储能器，6控制器，7摄像头(一)，8摄像头(二)，9汽车，10隧道内公路，11压电轴传感器N1，12压电轴传感器N2，13压电轴传感器N3。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明所述的一种自发电的隧道内汽车变道检测装置，包括铺设在隧道内公路9地面下的N字形压电传轴感器(一)1和N字形压电轴传感器(二)2、分别用于对N字形压电轴传感器(一)1和N字形压电轴传感器(二)2输出的电信号进行滤波、整流及放大处理的信号处理器(一)3和信号处理器(二)4、用于储存电能并为该自发电的隧道内汽车变道检测装置各用电模块提供电能的储能器5、控制整个装置的控制器6、以及用于对汽车进行拍摄的摄像头(一)7和摄像头(二)8。
本实施例中，隧道内公路沿汽车行驶方向具有两个车道，所述N字形压电轴传感器(一)1和N字形压电轴传感器(二)2分别由三条独立的PVDF压电轴传感器按照N字形布置，并分别埋在隧道内公路首尾两端的地面下。所述装置中摄像头(一)7悬挂在N字形压电轴传感器(一)1上方，摄像头(二)8悬挂在N字形压电轴传感器(二)2上方，以分别拍摄驶入和驶出的汽车。
具体检测步骤为：
(1)按照N字形结构布设N字形压电轴传感器(一)1和N字形压电轴传感器(二)2，压电轴传感器N1 11和压电轴传感器N2 12的布设夹角为θ，压电轴传感器N1 11和压电轴传感器N3 13均垂直于车道方向，且布设距离为L(L为2.5～3.5米)，汽车9沿着车道驶入隧道，当汽车9两个前轮同时压过N字形压电轴传感器(一)1的压电轴传感器N1 11时，控制器6记录时刻t1，当汽车9左前轮和右前轮分别压过N字形压电轴传感器(一)1的压电轴传感器N2 12时，控制器6分别记录时刻t2和t3，当汽车9两个前轮同时压过N字形压电轴传感器(一)1的压电轴传感器N3 13时，控制器6记录时刻t4；
(2)因此汽车9沿着车道驶入隧道时，汽车9通过N字形压电轴传感器(一)1的瞬时速度v为在图2所示的ΔABC中，汽车9左车轮到车道左边沿的距离y为y＝d·ctgθ，其中ΔABC中BC段距离d为因此汽车9沿着车道驶入隧道时，其左车轮到车道左边沿的距离y可由控制器6按照以下公式获得：
(3)同理，当汽车9驶出隧道时，其左车轮到车道左边沿的距离y’会被N字形压电轴传感器(二)2和控制器6以同样方式获取；
(4)摄像头(一)7和摄像头(二)8分别对驶入和驶出的所有汽车进行拍照，通过车牌比对识别同一辆车，对y和y’进行同一辆汽车的数据配对，如果控制器6检测到某一辆汽车的数据(y-w)(y′-w)＜0，即满足y＜w且y′＞w，或满足y＞w且y′＜w(其中w为隧道内单条车道的宽度，为已知数据)，则说明在隧道内公路段该汽车发生了变道，控制器6记录下该汽车的车牌号；
(5)进一步地，控制器6采用有线网络或无线传输方式将记录下的车牌号、拍下的汽车照片连同汽车速度、时间、地点等信息一并传输到交管中心，作为对隧道内违规变道汽车的处罚依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种自发电的隧道内汽车变道检测装置，其特征在于包括了N字形压电轴传感器(一)、N字形压电轴传感器(二)、信号处理器(一)、信号处理器(二)、储能器、控制器、摄像头(一)和摄像头(二)；所述的N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)分别埋在隧道公路段首尾两端的地面下，其输出端分别与信号处理器(一)和信号处理器(二)连接；所述的信号处理器(一)和信号处理器(二)分别对N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)产生的电信号进行滤波、整流及放大处理，其输出端均与储能器连接；所述的储能器将由N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)产生并分别将经过信号处理器(一)和信号处理器(二)处理之后的电能存储起来，为整个装置供电；所述的控制器控制整个装置，其输出端与摄像头(一)、摄像头(二)的输入端相连接；所述的摄像头(一)和摄像头(二)均采用红外摄像头，摄像头(一)悬挂在N字形压电轴传感器(一)上方，摄像头(二)悬挂在N字形压电轴传感器(二)上方，以分别拍摄驶入和驶出的汽车。
2.根据权利要求书1所述的一种自发电的隧道内汽车变道检测装置，其特征在于，所述的N字形压电轴传感器(一)和N字形压电轴传感器(二)均均由三条独立的PVDF压电轴传感器按照N字形布设。
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