一种自行进路锥工作系统的制作方法

1.本实用新型涉及岩土工程领域，具体是一种自行进路锥工作系统。


背景技术：

2.随着经济的发展，汽车的普及率也越来越高。人们对于车辆、道路的使用日益增多，随之而来的是对道路的维修、交通事故的处理等也越来越频繁。无论是道路的养护维修还是事故的处理，路锥都扮演着重要的角色。
3.路锥，即临时道路交通阻碍物，起到围护和阻碍的作用，引导车辆避开危险路段实现引导交通的功能，用于交通事故或道路维护时。传统路锥的材料为橡胶，外形为锥形，按照其形态可分为方锥和圆锥，主要的颜色有红、黄、蓝三种，在橡胶桶外贴高反光材料，主要用于放置在道路的中间及危险地带，起到临时分隔车辆的作用。白天利用路锥自身的醒目颜色来警示路人，夜晚则利用高反光材料在灯光下会发出耀眼的光芒。
4.然而在隧道中使用路锥时，传统路锥需要人工安放，由于隧道自身的环境因素，导致隧道内照明条件较差，白天也无法看清其醒目的颜色，且交通状况复杂，维修人员的入场存在一定的危险性和不便性，造成路锥在隧道中的应用受到限制。同样，在高速公路上由人工在行车道上安放路锥，工作人员同样存在危险。因此，在高速公路隧道中，路锥智能管理系统十分重要，起到确保维护人员安全的作用。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种自行进路锥工作系统。
6.本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种自行进路锥工作系统，其特征在于，该系统包括智能行进路锥、回收仓、zigbee通信网络、红外对管监测阵列、路锥行进线和控制终端；
7.所述回收仓用于对所有的智能行进路锥进行回收存放和充电；zigbee通信网络用于提供隧道内的无线网络，实现系统内部件的实时通讯；红外对管监测阵列设置在隧道道路的两侧，呈对称布置，用来监测隧道内是否出现事故以及定位事故位置，将监测到的数据通过zigbee通信网络传递给控制终端；控制终端通过zigbee通信网络与智能行进路锥通讯连接，远程控制智能行进路锥的动作；路锥行进线用于为智能行进路锥的自动行驶提供路线，其一端位于回收仓内。
8.与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：
9.(1)本系统能够实现智能行进路锥的自行进，系统结构和功能完整，适用性强，实现了从路锥的安放到回收的高度自动化。在出现事故时，工作人员通过本系统远程便可规划出一片相对安全的区域，无需人员进场，既起到了快速及时地临时阻碍引导交通的目的，又避免了人工运输、布置路锥的危险性，保证后续维修人员入场的人身安全，提高了路锥安放的便捷性，同时节约人力资源和成本。
10.(2)报警装置通过声光结合，充分引起隧道内车辆的注意，解决传统路锥在隧道内因为光线不足而无法引起过往车辆注意的问题，防止出现交通拥堵和二次事故。
11.(3)回收仓实现了智能行进路锥的安置和充电。采用磁共振无线充电技术，比传统的感应耦合技术更高效，可以在更大的范围内进行无线充电，实现了智能行进路锥在回收仓中的24小时待命，可以及时出动引导交通，解决了人工出警速度慢的问题。
12.(4)本智能行进路锥结构简单，可靠性高，易于后期维护，且无需改造专用的路锥车，整个系统的造价低。
13.(5)本zigbee通信网络不仅可以用于本系统，还可以用来连接其他隧道内的智能设备，例如隧道自动灭火装置、隧道压电照明装置等，可以极大地提高交通数字化水平，为未来实现更加智能化、自动化的交通打下基础。
附图说明
14.图1为本实用新型一种实施例的系统在隧道中工作的示意图；
15.图2为本实用新型一种实施例的回收仓的结构和安装位置以及路锥行进线的示意图；
16.图3为本实用新型一种实施例的伸缩装置收缩时的智能行进路锥的整体结构示意图；
17.图4为本实用新型一种实施例的伸缩装置收缩时的沿图3的h
‑
h方向的剖面示意图；
18.图5为本实用新型一种实施例的伸缩装置伸长时的沿图3的h
‑
h方向的剖面示意图；
19.图6为本实用新型一种实施例的无线网络模块、单片机和定位卡的结构示意图。
20.图中，智能行进路锥1、回收仓2、zigbee通信网络3、红外对管监测阵列4、路锥行进线5；
21.供电装置11、无线网络模块12、单片机13、伸缩装置14、运动装置15、报警装置16、反射式光电传感器17、摄像头18、定位卡19、路锥壳体110、红外传感器111；
22.锂电池1101、无线充电接收线圈1102；轮子151、轮轴152、差速器153、配重铅块154、电动机155；led灯161、扬声器162；无线充电发射线圈21、市电22。
具体实施方式
23.下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本技术权利要求的保护范围。
24.本实用新型提供了一种自行进路锥工作系统(简称系统)，其特征在于，该系统包括智能行进路锥1、回收仓2、zigbee通信网络3、红外对管监测阵列4、路锥行进线5和控制终端；
25.所述回收仓2设置在隧道道路边缘的进口或出口处，一个车辆行驶方向设置一个，对所有的智能行进路锥1进行回收存放和充电；zigbee通信网络3设置在隧道内的顶部，用于提供隧道内的无线网络，实现系统内部件的实时通讯；红外对管监测阵列4设置在隧道道路的两侧，呈对称布置，用来监测隧道内是否出现事故以及高精度定位事故位置，将监测到
的数据通过zigbee通信网络3传递给控制终端；控制终端通过zigbee通信网络3与智能行进路锥1通讯连接，对智能行进路锥1实现远程控制，控制智能行进路锥1的动作；路锥行进线5用于为智能行进路锥1的自动行驶提供路线，即从回收仓2自动行驶至事故发生位置起点处以及从事故发生位置起点处自动行驶至回收仓2内，其一端位于回收仓2内。
26.所述智能行进路锥1包括供电装置11、无线网络模块12、单片机13、伸缩装置14、运动装置15、报警装置16、反射式光电传感器17、摄像头18、定位卡19、路锥壳体110和红外传感器111；
27.所述无线网络模块12和zigbee通信网络3通讯连接；单片机13分别与无线网络模块12、伸缩装置14、运动装置15、报警装置16、反射式光电传感器17、摄像头18、定位卡19和红外传感器111通讯连接；单片机13通过无线网络模块12和zigbee通信网络3与控制终端通讯连接；供电装置11用于为智能行进路锥1供电，且通过回收仓2内设置的充电装置进行充电；伸缩装置14的伸缩端和固定端中的一个与运动装置15固定连接，另一个与路锥壳体110固定连接；伸缩装置14收缩时运动装置15位于路锥壳体110内部，伸缩装置14伸展时运动装置15位于路锥壳体110外部；报警装置16用于对周围车辆和行人发出警示信号；反射式光电传感器17设置于路锥壳体110的底部(本实施例是布置在运动装置15的轮轴152的中点处)，用于检测地面明暗和颜色的变化，与路锥行进线5配合，当智能行进路锥1偏离路锥行进线5时，反射式光电传感器17感应出颜色由路锥行进线5的白色变成地面的黑色，将该信号传至单片机13，进行路线校正，保证智能行进路锥1能够沿路锥行进线5行驶；摄像头18用于观察路况来规避障碍物和拍摄实时画面；定位卡19用于确定该智能行进路锥1的编号并对其进行定位；红外传感器111用于智能行进路锥1之间的自动跟随；
28.优选地，供电装置11设置于路锥壳体110内部的中间位置；无线网络模块12设置于路锥壳体110内部，用来传送信号；伸缩装置14位于路锥壳体110内部的中间位置，用于收放运动装置15；运动装置15设置于路锥壳体110内部的底部，用于智能行进路锥1的移动；摄像头18设置于路锥壳体110的顶部，以获得更好的视角；红外传感器111设置于路锥壳体110的外表面上，距离路锥壳体110底面30cm处保证不会被其他物体遮挡；路锥壳体110的外表面印刷有该智能行进路锥1的编号。
29.优选地，所述供电装置11包括锂电池1101和无线充电接收线圈1102；无线充电接收线圈1102通过导线与锂电池1101电连接；无线充电接收线圈1102设置在路锥壳体110内壁的底部的两侧，使得与回收仓2内的无线充电发射线圈21的距离更近，增加充电效率。
30.优选地，采用多块24v锂电池1101串联的形式，增大电池容量，实现能量密度高，使用寿命长，进一步保证智能行进路锥1的工作需求。
31.优选地，所述无线网络模块12采用wifi模块，是控制终端控制整个智能行进路锥1的桥梁；考虑到整个智能行进路锥1的控制对wifi的依赖性较高，而在现实中无线网络模块12有障碍物存在时，其信号传输距离大幅降低，在10米时已经出现8％的丢包率，故组建zigbee通信网络3。
32.优选地，所述伸缩装置14采用电动液压杆；电动液压杆的壳体和伸缩端中的一个固定于路锥壳体110内部，壳体和伸缩端中的另一个与运动装置15的轮轴152固定连接，实现运动装置15的上下升降，实现收放。
33.优选地，所述运动装置15包括轮子151、轮轴152、差速器153、配重铅块154、电动机
155和传动轴(图中未画出)；
34.轮轴152的两端通过轴承分别与轮子151的中心可转动连接；轮轴152的中部与伸缩装置14的伸缩端和固定端中的一个固定连接；轮轴152的中部底面设置有反射式光电传感器17；所述轮子151内部贴有4个配重铅块154用来保持平衡；电动机155的壳体固定安装于轮轴152上，其输出端通过差速器153与两个传动轴连接；传动轴设置于轮轴152内部，与轮轴152间隙配合；两个传动轴分别与各自的轮子151的中心固定连接；差速器153用于调整两个轮子151的转速，使得两个轮子151的转速相同或者不同。
35.优选地，轮子151的直径是一定的，即轮子151转动一圈智能行进路锥1行驶的距离为轮子151的周长，因此只需控制轮子151转动的圈数即可。电动机155的转速是恒定的，故只需控制电动机155的通电时间就能控制智能行进路锥1的行驶距离。
36.优选地，如果需要转向时，工作人员通过控制终端向智能行进路锥1发出指令，通过zigbee通信网络3将指令发送到无线网络模块12，再传给单片机13对指令进行解码，进而对差速器153进行调控，实现左右两侧的轮子151的不同转速，从而实现智能行进路锥1原地转向。
37.优选地，为防止运行过程中智能行进路锥1倾斜过大超出控制范围造成的倾倒，可在轮轴152中间处安装辅助轮增加安全性，在运行过程中不接触地面，既保证了平衡性也减少了维修成本。
38.优选地，所述报警装置16包括led灯161和扬声器162；led灯161为球状，均匀设置在路锥壳体110外表面的每一条反光带上；扬声器162设置在路锥壳体11内部的上部位置，位于摄像头18下方。本实施例中，路锥壳体110从上到下依次设置有上、中、下三条反光带，其中上层反光带的周向等距离设置有4个led灯161，每90
°
分布一个；中层反光带的周向等距离设置有6个led灯161，每60
°
分布一个；下层反光带的周向等距离设置有12个led灯161，每30
°
分布一个。
39.优选地，定位卡19采用aoa与toa混合定位技术，利用在隧道内组建zigbee通信网络3所包含的大量小型固定位置基站，从而实现智能行进路锥1的高精度实时定位。由于设置定位卡19，所以每个智能行进路锥1的信息在控制终端均有显示，当某个智能行进路锥1发生故障时，可方便维修工人查找维修。
40.优选地，红外传感器111利用物体对近红外光束的反射原理，感应反射回来的光束的强弱程度来监测物体是否存在，然后把信号传给单片机13，实现智能行进路锥1的自动跟随。
41.优选地，所述回收仓2内设置的充电装置包括市电22和多个无线充电发射线圈21；无线充电发射线圈21埋在回收仓2底板的内部，路锥行进线5印在回收仓2底板的表面；市电22和无线充电发射线圈21电连接，市电22通过一定的电路将不稳定电压转换为恒定的直流电输出，为无线充电发射线圈21供电；智能行进路锥1的无线充电接收线圈1102与无线充电发射线圈21电连接，通过磁共振无线充电技术实现对智能行进路锥1的无线充电。
42.通过磁共振无线充电技术，对接收端的补偿网络进行调谐，使其具有与发射端相同的谐振频率，从而在无线充电接收线圈1102与无线充电发射线圈21之间产生共振，最大限度地提高功率传输效率，然后无线充电接收线圈1102通过两个线圈之间的相互耦合的电感从无线充电发射线圈21接收电能，最后电能经过整流电路对智能行进路锥1进行充电。
43.红外对管监测阵列4的作用是：当出现事故时，车辆静止，使红外对管监测阵列4的红外线被阻挡；当红外对管监测阵列4的一组或多组信号出现持续的阻断并超过一定阈值时，判定存在交通事故，从而准确定位事故的位置。
44.优选地，路锥行进线5为宽度为2cm的白色线条，由直线部分和闭环部分组成；直线部分设置于隧道内的行车道靠近隧道壁的一侧，本实施例中距离行车道边缘20cm；闭环部分位于回收仓2内，闭环设计使得在回收仓2的有限空间内尽可能多的放置智能行进路锥1，且一号智能行进路锥始终位于第一个位置；直线部分的一端与闭环部分连接，连接点位于回收仓2的出入口处；本实施例中，如图2所示，智能行进路锥1在出回收仓2时，由d点开始运动，经a点后再直线部分行进，从一号智能行进路锥开始顺序出回收仓2；控制其行驶点d至直线a点的长度，可使智能行进路锥1行驶至直线部分。智能行进路锥1在进回收仓2时，智能行进路锥1按照与出回收仓2时的路锥行驶方向相反的方向从一号智能行进路锥开始由a点经b点、c点并最终到达d点顺序进回收仓2；在已知直线部分的行驶距离的基础上，加上点a经过点b、c、d的长度即为智能行进路锥1停止的距离。
45.优选地，所述控制终端是安装有相应app的手机终端，由工作人员操纵。
46.优选地，本实施例中，智能行进路锥1的高度为70cm，底部为矩形，尺寸为37cm
×
37cm。轮子151的直径在可控范围内选择18cm，轮子151的断面宽度为5cm，轮轴152长度为10cm。单片机13采用stm32单片机；反射式光电传感器17型号为ps124td1；红外传感器111的型号为lhi878。
47.优选地，智能行进路锥1与控制终端之间的数据传输方式是：控制终端通过zigbee通信网络3将指令发送到无线网络模块12，无线网络模块12再传给单片机13，单片机13对指令进行解码，再控制相应的部件动作采集数据。智能行进路锥1采集的数据传递传给单片机13进行编码，然后通过无线网络模块12和zigbee通信网络3将数据传至控制终端，由控制终端中的soc再进行解码，再在控制终端中显示。
48.本实用新型的工作流程是：
49.(1)当隧道内没有发生事故时，智能行进路锥1位于回收仓2中，处于待机状态；当通过隧道内的红外对管监测阵列4监测到隧道内发生事故或人员报警时，通过zigbee通信网络3将报警信息和事故发生位置信息反馈到隧道外的工作人员的控制终端上；由工作人员通过zigbee通信网络3实现远程控制智能行进路锥1；
50.(2)工作人员操作控制终端通过zigbee通信网络3远程启动智能行进路锥1，并输入一号智能行进路锥(即第一个智能行进路锥)需要沿路锥行进线5行进的距离(本实施例中，工作和回收的行进距离相同)；通过zigbee通信网络3将指令发送到无线网络模块12，再传给单片机13对指令进行解码，控制供电装置11、伸缩装置14和报警装置16启动；供电装置11为整个智能行进路锥1供能，伸缩装置14工作使运动装置15伸出路锥壳体110进而接触地面；led灯161亮，扬声器162发出声音，警示路上车辆及时避让，led灯161和扬声器162在黑暗区域能达到很好的警示效果；报警装置16持续运行直到智能行进路锥1完成工作返回回收仓2内；
51.(3)运动装置15启动后，反射式光电传感器17开始工作，通过检测地面的明暗变化来实现智能行进路锥1沿路锥行进线5从一号智能行进路锥开始顺序出回收仓2；红外传感器111开始工作，实现后续智能行进路锥对一号智能行进路锥的跟随；
52.(4)当一号智能行进路锥到达事故发生位置起点处时，反射式光电传感器17停止工作，红外传感器111停止工作；所有智能行进路锥1暂停当前动作，等待工作人员的指令；
53.(5)工作人员通过zigbee通信网络3将打开摄像头18的指令发送到无线网络模块12，再传给单片机13进行解码，单片机13控制打开摄像头18，摄像头18开始工作；摄像头18拍摄的实时画面传递给单片机13进行编码，然后通过无线网络模块12和zigbee通信网络3将数据传至控制终端，由控制终端中的soc再进行解码，控制终端中显示摄像头18的实时画面，工作人员根据实时画面通过控制终端远程单独控制每个智能行进路锥1自由移动到指定位置；即在控制终端中点击一号智能行进路锥，一号智能行进路锥响应指令，根据指令移动到指定位置；再点击二号智能行进路锥，二号智能行进路锥响应指令，根据指令移动到指定位置，直至完成所有智能行进路锥1的移动；
54.(6)当所有智能行进路锥1到达指定位置后，工作人员通过控制终端远程控制伸缩装置14收缩，所有智能行进路锥1的路锥壳体110均接触地面，完成智能行进路锥1针对事故现场的布置；
55.(7)事故处理完成后，工作人员按照与出回收仓2时的路锥行驶方向相反的方向依据智能行进路锥1的编号顺序手动排列在路锥行进线5上；即其余智能行进路锥1按顺序摆放在一号智能行进路锥的后方，行驶方向为与出回收仓2时的路锥行驶方向相反的方向；
56.(8)排列完毕后，在控制终端上发出回收指令；伸缩装置14工作使运动装置15伸出路锥壳体110进而接触地面，反射式光电传感器17和红外传感器111开始工作，一号智能行进路锥开始移动，后续智能行进路锥自动跟随；
57.(9)智能行进路锥1沿路锥行进线5进入回收仓2后，led灯161和扬声器162关闭；伸缩装置14收缩，实现智能行进路锥1的自动回收；回收仓2内的无线充电发射线圈21通过磁共振无线充电技术对智能行进路锥1进行定期无线充电；
58.(10)充电完成后，无线充电发射线圈21停止工作，智能行进路锥1进入待机状态。
59.实施例1
60.本实施例以张石高速北口隧道为例，隧道净宽13.25m，净高7.80m，北口隧道左线全长1660m，右线全长1550m。假设在左线的1600m处发生交通事故即s＝1600m。已知智能行进路锥1的自重m＝3kg，功率p＝47w，锂电池1101为24v 2800mah的两块。电动机155的转速n＝600rpm，轮子151的直径d＝18cm。路面的滚动摩擦系数μ＝0.02(一般的沥青路面0.018～0.02)。无线充电发射线圈21的功率p＝18w，9v2a，充电的效率为85％。
61.(1)智能行进路锥1行进至交通事故处所需要的时间t：
[0062][0063][0064]
ω＝2πn＝2
×
π
×
10≈62.8(rad/s)
[0065]
v＝ωr＝62.8
×
0.09＝5.652(m/s)
[0066][0067]
(2)智能行进路锥1一次充电可工作时间为2.86h：一块锂电池2800mah，两块串联，
两块锂电池1101共计5600mah；5600mah＝5.6ah＝5.6
×
24＝134.4wh；134.4
÷
智能行进路锥1的功率47w＝2.86h。
[0068]
(3)智能行进路锥1一次充电所用时间：
[0069]
智能行进路锥1按照满功率状态，一次充电可以工作2.86小时。然而，只有在智能行进路锥1行进时才可达到满功率状态，在到达交通事故处后，电动机155和伸缩装置14都不工作，功率大幅降低至待机功率5w。按照计算实例，行进过程仅用时4.7分钟，一次充电可使智能行进路锥1工作17次左右。并且，智能行进路锥1大部分时间处于回收仓2中，一次充电仅需3.6小时，基本能保证智能行进路锥1随时处于满电量状态。
[0070]
本实用新型未述及之处适用于现有技术。