公路大件运输动态监控系统研究

　　1 公路大件运输的基本特点

　　1.1 大件运输的定义

　　大件运输特指使用非常规车辆运载超重、超长、超宽、超高等特殊规格大型不可拆卸物件的汽车运输，以安全性为首要考虑因素。

　　1.2 大件运输的特点

　　1.2.1 专项性、高风险、高成本的基本特点

　　大件运输对象一般为国家电力、化工、石油、机械、冶金等行业的建设项目重大型装备，对国家的基础能源建设项目十分重要，运输时每一件货物均需要根据自身特点制定捆绑、装卸等针对性方案及其安全保障措施，运输安全性要求普遍很高。大件货物通常价格昂贵，制造周期特别长，并且往往是独一无二的，加上货物超限超重并有特殊运输要求，所以大件运输的运输难度和运输风险都很大，运输过程中出现任何失误将造成巨大的、不可恢复的损失，因此大件运输在运输过程中相对于普通货物运输，具有专项性、高风险、高成本的基本特点，需要提供更多的个性化、特殊化的服务保障，以保证所运大件货物绝对安全的到达目的地。

　　1.2.2 单向性、周期长的运输模式

　　由于大件运输通行前，需要办理通行行政许可手续，运输组织过程中往往还要实施相应的加固、排障等工作，而且运输速度相对较慢，因此与普通货物运输比较，大件运输周期较长。

　　1.2.3 技术操作难度大，在运输组织管理方面有特殊要求

　　（1）装载加固要求

　　公路大件运输的货物应根据货物自身性质选择超重型挂车，并由超重型牵引车牵引，保证货物无偏载，捆绑加固后应保证货物不发生横向及纵向的滑移。

　　（2）道路要求

　　公路大件运输中，途经道路应平坦而坚实，满足车载负荷; 路面宽度必须满足车货外形尺寸的通过需要，尤其是途经的弯道、纵坡以及净空障碍，必须提前做好勘查及排障工作; 桥涵要有足够的承载能力，否则需提前采取加固等措施;在需要封闭交通以保证大件车组通过的路段，需要交通管理部门的组织配合。

　　（3）从业人员要求

　　大件运输各个环节的工作人员均需要经过专业化的培训，任何一步都应保证操作的准确性，探路人员、装卸人员、随车人员等均需要专业化的并具有丰富经验的人员，熟练操作大件运输设备，同时具备良好的应急处理能力。另外，大件运输设备的维护技术性要求也较高，对从业人员的要求较高。

 

　　2 大件运输监管系统的特征

　　大件运输监管从宏观来看，法规政策及制度标准是对大件运输行业最基本也是最重要的监管层面，在便于管理的同时，越是具体的制度标准越能够为大件运输操作提供准则，使大件运输的各环节更加规范化。

　　从微观来看，一方面是对运输工作准备阶段的基础信息监管，确保运输开始之前基础工作的安全; 另一方面是对运输过程的动态监控，及时发现在运输过程中的危险因素和违法行为等，及时避免危险的发生。

　　因此，从微观层面来讲，大件运输远程动态监管是指利用技术手段对车辆运行过程进行监控，包括驾驶员、车辆、货物及环境的监控，通过监测指标的变化而实时掌握运输状态，及时发现危险征兆并采取补救措施。

 

　　3 大件运输监管系统设计

　　结合对大件运输在途阶段的风险因素分析过程与在途运输的实际需求，归结大件运输动态监管的主要内容及其具体监管指标分为: 驾驶人状态、车辆状态、货物状态三方面。

　　综合运用视频、GPS等技术对大件运输进行远程监督管理，对于临时改变的道路状况、突然改变的天气状况等不可测的情况，需要引导车及跟车人员临场做出判断并启动应急方案。大件运输动态监控系统框架如图1所示。

　　3.1 驾驶人状态监管

　　通过对大件运输在途过程中人的风险因素的分析，确定对驾驶人的非正常状态进行监管。驾驶人的非正常状态主要是由紧张、疲劳、酗酒或药物而引起的，非正常状态的主要表现有头脑不清晰、注意力分散、视觉功能下降、判断能力下降、反应能力下降等，由于大件运输工作的安全要求特殊性，驾驶人的非正常状态多是由疲劳或紧张驾驶引发。

　　结合大件运输动态监管的功能需求，对大件运输驾驶人非正常状态的监测采用基于面部变化的、基于驾驶员操作行为的以及基于车辆行驶偏离的多信息融合的监测方法。

　　由于大件运输货物特殊性，对运输速度及运输稳定性要求较高，采用高清摄像头对驾驶员的精神状态进行实时监控，防止驾驶员在长期紧张状态下精神疲劳而带来的安全隐患；同时，采用基于驾驶员操作行为的监测方法对驾驶员的方向盘操作行为进行监测，利用安置在方向盘的传感器获取操作信息，提取驾驶员操作方向盘动作变得突然或一定时间内未操作方向盘的情况，并及时提醒驾驶员进入正常驾驶状态，在检测驾驶员的非正常状态的同时，还可以监控驾驶员的不利于驾驶稳定性和安全性的操作行为；此外，利用前置摄像头采集道路标线图像，对车辆的行驶车道偏离程度进行监测，从而间接判断并提醒驾驶员的非正常驾驶状态，此方法同时也为车辆状态的监管提供数据。通过以上监控手段，当检测到驾驶人处于非正常状态驾驶时，启动安全警告模式提醒驾驶员恢复正常驾驶状态。

　　3.2 车辆状态监管

　　车身速度包括前向速度、侧向速度和垂向速度，车身加速度包括前向加速度、侧向加速度和垂向加速度。

　　车轮速度包括切向速度、侧向速度和径向速度，车轮加速度包括切向加速度、侧向加速度和径向加速度，二者共同反映车轮的不平衡度、松动等趋势。车轮姿态角包括外倾角、侧偏角和横摆角，直接反映轮胎的承载位置、侧向偏移、甩脱和方向偏离的状态。车轮转动参量包括角速度和角加速度，间接反映车轮的滑移程度及趋势。

　　车轮动载荷参数包括轮胎的实时压力、温度及动载荷。通过监测轮胎的实时压力和温度来判断轮胎是否处于安全状态，压力过高或过低、温度过高都可能会引发爆胎事故。

　　车辆制动性能参数包括车轮滑移率、制动器制动力及平衡和整车制动力。车轮滑移率是车辆运动中滑动成分所占的比例。制动器制动力及平衡反映制动力大小及各轮制动力的平衡状态，可以监测制动时车辆跑偏及侧滑等情况。整车制动力是各车轮制动力之和，对其监测可以有效避免车辆制动失灵的情况。

　　结合对大件运输在途过程中车辆的风险因素分析过程，确定对运输车辆的技术性能进行较全面的实时监测，主要包含车辆的运动姿态、动载荷及制动性能三方面的指标监测，车辆的运动姿态参数包括车身运动姿态参数和车轮运动姿态参数。车身运动姿态参数包括车身速度、加速度和姿态角，车轮运动姿态参数包括车轮速度、加速度、姿态角和转动参量。前者反映车辆整体侧倾的程度及危险性，后者反映车轮的平衡度及松动的危险性。

　　3.3 货物状态监管

　　结合对大件运输在途过程中货物的风险因素分析过程，

　　确定对货物的捆绑加固状态以及精密部件的受冲击程度进行实时监测:

　　（1）通过对捆绑锁具张力、货物倾角、加速度和速度的监测来掌握货物稳定状态及捆绑牢固程度，预防货物滑移或倾覆。

　　（2）通过对精密部件的三维加速度进行监测来掌握其受冲击的程度，预防各方向的冲击超过其极限值造成部件损坏。对于第一种监测情况，在上节车身运动姿态参数中已经获得货物倾角、加速度和速度三个指标值，或者也可直接分别安置加速度传感器和倾角传感器，要根据运输所需的所有监测内容尽量采取最简单的监测方式，减少重复测量。张力的测量采用张力传感器安置在捆绑的钢丝绳上部，通过测量钢丝绳的张力变化来衡量捆绑加固的牢靠程度。各个传感器都需经过调试和设置而去除偏差影响。

　　对于第二种监测情况，将冲击记录仪与受监控物体牢固连接，通过内部传感器记录运输方向、横向和垂直方向的加速度值，以此加速度值与部件所能承受的三个方向的极限值分别进行对比得到受冲击程度，同时外部传感器可记录外界环境的温度和湿度，可根据部件需要做温度及湿度的指标监测。

 

　　4 结束语

　　本文依靠传感器进行数据采集、传输和预测，确定了驾驶人、货物、车辆三个方面的公路大件运输监管指标及实现途径。但由于道路及天气环境的情况还具有突发性等特点，因此除了依靠监控系统自身功能之外，还应依靠跟车人员的主观察觉和判断，并在运输企业、道路交通部门和行业监管部门各方间建立起信息沟通和共享的监控渠道，共同预防危险的发生。

 

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