本實(shí)用新型涉及一種交通安全設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及其供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，根據(jù)《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，我國將用30年時(shí)間建設(shè)“七射九縱十八橫”的高速公路網(wǎng)，總里程將達(dá)到8.5萬公里，高速公路的發(fā)展對國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了越來越重要的影響。但天氣條件的變化，特別是極端惡劣天氣條件，給高速公路的車輛行駛帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響著行車安全。高速公路氣象監(jiān)測系統(tǒng)正是為了解決這一問題而發(fā)展起來的。

由于高速公路沿線路網(wǎng)缺少供電系統(tǒng)的布設(shè)，沒有市電接入，所以采用蓄電池供電就成了氣象監(jiān)測系統(tǒng)不可或缺的一部分。目前采用獨(dú)立的太陽能或者風(fēng)能的供電系統(tǒng)，由于太陽能，風(fēng)能的能量密度太低，其穩(wěn)定性都不高?？紤]到太陽能，風(fēng)能具有很好的互補(bǔ)性，所以風(fēng)光互補(bǔ)混合供電系統(tǒng)可以很好地解決供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。

傳統(tǒng)的氣象監(jiān)測系統(tǒng)采用GSM模塊，短信發(fā)送信息，這種模式費(fèi)用較貴，也有的采用存儲(chǔ)介質(zhì)，這種方式的問題在于實(shí)時(shí)性差，監(jiān)控中心獲得的數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)的。本實(shí)用新型采用GPRS通訊方式，GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，是一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包方式來傳輸，因此使用者所?fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。而且近年來隨著3G，4G，甚至是5G技術(shù)的發(fā)展，GPRS傳輸速率已經(jīng)變的越來越快，且流量費(fèi)用變得越來越低廉。

高速路網(wǎng)分布十分龐大，有些分布于城鎮(zhèn)外圍，但有些則分布在山區(qū)，溝壑，沙漠，以及山林內(nèi)。在這些偏遠(yuǎn)地區(qū)至今都沒有實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)的覆蓋，更不用說高速的無線數(shù)據(jù)傳輸了。這樣的地區(qū)，其數(shù)據(jù)通信方式基本只能選擇衛(wèi)星。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它可以提供導(dǎo)航，授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)功能。隨著2012年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對亞太地區(qū)實(shí)施全覆蓋，使用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信成為了一種新的方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及其布設(shè)方案，該系統(tǒng)包含氣象監(jiān)測系統(tǒng)，氣象預(yù)警系統(tǒng)，以及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)三部分。氣象監(jiān)測系統(tǒng)為小型氣象站，用于檢測天氣狀況，獲取天氣數(shù)據(jù)，并將天氣數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；氣象預(yù)警系統(tǒng)，用于接收上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳送的實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)，顯示前方路段天氣狀況，遇到不良天氣時(shí)，發(fā)布預(yù)警信息；上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收氣象監(jiān)測系統(tǒng)返回的天氣數(shù)據(jù)，判斷未來各路段的天氣狀況，控制氣象預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息。

較佳地，氣象監(jiān)測系統(tǒng)沿高速公路沿線布置，包括ARM核主控制器、外接傳感器及相關(guān)的信號(hào)調(diào)理電路，傳感器可檢測氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速及雨量。

較佳地，氣象預(yù)警系統(tǒng)包括布設(shè)在高速公路沿線的情報(bào)板以及團(tuán)霧多發(fā)區(qū)的霧區(qū)誘導(dǎo)指示燈，情報(bào)板接收上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳送的實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)，顯示前方路段天氣狀況，遇到不良天氣時(shí)，發(fā)出氣象預(yù)警；團(tuán)霧多發(fā)區(qū)的霧區(qū)誘導(dǎo)指示燈用于在接收到上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳送的能見度過低預(yù)警后，指示前方車行線以及前方車距。

較佳地，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用C#語言編寫，基于CS架構(gòu)，為用戶提供一個(gè)可視化界面，實(shí)時(shí)的顯示各氣象監(jiān)測系統(tǒng)返回的氣象數(shù)據(jù)，通過與SQL Server數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，判斷未來各路段的天氣狀況。

較佳地，氣象監(jiān)測系統(tǒng)，氣象預(yù)警系統(tǒng)以及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及GPRS數(shù)據(jù)流量的雙通信方式進(jìn)行通信。

本實(shí)用新型還提供了一種供電系統(tǒng)，為高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)提供電力，嵌入到小型氣象站中，包括：電能產(chǎn)生單元，電能變換單元，電能存儲(chǔ)單元，逆變單元，控制單元；其中，電能產(chǎn)生單元由太陽能電池板以及風(fēng)機(jī)組成；電能變換單元是DCDC轉(zhuǎn)換電路，將產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為電路可以接受的穩(wěn)定直流電壓；電能存儲(chǔ)單元用于儲(chǔ)存電能；逆變單元用于將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，對交流?fù)載設(shè)備進(jìn)行供電；控制單元包括ARM核主控芯片STM32F107，通過采集系統(tǒng)各部分的電壓，電流以及電池溫度信息，進(jìn)行PWM控制操作，控制設(shè)備電能的轉(zhuǎn)換以及輸出。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)布設(shè)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方式做出進(jìn)一步的描述。

圖1為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出該系統(tǒng)包含氣象監(jiān)測系統(tǒng)，氣象預(yù)警系統(tǒng)，以及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)三部分。本實(shí)用新型所述氣象監(jiān)測系統(tǒng)沿高速公路沿線布置，通過具有強(qiáng)大功能的ARM核主控制器電路外接傳感器，及相關(guān)的信號(hào)調(diào)理電路可以檢測氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速，雨量六個(gè)氣象數(shù)據(jù)。為了保證這三個(gè)子系統(tǒng)在任何路網(wǎng)條件下都能可靠的通訊，系統(tǒng)采用了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及GPRS數(shù)據(jù)流量的雙通信方式。這兩種通信方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，衛(wèi)星系統(tǒng)可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)無信號(hào)或信號(hào)極差的問題，但是這種方式價(jià)格較貴。而GPRS價(jià)格便宜，傳輸速率快，但其缺點(diǎn)是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)無信號(hào)，無法使用。所以這兩種通信方式的互補(bǔ)使用，可以極大地提高系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性。

圖2為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)布設(shè)示意圖，氣象監(jiān)測系統(tǒng)(即小型氣象站)，氣象預(yù)警系統(tǒng)沿高速公路沿線布設(shè)，而上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)則設(shè)置在高速公路管理中心的監(jiān)控室內(nèi)。本實(shí)用新型所述上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基于C#語言編寫，基于CS架構(gòu)，為用戶提供一個(gè)可視化界面，實(shí)時(shí)的顯示各氣象監(jiān)測系統(tǒng)返回的氣象數(shù)據(jù)，通過與SQL Server數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，判斷未來各路段的天氣狀況，并及時(shí)的控制氣象預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息。氣象預(yù)警系統(tǒng)包含情報(bào)板顯示器，可以將前方路段的天氣情況提前告知駕駛?cè)耍龅綈毫犹鞖鈺r(shí)可以發(fā)出預(yù)警信息，提示駕駛員減速慢行，或者提示駕駛員盡快駛離高速公路。在一些特殊路段諸如圖中所示的團(tuán)霧多發(fā)路段，氣象預(yù)警系統(tǒng)除了布設(shè)情報(bào)板外還增加了霧區(qū)誘導(dǎo)燈。當(dāng)氣象監(jiān)測系統(tǒng)檢測到大霧使能見度低于預(yù)設(shè)值后，發(fā)送相關(guān)信息至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)判斷氣象條件后，隨即發(fā)送命令至氣象預(yù)警系統(tǒng)，打開霧區(qū)的雙色指示燈，紅燈會(huì)不停地閃爍以提示駕乘人員注意安全，同時(shí)指示道路的走向，而黃燈則會(huì)檢測到車輛通過后隨即亮起1s鐘，以提示前車尾跡，方便駕駛?cè)藛T判斷與前車距離。圖中小型氣象站與請板板顯示器搭配使用，根據(jù)氣象站的監(jiān)測范圍，在氣象站的監(jiān)測區(qū)域前方一定距離內(nèi)設(shè)置情報(bào)板顯示器以提示該路段天氣信息。

圖3所示是風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型的供電系統(tǒng)采用風(fēng)光互補(bǔ)的供電方式，主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池、蓄電池組、多功能逆變器等組成一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)。晴天由太陽能發(fā)電，夜間和陰雨天無陽光時(shí)由風(fēng)能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽的情況下兩者同時(shí)發(fā)揮作用，產(chǎn)生的電能除了供給設(shè)備使用外，還可以存儲(chǔ)在蓄電池中，當(dāng)無陽光且無風(fēng)條件下，設(shè)備仍可依靠存儲(chǔ)的電能繼續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能。該供電系統(tǒng)嵌入到小型氣象站中，為氣象站提供24小時(shí)的不間斷供電。其組成包含：電能產(chǎn)生單元，電能變換單元，電能存儲(chǔ)單元，逆變單元，控制單元。其中電能產(chǎn)生單元由太陽能電池板以及風(fēng)機(jī)組成；電能變換單元是一個(gè)DCDC轉(zhuǎn)換電路，將產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為電路可以接受的穩(wěn)定直流電壓；逆變單元用于將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，對交流?fù)載設(shè)備進(jìn)行供電。而控制單元?jiǎng)t由ARM核主控芯片STM32F107為核心，通過采集系統(tǒng)各部分的電壓，電流以及電池溫度等信息，進(jìn)行PWM控制等操作，控制設(shè)備電能的轉(zhuǎn)換以及輸出。

上述對實(shí)施例的描述均不是對本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制，因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不僅僅局限于上述實(shí)施例，任何依據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的各種修改和改進(jìn)，都應(yīng)視為落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。