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摘要：高速公路是一个地区或者国家的现代化水平的重要标志之一，而高速公路的信息化建设则是实现高速公路现代化管理的最重要的途径。互联网技术的进步，信息技术与交通理论和规划的融合，都加速了高速公路信息化的进程。高速公路可变信息标志技术的综合应用，成为利用信息技术改善交通秩序，提高高速公路利用率的不可或缺的方法和手段。
门架型太阳能可变信息标志可直接使用太阳能供电，更便于高速公路两侧的安装，为驾驶人员提醒目前道路的状况，如：施工地段，车祸地点、强风、暴雪、冰冻、浓雾等警示标语。门架型太阳能可变信息标志除了可显示文字信息外，也可显示简单图形、限速值，让驾驶人员能更清楚地知道目前道路上的状况，避免交通阻塞，减少交通事故的发生。
关键词：太阳能;可变信息标志;高速公路Abstract: The highway is an important sign of the level of modernization of a region or country, and the building of information highway is the most important way of highway management modernization. The progress of Internet technology, the integration of information technology and transportation theory and planning have accelerated the process of information highway. The comprehensive application of highway variable message signs, to improve the traffic in order to use information technology to improve the highway, using methods and means indispensable rate.
The door frame type solar variable message signs can directly use solar power, more convenient highway on both sides of the installation, as the driver to remind the current road conditions, such as: construction sites, traffic accident location, strong winds, snow, freezing, fog warning posters. The door frame type solar variable message signs in addition to display text information, also can display simple graphics, speed limit, let the driver can clearly know the current situation on the road, to avoid traffic congestion, reduce the incidence of traffic accidents.
Keywords: solar energy; variable message signs of expressway;
中图分类号：TK511文献标识码：A 文章编号：
一、门架型太阳能可变信息标志设计理念及特点
1、全天候、全路段、全防护
全天候：就是无论在太阳光照时间短地区、多雨地区、雾区都能适应的供电系统。无需架设电缆供电能持续24小时全天候工作。（具备连续100个阴天的供电能力）
全路段：就是无论在道路、桥梁、都能方便安装的架构。
全防护：就是整个架构都具有防盗、防雷、防风、防雨雪等各种自然及人为灾害。尤其针对高速公路设备易盗损的特点，门架型太阳能可变信息标志应设计有极强的防盗功能。
2、门架型太阳能可变信息标志设计特点与目标
在保证功能性和可靠性的前提下，通过运用多项新工艺、新结构和新技术，在不影响使用性能的前提下，降低传统可变信息标志的80%以上的功耗，使其供电系统可以选用新能源，摆脱对公共电网的依赖，实现按需分布、快速布局，降低建设的综合成本，避免线路盗损，便于供配电困难道路上可变信息标志的使用，满足交通应急管理、信息发布的需要，为智能化交通建设提供必要保障。
二、 应用领域
门架型太阳能可变信息标志配合新能源配电系统，可独立成体系，可应用于新建道路配电困难的路段、供电距离较远成本较高的路段、线路盗损严重的路段、因道路交通状态改变而需要增设的路段等，向道路使用者提供某個区段内的气象、事故、施工等道路行车条件信息，发布交通管制指令的平台，及时向道路使用者发布指令或提供信息、确保行车安全。
三、研究的技术关键点
需整合以下多项技术，解决传统大型可变信息标志的高功耗、长距离供配电和电缆盗损等多个问题，使大型可变信息标志可便利安装于道路任何地点。
1、LED驱动——PWM脉冲宽度调制驱动技术
目前，道路上所使用的LED可变信息标志大多采用稳压恒流方式驱动，甚至采用简单的电阻限流，基于这种方式的驱动电路其特点是简单实用、成本较低，但同时驱动电路所系消耗的功率也较大。
拟采用新的PWM脉冲宽度调制驱动技术大幅度降低LED信息标志驱动电路消耗的功率，将可降低约三分之一的功率。
2、光学处理——配光技术
目前道路上所有使用的可变信息标志采是由发光二极管直接显示，其散射区域大，而实际有效观看范围狭小。经研究对比，可变信息标志观看使用范围仅占投射区域横截面积的百分之十。
拟采用二次光学配光处理，使信息标志发光二极管发出的光束集中投向有效区域内，在增加信息标志亮度达到GBT 23828-2009 《高速公路LED可变信息标志》要求的同时，大大降低可变信息标志的消耗功率。使其消耗功率仅为普通信息标志的六份之一。
3、供配电——低压供电技术
通常市电供电的信息标志其供电电压为AC220V/380V，而可变信息标志的实用电压为DC5～12V，市电需要通过降压、整流、稳压之后才能供可变信息标志使用，其中降压及稳压过程也带来较大的功率损耗。
拟使用新能源如太阳能、风能等供电模式，直接低压DC12V—24V供电，可大大降低因降压整流而产生功率损耗。而且低压供电安全可靠，防雷性强、维护成本大幅降低。
4、全新结构
经检测计算，一块典型（10x1米）的大型可变信息标志对流散热风扇所消耗功率为0.5Kw。而且风扇是易损件，长期使用极其容易损坏，一旦风扇损坏使得屏体内部温度升高而造成损毁。
拟采用新的结构工艺，解决由于散热导致过高功耗的问题，降低整体能耗，还可以提高屏体的稳定性。
四、 简要设计参数
显示面板尺寸：1米*10米；
解释度：320*32；
点间距：31.25mm，像素1024点/M2；
可视距离：静态视认距离≥300m；动态视认距离≥210m（车速120km/h）；
亮度调节：手动/自动256级；
单颗LED驱动电流：≤3mA，工作状态下1.8-1.2mA；
LED采用恒电流驱动，具有过流保护功能；
电流峰值功耗：≤300W,显示状态平均功耗：135W-70W；
阴天连续工作时间: 100天阴天*24小时连续不间断工作;
太阳能光伏电池板: 1000W-1500W(视安装地不同进行配置);
蓄电池: 48V/300Ah-600Ah(视使用方式进行配置);
电池使用寿命: 5年-10年(视需要进行配置);
五、太阳能门架型可变信息标志技术应用的必要性
1、传统的门架型可变信息标志安装成本和使用成本较高且受地域限制
傳统的可变信息标志的建设，在施工时需要开挖路面埋电缆，还需要拉线。高速公路多处于郊区或相对边远地带，传输线路的施工及其运输费用相对较高，维护成本也比较高。据市场报价，每米的电缆线路铺设的价格约300元，每公里的电缆铺设就需要30万元。电源的提供，也要依靠附近建筑物（如服务区、收费站）在其有限的电力供应情况下分摊部分供给，所以导致在距离收费站、服务区较偏远的地带大部分都没有门架型可变信息标志，直接影响了交通事故发生频率的提高。
电缆本身有比较高的经济价值，存在被偷盗的风险。高速公路系统也经常受到此类事件的困扰，维护中的人力物力财力的消耗也相当大。
2、由于可变信息标志不足而无法及时疏导交通的事情时有发生
由于成本高以及地域性限制，很多高速地段都没配备门架型可变信息标志，同时传统供电存在供应间断的可能性，部分传统信息标志不能24小时运作，导致无法提前疏导交通，直接影响了交通运输质量。
3、应用太阳能门架型可变信息标志，节约建设成本，降低维修费用
太阳能门架型可变信息标志其能源采集的随意性，可以免去常规电能所需昂贵的传输线路铺设费用，使其无需像传统可变信息标志系统一样，需要挖掘掩埋电线电缆，极大地节省了建设成本和人力消耗。
据测算，配置同等规格的太阳能门架型可变信息标志的价格与普通需铺设电缆供配电的传统可变信息标志造价基本一致，大大降低因长距离送电而增加建设成本、盗损成本和使用维护成本。
4、运作成本低，连带成本低
首先在用电量上，以1X10米门架型可变信息标志为例，传统可变信息标志满屏功率约为3000 W，而太阳能门架型可变信息标志的满屏功率仅约为300 W，节电率约为90%，每年可以节约大量的用电费用，高效率低耗损。
其次太阳能门架型可变信息标志满足了任何时间任何地点的电能供应，有效地保证了电能的高效高能利用，而且施工不受地形差异等自然条件的约束，可以保证高速公路各个路段项目的电力供应。保证了各个可变信息标志的正常运行，不会因突然停电导致一切损失。
六、试点项目的成功应用
太阳能门架型可变信息标志以及于2011年9月完成整套技术的研发，并试运行于广东开阳高速。运行情况如下（节选于广东开阳高速公路有限公司用户报告）：
“本项目自2011年9月份开始实施，经过方案设计、方案审核、工程施工、设备调试等极端，沙塘信息标志于2012年1月5日开始投入使用，大槐信息标志于2012年2月27日开始投入使用。
信息标志启用至今，未发生因电能不足中断情况，特别是2012年3月连续半个月阴雨天气，太阳能信息标志都能够正常显示。”
七、结论
太阳能门架型可变信息标志关键技术的攻克，将使太阳能门架型可变信息标志成为21世纪高科技环保产品。其同等造价结合太阳能供电系统等新能源的配合应用，将使脱离传统电网安装环保节能的大型可变信息标志成为现实。迎合国家大力提倡和鼓励使用新能源新材料的政策，开辟“节能、降耗、减排”新的天地，更为政府大力提倡“绿色能源、绿色照明”树立标志性的直观场景。能增强人民对高新技术新能源产品应用的意识，更能无形中提高市民对新能源利用的意识。其中直观的科普教育性为带动地区的经济发展提供了诸多无形的价值。
门架型太阳能可变信息标志可直接使用太阳能供电，更便于高速公路两侧的安装，为驾驶人员提醒目前道路的状况，如：施工地段，车祸地点、强风、暴雪、冰冻、浓雾等警示标语。门架型太阳能可变信息标志除了可显示文字信息外，也可显示简单图形、限速值，让驾驶人员能更清楚地知道目前道路上的状况，避免交通阻塞，减少交通事故的发生。
关键词：太阳能;可变信息标志;高速公路Abstract: The highway is an important sign of the level of modernization of a region or country, and the building of information highway is the most important way of highway management modernization. The progress of Internet technology, the integration of information technology and transportation theory and planning have accelerated the process of information highway. The comprehensive application of highway variable message signs, to improve the traffic in order to use information technology to improve the highway, using methods and means indispensable rate.
The door frame type solar variable message signs can directly use solar power, more convenient highway on both sides of the installation, as the driver to remind the current road conditions, such as: construction sites, traffic accident location, strong winds, snow, freezing, fog warning posters. The door frame type solar variable message signs in addition to display text information, also can display simple graphics, speed limit, let the driver can clearly know the current situation on the road, to avoid traffic congestion, reduce the incidence of traffic accidents.
Keywords: solar energy; variable message signs of expressway;
中图分类号：TK511文献标识码：A 文章编号：
一、门架型太阳能可变信息标志设计理念及特点
1、全天候、全路段、全防护
全天候：就是无论在太阳光照时间短地区、多雨地区、雾区都能适应的供电系统。无需架设电缆供电能持续24小时全天候工作。（具备连续100个阴天的供电能力）
全路段：就是无论在道路、桥梁、都能方便安装的架构。
全防护：就是整个架构都具有防盗、防雷、防风、防雨雪等各种自然及人为灾害。尤其针对高速公路设备易盗损的特点，门架型太阳能可变信息标志应设计有极强的防盗功能。
2、门架型太阳能可变信息标志设计特点与目标
在保证功能性和可靠性的前提下，通过运用多项新工艺、新结构和新技术，在不影响使用性能的前提下，降低传统可变信息标志的80%以上的功耗，使其供电系统可以选用新能源，摆脱对公共电网的依赖，实现按需分布、快速布局，降低建设的综合成本，避免线路盗损，便于供配电困难道路上可变信息标志的使用，满足交通应急管理、信息发布的需要，为智能化交通建设提供必要保障。
二、 应用领域
门架型太阳能可变信息标志配合新能源配电系统，可独立成体系，可应用于新建道路配电困难的路段、供电距离较远成本较高的路段、线路盗损严重的路段、因道路交通状态改变而需要增设的路段等，向道路使用者提供某個区段内的气象、事故、施工等道路行车条件信息，发布交通管制指令的平台，及时向道路使用者发布指令或提供信息、确保行车安全。
三、研究的技术关键点
需整合以下多项技术，解决传统大型可变信息标志的高功耗、长距离供配电和电缆盗损等多个问题，使大型可变信息标志可便利安装于道路任何地点。
1、LED驱动——PWM脉冲宽度调制驱动技术
目前，道路上所使用的LED可变信息标志大多采用稳压恒流方式驱动，甚至采用简单的电阻限流，基于这种方式的驱动电路其特点是简单实用、成本较低，但同时驱动电路所系消耗的功率也较大。
拟采用新的PWM脉冲宽度调制驱动技术大幅度降低LED信息标志驱动电路消耗的功率，将可降低约三分之一的功率。
2、光学处理——配光技术
目前道路上所有使用的可变信息标志采是由发光二极管直接显示，其散射区域大，而实际有效观看范围狭小。经研究对比，可变信息标志观看使用范围仅占投射区域横截面积的百分之十。
拟采用二次光学配光处理，使信息标志发光二极管发出的光束集中投向有效区域内，在增加信息标志亮度达到GBT 23828-2009 《高速公路LED可变信息标志》要求的同时，大大降低可变信息标志的消耗功率。使其消耗功率仅为普通信息标志的六份之一。
3、供配电——低压供电技术
通常市电供电的信息标志其供电电压为AC220V/380V，而可变信息标志的实用电压为DC5～12V，市电需要通过降压、整流、稳压之后才能供可变信息标志使用，其中降压及稳压过程也带来较大的功率损耗。
拟使用新能源如太阳能、风能等供电模式，直接低压DC12V—24V供电，可大大降低因降压整流而产生功率损耗。而且低压供电安全可靠，防雷性强、维护成本大幅降低。
4、全新结构
经检测计算，一块典型（10x1米）的大型可变信息标志对流散热风扇所消耗功率为0.5Kw。而且风扇是易损件，长期使用极其容易损坏，一旦风扇损坏使得屏体内部温度升高而造成损毁。
拟采用新的结构工艺，解决由于散热导致过高功耗的问题，降低整体能耗，还可以提高屏体的稳定性。
四、 简要设计参数
显示面板尺寸：1米*10米；
解释度：320*32；
点间距：31.25mm，像素1024点/M2；
可视距离：静态视认距离≥300m；动态视认距离≥210m（车速120km/h）；
亮度调节：手动/自动256级；
单颗LED驱动电流：≤3mA，工作状态下1.8-1.2mA；
LED采用恒电流驱动，具有过流保护功能；
电流峰值功耗：≤300W,显示状态平均功耗：135W-70W；
阴天连续工作时间: 100天阴天*24小时连续不间断工作;
太阳能光伏电池板: 1000W-1500W(视安装地不同进行配置);
蓄电池: 48V/300Ah-600Ah(视使用方式进行配置);
电池使用寿命: 5年-10年(视需要进行配置);
五、太阳能门架型可变信息标志技术应用的必要性
1、传统的门架型可变信息标志安装成本和使用成本较高且受地域限制
傳统的可变信息标志的建设，在施工时需要开挖路面埋电缆，还需要拉线。高速公路多处于郊区或相对边远地带，传输线路的施工及其运输费用相对较高，维护成本也比较高。据市场报价，每米的电缆线路铺设的价格约300元，每公里的电缆铺设就需要30万元。电源的提供，也要依靠附近建筑物（如服务区、收费站）在其有限的电力供应情况下分摊部分供给，所以导致在距离收费站、服务区较偏远的地带大部分都没有门架型可变信息标志，直接影响了交通事故发生频率的提高。
电缆本身有比较高的经济价值，存在被偷盗的风险。高速公路系统也经常受到此类事件的困扰，维护中的人力物力财力的消耗也相当大。
2、由于可变信息标志不足而无法及时疏导交通的事情时有发生
由于成本高以及地域性限制，很多高速地段都没配备门架型可变信息标志，同时传统供电存在供应间断的可能性，部分传统信息标志不能24小时运作，导致无法提前疏导交通，直接影响了交通运输质量。
3、应用太阳能门架型可变信息标志，节约建设成本，降低维修费用
太阳能门架型可变信息标志其能源采集的随意性，可以免去常规电能所需昂贵的传输线路铺设费用，使其无需像传统可变信息标志系统一样，需要挖掘掩埋电线电缆，极大地节省了建设成本和人力消耗。
据测算，配置同等规格的太阳能门架型可变信息标志的价格与普通需铺设电缆供配电的传统可变信息标志造价基本一致，大大降低因长距离送电而增加建设成本、盗损成本和使用维护成本。
4、运作成本低，连带成本低
首先在用电量上，以1X10米门架型可变信息标志为例，传统可变信息标志满屏功率约为3000 W，而太阳能门架型可变信息标志的满屏功率仅约为300 W，节电率约为90%，每年可以节约大量的用电费用，高效率低耗损。
其次太阳能门架型可变信息标志满足了任何时间任何地点的电能供应，有效地保证了电能的高效高能利用，而且施工不受地形差异等自然条件的约束，可以保证高速公路各个路段项目的电力供应。保证了各个可变信息标志的正常运行，不会因突然停电导致一切损失。
六、试点项目的成功应用
太阳能门架型可变信息标志以及于2011年9月完成整套技术的研发，并试运行于广东开阳高速。运行情况如下（节选于广东开阳高速公路有限公司用户报告）：
“本项目自2011年9月份开始实施，经过方案设计、方案审核、工程施工、设备调试等极端，沙塘信息标志于2012年1月5日开始投入使用，大槐信息标志于2012年2月27日开始投入使用。
信息标志启用至今，未发生因电能不足中断情况，特别是2012年3月连续半个月阴雨天气，太阳能信息标志都能够正常显示。”
七、结论
太阳能门架型可变信息标志关键技术的攻克，将使太阳能门架型可变信息标志成为21世纪高科技环保产品。其同等造价结合太阳能供电系统等新能源的配合应用，将使脱离传统电网安装环保节能的大型可变信息标志成为现实。迎合国家大力提倡和鼓励使用新能源新材料的政策，开辟“节能、降耗、减排”新的天地，更为政府大力提倡“绿色能源、绿色照明”树立标志性的直观场景。能增强人民对高新技术新能源产品应用的意识，更能无形中提高市民对新能源利用的意识。其中直观的科普教育性为带动地区的经济发展提供了诸多无形的价值。