高速公路远程测温系统设计与开发开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.选题的背景及意义

改革开放三十年以来我国经济飞速发展,高速公路的里程随着社会经济的发展也持续快速增加,随之而来的高速公路交通事故也呈现上升势头。据世界卫生组织统计,进入21世纪全世界每年死于道路事故的人数高达120万人,受伤者多达500万人[1]。道路交通安全问题已经成为比较严重的社会问题,而气象条件是导致交通事故的主要原因之一。据有关交通专家分析认定:在高速公路上因汽车“爆胎”引发的交通事故约占高速公路交通事故的30%-40%[2],

高温季节,天气炎热,轮胎生热大,散热差,高温加速轮胎橡胶的老化,促使胎体帘线强度下降,滚动中轮胎受到动载荷作用从而引发爆破损坏。冬季雨雪天气中,当温度低于0℃时,路面残雪、雪融水或道路积水会形成坚硬的冰壳[3],从而导致道路结冰。结冰使得高速公路路表的抗滑能力显著降低,对路面行车极为不利,这也是影响冬季路面行车安全最不利的气象条件之一。根据1999年贾纳大学的JSuggett对因冰雪导致交通事故研究表明:冰雪天气下行车发生的事故率是正常天气状态下的2倍,其中发生伤亡的事故高达70%。

综上所述,在引发道路交通事故的众多气象条件中,温度是较为重要的因素。高速公路大多位于野外自然环境中,具有复杂多变的环境因素,从监测温度这一方向对夏季高温“爆胎”和冬季路面结冰这两个引发高速功能公路交通事故的因素进行控制与预警,对提高高速公路交通安全具有重大意义。因此,设计开发一套高速公路远程测温系统为当务之急。

工业飞速发展导致极端恶劣天气日渐增多[4]。夏季“爆胎”导致 连环车祸,冬季路面结冰导致高速公路封闭或行车滞留,不仅损失了大量的社会资源,更加危害到了人们的生命安全。如果能够提前预知路面温度,就可以提早采取措施进而减少损失,提高道路交通安全水平。但是目前关于道路温度测量和安全预警的研究成果甚少,主要有以下三个方面的原因:第一,现有高速公路气象站分布较为分散,且测量的是站点附近的环境温度,不能准确测量路面实际温度,做出的预警有较大偏差;第二,传统气象站测温模式较为落后,测量数据需要经过多次转换和传输才能呈现给驾驶员,不能做到实时测温和实时反馈;现有测温系统良莠不齐,低成本产品性能较差,没有应用价值,高性能产品成本太高,无法投入市场。目前我国针对高速公路夏季高温“爆胎”的研发投入较少,而针对道路结冰的研究集中在防冰、监测和检测这些领域,对于实时测温实时预警领域做出的成果较少,很多都是根据往年经验进行推断,非常局限。关于防“爆胎”和防冰措施,存在传统方法的滞后性与新的方法的不经济性,导致不能在我国普遍实试行,而高温“爆胎”和路面结冰对交通安全的影响愈来愈大。因此,针对温度对高速公路交通安全影响,本课题具有较强的理论与实际价值,具体体现如下:

(1)本论文开发一种新的高速公路远程测温系统,该系统成本低测温效果好,且具有较好的实时测温实时反馈功能,能够在高温预警和结冰预警中体现一定的使用价值。

(2)针对高温“爆胎”和低温结冰应对措施,提出一种全面、高效的温度预警管理体系,主要从温度测量、测量信息发布及交通组织三方面进行了论述,给交通管理者和驾驶员在应对实时路面温度情况下提供一些参考。

2.国内外研究现状(文献综述)

目前,在温度测量领域出现了一种比较先进的无线测温技术,这种无线测温技术结合智能温度传感器。对温度进行实时在线监测。采用无线传感网可以方便地实现传感器节点部署和组网,无需布线施工,是实现工程建设中温度的在线监测的最佳方案。无线传感网络是传感器技术、自组织网络、无线数据传输等现代信息技术结合的产物。这类无线测温方式在国内外诸多温度测量领域内均得到应用。

李帅,尤著宏,孔令成[5]共同合作开发了一种青藏铁路冷土监测温度传感器。节点以无线射频芯片CC2430为核心,利用DS18B20的体积小、功耗低、测量精度高的一线式数字温度传感器的特点对青藏铁路的冻土进行实时、有效、准确的在线监测。

孙鹏 ,刘书丹,胡俊峰[6]设计了一种智能婴儿监控系统,以89C51单片机、DS18B20温度传感器以及HS1100湿度传感器组成婴儿体征信息采集系统,并通过RF2401无线通信模块将采集到的信息传输至终端单元,从而实现婴儿信息的实时在线监控。

杨琳[7]设计了一种用于温度测量和监控的多节点无线温度测量系统。该系统采用TI公司推出的CC2430芯片作为核心处理器,结合数字温度传感器DS18B20和微带天线组实现了多点温度信息采集、短距离温度信息无线传输以及对各个点温度信息的远程监控。文章中详细介绍了中心频率为2.4GHz微带天线的需求分析、参数计算、建模、仿真以及优化匹配操作流程和方法。

李增祥,许丽娜,李业刚[8]利用单片机作为主机,多个温度传感器DS18B20为从机,Nrf401射频模块作为信息传输的媒介组成温度测量系统,对温室大棚中各个位置的温度进行测量,通过无线技术将检测到的大棚内温度信息传输至远程监控单元,从而实现大棚内温度的实时监控。

赵海豹,李耀辉,马春芽[9]设计了一种用于检测高炉摄像头温度的无线温

度监测系统。

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