一种新型锥筒自动布设回收装备
在道路交通事故现场处置过程中，采用人工布设和回收锥筒构建现场防护区是目前最为常见的做法。但是，这种方法存在现场防护工作量大、效率低、安全风险高等问题，防护区设置过程中的二次事故时有发生。
本期专题介绍了一种新型锥筒自动布设回收装备。该装备具有布设回收灵活快速的特点，有效提高了交通警察事故处置现场防护区隔离锥筒布设回收工作的效率和安全性，为一线交通警察降低工作负担、保障生命安全提供了技术支撑。
一种新型锥筒自动布设回收装备*
董伟光1,2高岩1,2王奉晨1,2尤志栋1,2
1.公安部交通管理科学研究所 2.道路交通安全公安部重点实验室
摘 要： 介绍了锥筒自动布设回收技术的国内外应用现状，针对现有问题并结合公安交通管理需求，提出一种基于灵巧机械臂的全自动锥筒布设回收技术设计理念，分析了关键技术及其实现方案。基于该设计理念研制了新型装备，应用试验表明该装备具有布设、回收灵活快速的特点，提高了处置效率和安全性，可用于交通警察事故处置现场防护区隔离锥筒的快速布设与回收。
关键词： 安全防护 二次事故 锥筒自动布设回收
引言
进入21世纪，我国机动车驾驶人数量、机动车保有量、公路通车里程持续保持快速增长，伴随交通流量激增，超速、疲劳、酒后、分心驾驶、超载等高度危险行为呈蔓延趋势，公安民警处置道路交通事故的现场风险随之增加[1]。为此，国家制定了公共安全行业标准《道路交通事故现场安全防护规范》，要求使用相关警示设备对事故处置现场进行安全防护。其中，锥筒是使用最广泛且有效的防护设备，利用锥筒隔离处置现场成为全国通用及标准规定的做法。
目前，利用锥筒构建道路交通事故现场防护区时，通常采用人工方法进行布设和回收，处置民警工作负担大、实施过程繁琐且存在安全风险，防护区设置过程中的二次事故时有发生。如何利用锥筒等防护设备快速构建符合标准要求的防护区域成为基层公安交通管理部门的重要关切点。面对实际需求，开展锥筒自动投放与回收技术研究，代替人工实现事故现场防护区隔离锥筒自动化布设与撤除，具有重要价值与实战意义。
一、锥筒自动布设回收技术与事故处置应用需求
（一）锥筒自动布设回收技术简析
锥筒自动布设回收技术，是指代替人工将锥筒布设于路面指定位置以及将路面固定位置的锥筒回收至存储空间，具有高度自动化甚至智能化的锥筒应用手段。锥筒自动布设回收装备的应用可有效提高防护区设置的自动化程度，对于快速构建符合标准要求的事故现场防护区域、预防二次事故发生、保障现场处置民警及群众生命安全具有重要意义，是我国道路交通事故现场安全防护水平、事件应急处置水平的重要体现。
如图1所示，锥筒自动布设回收技术是布设与回收的集成，锥筒的布设工序一般包括取锥、转运、放锥三个流程，锥筒的回收工序一般包括捕获、转运、收锥三个流程。
（1）取锥：在布设作业时，将锥筒从存储位置固定至转运装置的动作；
（2）转运：在布设或回收作业时，将锥筒从存储位置移动至放锥位置或从捕获位置移动至存储位置的动作；
（3）放锥：在布设作业时，锥筒被转运至放锥位置后，使其直立摆放于路面的动作；
软件系统运行逻辑如图6所示。执行布设任务时，收到布设指令后控制机械臂运行至工作零位，根据设定的流程完成锥筒布设，并循环执行；收到暂停指令，机械臂返回工作零位并等待；收到停止任务指令，则返回运输状态。执行回收任务时，收到回收指令后控制抱夹装置和机械臂运行至工作零位，根据设定的流程完成锥筒回收，并循环执行；收到暂停指令，抱夹装置和机械臂返回工作零位并等待；收到停止任务指令，则返回运输状态。
根据功能需求，硬件系统由夹持模块、转运模块、存储模块、回收模块、主控模块及运载平台6个模块组成，如图2所示。在运载平台的运动过程（前进/后退）中实现锥筒的自动布设与回收。
根据自动化程度不同，锥筒自动布设回收装备可分成半自动和全自动两类。本文对半自动的定义是：能够在人工协助下实现锥筒摆放或回收的装备。可分为两种类型：（1）人工取锥，自动转运、放锥，人工回收；（2）人工取锥、收锥，其他动作自动完成。本文对全自动的定义是：无需人工干预，能够自动完成锥筒布设和回收各流程的装备。
（二）国内外研究现状
国外美国、英国、德国、法国以及日本等国家以强大的汽车工业为基础，早在20世纪70年代就开展锥筒自动布设技术方面的研究。国内相关技术研究起步时间较晚，不管在技术文献、公开专利以及产品设计等方面，与国外相比都存在差距[2]。下面将根据不同自动化程度简要分析锥筒布设回收技术的研究现状。
受限于基础技术的发展，半自动锥筒布设回收设备最早出现并应用于公路养护领域。具有代表性的是上世纪90年代美国ADDCO[3]公司发布的一款圆盘状锥筒摆放与回收系统，安装于皮卡车的侧面。摆放锥筒时，操作人员将锥筒放入喂锥器，锥筒被夹住后随圆盘滚动被带向路面；回收锥筒时，车辆前行，锥筒进入圆盘后被夹住，随圆盘的滚动而抬升，到达最高位置时进入滑道，再由工人将锥筒堆放于车厢内。国内相关研究虽然起步较晚，但也有一些实用化成果，具有代表性的是滑轨式半自动锥筒收放车。摆放锥筒时，操作人员将锥筒的底座置于投放滑道内，锥筒因自重沿滑轨下滑至路面，并通过阀板开合控制投放间距；回收锥筒时，车辆正向移动，推杆将锥筒推倒，支撑杆从放倒的锥筒底座穿过，完成锥筒的翻转并举升，随后操作人员将锥筒取下放于车厢内。
“十二五”期间，公安部交通管理科学研究所自主研发了面向防护区隔离锥筒自动化应用的新型锥筒自动布设回收装备，在安徽、河南等省份高速公路交警大队开展推广应用，取得了良好成效，也为新技术在公安民警快速处置道路交通事件中的应用奠定了基础。
2.1.1 手术适应证 ①影像学或膀胱镜检查发现的膀胱内肿瘤样病变，用于明确肿瘤的病理诊断和分级、分期，同时切除肿瘤；②NMIBC的外科手术治疗；③MIBC患者保留膀胱综合治疗的外科治疗手段；④中、晚期膀胱癌的保守或姑息性治疗。
总体设计方案如图3所示。运载平台为小型皮卡，其他各模块集成于皮卡之上；转运模块采用3自由度机械臂，满足锥筒转运的空间移动需求；夹持模块采用对称式弧形夹爪式设计，安装于机械臂末端，可快速抓取锥筒，配合机械臂的大空间移动功能，在车辆行驶过程中实现锥筒自动布设，并可通过机械臂关节角度的调整灵活设置锥筒布设点；回收模块基于抱夹式机械结构设计，可对直立的锥筒直接进行捕捉定位，配合机械臂的抓取转运功能，在车辆行驶过程中实现锥筒自动回收。主控模块实现对控制指令的解析，并通过驾驶室的触控屏实现人机交互，基于触控屏可实现对装备的所有控制，满足单警操作需求。
根据国内外锥筒自动布设回收装备现状，存在的主要问题如表1所示。
综上所述，现有锥筒自动布设回收装备主要基于专用大型车载平台研制而成，用于公路养护作业现场的锥筒投放。这些装备具有机构复杂、平台机动灵活性相对较差、操作专业性要求严格、维护繁琐、使用成本高等特点，不适于公安交通管理部门繁重且严格的事故处置现场防护区设置需求。
（三）公安应用需求
针对公安交通管理部门特别是高速交警，日常处置交通事故时警戒区域防护任务，对锥筒自动布设回收装备的要求为：
（1）操作简单：处置交通事故时，时间紧任务重，复杂的设备操作既浪费警力，又影响事故处置效率；此外，复杂的操作会影响驾驶人注意力，存在潜在安全风险。因此，装备应该自动化程度高、操控简单，易上手，满足单警操作需求。
（2）维护方便：设备维护保养复杂既增加民警的技术负担，又违背了科技强警的初衷，不具有推广应用价值。
（3）使用灵活：事故处置现场环境复杂，设备需具备机动灵活的特点，满足不同路况事故处置需求。
（4）安全可靠：防护设备的安全性是首要条件，必须具备安全监控手段及应急保障措施，避免操作使用过程中影响处置人员安全。
任务绩效容易受到感恩奉献、谦虚沉稳、包容宽恕等人际性心理资本的积极影响，其中任务绩效容易受到尊敬礼让的影响，但是影响不明显；而针对工作奉献来讲，尊敬礼让、包容宽恕、感恩奉献的影响较大；从整体上来看，针对人际促进来讲，人际型心理资本各个维度都能够呈现出较强的正向影响，其中对人际促进影响最大的为感恩奉献[5]。
二、一种新型锥筒自动布设回收装备
半自动锥筒布设回收设备的应用在一定程度上实现了锥筒应用的自动化，降低了劳动强度，提高了养护作业、应急救援时收放锥筒的工作效率。但是半自动锥筒布设回收设备通常需要至少两名工作人员配合，自动化程度有待提高，能够完全实现锥筒布设、回收自动化的装备成为后期技术研究的重点和发展的趋势。
砷盐净化除镉反应器采用底部搅拌方式。该设备引进时设计功率为22kW，在实际运行过程中存在功率偏小的矛盾。除镉搅拌机改进前后示意图如图5所示。突出表现为：（1）运行过程中随镉渣的不断生成，渣比重越来越大，沸腾状态得不到保证；（2）由于搅拌强度不足，导致渣突然下沉，搅拌机电流突升跳闸，从而造成死槽，引起质量波动、增加锌粉消费。
四、在弹好独奏经典作品的同时，认真学习一些四手联弹的原作、改编曲。下面，我们会列出一些推荐的曲目和曲集。在这之前，还是要简单说明为何“第四点”不是“把独奏作品弹成四手联弹”。钢琴的作品学习阶段（俗称“乐曲学习”）类似于外语学习的文章阅读理解，包括精读与泛读。这是接触“源文件”的重要途径。毕竟，古典音乐浩如烟海的文献为钢琴学习者提供了一个巨大的宝库。而钢琴重奏文献（此处特指四手联弹文献），虽然没有独奏作品多，但也绝非凤毛麟角。三百多年的钢琴艺术史，还是给我们留下了太多的惊喜。
（一）总体设计
1.硬件系统架构设计
（5）收锥：在回收作业时，锥筒被转运至指定位置后，将其放置于存储位置的动作。
上世纪90年代末至本世纪初，全自动锥筒布设回收技术逐步成熟。具有代表性的是美国加州的AHMCT中心（Advanced Highway Maintenance and Construction Technology）研制的ACM（Automatic Cone Machine）系列锥筒布设回收装置[4]。其最新一代产品采用电-液伺服控制机械手实现锥筒抓取和转运，专门设计的锥筒存取机构及自动存放箱可实现100个或300个锥筒的存放。美国加州交通局已经开始使用这款装备进行道路管制时的锥筒收放工作[5]。ACM设计思路巧妙、技术先进，但由于机构复杂，系统故障率高，维护成本昂贵。此外，锥筒在公路上经历风吹日晒并经常遭到过往车辆碾压，锥筒底座通常会出现不同程度变形，导致机械夹具在回收锥筒过程中出现较高失误率，目前ACM系统还在不断研究和改进过程中。“十一五”期间，国内在全自动锥筒布设回收设备研发方面开始发力，研发了一系列产品，技术水平虽然与国外仍存在一定差距，但正逐步赶上。与国外类似，国内的相关装备也是以中大型车辆平台为载体，主要应用于公路养护作业[6]。
研究人员逐步揭示环偶极子产生机理，指出环偶极子是由电极子及磁极子之间相互作用破坏近场电环境平衡而产生的，非对称电流能增强环偶极子强度，是产生高Q值的原因[25，28]。可依据单元结构建立基于耦合LC电路的物理模型进行定量分析。为了定量分析环偶极矩强度，根据体积电流密度分布，利用多极散射理论得到多极子的散射强度，如电偶极矩、磁偶极矩和环偶极矩。该方法已成功应用于微波、太赫兹和光学波段环偶极矩的计算，计算公式为：
（1）自动化程度高：装备主控模块设置“一键布设”和“一键回收”模式，可在不影响驾驶安全的情况下实现单警操作，操作人员基于触控屏实现对系统的所有控制。
锥筒回收工作模式动作解析，如图5所示。回收时，抱夹装置打开，检测到锥筒进入指定位置后抱紧锥筒并抬升，实现捕捉定位，然后机械夹爪抓取锥筒，抱夹装置松开，由机械臂将锥筒转运到存储位置，完成回收。
俗话说，“眼过千遍，不如手过一遍”。对于经典篇目和句段，不仅要能达到“准确背诵，不错一字”，还要能做到字词准确，标点精准，以达到经典入心的效果。
集成无源元件(IPD)主要包括电阻、电容、电感等[3],如何通过多层薄膜电路的工艺手段制备高精度的薄膜电阻是一个极具价值的研究方向。常用的薄膜电阻材料有氮化钽(TaN)[4]、钽(Ta)[5]、铬硅(CrSi)[6]和镍铬(NiCr)[7]等。其中NiCr由于具有可控制的、能重复的面电阻率(Ω/□),较低的电阻温度系数和电阻漂移[8-9],成为集成无源元件制造中最常用的一种电阻器材料。
2.软件系统架构设计
软件系统由人机交互、布设控制、回收控制及安全监控四个功能模块组成。人机交互模块实现控制系统开关、工作模式设置、工作状态监控及运动参数调整；布设控制模块实现锥筒存储状态感知及机械臂、夹爪关节控制，保障硬件完成锥筒布设任务；回收控制模块实现锥筒存储状态感知及回收，机械臂、夹爪关节控制，保障硬件完成锥筒回收任务；安全监控模块实现工作电流实时监控、限位信号监控及动作确认，确保系统按设定流程安全运行。
由于勘探开发条件和勘探史的巨大差异，按2017年的数据全国及主要盆地／地区（经济）可采储量及未开发率可分为三种。
（4）捕获：在回收作业时，将路面上的锥筒固定至转运装置上的动作；
（二）关键技术及实现
1.基于灵巧机械臂的锥筒转运技术
机械臂主要用于完成布设和回收过程中的锥筒转运任务，采用3-R串联机械臂设计方案，如图7所示，在机械臂的基础上，耦合两个平行四连杆机构。主被动关节耦合设计方案使得主动关节运动过程中，机械夹爪姿态始终朝下，方便抓取锥筒，并基于有限车载空间合理设计结构尺寸，满足锥筒布设和回收的工作空间需求。
2.锥筒直立式定位回收技术
现有的锥筒回收技术多采用先打倒锥筒再翻转直立定位的方式，增加了回收过程的复杂性，降低了工作效率和回收成功率。本文采用直立式定位回收技术，直接定位回收直立锥筒。该技术包含直立抓取和直立抱夹定位。
为提高锥筒转运过程中抓取的可靠性和稳定性，设计了一种可以抓取直立锥筒顶部的机械夹爪，如图8（a）所示。在电机的驱动下控制爪片开合实现夹紧或投放锥筒。
如图8（b）所示，抱夹装置的夹片可直接抱夹直立锥筒并抬升，实现锥筒回收定位，配合机械臂的抓取转运，实现了锥筒的直立式定位回收。
（三）布设与回收试验
基于新技术研制的装备采用皮卡车作为运载平台，如图9、图10所示，分别对其自动投放功能和自动回收功能进行了路面验证。表2为技术参数。
1.3.3 母婴结局观察指标 该院通过对两组患者母婴不良结局进行对比研究，包括胎儿早产、胎儿窘迫、晚期流产、巨大儿、羊水过多、妊娠期高血压疾病、胎儿畸形、死胎等。
（四）交通事故处置现场应用分析
按照《道路交通事故现场安全防护规范》（GA/T 1044.1-2012）的相关要求，本着先防护后勘查的原则，首先应在事故现场构建防护区，如图11所示。利用本文介绍的锥筒自动布设回收装备，可实现警戒区的自动化快速布设和撤除。
目前，独立学院法学专业基本上选用与普通高校法学专业相同的本科系列教材。这些教材大多是普通高校法学本科专业的规划教材、统编教材，知识体系完整、系统，“内容过于理论化，缺乏案例分析，缺乏法律职业技能训练内容”［2］30，对独立学院法学专业的学生来说难度可想而知。
布设警戒区时，按照图11中警戒区上游（①区）、中游（②区）、下游（③区）的顺序进行锥筒布设。上游区设置时，不需要更改行车路线，通过驾驶室触控屏调整锥筒布设点，即可完成斜封事故车道；中游区设置时，车辆直行，快速完成布设；下游区设置时，与上游区设置类似，不需大范围更改行车路线，通过触控屏设置布设点即可完成斜封车道。整个实施过程中操作人员无需下车，且可单警完成。
撤除警戒区时，按照图11中警戒区下游（③区）、中游（②区）、上游（①区）的顺序进行锥筒回收，采用倒车回收的方式。回收下游区锥筒时，不需大范围更改行车路线，通过触控屏调整回收装置横向位置，可抱夹定位斜线排列的锥筒，并完成回收；回收中游区锥筒时，直线倒车回收即可；回收上游区锥筒时，与下游区锥筒回收类似。整个回收过程，车辆处于警戒区内，且可通过回收模块上的监控装置观察车后状况，确保了回收过程的安全性。
（五）功能特点
锥筒布设工作模式动作解析，如图4所示。布设时，机械臂移动至锥筒存储位置，抓取锥筒，然后将锥筒转运至预先设置的投放点，松开夹爪，将锥筒放置于路面。
（2）灵活性高：装备基于小型车载平台，运载平台通用性强，适配多种车型；3-R机械臂工作空间大，可灵活设置布设点位。
（3）安全性高：装备具备锥筒和工作电流实时动态监测，出现异常立即断电保护。
（4）实战性强：装备设计思路主要针对交通警察执勤执法及事故处置现场需求，为基层民警特别是高速交警，提供一种高效、快速、安全、灵活的防护区设置解决方案。
三、锥筒自动布设回收技术发展趋势分析
（一）基于TRIZ理论的国内锥筒自动布设回收技术成熟度预测
前苏联专家Altshuller对世界专利数据库中的250多万件专利进行汇总分析的基础上提出TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）理论[7]，并得出可以用来描述产品技术系统进化规律的“S”曲线，如图12所示。
通过对中国专利数据库的检索，查询到与锥筒自动布设回收技术相关的专利从2009年开始，共90项。专利的申请数量与专利等级划分如表3所示。将专利数量、专利等级拟合的“S”曲线（图13）与TRIZ理论中的标准“S”曲线进行对比，可以得出：锥筒自动布设回收技术已经度过了婴儿期，即将进入成长期，如图12方框位置。
根据TRIZ理论，成长期阶段的研发策略应为：将新技术、新产品市场化，并对其持续改进，以该技术为核心，不断推出性能更好的产品，努力使其主要性能参数达到最优。
（二）锥筒自动收放技术发展趋势分析
结合锥筒自动布设装备存在的问题及研究前沿，锥筒自动布设技术发展趋势表现出三种特征，如表4所示。
2.1 稻瘟病田间抗性鉴定结果 由表2可知，在46 份品种中，苏2473表现为抗病(R)；苏4081、苏4088、苏5069、苏5234等 11个材料表现为中抗(MR)；苏2479、苏2483、苏5073、苏5079等21个材料表现为中感(MS)；苏2766、苏5126、苏5127、苏5283、苏5286等 13 个品种表现为感病(S)；未有材料表现为高感(HS)。
四、结语
中华人民共和国公安部第146号令要求“交通警察到达事故现场后，应当立即按照事故现场安全防护有关标准和规范的要求划定警戒区域，在安全距离位置放置发光或者反光锥筒和警告标志”。部令充分体现了对基层民警生命安全的高度重视，安全措施的落实不仅需要安全意识的提高，更需要技术装备的保障。面向事故现场交警快速处置需求，本文提出了一种新型锥筒自动布设回收装备，实战应用表明具有自动化程度高、操作简单、快速灵活、维护方便、安全性高等特点，可有效提高现场处置效率、减轻工作负担，为强化基层安全防护实战水平、保障现场民警生命安全提供技术支撑。
对硅基进行刻蚀时采用硅与SiO2的高选择气体SF6作为反应气体,进行干法刻蚀,其选择性大于1∶100。反应中通过改变物理参数与化学参数控制刻蚀深度与精度;同时调整刻蚀功率缓解刻蚀中产生应力对SiO2边缘平整度的影响。制备出楔形谐振腔最大直径8 mm。
专家点评
在温度 T1=45℃，T2=40℃，V 溶剂=200 mL，n（乙酸钠）∶n（对硝基苯甲腈）=1∶1，t=4 h的情况下，研究了甲醇钠与对硝基苯甲腈物质的量比对收率的影响，结果如表1所示。
龚标
公安部交通管理科学研究所交通事故鉴定领域首席研究员，公安部一次死亡10人以上重特大交通事故调查组专家。
如何快速安全地构建符合标准要求的道路交通事故现场防护区域，预防次生事故发生，一直是困扰基层公安交通管理部门的难点。基于灵巧机械臂的锥筒自动布设回收装备，以警用皮卡为平台自动完成锥筒布设与回收，有效解决了人工实施现场防护工作量大、效率低、安全风险高等问题，装备具有运行轨迹灵活调整、一键操控的功能，满足不同道路的实际需求。锥筒自动布设回收装备来源于基层，应用于实战，在保障交警工作安全性的同时有效提升了现场快速处置能力。
未来，随着相关技术的不断发展和执勤执法安全防护理念在基层不断深化，锥筒自动布设回收装备作为落实安全防护措施的一把利器，将广泛应用于交通事故现场、突发事件应急处置现场以及路面执勤执法现场，为快速构建现场安全防护区域提供保障，对于提升公安机关交通管理部门执勤执法安全防护水平和突发事件应急处置水平，强化执法能力具有十分重要的意义。
参考文献
[1]董伟光等.安全防护技术在道路交通事故现场中的应用分析[J].道路交通科学技术,2017(03).
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[4]Michael,Cornelis,John.Development of a Prototype Automated Cone Machine and a High Capacity Storage System[R],1999.
[5]Highway Care Ltd.ACM Cone Runner[J].Highway Care,2010(02).
[6]张秀维.交通锥自动收放系统的设计与研究[D].南京理工大学,2013.
[7]丁俊武等.创新问题解决理论——TRIZ研究综述[J].科学学与科学技术管理,2005(11).
*基金项目： “十二五”国家科技支撑计划项目（编号：2014BAG01B05-JY01）
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