Система автоматического контроля дорожного движения

Рис. 7.  Транспортные светофоры

 

Рис. 8.  Пешеходные светофоры

 

2.2.3. Светотехнические параметры

 

Дальность видимости сигнала светофора определяется из условий своевременной остановки транспортных средств на запрещающий сигнал. При этом остановочный путь рассчитывают исходя не из аварийного, а из служебного торможения (замедление 2—4 м/с²). Он должен учитывать время, необходимое водителю на поиск сигнала и его восприятие. Принятое в настоящее время в качестве нормативного минимальное расстояние видимости сигнала — 100 м.

Расстояние видимости  определяет светотехнические параметры светофора. Сила света его оптической системы и указанное расстояние связаны зависимостью (9).

L_c =

(9),

где: L_с — расстояние видимости сигнала, м; lа — сила света оптической системы под углом а к ее оси, кд; τ - коэффициент прозрачности атмосферы; Е_п — пороговая освещенность на зрачке глаза водителя, при которой он уверенно опознает сигнал, (в зависимости от цвета сигнала Е_п = 6·10^-4 ÷ 12·10^-4 в дневное время и E_В  = 0,8·10^-6 ÷ 2·10^-6  в сумерки); k_П — поправочный коэффициент, зависящий от углового размера светового сигнала.

При расчете силы света, необходимой для обеспечения  нормативного расстояния видимости, можно принять коэффициенты  k_П ≈ 1 и , учитывая, что для наиболее типичных условий τ = 0,5 ÷ 0,8, a k_П существенно возрастает лишь при больших угловых размерах сигнала (близком расстоянии от светофора). Таким образом, применительно к рассматриваемому случаю формулу можно упростить:

L_c =

(10).

На практике расчетное значение силы света увеличивают, принимая во внимание колебания напряжения в сети, возможность загрязнения светорассеи-вателя и отражателя света, а также условия адаптации при ярком фоне. Кроме этого, показатель l_а представляет собой силу света под заданным углом к оптической оси. Осевая сила света, являющаяся одной из основных светотехнических характеристик светофора, должна быть больше.

Исходя из высоты установки  светофора, ширины проезжей части и  особенности бокового зрения водителя считается достаточным иметь ширину светового пучка сигнала ±10° в горизонтальной плоскости и 8° в вертикальной (вниз от нулевого значения) (см. рис. 9).

Рис. 9. Характер распространения силы света светофора в зависимости от положения водителя относительно его оптической оси.

Осевая сила света  современных светофоров в среднем составляет 200 кд. Имеются конструктивные решения, позволяющие уменьшить силу света сигналов в ночное время до 60 кд, учитывая, что в этих условиях меняются пороговая освещенность и характер адаптации. Вариантом таких решений может быть понижение напряжения в сети или применение двухнитевых ламп.

2.2.4.Конструкция светофоров

 

Устройство. Светофор состоит из отдельных секций, каждая из которых предназначена для определенного сигнала. В зависимости от типа светофора секции могут иметь различные конструктивные особенности (форма и размеры сигнала, особенности символа, источника света, светофильтра и т.д.). Общим для всех секций является наличие оптического устройства.

Секции светофора соединены  между собой резьбовыми пустотелыми втулками l (рис. 13), через которые пропущены провода. Секция представляет собой корпус 8 с крышкой б и противосолнечным козырьком 4 из листовой стали или ударопрочной пластмассы (например, полистирола). Имеется опыт изготовления корпуса из легких сплавов. В крышке смонтировано оптическое устройство, состоящее из отражателя 7, цветного светофильтра 3, резинового кольца-уплотнителя 5 и подвижного стакана 10 с электролампой. При перемещении стакана нить лампы устанавливается в фокусе отражателя. Оптическое устройство крепится к крышке четырьмя лапками 2. В закрытом положении крышка удерживается двумя пружинными замками. В нижней секции установлена распределительная колодка 9 для подключения питания и электромонтажа внутри светофора. Отражатели должны иметь заземление.

Тенденция развития современных конструкций светофоров заключается в совершенствовании основных элементов све-тооптической системы: источника света, светофильтра, отражателя, а также надежности конструкции в целом.

Источники света. В качестве источников света применяют лампы накаливания общего и специального назначения. Известны конструкции, где в качестве источника света используют газосветные трубки или излучающие диоды. Основными недостатками ламп накаливания общего назначения являются большая протяженность нити, которая плохо поддается фокусировке, и низкая виброустойчивость ламп. Кроме того, они имеют сравнительно малый срок службы (500-800 ч), обусловленный специфическим режимом работы.

Специальные исследования показали, что перегорание нити чаше всего связано с неоднородностью по диаметру проволоки, шагу спирали, электрическому сопротивлению и скорости испарения.

Повышение срока службы ламп идет по пути применения специальных наполнителей (криптона), усложнения технологии изготовления нити накаливания, увеличения числа держателей нити (в некоторых случаях до 9—11). Существенно повышается долговечность ламп при подкалке нити для ее подогрева в период выключения сигнала. Очень важным с точки зрения фокусировки является выдерживание постоянного размера между нитью лампы и ее цоколем. Практика эксплуатации светофоров показала, что не во всех случаях выполняется операция по правильной установке лампы в отражателе, что приводит к резкому снижению силы света оптического устройства.

 

В некоторых конструкциях светофоров в качестве источника света используют низковольтные галогенные лампы. Обладая при малых размерах повышенной удельной светоотдачей и компактной нитью, эти лампы хорошо фокусируются. Однако широкого распространения они не получили вследствие их сравнительно высокой стоимости и необходимости применения понижающих трансформаторов.

Иногда в целях повышения  надежности светофора для одного сигнала используют две одновременно работающие лампы (рис. 10, а). Это требует установки специального отражателя и бифокальной линзы. Подобное решение связано также с усложнением и удорожанием конструкции.

Рис. 10. Варианты источников света

В качестве источника  света в светофорах французской  фирмы «Силек» используется изогнутая газосветная трубка (рис. 10, б). В трубках содержится наполнитель красного, желтого или зеленого цвета, что исключает необходимость использования цветного светофильтра. Несмотря на сравнительно большой срок службы, светофоры с газосветными трубками уступают в 5—6 раз по силе света сигналов современным светофорам с лампами накаливания. Кроме того, надежно эксплуатировать их можно лишь в районах с умеренным климатом.

Широкое распространение  в качестве источников света получили светоизлучающие диоды (СИД) (рис. 10, в). СИД одного цвета (красного, желтого или зеленого) смонтированы в светоблоках, применяемых в светофорах (рис. 10, г). Благодаря их параллельному включению перегорание нескольких СИД (до 25 %) не нарушает информационную характеристику сигнала светофора. Использование СИД исключает применение отражателей и светофильтров. Плата закрыта лишь прозрачным рассеивателем. выполненным, как правило, из поликарбоната. Преимущества подобного источника света заключаются в его высокой долговечности (срок службы до 15 лет), снижении потребления электроэнергии по сравнению с лампами накаливания в 5—12 раз, отсутствии ложного сигнала — фантомного эффекта, характерного для оптических устройств с отражателем.

Светофильтры. Применяются светофильтры-рассеиватели и светофильтры-линзы. Первые обеспечивают необходимое перераспределение светового потока в пространстве. Для этих целей на их внутренней стороне формируется узорчатый, ромбический, призматический или каплевидный рисунок. Важной характеристикой является угол светорассеяния - наибольший угол, в пределах которого сила света уменьшается вдвое по сравнению с ее осевым значением. Для современных светофильтров этот угол находится в пределах 5— 15°, что обеспечивает нормативную дальность видимости сигнала на многополосных дорогах 100 м.

Светофильтры-линзы способствуют концентрации светового потока. Их использование позволяет отказаться от отражателя и уменьшить диаметр сигнала до 100 мм (транспортные светофоры типов 3 и 5). Светофоры с такими светофильтрами применяют, когда видимость сигнала должна быть обеспечена в достаточно узких пределах — на одной-двух полосах движения.

В последние годы все  большее распространение получают пластмассовые светофильтры. Их преимущества перед стеклянными заключаются в простоте изготовления, более высокой прочности при воздействии ударных и вибрационных нагрузок, а также в меньшем весе (примерно в 3 раза). В большинстве случаев материалом для производства служит поликарбонат, обладающий необходимой прозрачностью (светопропускание 90 %) и долговечностью.

Отражатели. Конструкция отражателя (рис. 15) характеризуется двумя основными внутренними поверхностями: параболоидной l, обеспечивающей концентрацию светового потока, и конической (или цилиндрической) 2, предназначенной для увеличения глубины отражателя и тем самым уменьшения выгорания красителя светофильтра. При коротком фокусном расстоянии ƒ появляется опасность возникновения ложного сигнала светофора (фантомный эффект), когда луч от постороннего источника света, попадая на отражатель, вновь возвращается к наблюдателю. Уменьшение расстояния l от линзы до фокуса К за счет ликвидации конической части отражателя способствует снижению фантомного эффекта, но требует применения специальных малогабаритных ламп, например галогенных.

В конструкциях современных  отражателей фокальную плоскость АА максимально приближают к плоскости светового отверстия, за которой начинается балластная (нерабочая) коническая поверхность. При этом, как правило, выдерживаются следующие соотношения:

l / ƒ = 1,4 и ƒ = 0,25D (11),

где D — диаметр светового  отверстия отражателя, мм.

Все большее распространение  получают пластмассовые отражатели с рабочей поверхностью, подученной методом напыления в вакууме. В этом случае отражатель получается с более гладкой поверхностью и не подвержен коррозии.

Антифантомные устройства. В известной мере роль антифантомного устройства выполняет противосолнечный козырек. Однако при низком положении солнца (в направлениях восток—запад, запад—восток) может возникнуть одновременно свечение всех сигналов светофора. Известно несколько методов, позволяющих устранить фантомный эффект и получивших распространение в практике регулирования. Как правило, они связаны с некоторыми изменениями конструкции отражателя или светофильтра.

Отражатель с так  называемым антифантомным крестом (рис. 16, а) представляет собой взаимно перпендикулярные сегментные пластины с прорезями для размещения галогенной лампы. Луч света, попадающий от постороннего источника на отражатель, отклоняется и поглощается зачерненными поверхностями пластин. В то же время пластины практически полностью пропускают лучи от лампы светофора.

Другим решением (рис. 16, б) является установка перед светофильтром-рассеивателем 1 специальной антифантомной линзы, состоящей из двух частей 2 и 3, каждая из которых имеет пилообразный профиль. Луч солнца, попадая на наклонную поверхность 4, отбрасывается на горизонтальную зачерненную ступеньку 5 и поглощается.

Известны также методы устранения фантомного эффекта путем  установки перед внутренней поверхностью светофильтра перегородки сотовой конструкции, которая пропускает горизонтальный световой поток оптического устройства светофора, однако задерживает солнечные лучи, если они имеют хотя бы небольшое отклонение от горизонтали.

2.2.5.Размещение и установка светофоров

Светофоры устанавливают  на колонках, кронштейнах, прикрепляемых  к существующим опорам или стенам зданий, на специальных консольных опорах и тросах-растяжках. Для предотвращения наезда на опоры их располагают вне проезжей части или защищают ограждениями.

Светофоры располагают  таким образом, чтобы обеспечить наилучшую видимость их сигналов участниками движения. С этой же целью применяют, помимо основных, светофоры-дублеры и светофоры-повторители. Дублируют, как правило, транспортные светофоры типов 1, 2 и 8, если управляемое ими движение осуществляется по двум полосам и более.

Наилучшая видимость  сигналов достигается при установке  светофоров над проезжей частью на высоте 5—6 м или сбоку от нее на высоте 2—3 м (для пешеходных светофоров 2—2,5 м). При этом транспортные светофоры типа 1 с горизонтальным расположением сигналов и типа 4 располагают только над проезжей частью в силу их конструктивных особенностей или назначения. По тем же соображениям пешеходные светофоры, светофоры-повторители над проезжей частью не устанавливают.

В плане транспортные светофоры устанавливают за стоп-линией. Расстояние от нее до светофора не должно быть менее 10 м. если светофор расположен над проезжей частью, и 3 м при его установке сбоку. В противном случае водитель, остановившийся непосредственно у стоп-линий, может не увидеть их сигналов. Уменьшить эти расстояния соответственно до 5 и 1 м можно, используя светофоры-повторители. Пешеходные светофоры не должны отстоять от ближайшей границы пешеходного перехода более чем на 1 м. Расстояние от края проезжей части до светофора, установленного сбоку от дороги, составляет 0,5—2 м.