标题交代 - 浙江工业大学建筑工程学院

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1、基于脚步发电的发光斑马线设备原型研究xxxxxxxxxxxxxxx（xxx交通运输工程学院，xxx410114）摘　要本作品设计开发了一种基于脚步发电的发光斑马线，该斑马线能感应即将过街的行人，并将行人行走对地面踩压时所做的自然功通过压电发电片转化为电能，使斑马线上的灯带发光。灯带发出的光对驾驶员产生一定视觉冲击，以此警示驶向斑马线的车辆，使之减速行驶或停止，从而达到保护行人安全过街的目的，打造安全交通、绿色交通。同时本作品可以实现自主发电与供电，符合当前节能减排的号召与趋势，这对于道路交通系统的节能具有重

2、要的探索意义和社会价值。关键词交通安全；发光斑马线；压电发电技术；节能减排1研究背景1.1问题提出交通事故作为道路交通的三大公害之一，不仅给交通参与者的生命安全和财产带来巨大的经济损失，而且严重干扰了道路交通系统的正常运行。交通事故频发一直以来困扰着我国乃至世界各国。我国的交通安全形势严峻，交通事故造成的死亡人数占各种事故的90%以上，对人类的危害已超过了地震、洪水、火灾、矿难等灾难。据世界卫生组织统计，每年全球约有120万人死于道路交通事故，其中46%为步行者、骑自行车者或者两轮机动车使用者，这一比例在一

3、些低收入和中等收入国家会更高。行人是交通参与者中的弱势群体，最容易受到伤害。我国道路交通情况复杂，人、车混行情况多，是世界上典型的以混合交通为主的国家，据《中华人民共和国道路交通事故统计年报（2007年度）》数据显示，2007年行人因交通意外死亡的人数为21106人，占全部交通死亡人数的25.85%。这两个数字从1998年至现在没有低于2万。因此，从主动安全的理念出发，研发科学、人性化、节能的保护行人安全的交通工程设施是非常有必要的。1.2国内外研究现状关于如何设计更安全的人行横道方面，国内外研究人员针对斑

4、马线进行了大量研究，提出了一系列的创新设计，并且已有部分成果在某些城市应用。2004年，比利时TonyCavaleri提出了一种会发光的斑马线，其原理是当感知器感应到有行人踏到斑马线时，原本白色部分便发出亮光，让驾驶人在夜间可清楚见到行人穿越，降低不必要的意外事故，让行人与驾驶都可获得较好的安全保障。2009年3月，一种涂有“夜光交通标线涂料”的标线在我国北京市密云县境内的密西路、河东路施划，主要是解决山区乡镇公路夜间缺少照明设施导致发生交通事故的问题。同年11月，我国首条立体斑马线应用于广州番禺，具体地，

5、立体斑马线紧挨着白线处平行增加一条蓝色线，在两条线的两端，刷上一个黄色四方块。这种斑马线利用色块构图，其立体感对司机产生视觉冲击，以此达到警示的目的。2011年，韩国设计师JaeMinLim设计了一种更符合人类心态的弧形斑马线，减少心急过路人容易偏离斑马线的机率，让他们可以更安全地走过道路。同时为进一步保障行人安全，设计师更在弧形斑马线铺上LED的发光层，让线条更醒目，提醒行人及驾驶者小心过街。其发光层的电源来自斑马线下设置的压力感应电池板，每当有汽车和行人经过路面时，斑马线所感受到的压力便会转化为电力，为

6、发光层供电。此外，还有杭州的爱心斑马线、西安的脸谱斑马线等等。综上所述，设计开发新型斑马线已成为提高行人安全的重要手段。其设计思路主要归纳为以下发展趋势：①通过改变斑马线的形状或色彩，对驾驶员产生一定的视觉冲击，以此达到警示作用；②通过外加电源或自身发电使斑马线发光，以此警示驾驶员。本作品基于节能减排的理念，采用压力发电片技术设计发光斑马线，将行人行走对路面踩压所做的自然功转化为电能，使斑马线发光。2设计原理2.1设计思路本作品采用压力发电片作为元器件，该元器件的发电原理是使其产生一定变形即可实现发电。但是

7、压力发电片抗压能力很差，容易受损。因此本作品的设计思路是首先设计缓冲结构保护压力发电片，保证其使用寿命。然后设计发电结构，通过某种方式使压力发电片产生一定容许范围内的变形，从而产生电能。本作品使用的压电发电片如图1所示，其硬件数据如下：（1）型号：60mm×37mm×0.4mm，内层陶瓷片尺寸：50mm×35mm×0.2mm。（2）发电片峰值电压：12V，峰值电流：10mA。通过实验，我们发现，压电发电片通过自身的形变产生瞬间电荷，其形变过程中产生的电荷量并无线性关系。图1压电发电片2.2研究方法本作品已设

8、计了一种缓冲结构、两种发电结构，已开发了两个发光斑马线设备原型，我们称为发光斑马线1号和发光斑马线2号。我项目小组在研究与制作基于脚步发电的发光斑马线设备原型时，前后采用了两种不同的传动的方式和作用压电发电片的方式。2.2.1发光斑马线1号的设计原理发电机制：本型号的发电机制是采用敲击的方式使压力发电片发电，具体地，当行人踩踏到上盖时，上盖向下运动，在立柱内弹簧的缓冲下做预定范围内的下降，带动内立柱上的销钉击打压