CN108765994A - 基于车道自动变道的智能交通系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于车道自动变道的智能交通系统，包括数据管理模块和与数据管理模块电连接的车辆监测模块、电子限速显示屏和可变车道管理模块；数据管理模块用于接收、处理、存储及上传车辆监测模块所监测到的数据信息；电子限速显示屏用于对路面车辆进行限速提醒；车辆监测模块包括电信号监测单元和计时单元，车辆监测模块配置在光伏公路的光伏板内，用于实时监测车辆行驶速度；可变车道管理模块用于根据路口路况自适应的改变车道，疏导车辆左转、右转或直行。本发明还公开基于车道自动变道的智能交通系统的运行方法。本发明通过监测所述光伏板的电信号变化及电信号变化的持续时间，实时监测车辆的行驶速度、车流量及天气状况。
Description
技术领域
本发明属于智能交通领域，具体是基于车道自动变道的智能交通系统及其运行方法。
背景技术
光伏公路通过铺设光伏板，将太阳能转化为电能来为自身供电，这种供电方式获取的电信号受光照强度影响，光照强度大时，产生的电信号大，光照强度小时，产生的电信号也小。对于一固定区域内的光伏板，在没有车辆行驶经过时，其上的光照强度是稳定的，其获取的电信号也是稳定的，在有车辆行驶经过时，其上的光照强度经历逐渐减弱至最小值然后逐渐增强到稳定值的过程，同样，其获取的电信号也经历逐渐减弱至最小值然后逐渐增强到稳定值的过程。因此，通过监测光伏板上光照强度的变化可以得到该光伏板所获取的电信号的变化，反之，通过监测该光伏板所获取电信号的变化也可以得到该光伏板上光照强度的变化。光伏板上的光照强度除受天气影响外，还受经过车辆、遮挡物等的影响，同理，光伏板获取的电信号也收到行驶经过的车辆的影响。
现有技术中对于道路交通状况的监控、管理主要是通过设置硬件监控设备来实现，例如，通过设置在路边的限速拍照模块来监测车辆的行驶速度，从而判断车辆是否超速；通过在固定位置设置限速指示来提示车辆驾驶员注意车速等。
在道路的十字路口或丁字路口经常出现交通拥挤，在上下班高峰期经常出现左车道拥堵严重，直行车道无车或极少车辆通行，这样使得直行车道不能充分利用，而左车道十分拥挤的现象出现。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供基于车道自动变道的智能交通系统，通过监测光伏板的电信号变化和电信号变化的持续时间，实时监测车辆的行驶速度和当前的车流量；并通过监测多个光伏板上的电信号变化实时获取当前路段的限速提醒；还通过设置可变车道管理模块来对车辆拥堵严重的路口进行车辆变道分流指示，有效疏导交通，缓解交通压力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
基于车道自动变道的智能交通系统，包括数据管理模块和与所述数据管理模块电连接的车辆监测模块、电子限速显示屏和可变车道管理模块；所述数据管理模块用于接收、处理、存储及上传所述车辆监测模块所监测到的数据信息；所述电子限速显示屏用于对路面车辆进行限速提醒；所述车辆监测模块包括电信号监测单元和计时单元，所述车辆监测模块配置在光伏公路的光伏板内，用于实时监测车辆行驶速度；所述可变车道管理模块用于根据路口路况自适应的改变车道，疏导车辆左转、右转或直行。
本发明通过所述车辆监测模块监测车辆通过一块光伏板时，所述光伏板的电信号变化及电信号变化的持续时间，并将监测到的数据发送给所述数据管理模块，所述数据管理模块根据监测到的单个光伏板上电信号变化的持续时间和所述单个光伏板的尺寸计算得出车辆的行驶速度；通过监测光伏公路路口所有光伏板的电信号变化和电信号变化的持续时间，可以得到所述路口的车流量情况，并在车辆拥堵严重时通过导向标志灯进行车辆变道分流指示，智能的改变车辆放行方向，及时有效疏导交通，缓解交通压力；通过监测某一路段内所有光伏板的电信号变化和电信号变化的持续时间，还可以得到所述路段的天气状况，进而得出所述路段的限速指示，并通过电子限速显示屏对车辆驾驶员进行限速提醒。
具体地，当车辆在一块光伏板上行驶通过时，设置于所述光伏板内的电信号监测单元监测到电信号变化，所述电信号经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从最小值逐渐升高至所述稳定值，所述计时单元监测到电信号从稳定值逐渐降低至最小值的时间、电信号保持为最小值的时间和电信号从最小值升高至稳定值的时间，其中，电信号从稳定值逐渐降低至最小值的时间等于电信号从最小值逐渐升高至稳定值的时间，所述光伏板的尺寸预存在所述数据管理模块内，所述数据管理模块通过电信号变化持续时间和所述光伏板的尺寸计算得出车辆的行驶速度，所述数据管理模块还根据多个光伏板上的电信号变化分析得到多个光伏板所在路段的光照强度变化，然后根据所述光照强度变化得到所述路段的天气状况并给出限速指示。
具体地，所述车辆监测模块监测车辆行驶速度和车流量，并将监测到的数据发送给所述数据管理模块，所述数据管理模块再将所述监测数据存储起来并按约定的时间周期上传到交通安全综合服务管理平台。
优选地，光伏公路上每块光伏板内均配置有所述车辆监测模块。
优选地，所述数据管理模块包括数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元及数据发送单元。
优选地，所述数据处理单元基于所述光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板的尺寸来确定车辆的行驶速度。
优选地，所述数据处理单元包括计数器，所述计数器被配置为基于光伏板上电信号的一次变化过程计数一次。当车辆行驶通过一块光伏板时，所述电信号监测单元监测到所述光伏板上电信号经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从所述最小值逐渐升高至所述稳定值的过程，或者，所述电信号监测单元监测到所述光伏板以及与所述光伏板相邻的左右两块光伏板上的电信号均经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从所述最小值逐渐升高至所述稳定值的过程，则所述计数器基于所述光伏板上电信号的一次变化过程计数一次，或者，所述计数器基于所述光伏板和与其相邻的左右两块光伏板上的电信号的一次变化过程计数一次。所述计数器用于统计路面车流量，所述数据管理模块将统计的路面车流量情况进行存储并上传至交通安全综合服务管理平台。
进一步地，当所述电信号监测单元在同一时间段监测到相邻的前后左右多个光伏板上的电信号均经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从所述最小值逐渐升高至所述稳定值的过程，则此时的电信号变化过程不是由车辆经过引起的，所述计数器不计数。
具体地，所述数据接收单元用于接收所述车辆监测模块监测到的数据信息，所述数据处理单元用于对接收到的数据信息进行分析处理并计算得出道路上车流量和车辆行驶的速度，并根据光照强度变化实时分析得出适宜的限速提醒；所述数据存储单元用于存储车辆违规信息、每日车流量信息以及天气状况信息；所述数据发送单元将所述车辆违规信息、每日车流量信息以及天气状况信息发送给交通安全综合服务管理平台，还将所述车辆监测模块监测到的路口车流量状况实时发送至所述功率驱动单元。
具体地，所述车辆监测模块监测多个光伏板上的电信号变化，所述数据管理模块通过其中一个光伏板上的电信号变化以及与所述光伏板相邻的其他光伏板上的电信号变化，进行对比分析得出所述光伏板的故障状况或损坏情况。
优选地，所述电信号监测单元用于监测光伏板上的电压、电流、功率、电量等。
优选地，所述可变车道管理模块包括功率驱动单元和导向标志灯，所述功率驱动单元与所述数据管理模块电连接，所述导向标志灯设置在光伏公路交叉路口，所述功率驱动单元用于驱动所述导向标志灯。
具体地，所述功率驱动单元利用基于STM32F105ARM-CORTEX-M3架构微控制器的多AD通道的支持，采集信号输出模块的输出电压和电流，实现本发明的导向标志灯驱动输出的精细化电流输出检测，能精准的得到导向标志灯的实时电流数据，能判断出导向标志灯的故障状态，以便技术人员及时对损坏的导向标志灯进行维修；所述导向标志灯设置在光伏公路路口上方，每个车道设置一组导向标志灯，左车道包括左转信号灯和直行信号灯；直行车道包括左转信号灯、直行信号灯和右转信号灯；右转车道包括右转信号灯和直行信号灯，每个导向标志灯包括灯体，所述灯体上安装有直行信号灯、左转信号灯或右转信号灯，所述直行信号灯连接有直行信号控制装置，所述左转信号灯连接有左转信号控制装置，所述右转信号灯连接有右转信号控制装置，所述直行控制器、左转控制器与右转控制器分别受控于功率驱动单元，根据路况做出相应的改变。
基于车道自动变道的智能交通系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤A、通过车辆监测模块的电信号监测单元测出每块光伏板的电信号变化，通过其计时单元测出所述电信号变化的持续时间，将所述电信号监测单元和计时单元测得的数据发送给数据管理模块；
步骤B、数据接收单元接收所述电信号监测单元和计时单元的监测数据，数据处理单元根据多个光伏板上的电信号变化分析得到多个光伏板所在路段的光照强度变化，然后根据多个光伏板上的光照强度变化分析得出所述路段内的天气状况，根据所述天气状况得出所述路段内的限速指示，数据发送单元将所述限速指示发送到电子限速显示屏进行限速提醒；
步骤C、所述数据处理单元根据单块光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板的尺寸分析得到车辆的行驶速度，并结合限速指示来监测车辆是否超速；
步骤D、所述数据存储模块存储所述车辆监测模块的监测数据和所述数据处理单元的处理结果，这些监测数据和处理结果通过所述数据发送单元发送到交通安全综合服务管理平台；
步骤E、所述车辆监测模块对光伏公路路口的车流量进行实时监测，并将监测数据发送到所述数据管理模块，所述数据管理模块对当前车流量进行分析、处理，当监测到路口车辆拥堵，则所述数据管理模块将信息发送到所述功率驱动单元，由所述功率驱动单元驱动所述导向标志灯的指向来引导车辆变道分流。
具体地，步骤A中，所述电信号监测单元监测到的电信号变化可由每块光伏板的输出功率的变化来表示，所述输出功率变化对应的持续时间由所述计时单元来监测；设定单块光伏板的额定功率为W，转换效率为η，单块光伏板的相对两端的间距为L，当无车辆行驶经过所述单块光伏板时，所述单块光伏板的输出功率W1＝W*η，当有车辆行驶经过所述单块光伏板时，所述车辆前部经过所述单块光伏板的起始端，所述输出功率W1开始逐渐降低，一直到所述车辆前部到达所述单块光伏板的末端，所述输出功率降到最低点W2，所述输出功率从W1降到W2的时间为T1，此后一直保持所述输出功率在W2，直到所述车辆尾部行驶离开所述单块光伏板的起始端，所述输出功率保持在W2的时间为T2，所述输出功率开始逐渐升高，直到W1，此时所述车辆尾部行驶离开所述单块光伏板的末端，所述输出功率从W2升高到W1的时间为T1；所述电信号监测单元和计时单元监测到的数据发送给所述数据管理模块。
具体地，步骤B中，所述光伏板在持续无遮挡的光照下，其获取的电信号是稳定的，其输出功率也是稳定的，所述输出功率降低，所述光伏板上的光照强度也降低，所述输出功率升高，所述光伏板上的光照强度也升高；当监测到指定路段内所有光伏板的输出功率均降低时，可以判断得出所述指定路段内的光照强度也降低，根据光照强度与天气状况的对照关系，得出所述指定路段内的天气状况，然后根据所述天气状况得出所述指定路段内的限速指示，所述限速指示通过所述电子限速显示屏对车辆驾驶员进行提醒。
优选地，步骤B进一步包括以下步骤：所述数据处理单元根据所述电信号变化和电信号变化的持续时间分析得出所述光伏板上是否存在遮挡物或者损坏。当所述光伏板上存在遮挡物或者损坏时，所述电信号监测单元可监测到所述光伏板的输出功率陡降至一个固定输出功率后保持不变，而与所述光伏板相邻的其他光伏板的输出功率保持在原先的输出功率上不变。
具体地，所述电子限速显示屏设置在所述光伏公路两旁和/或所述光伏路面，这样的设置可以方便司机实时查看限速指示，避免超速行驶。
具体地，可变车道导向标志灯设置在所述光伏公路路口，方便司机实时查看所述导向标志灯。
具体地，所述可变车道的智能交通系统直接由所述光伏公路的蓄电池供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明通过监测单块光伏板上的电信号变化来监测到有车辆行驶经过所述单块光伏板，并通过监测所述电信号变化的持续时间，结合所述光伏板的尺寸计算得到车辆的行驶速度，既不需要增加额外的硬件监控设备，降低了车速监控成本，又能准确监测过往车辆的行驶速度，而且提升了车辆监测的隐蔽性和有效性；2)本发明通过监测各光伏板的电信号变化和电信号变化的持续时间来监测光伏板上的光照强度变化，根据所述光照强度变化分析得出指定路段内的天气状况，进而得出该路段内相应的限速指示，并通过电子限速显示屏进行限速提醒，不仅能对天气状况进行实时的监测，还能根据天气状况改变路面限速指示，从而减少因天气恶劣导致的交通事故；3)本发明通过监测光伏板上电信号变化和电信号变化的持续时间，还能监测光伏板上是否存在遮挡物或者损坏；4)本发明通过在路口设置可变车道导向标志灯根据路口车辆拥挤情况，可以智能的改变放行方向，起到及时疏通交通，充分利用道路资源的效果。
附图说明
图1为本发明基于车道自动变道的智能交通系统整体结构框图；
图2为本发明中数据管理模块结构框图；
图3为本发明中车辆监测模块结构框图；
图4为本发明中可变车道管理模块结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1至图3所示，本实施例提供了基于车道自动变道的智能交通系统，包括数据管理模块1以及与所述数据管理模块1电连接的车辆监测模块2、电子限速显示屏3和可变车道管理模块4；所述数据管理模块1用于接收、处理、存储及上传所述车辆监测模块2所监测到的数据信息；所述电子限速显示屏3用于对路面车辆进行限速行驶提醒；所述车辆监测模块2包括电信号监测单元201和计时单元202，所述车辆监测模块2配置在光伏公路的每一块光伏板内，用于实时监测车辆行驶速度；所述可变车道管理模块4用于根据路口路况自适应的改变车道，疏导车辆左转、右转或直行。
具体地，所述数据管理模块1包括数据接收单元101、数据处理单元102、数据存储单元103及数据发送单元104；所述数据处理单元102为内置嵌入式芯片的处理单元，如单片机，所述数据存储单元103为硬盘或固态存储设备。
具体地，所述数据处理单元102配置为基于所述光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板的尺寸来确定车辆的行驶速度。在实际应用中，所述光伏板为晶硅太阳能板，其尺寸为2000*1000*35mm，额定功率为180W，转换效率为80％，光伏板的两端中心位置设有端点A、B，端点A到端点B的距离L＝2000mm，当无车辆行驶经过所述光伏板时，所述光伏板的输出功率W1＝W*η＝180*80％＝140W，当有车辆行驶经过所述光伏板时，所述车辆前部经过端点A，所述输出功率W1开始逐渐降低，一直到所述车辆前部到达端点B，所述输出功率降到最低点W2，此时，所述光伏板被车辆完全遮挡住，无法获得光的直接照射，但是能通过照射在相邻光伏板上的光的反射、散射等获得间接的光照射，进而转换得到较低的输出功率，这里将W2定义为W2＝W1*10％＝14W，所述计时单元监测得到所述输出功率从W1降到W2的时间为0.12S，此后一直保持所述输出功率在W2，直到所述车辆尾部行驶离开端点A，所述输出功率保持在W2的时间为0.18S，所述输出功率开始逐渐升高，直到W1，此时所述车辆尾部行驶离开端点B，所述输出功率从W2升高到W1的时间为0.12S，根据速度公式v＝L/t，计算得到车辆的行驶速度v＝60KM/h，通过车辆的行驶速度v和所述输出功率保持在W2的时间，计算得到车辆的长度S＝5m。
所述数据处理单元102包括计数器1021，所述计数器1021被配置为基于光伏板上电信号的一次变化过程计数一次。当车辆行驶通过一块光伏板时，所述电信号监测单元201监测到所述光伏板上电信号经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从所述最小值逐渐升高至所述稳定值的过程，或者，所述电信号监测单元201监测到所述光伏板以及与所述光伏板相邻的左右两块光伏板上的电信号均经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从所述最小值逐渐升高至所述稳定值的过程，则所述计数器1021基于所述光伏板上电信号的一次变化过程计数一次，或者，所述计数器1021基于所述光伏板和与其相邻的左右两块光伏板上的电信号的一次变化过程计数一次。所述数据处理单元102将所述计数器1021统计的路面车流量发送给所述数据存储单元103进行存储，并发送给所述数据发送单元104上传至交通安全综合服务管理平台，所述数据发送单元104还将车流量信息发送给所述可变车道管理模块4，所述可变车道管理模块4根据车流量信息驱动路口的导向标志灯，引导车辆变道分流，缓解交通压力，提高车道利用率。
具体地，当所述电信号监测单元201在同一时间段监测到相邻的前后左右多个光伏板上的电信号均经历从稳定值逐渐降低至最小值然后从所述最小值逐渐升高至所述稳定值的过程，则此时的电信号变化过程不是由车辆经过引起的，所述计数器1021不计数。
具体地，所述电子限速显示屏3设置在所述光伏公路两旁或/所述光伏路面，通过设置电子限速显示屏3可以在夜间以及能见度较低的天气也能很好的显示限速指示，避免司机因无法看清限速牌而超速行驶。
具体地，铺设在光伏路面的所述车辆监测模块2实时监测当前路口各个车道上车辆的车速，车速小于1.8km/h视为车辆排队情况，将所述车辆监测模块2监测的车流量发送至所述数据管理模块1，所述数据管理模块1对数据进行分析，发现当前左车道出现拥堵，车辆排队达到20m，对数据进行处理并发送至所述可变车道管理模块4的功率驱动单元401，所述功率驱动单元401驱动导向标志灯402，将直行车道的直行标志改为左转标志，经过一段时间疏通，发现右车道出现拥堵，车辆排队达到15m，则功率驱动单元401驱动导向标志灯402，将直行车道的左转标志改为右转标志；所述可变车道监测模块4能够及时处理交通拥挤现象，充分利用道路资源。
实施例2
在本实施例中，所述数据处理单元102根据多个光伏板上的电信号变化分析得到多个光伏板所在路段的光照强度变化，然后根据多个光伏板上的光照强度变化分析得出所述路段内的天气状况，根据所述天气状况得出所述路段内的限速指示，所述数据发送单元104将所述限速指示发送到电子限速显示屏3进行限速提醒。
具体地，所述电信号监测单元201监测到多个光伏板的输出功率的变化，所述数据处理单元102根据输出功率的变化得到多个光伏板所在路段的光照强度变化，所述数据处理单元102根据所述光照强度变化和存储在所述数据存储单元103内的常见天气的光照强度对照表，可以分析得到所述路段内的天气状况。具体地，所述常见天气的光照强度对照表包括：晴天的光照强度值为30000-300000lx，阴天的光照强度值为3000-10000lx，相当于晴天时的1％-10％，日出日落时的光照强度值为300lx，相当于晴天时的0.1％-1％，黑夜的光照强度值为0.001-0.02lx，相当于晴天阳光直射地面时的3.3e-9～6.7e-7。当在白天正常日照时间内，所述电信号监测单元201监测到某个路段的多个光伏板的总输出功率下降超过99.9％时，则所述数据处理单元102发送限速指示，提醒车辆驾驶员所述路段的天气异常，可能出现下雨或大雾天气，注意控制车速，安全驾驶。
具体地，本实施例提供了路段限速指示与所述电信号监测单元201监测到光伏板的总输出功率之间的关系：
当所述光伏板的总输出功率下降至0.005％～0.01％时，路段限速值为40km/h；
当所述光伏板的总输出功率下降至0.001％～0.005％时，路段限速值为30km/h；
当所述光伏板的总输出功率下降至0.001％以下时，路段限速值为20km/h。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，包括数据管理模块和与所述数据管理模块电连接的车辆监测模块、电子限速显示屏和可变车道管理模块；所述数据管理模块用于接收、处理、存储及上传所述车辆监测模块所监测到的数据信息；所述电子限速显示屏用于对路面车辆进行限速提醒；所述车辆监测模块包括电信号监测单元和计时单元，所述车辆监测模块配置在光伏公路的光伏板内，用于实时监测车辆行驶速度；所述可变车道管理模块用于根据路口路况自适应的改变车道，疏导车辆左转、右转或直行。
2.根据权利要求1所述的基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，光伏公路上每块光伏板内均配置有所述车辆监测模块。
3.根据权利要求1所述的基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，所述数据管理模块包括数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元及数据发送单元。
4.根据权利要求3所述的基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，所述数据处理单元基于所述光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板的尺寸来确定车辆的行驶速度。
5.根据权利要求4所述的基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，所述数据处理单元包括计数器，所述计数器被配置为基于光伏板上电信号的一次变化过程计数一次。
6.根据权利要求1所述的基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，所述电信号监测单元用于监测光伏板上的电压、电流、功率或电量。
7.根据权利要求1所述的基于车道自动变道的智能交通系统，其特征在于，所述可变车道管理模块包括功率驱动单元和导向标志灯，所述功率驱动单元与所述数据管理模块电连接，所述导向标志灯设置在光伏公路交叉路口，所述功率驱动单元用于驱动所述导向标志灯。
8.基于车道自动变道的智能交通系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、通过车辆监测模块的电信号监测单元测出每块光伏板的电信号变化，通过其计时单元测出所述电信号变化的持续时间，将所述电信号监测单元和计时单元测得的数据发送给数据管理模块；
步骤B、数据接收单元接收所述电信号监测单元和计时单元的监测数据，数据处理单元根据多个光伏板上的电信号变化分析得到多个光伏板所在路段的光照强度变化，然后根据多个光伏板上的光照强度变化分析得出所述路段内的天气状况，根据所述天气状况得出所述路段内的限速指示，数据发送单元将所述限速指示发送到电子限速显示屏进行限速提醒；
步骤C、所述数据处理单元根据单块光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板的尺寸分析得到车辆的行驶速度，并结合限速指示来监测车辆是否超速；
步骤D、所述数据存储模块存储所述车辆监测模块的监测数据和所述数据处理单元的处理结果，这些监测数据和处理结果通过所述数据发送单元发送到交通安全综合服务管理平台；
步骤E、所述车辆监测模块对光伏公路路口的车流量进行实时监测，并将监测数据发送到所述数据管理模块，所述数据管理模块对当前车流量进行分析、处理，当监测到路口车辆拥堵，则所述数据管理模块将信息发送到功率驱动单元，由所述功率驱动单元驱动导向标志灯的指向来引导车辆变道分流。
9.根据权利要求8所述的基于车道自动变道的智能交通系统的运行方法，其特征在于，步骤B进一步包括以下步骤：所述数据处理单元根据所述电信号变化和电信号变化的持续时间分析得出所述光伏板上是否存在遮挡物或者损坏。
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