2018年高速公路毕业论文范文篇一
1绪论
1.1课题背景及研究意义
建国以来，我国的高速公路建设快速发展，目前总里程数已达8.5万公里，位居全球第二。按照规划建设，未来几年，高速公路总里程仍将快速增长，有望超越美国，成为全球第一⑴。高速公路的发展，在国民经济的发展以及产业结构的布局中发挥了重要的作用，加速了我国的现代化进程。然而，伴随着高速公路的快速发展，交通事故的发生率和死亡率也在不断上升，给人民的生命和财产安全造成了巨大的损失。根据有关资料，自1994年以来，我国有30%以上的交通事故发生在高速公路上，并且呈明显的上升趋势。其中，居于首位的就是大雾造成的重特大交通事故，占高速公路事故总数的15%~25%，在一些大雾多发地段，事故比例达到了惊人的40%[3]。经大量研究发现，能见度小于500m的雾天，尤其是200m以下的低能见度天气对高速公路交通安全所造成的影响较大，其中又以团雾产生的危害最大，且最难以预报[4，5]。团雾也是雾的一种形式，只不过由于它与局地微气候环境关系密切，所以范围较小，雾气更浓，能见度更低，团雾外视线良好，团雾内能见度迅速降低，视线一片模糊[6]。由于能见度突然变化，容易使得驾驶员来不及反应，从而引发交通事故。2012年3月至6月之间，江苏境内的高速公路发生了多起与团雾有关的重大事故，共造成几十辆车追尾相撞以及数十人死亡。在其它省市，团雾也是“罪行累累”，2012年5月京珠高速河南段和2011年11月沪昆高速湖南段就发生过类似的事故[7]。这些严重的交通事故，都是因为交管部门不能实时监测道路能见度状况并及时对雾况进行预报，导致车辆无法获得预警所造成。高速公路由于环境特殊，较易产生团雾，而团雾的产生和消失过程很快，在预测方面难以掌握，单靠人工观测很难及时发现雾况。因此，建立一套完整的雾况监测报警系统，全天候实时监测道路的能见度状况，有着极其重要的经济和社会效益，当大雾天气尤其是团雾出现时，能够及时作出预警，最大限度减少低能见度天气引发的交通事故，保障高速公路行车安全。
1.2国内外研究现状
随着汽车保有量的增加，大雾对交通意外的影响越来越大，人们的关注程度也曰益提高。如何保障雾天高速公路行车安全是一个全球性的难题，世界上许多国家进行了大量的探索和实验。在美国、欧洲和加拿大等发达国家，已经有一系列的研究成果诞生。而由于技术、资金和设备等的差异性，这一领域的研究在各个国家进展得并不平衡，有着较大的差距。
(1) 国外相关研究
国外发达国家针对高速公路安全进行了大量研究，他们将能见度检测器、高架摄像机和可变情报板布置在高速公路上，全天候监控交通状况。一旦检测到异常，立即通过监控系统和广播电台将信息告知交通管理部门和驾驶员，提醒其注意并采取相应的控制措施，主要的能见度检测设备有芬兰Vaisala公司的FD12型、德国Impulsphysik公司的FSM型和美国Belfort公司的CATN06113型等。美国联邦道路管理局针对各种气象条件下的行车情况，提出了相应的管理计划，并制定了一系列的控制措施来保障雾区高速公路的安全，有力地推动了各个州的雾天行车措施的发展和应用。例如，田纳西州使用能见度检测设备和车辆限速策略建立了低能见度预警系统；华盛顿州通过车辆行驶环境传感器采集环境信息，从而制定相应的控制管理策略等[8]。这个计划由强大的天气信息系统做保障，确保用户能够获得可靠、安全的道路条件和优良的行驶策略。意大利交管部门与相关研究中心合作，推出了一项用于降低雾天危害的“智能公路”计划。当高速公路上出现雾况时，系统的高压钠灯以一定的频率闪烁，提高能见度，减小驾驶员的心理压力。另外，系统配备的激光、雷达和自动驾驶仪等设备为雾区中的驾驶员提供了一种安全的驾驶环境[9]。在日本，除了使用能见度监测设备及交通管理措施来保障高速公路安全以外，还采用了 “慢车警告”的手段。该方法通过在路旁设置可变情报板来提醒驾驶员前方路况，避免因反应不及时而发生交通事故。根据使用前后的效果，发现该措施能够有效地降低交通事故率。
2红外测雾与ZigBee技术概述
为了对雾况进行实时监测，需要有针对性地采取相应的测雾措施，通过查阅相关资料，发现用红外的方式测雾，能够在降低成本的同时，获得较高的可靠性和稳定性。另外，为了能够及时地将采集到的信息传输出去，需要釆用相应的通信方式，而ZigBee技术作为一种新兴的双向无线通信手段，具有功耗低、时延短、网络容量大、可靠性高及成本低等特点，非常适合于高速公路上的信息传输。
2.1红外测雾原理
红外线又称红外光，是一种波长在760nm~lrnm间的电磁波。由于红外线波长在频谱上介于可见光和微波之间，因而与这两种光波具有某些相似的特性，在近红外区，主要有可见光的直线传播、折射、散射、衍射以及被某些物体吸收等特性[13]。红外作为一种无线通信方式，主要采用的是近红外线传递信息。相比于其它的无线通信方式，红外传递的信息不受无线电的干扰，性价比高，实现简单，使用时无须受到相关机构的约束，不用申请专用频段。另外，随着科技的进步，目前已有很成熟的技术可实现红外光的发射和接收。当红外光线通过空气传播时，大气质量会对光线传输效果产生较大的影响。大气中的分子、空气微粒会吸收一部分能量，使光线发生衰减，而如果存在雾气的话，则会吸收和散射其中的大部分能量，雾气越浓，吸收的能量越多。文献[14]通过实验方法对水蒸气浓度和红外探测之间的关系做了相关的研究，对实时采集到的空气湿度和红外响应的实验数据进行了相关的分析。结果表明，红外线对水蒸气很敏感，水蒸气含量越高，雾气浓度越高，则红外响应也越明显。文献[15]通过对红外衰减的测试发现，在各种气象条件下，雾天对红外光波的衰减是最大的，而受别的气象条件的影响则在可预估范围之内。文献[16]对大气窗口中波长为0.85WW的近红外和10.6?;?的中红外进行了衰减特性研究，通过分析衰减性能和通信距离，发现长波长的红外光衰减系数小，通信距离远。文献[17]通过对各种雨速下不同雨滴分布的散射相函数与雾的散射相函数对比发现，前者大概比后者低30%，也就是雾的散射强度要强于雨的散射强度，因此，可以通过实验的方法，获得一个合适的衰减距离，使得雨天不会对雾天的测量造成影响。综上可知，通过设计一种开关量型雾况探测器，在发射端发射红外光线，并在接收端判断是否收到对应的红外光线，以此来分析是否存在低能见度雾天的方法可行且实现较为简单。另外，为了使红外对雾气更敏感，以利于雾气的检测，应选择近红外波段的红外线作为光源。
3系统总体设计.......... 11
3.1设计需求分析........ 11
3.2系统总体设计 ........12
3.2.1检测节点设计........ 13
3.2.2路由节点设计........ 14
3.2.3协调器节点设计........ 14
3.2.4中央监控设计........ 15
3.3本章小结........ 15
4系统硬件设计........ 17
4.1硬件总体结构设计........ 17
4.1.1检测节点处理器芯片选择........ 17
4.1.2路由节点处理器芯片选择........ 18
4.1.3协调器节点处理器芯片选型........ 18
4.1.4系统硬件总体结构........ 19
4.2电源模块设计........ 20
4.3核心控制模块设计........ 22
4.3.1 LPC2378最小系统设计........ 22
4.3.2 CC2530最小系统设计........ 24
4.4数据釆集模块设计........ 26
4.4.1红外发射/接收电路设计........ 26
4.4.2温湿度采集电路设计........ 31
4.5通信模块设计........32
4.6液晶显不模块........ 40
4.7本章小结........ 41
5系统软件设计........ 43
5.1软件开发平台........ 43
5.2 ZigBee2007 协议找介绍........ 43
5.2.1 Z-Stack结构及运行流程........ 44
5.2.2 OSAL技术分析........ 45
5.3协调器节点程序设计........ 47
结论
本论文主要针对高速公路上易发的大雾天气，尤其是突发性、随机、瞬时的团雾设计了一种雾况监测系统，能够保障过往车辆的行车安全。相比于目前的预警系统和气象台，该系统能够全天候实时监测高速公路上的低能见度天气，并及时地给出警示，提醒驾驶员采取及时有效的减速等措施，具有广阔的应用前景和社会价值。本文所做的工作主要有以下几个方面：
(1)从雾况检测的实际出发，通过查阅资料，对红外测雾的原理及可行性做了相应的分析，并在此基础上选择了 ZigBee作为信息传输手段。
(2)在具体的设计之前，分析了系统的需求，给出了总体的解决方案，并将总体设计细分为了各个功能模块的具体设计。
(3)针对各个功能模块，通过芯片选型，设计了相应的硬件电路，并在其中加入了扩展接口和防护措施。
(4)根据硬件平台和所需的功能，完成了软件的设计，主要包括通信协议、驱动程序以及上层的应用软件。
(5)对设计好的功能模块进行相关测试，以及最后的联机调试，通过测试结果验证了系统的通信可靠性和整体性能。
(6)对系统中存在的不足进行总结，待今后进一步改进。
参考文献
[1]冯民学.高速公路
