申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2021-05-19

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN113338189B

主分类号：E01F9/65

分类号：E01F9/65;G01W1/02;G08C17/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2021.09.21#实质审查的生效;2021.09.03#公开

摘要：本发明提出了一种基于智能升降式系统的抗台风交通标志控制方法。本发明在交通标志位置布设无线传输模块、控制器、气象传感器、传动模块。首先通过接收高速公路管理中心的信息，判断高速公路状态，进而对标志牌进行初步优化控制。其次采集实时的风速、风向数据，根据最大正应力等稳定性约束和标志牌旋转角度等视认性约束条件，以标志牌高度最大化为优化目标，通过单纯形算法对标志牌角度、高度进行优化。最后以优化后的高度、角度为目标，控制电机进行转动，带动标志牌进行相应的升降、旋转操作。本发明优点是在考虑标志牌功能性的基础上，根据实时的风速、风向数据进行调整，在保证稳定性的同时提供良好视认性，有效提升道路安全水平。

主权项：1.一种基于智能升降式系统的抗台风交通标志控制方法，其特征在于，所述智能升降式系统包括：无线传输模块、控制器、气象传感器、传动模块、交通标志牌；所述无线传输模块与所述控制器通过有线方式连接；所述气象传感器与所述控制器通过有线方式连接；所述传动模块与所述控制器通过有线方式连接；所述的无线传输模块、控制器均安装在所述交通标志所在地面；所述气象传感器安装在所述交通标志牌的顶部；所述传动模块安装在所述交通标志牌的背部；所述传动模块包括：移动轴套结构、轴承座结构、固定轴套结构；所述的移动轴套结构与所述的轴承座结构采用过盈配合；所述的轴承座结构与所述的固定轴套结构采用过盈配合；所述移动轴套结构与立柱采用间隙配合；所述轴承座结构与立柱采用间隙配合；所述固定轴套结构与立柱采用间隙配合；所述轴承座结构与交通标志牌采用螺栓链接；所述移动轴套结构内设置竖向轮；所述移动轴套结构内设置竖向步进电机；所述竖向轮与所述步进电机采用键连接；所述轴承座结构内设置横向轮；所述轴承座结构内设置横向步进电机；所述横向轮与所述横向步进电机采用键连接；所述轴套结构内设置竖向轮；所述抗台风交通标志控制方法，包括以下步骤：步骤1：在交通标志所在地面布设无线传输模块、控制器，在交通标志牌顶部安装气象传感器，在交通标志牌背部安装传动模块；控制器通过气象传感器采集一定时间间隔内平均风速数据v、一定时间间隔内平均风向数据θ；控制器通过无线传输模块接受高速公路管理中心的信号，根据该信号进行交通标志牌的优化控制；步骤2：若设计风速小于平均风速数据，则进一步根据最大正应力不等式约束、最大剪应力不等式约束、危险点应力不等式约束、总变形挠度不等式约束、标志牌旋转角度视认性约束、路侧护栏高度约束，以及极限状态下的可行性约束，以标志牌高度最大化为优化目标，通过单纯形算法对标志牌角度、标志牌高度进行优化，得到优化后标志牌角度、优化后标志牌高度；步骤3：以优化后标志牌角度、优化后标志牌高度为目标，控制电机进行转动，带动标志牌进行升降、旋转至计算的高度、角度值；步骤1所述高速公路管理中心的信号如下： 式中：State为高速公路管理中心的信号；若State＝0，表示高速公路关闭，标志牌失去功能性，可降低至地面，跳转至步骤3；若State＝1表示高速公路开放，需结合实时风速、风向对标志牌进行调整，进行步骤2；θn为交通标志牌与道路垂线方向夹角的角度值；hn为交通标志牌下边缘至地面的高度值；hx为交通标志牌下边缘至地面的实时高度值；步骤1所述平均风速数据v：过去一定时间间隔内采集的风速数据的平均值；步骤1所述风向数据θ：过去一定时间间隔内采集的风向与道路垂线方向夹角的平均值步骤1所述的平均风速数据v、风向数据θ通过有线方式从气象传感器传输至控制器；后文所述其他数据均为提前输入的默认参数；步骤1所述设计风速V0：标志牌制作时设计的最大抵抗风速；步骤2所述最大正应力不等式约束为： 式中：γ0为结构重要性系数；γq为可变荷载分项系数；C为风力系数；A1为标志牌面积m2；h1为标志牌的长或直径m；A2为立柱受风荷载截面面积m2；h2为立柱受风荷载集中点到立柱底的距离；W为抗弯截面模量m3；步骤2所述最大剪应力不等式约束为：γ0·γq·ρ·C·v2[sinθ-θn2·A1+A2]÷π÷D·t-t2125式中：ρ为空气密度N×s2×m-4；D为立柱横截面直径m；t为立柱壁厚m；步骤2所述危险点应力不等式约束为： 式中：y为危险点y坐标值m；Sx为静矩Nm；I为截面惯性矩m4；步骤2所述总变形挠度不等式约束为： 式中：L为立柱高度m；E为弹性模量MPa；步骤2所述标志牌旋转角度视认性约束为：0°≤θn≤θt式中，θt为标志的最大旋转角度；若标志类型为禁令、指示类交通标志，则θt取45°；若标志类型为警告、指路类交通标志，则θt取10°；步骤2所述路侧护栏高度约束为：L-hn≥h0式中，h0为路侧护栏高度阈值；步骤2所述的极限状态下的可行性约束为风速过大无法满足前述约束时，需将标志牌降低至路面，即：hn＝hx，θn＝0步骤2所述以标志牌高度最大化为优化目标，则有目标函数：maxhn通过单纯形算法对标志牌角度、标志牌高度进行优化，输出结果hn、θn；步骤3所述升降过程为：以hn为目标，通过控制器控制步进电机进行转动，进而通过键连接带动竖向轮的转动，从而使传动模块以及连接的标志牌沿着立柱垂直方向移动至hn高度位置；步骤3所述旋转过程为：以θn为目标，通过控制器控制步进电机进行转动，进而通过键连接带动横向轮的转动，从而使轴承座结构以及连接标志牌沿着立柱旋转角度至θn角度。

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百度查询： 武汉理工大学 一种基于智能升降式系统的抗台风交通标志控制方法

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