CN111862626B - 一种光电式应急车道防占用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于交通管理技术领域，公开了一种光电式应急车道防占用系统及方法，感应线圈作为触发开关，应急车道通过的车辆改变感应线圈的电流脉冲，使主要输出装置：偏振LED灯接通，发射定向偏振光束，配合在应急车道中间安装的反光片，照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，迫使驶离应急车道；配套的偏光眼镜供合法上应急车道的车辆驾驶员佩戴，规避偏振光；该配套的偏光眼镜配发高速公路运营及交通管理车辆，其他临时进入高速公路需使用应急车道的车辆，在收费口配发，下道时收回。本发明用以规范驾驶员的行为，更好的治理违法占用应急车道的行为，可以提升交通管理水平，有效帮助交通管理部门解决占用应急车道的问题。

Description

一种光电式应急车道防占用系统及方法

技术领域

本发明属于交通管理技术领域，尤其涉及一种光电式应急车道防占用系统及方法。

背景技术

由于机动车数量与机动车驾驶人的快速增长，以及假日期间高速公路对7座以下小型汽车实施免费通行的政策，令高速路上出现了拥堵，甚至堵塞的情况，也使得高速公路违法占用应急车道的情况变得愈发严重。

占用应急车道已成为各地高速交警重点打击的交通违法行为之一。占用应急车道危害巨大：1、容易造成应急车道拥堵，交警无法及时赶往现场处理事故，清障车也无法赶往现场清障，会造成更严重的交通拥堵。2、一旦交通事故造成人员受伤、被困或引起火灾、爆炸，此时如果应急车道被占用，救护车、消防车无法在第一时间赶到现场救援，会酿成更严重的惨剧。因此对违法占用应急车道行为的规范刻不容缓。

现有的应急车道整治方法主要是通过高速公路交通执法人员现场执勤执法和安装监控摄像系统来取证，但效果不够显著，且需要大量的人力物力。每一次取证、拦截、开单据的执法人员都在流水线般一刻不停地工作，工作量巨大，且监控摄像头虽然密集，但车主仍会见缝插针，增加了占用应急车道的车辆在监控摄像头之前强行加塞并入正常车道的频率，增加了隐患。且从技术层面看，我国高速公路应急车道管理和控制的相关技术十分少，一直都没有好的办法可以实时的管理和引导；同时现有的采用监控摄像的技术，更多的是被动的事后教育和处罚。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术系统在使用过程中，以安装监控摄像系统来取证，对违法车主进行事后教育和处罚，不能对车辆进行现场实时引导；监控摄像系统设置及运营成本较高，需投入大量的人力、物力，导致资源的流失。

解决以上问题及缺陷的难度为：实时对非法占用应急车道的驾驶行为进行监督和引导，而不仅仅是事后的教育和处罚；经济、有效的保证在应急车道的合法车辆和行车道车辆的正常行驶，不产生交通安全隐患。

解决以上问题及缺陷的意义为：随着汽车在我国的快速普及，应急车道被占用的事件正在进一步增多，非紧急情况下应急车道被占用问题亟待解决，这不仅是一种危害群众生命安全的行为，更是一种违法行为，须对此类违法行为进行实时、有效的监管，本发明能够解决现有技术耗费大量人力物力，且效果甚微的问题。

新能源光电应急车道防占用系统技术可行、环保节能；经济方面，此系统所需要的线圈、偏光镜、太阳能板、聚光灯等材料均为市面上常见的材料，价格低廉，且每套装置整体大小合适，不需要过多材料，除此之外此系统安装方便、简单，人工成本较低。效果方面，此系统能做到在不伤害人体健康的情况下，对非法行驶在应急车道的驾驶员有相当大的警示作用，并且保证了在应急车道的合法车辆和行车道车辆的正常行驶。环境保护方面，此系统所采用的材料均为无污染材料，且采用的能源为太阳能，不仅能提供系统正常工作所需的能量，又节约了电能，符合环境友好和资源节约的发展理念。

系统具有积极的社会效益；对道路使用者来说，新能源光电应急车道防占用系统能对驾驶员的驾驶行为有监督和引导作用，无论是在道德还是法律层面对驾驶员来说都是百益无害。对社会来说，应急车道作为人们生命财产安全的一道重要保障，此系统的推广能最大程度地保证特种车辆的通行，减少不必要的损失，提高社会和谐稳定程度，再者，此系统的目的不是惩罚，而是监督和实时引导，若能得以推广，亦能间接地提高社会群众整体素质。日趋严峻的交通安全现状，全面提高高速公路管理系统的效益、降低事故发生率比和死亡率已刻不容缓，这些都是有国家关部门需要探讨的永恒课题，此系统也可直接提高异常交通紧急救援效率，降低二次事故的发生率，很大程度上解决高速公路安全问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光电式应急车道防占用系统及方法。

本发明是这样实现的，一种光电式应急车道防占用方法，所述光电式应急车道防占用方法，包括：

步骤一，感应线圈作为触发开关，通过应急车道的车辆改变感应线圈的电流脉冲，从而使主要输出装置偏振LED定向射灯开启；

步骤二，偏振LED灯接通，发射固定偏振光束，配合在应急车道中间安装的反光片，定向照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，用以提醒并迫使驾驶人驶离应急车道；

步骤三，配套的偏光眼镜供合法上应急车道的车辆驾驶员佩戴，规避偏振光；该配套的偏光眼镜配发高速公路运营及交通管理车辆，其他临时进入高速公路需使用应急车道的车辆，在收费口配发，下道时收回；

步骤四，采用太阳能板供电组，白天通过太阳能供电并储存电能在蓄电池中，晚上蓄电池放电供射灯工作，用来为道路照明，结合原有的抓拍相机共同作用，避免普通车辆随意进入应急车道。

进一步，所述步骤一中，感应线圈电路采用RC充放电路，在太阳能电路板供电装置外接一个逆变电路，为感应线圈提供交变输入；

通过应急车道路面的车辆是金属，改变线圈的电感量，使微分电路输出波形发生变化，触发电路导通后存在一定的延时效果；

当车辆进入应急车道后，偏振LED定向射灯开启，以一定光强照射到驾驶员的眼睛，引起驾驶人的注意和不适，迫使其尽快驶离应急车道。

进一步，所述步骤二中，反光片整体呈现出薄膜状的结构，表面用以聚拢自然光，再通过折射和反射层，向来车方向定向反射出小角度光束。

进一步，所述步骤四中，太阳能电池板白天接收太阳能辐射，将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，将电能转变为化学能储存在蓄电池中；当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用；当长时间无光照以致电池中的电能用完时，才停止工作。

本发明另一目的在于提供一种实施所述的光电式应急车道防占用方法的光电式应急车道防占用系统，所述光电式应急车道防占用系统设置有：

偏振LED定向射灯；

偏振LED定向射灯及偏振LED定向射灯供电线路沿应急车道分界线路面间隔切槽埋设，并且在隔切槽内填充沥青；

偏振LED定向射灯，作为行车道和应急车道的分隔道钉，埋设在行车道与应急车道的分界线上，每隔三米一个；反光片铺设在应急车道路面中间，每两个偏振LED定向射灯之间铺设一片；

感应线圈埋设在地下，每隔21米安装一个，太阳能板安装在护栏外面。

进一步，所述偏振LED定向射灯，作为行车道和应急车道的分隔道钉，外壳采用环氧树脂，凸出地面5cm，半径为10cm的半球状，灯光朝向应急车道来车方向偏角30度，采用耐压的偏光玻璃防尘罩。

进一步，所述外壳里面放入小led偏光灯，地下埋入4cm。

进一步，所述偏振LED定向射灯供电线路接线管形状为直径为8cm，长度为4cm的圆柱状。

进一步，所述反光片为聚光定向反光片，定向反光片整体呈现出薄膜状的结构，宽0.45米，长1米，定向反光片是一个折射-反射的光学单元。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明用以规范驾驶员的行为，更好的治理违法占用应急车道的行为，为提升交通管理水平、有效帮助交通管理部门解决占用应急车道的问题提供了一种有效的解决方法。本发明具有以下优点：1、功能上的特色，系统以行车道和应急车道的分隔道钉为基础，内置具有偏振特性的LED小灯，产生特定的偏振光对司机的眼镜产生安全范围内的炫光影响，使司机无法通过左右躲避或者戴墨镜等方法避开，强迫其不进入应急车道或进入后立即退回行车道，不再进入；而对于合法车辆，通过定制的偏光眼镜可以有效规避该灯光的影响，结合应急车道路面布设的发散角度更小、聚光性强的聚光反光片，无需其他能源，发射小角度光束在车辆前方产生影响，进一步增强该系统的作用。采用的LED小灯，亮度大，功率低，配合箭头状的反光片，起到主动发光道钉的作用，为交通提供引导，在夜间还可为公路照明。整个系统采用的延时性太阳能主动发光系统，采用太阳能，清洁环保，延时照明可以使小灯的作用最大限度地发挥。2、应用的技术方面，获得线偏振光只需要一个简单的起偏器，使非法驶入应急车道的驾驶员就算佩戴常规太阳偏光镜也只能阻挡12％左右的灯光，而合法使用应急车道的驾驶员佩戴的偏光镜偏振方向与线偏振光的偏振方向相垂直，使得系统发出的光强被减弱到一个很小的值，不会干扰其正常行驶。反光片整体呈现出薄膜状，通过球形折射-反射的光学单元组成反射表面，产生小角度的反射光，是一种低成本且新型的材料。通过线圈作为触发开关，不影响正常行车，与小型的太阳能发光板配合，形成完整的电路回路，为这个系统提供清洁环保绿色的能源。4、应用上，整个系统构造简单，成本低廉，安装方便，且极大的节省人力资源，能与现有应急车道监控系统等协调配合，把现代智能科技与新材料应用在智慧公路上。同时目前非法占用应急车道的情况愈发严重，系统应用前景广阔且必要。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光电式应急车道防占用系统结构示意图。

图2是本发明实施例提供的系统工作流程示意图。

图3是本发明实施例提供的LED偏光灯外形参数示意图。

图4是本发明实施例提供的LED偏光灯俯视图。

图5是本发明实施例提供的LED偏光灯左视图。

图6是本发明实施例提供的LED外形立体图。

图7是本发明实施例提供的偏振及偏光眼镜原理示意图。

图8是本发明实施例提供的反光片布置及尺寸示意图。

图9是本发明实施例提供的反光片微观结构示意图。

图10是本发明实施例提供的照明系统组成结构示意图。

图11是本发明实施例提供的照明系统工作原理示意图。

图12是本发明实施例提供的检测系统的组成示意图。

图13是本发明实施例提供的矩形线圈示意图。

图14是本发明实施例提供的菱形线圈示意图。

图15是本发明实施例提供的光电式应急车道防占方法流程图。

图中：1、行车道；2、应急车道；3、偏振LED定向射灯；4、反光片；5、太阳能板；6、感应线圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光电式应急车道防占用系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的光电式应急车道防占用系统包括：行车道1、应急车道2、偏振LED定向射灯3、反光片4、太阳能板5、感应线圈6。

偏振LED定向射灯3及其供电线路沿应急车道分界线路面间隔切槽埋设，并且在隔切槽内填充沥青；偏振LED定向射灯3埋设在行车道与应急车道的分界线上，作为行车道和应急车道的分隔道钉，每隔三米一个；反光片铺设在应急车道路面中间，每两个偏振LED定向射灯3之间铺设一片；感应线圈6埋设在地下，每隔21米安装一个，太阳能板安装在护栏外面。

在本发明实施例中，偏振LED定向射灯3外壳采用环氧树脂，凸出地面5cm，半径为10cm的半球状，灯光朝向应急车道来车方向偏角30度，采用耐压的偏光玻璃防尘罩。外壳为半径为5cm的半球状，里面放入小led偏光灯，地下埋入4cm；接线管形状为直径为8cm，长度为4cm的圆柱状。偏光眼镜中偏振片及眼镜片的选择：偏振片选用碘系偏振片。

在本发明实施例中，反光片4为聚光定向反光片，定向反光片整体呈现出薄膜状的结构，宽0.45米，长1米，沿应急车道每隔3米布置一个。其中，定向反光片是一个折射-反射的光学单元。

在本发明实施例中，太阳能板5固定在照明系统中太阳能板支架上，照明系统还包括：太阳能电池组、LED光源、太阳能控制器、蓄电池、感应圈。

如图15所示，本发明实施例提供的光电式应急车道防占用方法，包括：

S101：感应线圈作为触发开关，通过应急车道通过的车辆改变感应线圈的电流脉冲，从而使主要输出装置偏振LED灯接通。

S102：偏振LED灯接通，发射固定偏振光束，配合在应急车道中间安装的反光片，照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，用以提醒迫使驾驶人驶离应急车道。

S103：配套的偏光眼镜供合法上应急车道的车辆驾驶员佩戴，规避偏振光；该配套的偏光眼镜配发高速公路运营及交通管理车辆，其他临时进入高速公路需使用应急车道的车辆，在收费口配发，下道时收回。

S104：采用太阳能板供电组，白天通过太阳能供电并储存电能在蓄电池中，晚上蓄电池放电供射灯工作，用来为道路照明，结合原有的抓拍相机共同作用，迫使普通车辆随意进入应急车道；

本发明实施例S101中，感应线圈电路采用RC充放电路，在太阳能电路板供电装置外接一个逆变电路，为感应线圈提供交变输入；通过应急车道路面的车辆是金属，改变线圈的电感量，使微分电路输出波形发生变化，触发电路导通后存在一定的延时效果；

当车辆进入应急车道后，偏振LED灯开启，引起驾驶人的注意，并迫使他尽快驶离应急车道。

本发明实施例S102中，反光片整体呈现出薄膜状的结构，表面用以聚拢自然光，再通过折射和反射层，定向反射出小角度光束。

本发明实施例S104中，太阳能电池板白天接收太阳能辐射，将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，将电能转变为化学能储存在蓄电池中；当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用；当长时间无光照以致电池中的电能用完时，才停止工作。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

1、整体设计

系统整体结构包括偏振LED定向射灯，聚光反光片，偏振护目镜，板式太阳能供电装置。主要功能是为了保持应急车道的随时畅通，防止社会车辆在应急车道上行驶。本发明通过触发感应线圈，使得偏振射灯启动，发射出固定强度和角度的光束提示驾驶人，以及辅助设置的聚光反光片共同作用，让其主动驶离应急车道，从而起到保证应急车道不被违法占用的目的。

偏振LED定向射灯及其供电线路，采用沿应急车道分界线路面间隔切槽埋设，最后在槽内填充沥青，由于沥青热胀冷缩且坚硬，可以对电路起到很好的保护作用，偏振LED灯埋设在行车道与应急车道的分界线上，作为主动发光道钉，每隔三米一个，反光片铺设在应急车道路面中间，每两个小灯之间铺设一片，起到辅助作用，线圈埋设在地下，每隔21米安装一个，太阳能板安装在护栏外面，通过蓄电池为小灯提供能量，系统整体布局示意图如图1所示。

本装置以感应线圈作为触发开关，通过应急车道通过的车辆改变感应线圈的电流脉冲，从而使主要输出装置：偏振LED灯接通，发射固定偏振光束，配合在应急车道中间铺设的聚光反光片，照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，起到提醒甚至迫使驾驶人驶离应急车道的作用。同时设计配套的偏光眼镜供合法上应急车道的车辆驾驶员佩戴，以规避偏振光的影响，该配套特制的偏光眼镜配发高速公路运营及交通管理车辆，其他临时进入高速公路需使用应急车道的车辆，在收费口配发，下道时收回。同时本装置采用太阳能板供电组，白天通过太阳能供电并储存电能在蓄电池中，晚上蓄电池放电供射灯工作，用来为道路照明，并起线路引导作用。结合原有的抓拍相机共同作用，可以进一步减少普通车辆随意进入应急车道的违法行为，从而避免事故的发生，系统工作过程如图2所示。

2、核心部件研究思路

核心部件主要有偏光LED射灯、偏振光与偏光眼镜、聚光反光片、太阳能供电装置。

2.1偏光LED小灯

1)根据相关研究表明，当直射光的亮度达到4000流明时，人眼接受光线变得吃力，人眼对黄绿色光的敏感度更高。因此小灯采用发光强度为4098流明的led晶粒，功率为6w，发出光波长为555nm黄色光。采用此灯光，既可有效对在应急车道上行驶的车辆驾驶员产生干扰作用，也不至于损伤人的眼睛。

2)为了保证车辆安全和小灯的正常运作，根据相关设计规范，小灯外壳采用环氧树脂，凸出地面5cm，半径为10cm的半球状，灯光朝向应急车道来车方向偏角30度，采用耐压的偏光玻璃作为防尘罩，对LED灯发出的灯光进行偏振处理。外壳采用环氧树脂，耐压环保，同时对小灯进行保护，形状做成半径为5cm的半球状，里面放入小led偏光灯，穿透玻璃往外发射，地下埋入4cm，用于接线管，形状为直径为8cm，长度为4cm的圆柱状。每一组应急车道为21米，每隔3米安放一个LED偏光灯，白天时通过线圈控制其开关，夜间时自动开启为道路提供照明。(如图3)

2.2偏振光与偏光眼镜

1)偏振光：1809年马吕斯发现：当线偏振光通过偏振片后，光强随入射线偏振光的振动方向和偏振片的透光轴方向之间的夹角α的改变而改变，人们根据这一偏振原理发明出各种功能的偏振眼镜来减少或消除不必要的偏振光以满足生活工作需要，根据这一原理设计定向射灯的偏振光和适配的偏振眼镜以避免对合法使用应急车道的驾驶员产生影响。市场上的各种偏光镜都有不同的偏振方向，例如上课用的学生镜其偏振方向位于水平方向；立体电影用的眼镜其偏振方向位于±45°；钓鱼用的眼镜其偏振方向位于垂直方向；而因为光经过路面的偏振方向是平行地面的，所以机动车驾驶员所佩戴的一般偏光太阳镜偏振方向也是垂直方向。为了与这些镜片相区分，也为了防止非法占用应车道的驾驶员使用这类眼镜来减小系统的效果，将改变灯光的偏振方向。从普通光源中取得偏振光主要由三个基本途径：根据二向色性(某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过)、布儒斯特定理或者双折射，从实际情况和难易程度角度考虑本系统采用偏振片(二向色性)获取偏振光。

射灯光源穿过起偏器获得与地面成70°的线偏振光，这时，合法使用应急车道的驾驶员佩戴的偏光镜偏振方向与线偏振光的偏振方向相垂直，即偏振方向为20°，这样使得系统发出的光强被减弱到一个很小的值，不会干扰其正常行驶，而非法驶入应急车道的驾驶员就算佩戴常规太阳偏光镜也只能阻挡12％左右的灯光，偏振光及偏光眼镜原理如图7所示。

2)偏振片及眼镜片的选择：偏振片选用碘系偏振片，它有容易获得高透过率、高偏振度的光学特性。眼镜片的材料选用与市场上偏光太阳镜相同的材料，如树脂偏光镜，它具有重量轻、不易破裂、可以染色、可以遮断紫外线、防雾性强、可防凹痕、表面反射较低，较不刺眼、没有色差、抗御化学品和溶剂的范围极广等优点。

2.3聚光定向反光片

定向反光片整体呈现出薄膜状的结构，其表面具有聚拢自然光的功能，再通过折射和反射层，定向反射出小角度光束。宽0.45米，长1米，沿应急车道每隔3米布置一个。布置不易过宽，过厚，能够在一定程度上提醒道司机，既体现经济原则，又提高安全保障，反光片布置及尺寸如图8所示。

定向反光片的微观结构是一个折射-反射的光学单元，如图7所示，大量光学单元密集地连成一片，构成反光表面；而定向反光材料宏观上是由表面吸光层，透明表层膜，玻璃微珠层(空气层支柱)，球面反射层，衬垫层，背胶，隔离护纸等部分组成的复合光学系统。对于吸光层，主要作用是在任何情况下都能吸收光源；而对于透明表面膜的要求表现在对于光的透明性要相当的好，让更多的光源能够进入这个系统；对于玻璃微珠层则表现在其折射率要大，能够将吸收进入的平行光尽可能的汇聚在反光膜上；而球面反射层是其结构的关键，直接决定着反射光的质量，在设计时，可使用PC材料，PC材料的透光性较好、透光率可达到89％左右、而且具抗污染的特性，节能又环保，另外是对于反光片整体结构需要较好的密封性，使得反射效果达到最优，起到资源的最大化利用。

3、供电电路系统设计

供电电路系统是应急通道防护引导照明系统的重要组成部分，考虑到高速公路设施供电需遵循就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，我们优先选用了太阳能供电系统。

3.1设计背景

太阳辐射能作为一种自然能源，以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势，已被国际公认为未来最具竞争性的能源之一。

我国陆地面积接收的太阳辐射总量在3.3×103kJ/(m2·年)～8.4×10kJ/(m2·年)之间，相当于2.4×10亿t标准煤，属太阳能资源丰富的国家之一，太阳能利用前景十分广阔。在人口膨胀、资源紧张等问题困扰人类的今天，开发利用太阳能，充分体现了可持续发展和人类回归自然的理念。

秉着绿色、可持续发展的理念，设计了应急通道防护引导照明系统，此系统在线路中安装了感应线圈，通过检测是否有车辆通过应急车道，引发装置的运作。

3.2设计思路及设计原则

3.2.1设计思路

太阳能应急通道防护引导照明系统的设计与一般的太阳能路灯相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。

首先是根据用电负载(LED光源)的用电量，确定太阳能组件的功率，然后确定蓄电池的容量，再进行电气设计、光源设计和设备选型，最后进行系统的结构设计，设计中要确保太阳能应急通道防护引导照明系统运行的稳定性和可靠性。

3.2.2设计原则

对于照明系统设计着重考虑以下几个问题：

(1)从功能上，应急车道防护引导照明系统的主要功能是防止社会车辆占用应急车道，保证交通安全，以及对合法上应急车道的车辆进行线路指引，提高交通运输效率。

(2)在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。

(3)另外还要结合当地的日光辐射情况。

3.3太阳能应急车道防护引导照明系统介绍

3.3.1系统的组成及原理

应急车道防护引导照明系统由太阳能电池组、LED光源、太阳能控制器、蓄电池、感应圈和太阳能电池板支架等几部分组成。

太阳能应急车道防护引导照明系统基本构成如图10，为直流型独立光伏系统，其工作原理如图11所示，太阳能电池板白天接收太阳能辐射，将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，将电能转变为化学能储存在蓄电池中。当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，或者通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用。只有当长时间无光照以致电池中的电能用完时，这个装置才停止工作。

3.3.2太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

硅太阳能电池是最常见的能将光能直接转换成电能的半导体器件。具有体积小、可靠性高、寿命长、无环境污染、使用维护方便等特点。它可以单独使用,也可以多个连接起来组成在方阵使用，与蓄电池配合可作为直流电源供昼夜、阴雨天连续使用。

硅太阳能电池按制造工艺的不同主要分为单晶硅和非晶硅太阳能电池。

非晶硅太阳能电池组合板是应用克罗拉标准工艺在玻璃基板上沉积制成的非晶薄膜器件。其外部采用玻璃密封保护。由于其生产技术和工艺特点，成本较低，但使用寿命比单晶硅太阳能电池短。

单晶硅太阳能电池是利用P-N结的光生伏特效应将太阳能直接转换成电能的一种半导体器件。根据工作电压和工作电流的需要可将单晶硅太阳能电池串联或并联成组合板并加以封装。这种太阳能电池结构牢固，其使用寿命长达二十年以上。是一种理想的永久性可再生能源。由于近年来光伏太阳能发电板价格的减半，以及政府补贴措施的加大，太阳能发电的成本已经非常接近火电的发电成本。综合考虑，该系统采用了单晶硅太阳能电池。

3.3.3太阳能控制器

太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。此系统加入了时控开关，有以下两点作用：其一，白天当有车辆触发感应线圈，LED射灯亮起，时控开关发挥作用，控制LED灯的照射时间，大约持续十分钟左右，用来迫使车辆驶离应急车道；其二，晚上20:00-12:00以及3:00-06:00时控开关开启LED射灯，持续照明7小时，用来为道路照明以及引导车辆。

3.3.4蓄电池

一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

目前采用的太阳能蓄电池有：密封铅酸蓄电池、普通铅酸蓄电池、胶体蓄电池、锂铁蓄电池和碱性镍镉蓄电池等，电压一般为12V或24V。

但最常用的是密封铅酸蓄电池、胶体蓄电池，这是由于他们的免维护，和高环保被广泛的使用。

对于太阳能路灯蓄电池应该具备：循环充放电次数够多，自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，可以少维护或免维护。

本系统采用12V的铅酸蓄电池，结合当地情况，再作调整。

3.3.5线圈

1)线圈工作原理：感应线圈系统组成如图12，感应线圈电路采用RC充放电路，在太阳能电路板供电装置外接一个逆变电路，以满足感应线圈的交变输入。由于通过应急车道路面的车辆是金属，从而改变线圈的电感量，使微分电路输出波形发生变化，因而触发电路导通后存在一定的延时效果，从而当车辆进入应急车道后，LED射灯开启，引起驾驶人的注意，并迫使其尽快驶离应急车道。

本发明所采用的是感应线圈作为输入控制从而触发防占用提醒装置产生一束偏振光照射进入应急车道的驾驶人视线从而感到不适，以驶离应急车道的方案。车辆感应线圈检测系统因能获得大多数其他类型的传感器难以达到的精确度,而被应用于交通运输管理中。随着我国公路建设事业、尤其是高等级公路建设事业的迅速发展,车辆感应线圈检测系统也得到了迅速的推广应用,并逐步成为现代化交通管理工作中的一种不可缺少的装置。

车辆感应线圈检测系统的精确度一般应大于98％，同时具有很高的灵敏度，通过感应线圈的电感变化值只要在0.02％以上，线圈检测器就能记录并产生精确的输出。正因为车辆感应线圈检测系统的这一特性，为了使系统能精确可靠地工作，要求感应线圈本身的状况十分稳定，同时在施工安装时要注意确保其电感级不能被改变,甚至感应线圈的长度或埋设的水平度一旦稍作变化,就会影响到系统的精确度。

(2)线圈选择：线圈检测器的型号和品种很多，一般应根据不同的应用要求进行选择，但是无论采用何种类型的线圈检测器，其内部必须具备必要的自调谐电路及足够的自调谐范围，因为每个感应线圈或电线都有其内在的电容、电感和电阻，并且会随着环境的变化(如温度、压力)而改变，这就会影响系统的精确度，而线圈检测器的自调谐功能将可以自动调节并容纳这些微小的变化，从而确保整个系统的精确可靠工作。感应线圈由设在路面切槽中的几圈电线组成,制作感应线圈的电线通常采用15A、截面积2.5mm以上的多股铜线并具有非常坚硬的外套，可以防渗透、防磨耗和耐高温(大于180℃),电线的外径约为3mm。电线所绕的圈数取决于安装切槽的周长，如果切槽周长大于10m，一般绕2圈；如果小于10m,则绕3圈；如周长小于6m，则应绕4圈，其目的是使感应线圈本身的电感量控制在50mH～100mH之间，这样当增加专用支线时，该系统的电感量将确保在线圈检测器的自调谐范围内，通常在20mH～1000mH之间。感应线圈的性能取决于其安装的外型，可根据不同的使用要求进行选择，例如利用感应线圈检测系统进行交通信号灯的控制，则采用菱形感应线圈就能满足要求(如图14所示)。一般地，在公路硬化路上应用最为普遍的是矩形感应线圈(如图13所示)，因此应急车道这里我们采用了矩形线圈，因为它能产生精确的输出值并被可靠地采集。

此外，因考虑线圈安装的路面类型。通常为水泥硬化路和沥青路面。如果道路路面采用钢筋结构，这将影响到感应线圈的电感量，并会降低系统的灵敏度，因此在钢筋结构的路面上进行感应线圈的安装时，感应线圈的圈数应比一般路面多增加2圈，并且感应线圈和路面钢筋之间的距离应至少保持在150mm如果道路路面采用钢筋结构，这将影响到感应线圈的电感量，并会降低系统的灵敏度，因此在钢筋结构的路面上进行感应线圈的安装以上，同时路面切槽应做得越浅越好，只要保证用环氧化合物或热沥青砂胶封固后，感应线圈的电线不外露即可。

3.4太阳能供电系统计算及选型

太阳能电池容量的计算与当地的地理位置、太阳辐射、气侯等因素有关。下表为全国主要城市年平均日照时间及最佳安装倾角。

表1全国主要城市年平均日照时间及最佳安装倾角

以北京为例年平均日照时间为5小时

灯具功率：LED灯功率为6W，每组5个灯串联，共30W。

照明要求：白天条件性照明，预测3小时,；晚上20:00-12:00以及3:00-06:00持续照明7小时，共10小时。至少连续3天照明，12V系统。计算蓄电池容量和太阳能电池板功率。

3.4.1蓄电池容量计算

灯具每天用电量：30W*10H＝300WH；蓄电池容量：300WH/12V*(3+1)天＝100AH。考虑效率和放电深度，效率按90％，电池放电深度按80％算，则蓄电池的容量应为：100/0.9/0.8＝139AH。故蓄电池规格采用【12V 150AH】。

3.4.2太阳能电池板计算

电池每晚放电电量＝300WH/12V＝25AH；电池板充电电流＝1.5*25AH/6.5H＝5.78A(1.5为系数，雨天约多，系数越大，反之越小，一般是1.3-2之间)；电池板的功率＝18V*5.78A＝105W。故太阳能电池板采用【18V 105W】。

表2太阳能电池板规格

本发明的工作原理为：本发明系统整体结构包括偏振LED定向射灯，聚光反光片，偏振护目镜，板式太阳能供电装置。主要功能是为了保持应急车道的随时畅通，防止社会车辆在应急车道上行驶。本发明通过触发感应线圈，使得偏振射灯启动，发射出固定强度和角度的光束提示驾驶人，以及辅助设置的聚光反光片作用，让其主动驶离应急车道，从而起到保证应急车道不被违法占用的目的。本装置以感应线圈作为触发开关，通过应急车道通过的车辆改变感应线圈的电流脉冲，从而使主要输出装置：偏振LED灯接通，发射固定偏振光束，配合在应急车道中间铺设的聚光反光片，照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，起到提醒并迫使驾驶人驶离应急车道的作用。同时设计配套的偏光眼镜供合法上应急车道的车辆驾驶员佩戴，以规避偏振光的影响，该配套特制的偏光眼镜配发高速公路运营及交通管理车辆，其他临时进入高速公路需使用应急车道的车辆，在收费口配发，下道时收回。同时本装置采用太阳能板供电组，白天通过太阳能供电并储存电能在蓄电池中，晚上蓄电池放电供射灯工作，用来为道路照明，并起线路引导作用。结合原有的抓拍相机共同作用，可以进一步减少普通车辆随意进入应急车道的违法行为，从而避免事故的发生。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光电式应急车道防占方法，其特征在于，所述光电式应急车道防占用方法，包括：

步骤一：感应线圈作为触发开关，埋设在应急车道的地下，通过应急车道通过的车辆改变感应线圈的电流脉冲，从而使偏振LED灯接通；

步骤二：偏振LED定向射灯及偏振LED定向射灯供电线路沿应急车道分界线路面间隔切槽埋设，并且在切槽内填充沥青；偏振LED灯接通，发射固定偏振光束，配合在应急车道中间安装的反光片，照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，用以提醒迫使驾驶人驶离应急车道；

步骤三：配套的偏光眼镜供合法上应急车道的车辆驾驶员佩戴，规避偏振光；该配套的偏光眼镜配发高速公路运营及交通管理车辆，其他临时进入高速公路需使用应急车道的车辆，在收费口配发，下道时收回；

步骤四：采用太阳能板供电组，白天通过太阳能供电并储存电能在蓄电池中，晚上蓄电池放电供射灯工作，用来为道路照明，结合抓拍相机避免普通车辆随意进入应急车道。

2.如权利要求1所述光电式应急车道防占方法，其特征在于，所述步骤一中，感应线圈电路采用RC充放电路，在太阳能电路板供电装置外接一个逆变电路，为感应线圈提供交变输入；

通过应急车道路面的车辆是金属，改变线圈的电感量，使微分电路输出波形发生变化，触发电路导通后存在一定的延时效果；

当车辆进入应急车道后，偏振LED定向射灯开启，照射到车辆驾驶员眼睛使其产生不适，促使其尽快驶离应急车道。

3.如权利要求1所述光电式应急车道防占方法，其特征在于，所述步骤二中，反光片整体呈现出薄膜状的结构，表面用以聚拢自然光，再通过折射和反射层，定向反射出小角度光束。

4.如权利要求1所述光电式应急车道防占方法，其特征在于，所述步骤四中，太阳能电池板白天接收太阳能辐射，将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，将电能转变为化学能储存在蓄电池中；当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用；当长时间无光照以致电池中的电能用完时，停止工作。

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