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葫芦岛西门子总代理商
产品时间:2020-11-23
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监测电气化公路受电弓

 

西门子正在开发自动监测受电弓的系统。这个系统最初是为电气化公路上行驶的电动和混合动力卡车而设计的,采用摄像头和传感器来检查受电弓工况,防止接触导线损伤。电气化列车有时使用类似但更加复杂的系统。

图中所示为德国Groß Dölln电气化公路延长测试段上的行驶场景。

电气化公路系统是西门子专为繁忙的货运路线而开发的低排放解决方案。电动和混合动力卡车利用受电弓,从高架导线获得电能,这样一来,它们在行驶过程中几乎不排放任何废气。电气化公路上行驶着众多车主的车辆,尤为重要的是对受电弓进行监测,以防止因高架导线受损而致使道路封闭。电气化公路系统是一套廉价的紧凑型系统,可以沿道路广泛部署,还可以同时检测车辆是否得到授权。在不久前举办的2014年度 Innotrans贸易展上,西门子推出了这套解决方案,并演示了如何将之用于电气化列车。

不论是在卡车还是列车上,受电弓都会在运行过程中发生磨损。特别是碳接触片,会因与高架导线接触而磨损。如果未能及时检测出已磨损或新近受损的接触片,那么,凹槽、裂痕或不均匀磨损等会导致接触问题,从而损坏高架导线的接触导线。极端情况下,高架接触导线甚至可能断裂。

这个系统最初是为电气化公路上行驶的电动和混合动力卡车而设计的,采用摄像头和传感器来检查受电弓工况,防止对高架接触导线造成损害。电气化列车有时使用类似但又复杂得多的系统。

特殊摄像头监视接触片

该系统通过两种方式监测受电弓:摄像头监视接触片的碳表面;特殊算法评估磨损程度或初发损伤。一旦各种系统提供了足够的测量数据,该解决方案也将尝试预测碳接触片的更换时间。这样一来,便可以根据磨损状态进行维护,尽可能延长接触片的使用时间。此外,传感器将记录高架接触导线的垂直偏转。据此可以推断出接触导线承受的压力。如果受电弓对接触导线施加的压力太大,那么,碳层和高架接触导线都会产生过度磨损。如果压力太小,接触则会断开,并且可能发生电弧,这也会对连接两侧构成应力。

该系统设计独到,可以安装在高架导线的电线杆和桥上,以便沿着道路在尽可能多的地点进行测量。这样就可以得出更多关于高架导线状况的信息,譬如,高架接触导线的悬挂情况。就电气化列车而言,火车站或车辆段入口都是进行测量的合适位置。受电弓工况数据会被发送至控制中心、维护工程师或卡车上的车载装置。目前,西门子正在其电气化公路试验场运行这套监测系统,并优化自动分析功能,包括评估接触片的过程。此后,公司计划制造出一个功能齐备的原型。

在德国城市,平均需绕行4.5公里左右才能找到地方停车。德国联邦汽车交通局称,这意味着,一辆每公里排放约140克二氧化碳的普通汽车在寻找停车位的过程中,将不必要地排放至少630克二氧化碳。频繁地停停走走也会大幅增加排放量。

百分之三十的车流量

车位不足造成了许多不良后果,譬如,排放尾气和颗粒物、制造噪音,以及令驾驶员备感沮丧、身心疲惫等。Marcus Zwick是西门子交通集团智能停车位监测系统开发项目负责人,他说:“取决于城市规模,寻找停车位的车辆约占车流总量的30%。如果我们想在未来解决全球各大城市的停车难问题,仅靠新建停车场和提倡骑车是不够的。”问题严峻。2014年,德国的客运交通量比2013年增长了1.4%;据德国联邦交通和数字基础设施部称,2015年这个数字还将提高1%。

正因如此,自2013年10月以来,Zwick和几位同事一直在潜心研制能够解决这个问题的新办法。2014年11月在慕尼黑召开的欧洲城市网络年会上,这个名为“高级停车位管理系统”的解决方案成功亮相。这个解决方案将雷达传感器集成到路灯中或安装到建筑物上,以持续监测分布在城市各个角落的停车场,并将停车位占用情况发送至软件系统。交通主管部门将收集这些信息并实时将之转发给应用程序运营商。这样一来,通过诸如智能电话、平板电脑或导航装置等终端,每条道路上的驾驶员都能知道哪里有空车位。

将来,驾驶员通过在智能手机或导航装置上输入目的地,即可知道附近是否有车位并查明车位的位置。

地面传感器

用传感器来监测街道并记录停车位使用情况的做法,其实并不新鲜。譬如,在伦敦威斯敏斯特区开展的一个试点项目正在试用3,000只地面传感器。这些嵌在沥青路面中的传感器只是记录其上方是否有东西,而并不测量车辆的大小或位置。但一旦下雪或地面传感器蒙上尘土,大多数传感器都会停止发送测量数据。高级停车位管理系统研发项目的硬件开发负责人Florian Poprawa博士解释道,“所以,我们想到了不从下方,而从上方来监测街道。”



城市可以在路灯柱上安装雷达传感器,用于监测停车位。
无需花费高昂成本新建基础设施。

雷达传感器

西门子专家选择在这个项目中使用基于雷达的传感器,此举得到了德国联邦环境部的支持。Zwick表示,“雷达传感器的分辨率的确低于常规监视摄像头,但它们具备其他优点。”譬如,由于分辨率很低,它们只能记录简略的图像。他解释道,“这可保护路上往来人群的个人隐私。”此外,相比地面传感器而言,雷达传感器不太容易受到雾、雨、照明条件变化和冬季天气等的影响,并且更加经济划算。

识别空车位

Poprawa回忆道,“*次,我们监测了办公楼前面的停车区,我们将一个装有雷达传感器的盒子安装在办公室窗户旁边。这个盒子跟汽车轮胎差不多大。”Poprawa的同事开发出这种传感器,现在,他们可以在显示器上实时观察彩色显示的汽车停放情况。正在行驶或停止不动的车辆,显示为红色,空车位显示为蓝色。

监测过程的基本原理很简单。成人拳头大小的传感器电路板,在预定空间内发射微波,微波在撞到障碍物后,反射回传感器。然后,传感器利用算法,计算出停车位内是否有物体,以及它的大小和位置。Poprawa解释道,“沥青路面持续不断地将微波反射回传感器。当汽车驶入其预定空间时,微波反射回传感器的方式将有所不同。”个人辐射暴露量远低于法定限值。

开发这种高频传感器是一个艰巨的挑战。要知道,这种传感器必须能够与其“同事”通信,并且要足够小,才能安装到路灯上,此外,它还必须易于制造和安装。Poprawa说:“传感器由天线、模拟电子系统、模数转换器和信号处理元件构成。应当可以轻而易举地将之集成到城市基础设施中。”

Florian Poprawa解释道:“传感器由天线、模拟电子系统、模数转换器和信号处理元件构成。”他希望能直接将传感器安装到路灯上。

直接安装到路灯上

其原因很简单。传感器非常小巧,因此可以将之安装到路灯上,并由路灯为其供电。它们也可以安装到路杆或建筑物外墙上。它们可以从高处监测大约30米长、9米宽的区域,这相当于排成行停放着的大约5到7辆汽车。Poprawa指出,“不过,我们可以根据需要,灵活地改变监测区域的大小。”与摄像头和超声波传感器不同的是,可以用塑料外壳来保护雷达传感器,而不会干扰雷达波束。因此,这种传感器能够融入城市环境,让人浑然不觉。

联网通信:雷达传感器(本图中以点表示)监测停车位,以确定其是被占用还是空闲,并向控制中心报告监测结果。这些信息被实时转发给道路使用者,通过智能电话或导航装置,引导他们找到空车位。

自学习系统

如何将这种传感器生成的信息传送给未来的驾驶员?传感器将通过移动式无线电通信,将其数据发送至控制中心的软件。在这里,将通过计算停车位的实时占用状态,对这些数据进行处理并转换为明白易懂的信息。结合智能电话或导航装置提供的位置和目的地数据,车辆将被指引至最近的空车位。

这款软件的特殊特性是它采用了自学习系统。它能够识别出停车位按反复出现的相同周期被占用的情形,譬如,在一天当中的某几个时段或一个星期内的某几天,停车位是否经常被占用或很少被使用。然后,它将根据这些信息,计算出关于道路使用者到达特定目的地时可能遇到的停车位情形的预测。

轻松停车

Zwick说:“高级停车位管理系统也有助于缓解城市停车压力,优化分布停车位。”这涉及基于一天当中的时段、一星期中的各天和停车时长等的自动定价模式。譬如,对于车流量较低的街道,路边停车位的收费标准可能低于车流量大的主要街道。这样一来,各个不同社区间的停车分布可能更加均匀,城市、驾驶员和居民都将从中受益。

这个系统优点显著。道路使用者能够更加快捷、容易地找到停车位,在大城市里驾车将更轻松。噪声和排放都将降低。

在投入日常使用之前,在试验室里对高频传感器执行了功能检查。

不仅如此。未来,这个系统可能添加许多不同功能。譬如,西门子专家可以想象,为汽车配备RFID芯片,以提高住宅区私家停车位的透明度。出发前,驾驶员可以使用连接至这个系统的应用程序来查明其目的地区域内的停车场,以及有哪些是私家停车位。这个思路的一个方面已经得到检验:安装在街上的RFID传感器读取车辆芯片,安装在人行道上的LED显示屏显示驾驶员是否有权在某个车位停车。

这个系统还能借助使用雷达传感器发送的测量数据的执行软件,指引交通督导员找到违章停放的车辆,帮助他们提高工作效率。另外一个特性可能允许驾驶员使用RFID码来支付停车费。未来,这个功能将自动精确计算停车费,而无需现金支付。这将精简手续,减少停车票的打印,为城市节省资金。

雷达传感器可以帮助城市高效地找到违章停放的车辆,如停放在非机动车道或残障人士专用车位的车辆。

远不止停车位管理

Poprawa表示,“这个系统能做的不只是停车优化。”可以想象,传感器将实现更多功能,如测量交通流量、优化自主车辆导航,或者向电动汽车驾驶员提供关于充电站的信息。Zwick补充道,“当然,我们想要确保那些无法在目的地周边找到空车位的驾驶员,改为搭乘公共交通工具。”还有可能将交通密度信息发送给城市路灯系统控制中心。然后,路灯系统控制中心将根据不断变化的交通需求来调节照明。他总结道,“因此,我们的停车位监测系统可以在未来的智能城市发挥重要作用。”

西门子的这个解决方案尚未得到广泛检验,但2015年春季将在柏林发起一个试点项目。在这个项目中,将为一个长100多米长的路边停车区配备传感器。Zwick说:“停车难问题影响着每一座大城市和其中的每一位居民。我们乐观地认为,未来我们也可以用这个系统来缓解其他城市的停车难题。”

 

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