公路养护智能折叠导向牌的应用

　　—、总体介绍

　　甘肃省国省干线公路网络覆盖地域广阔，地理环境复杂，养护作业面临作业距离长、安全风险高等挑战。传统导向牌存在三大显著问题：一是运输效率低，体积大(单块展开体积约1.2m³)、重量沉(单套可达20kg以上)，搬运布设需2人协作耗时3~5分钟;二是预警功能缺失，仅依靠反光膜被动反光，无主动探测与警示能力;三是恶劣天气可视性差，夜间、雨雾条件下有效识别距离不足30米，极易引发闯入作业区事故。

　　针对上述痛点，提出并验证了一种融合“折叠结构+声光预警+太阳能供电”的智能导向牌系统。通过结构轻量化设计(减重60%)、折叠体积优化(缩减至1/3)、集成主动预警技术(响应时间<10s)以及绿色供电系统(续航>5d)，有效保障了公路养护作业的效率与安全。该装置体现了“结构轻便化、预警主动化、能源绿色化”的创新理念，为提升公路养护作业安全与效率提供了有效技术装备。

　　二、主要做法

　　(一)可折叠结构的轻量化与便捷性设计

　　折叠式支架组件的结构与材质优势。智能折叠导向牌采用高强度铝合金框架，选用6061-T6铝合金，其屈服强度达275MPa。通过优化型材截面设计，在保证结构刚度的同时，实现支架组件重量≤7.8kg，较传统钢制减重60%以上。三段式铰链采用不锈钢316L材质，经数小时盐雾测试无腐蚀，确保长期野外使用的可靠性。铝合金框架前后两侧分别连接有一组防滑垫，能保证导向牌与沥青、水泥、砂石等多种路面良好接触，确保稳固性，如图1所示。

　　1—反光板A;2—反光板B;3—伸缩架;4—连接板;5—LED灯;

　　6—扬声器;7—外壳A;8—太阳能板;9—连接件。

　　折叠过程与操作便捷性。折叠过程简单易懂，一般养护人员经过简单培训即可熟练掌握。实测表明，5名养护工人经标准化培训后，单人完成从车辆取牌到完全展开定位的平均时间稳定在60s内，折叠操作耗时约30s。而传统导向牌展开需2人花费3~5min。铰链经≥1000次循环折叠测试后，转动顺畅度衰减<5%，无变形损坏，耐用性得到验证。

　　(二)智能感知与声光预警一体化设计

　　智能控制模块的核心技术。智能控制模块核心采用微波雷达传感器，探测距离0.5~100m可调，速度检测范围0~120km/h。微处理器运行定制算法，实时分析目标距离、速度与方向。当判定有车辆以超过预设阈值(如60km/h)的速度接近作业区50m范围时，立即触发声光预警，响应时间<10s。

　　声光预警模块的组成与预警模式。声光预警模块由高亮度LED警示灯和高分贝扬声器组成。采用高流明密度LED灯珠(功率0.5W)，配合专业光学透镜，确保日光下可视距离≥500m，夜间可视距离≥800m;支持红/黄双色闪烁模式(频率可调)。扬声器采用防水喇叭，声压级实测≥120dB，符合相关警示设备标准，语音播报清晰度STI指数>0.6。现场测试显示，声光协同预警模式可将驾驶员在作业区上游过渡区的注意力吸引率提升80%，平均制动反应时间提前10~15s，为驾驶员提供充足的反应时间。

　　(三)绿色节能供电系统

　　太阳能板+锂电池组的供电原理。电源模块采用太阳能板+锂电池组的组合方式，实现高效、环保的能源供应。配备20W单晶硅太阳能板(光电转换效率≥40%)，搭配智能MPPT充电控制器(充电效率≥95%)，为7.4V/8Ah磷酸铁锂电池组(循环寿命≥2000次)充电，彻底摆脱线缆束缚，适应无市电供应的野外环境。

　　续航能力与稳定性测试。在甘肃平凉地区为期2个月的实地测试中(涵盖不同季节天气)：日均有效光照≥2h条件下，系统可实现24h不间断工作，电池SOC保持稳定;连续阴雨/雾霾3d条件下，依靠电池储能，系统仍能保障核心预警功能(如夜间LED警示)持续工作≥7d。系统在-20~40℃环境温度范围工作正常，充放电效率波动在预期范围内(<10%)。

　　(四)功能集成创新对比。为清晰展示优势，将传统导向牌与智能折叠导向牌对比如下：

比较内容	传统导向牌	声光预警智能折叠导向牌
结构设计	固定结构，不可折叠	三段式铰链折叠结构，铝合金框架
材质	普通金属/塑料+普通反光膜	铝合金蜂窝板+V类高强反光膜
警示方式	静态反光，无主动警示	LED警示灯+语音提示，支持多模式声光联动
可视距离	约100–200m（受天气影响大）	500m（全天候，LED+反光膜双重保障）
供电方式	无源或电池供电，无智能感应	太阳能+锂电池，自给自足，节能环保
续航能力	依赖电池更换，无明确续航	满电续航72h，阴雨天可持续24h
部署时间	需多人配合，耗时较长	30s内单人展开/收纳，无需工具
智能感应	无	微波雷达感应，50m内车辆动态触发预警
智能感应	固定施工、日间养护	临时养护、夜间施工、应急事件等多场景
维护成本	频繁更换电池，易损坏，维护成本高	太阳能供电，结构耐用，维护成本低

　　三、取得成效

　　(一)实际应用验证概况

　　2024年6月至8月，在甘肃省平凉市华亭市省道304线K41+000~K52+000路段进行了实际应用验证。该路段属于山区二级公路，弯道多、坡顶多、气候多变，是养护作业高风险区。验证期间共设置临时养护作业区12处，每处布设智能折叠导向牌，并与相邻路段使用传统导向牌的作业区进行对照。

　　(二)警示效果显著增强

　　夜间识别距离：智能导向牌被驾驶员首次识别的平均距离为500m，而传统反光标志仅为30m，提升幅度达90%。

　　恶劣天气表现：在中雨/雾(能见度约200~300m)条件下，智能导向牌的声光预警使车辆提前减速(降至20km/h以下)的比例达到70%，而传统标志该比例仅为20%。声光协同预警有效穿透了环境干扰(噪声、雨雾、强光)，确保障碍信息被驾驶员及早感知。

　　(三)作业安全大幅提升

　　在弯道或坡顶等视线受限区域，主动预警特性可有效弥补静态标志的不足。省道304线关山路段应用后，养护作业区近端险情(急刹、轻微剐蹭)上报次数下降100%。高亮度LED与高分贝扬声器的协同作用，形成了视觉和听觉的双重强刺激，为交通安全提供了更充足的保障。

　　(四)操作效率明显提高

　　传统导向牌需2人协作，耗时3~5min完成布设;智能折叠导向牌可由1人独立操作，展开时间≤60s，收纳时间≤30s，平均部署时间压缩至1min以内，人力投入减少50%，作业时间节省约80%。在省道304线关山路段，每日需要多次部署作业区，传统方式每日最多部署2个作业区，应用智能导向牌后每日可部署5~6个作业区，作业效率提升约60%。每辆车每次运送量从传统3~4块提升至10~12块，减少了运输次数，大幅降低油耗，取得了显著的经济效益。

　　(五)综合性能验证

　　经过省道304线为期两个月的验证及后续多个养护路段的应用，在高温、低温、连续阴雨等恶劣条件下运行稳定，故障率低于2%。智能折叠导向牌综合解决了传统导向牌便携性差、安全性不足、依赖外部供电、可视性受天气影响等痛点，具体成果如下：

　　(1)通过轻量化(7.8kg)折叠设计(体积缩减2/3)，显著提升运输存储效率，降低人工成本。

　　(2)集成智能感知(微波探测)与主动声光预警(高亮LED发光强度>1000cd，扬声器声压级>120dB)，实测有效警示距离提升90%，驾驶员反应时间提前3~8s，大幅降低作业区闯入风险。

　　(3)采用高效太阳能供电(转换率≥40%)+大容量电池(阴雨续航≥7d)，保障全天候、全地形可靠运行;主动发光特性克服了恶劣天气对视认性的影响。