CN100481151C - 一种高速公路智能安全监测预警系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高速公路智能安全监测预警系统，包括初始化输入模块、行车扫描模块、扫描回馈模块、微控制器模块和预警提示模块，通过在初始化输入模块中输入安全车距与安全车速的初始化输入值；利用行车扫描模块获取高速公路的扫描信号；由扫描回馈模块对扫描信号读取；将初始化输入值和扫描信号输入微控制器模块，微控制器模块根据上述初始化输入值对该回馈信号进行判断，并将判断结果的触发信号发送给预警提示模块；预警提示模块将相应的预警提示灯点亮，以达到警示驾驶人员的目的。本发明的系统，在雾天、雨天等恶劣天气，能见度低，及上下坡拐弯时可以有效减少交通事故的发生。

Description

一种高速公路智能安全监测预警系统及监测方法

技术领域

本发明属于交通安全监测控制技术领域，具体涉及一种高速公路上适用的智能安全监测预警系统，本发明还涉及该系统的监测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，高速公路已经得到普遍应用，但是随之而来的交通安全问题不断出现，由于大雾、雨雪、夜间等能见度恶劣的情况下，与前方障碍物碰撞和汽车尾追相撞事故时有发生，已成为高速公路交通安全的第一杀手，给人民生命和财产造成巨大损失。为了解决这一问题近年来出现了不少防止车辆尾追、碰撞的安全技术。

如专利申请文本《高速公路安全行车系统方案》(申请号为200410064985.0，公开号CN1588479，公开日2005年3月2日)中公开的技术需要在进入高速公路的汽车上加装识别和显示终端，司机在高速行驶的状况下频繁观察显示设备以获取信息本身就很不安全；而且对所有车辆进行改装也不现实，如果有一辆车没有改装就使得该车系统存在盲点，而且该方法基于无线电传播，没有考虑到公路转弯及逆向行驶的车辆等情况。

专利申请文本《高速公路安全行车预警方法及高速公路安全行车预警信号线》(申请号200510073685.3，公开号CN1725267，公开日2006年1月25日)的技术特点是，车辆顺序触发预警信号线，车位后始终有固定数目的预警信号显示器件被触发，形成长度为最小安全距离、且随行进车辆以相同速度移动的预警信号指示带。但该方法未引入智能化、自动化的控制技术，所考虑的情况不够充分。如若干辆车停在紧急停车带上检修时，这些车造成的安全隐患很小，但该装置会导致公路上很长一段“警示”信号器被触发；从而使真正存在隐患、以很大相对速度在高速路行驶的车辆无法获得警示信号。而且该技术没有可靠的方法确定“最小安全距离”，无法适应全天候的工作要求。

专利《高速公路安全警示警报装置》(专利号03233242.4，公开号CN2616962，公开日2004年5月19日)的技术特点是：设公路一段距离为一警示段，在每个警示段内设有警示电源线、警示灯及其电源开关，每个警示灯和电源开关与警示电源线连接，当汽车发生事故抛锚时起作用，这些开关需要人来操作，无疑增加了危险性，如果发生事故，当事者不一定有能力扳动电源开关，而且该方法不能实现征程行驶车辆的预警。

北京一科技公司开发的一套已在山东某高速公路投入使用的一系统实现了高速公路在线计算机控制，每车道隔几公里设置一雷达对车辆进行监测，但这样成本很高，只能在雷达区域很小的范围内有效而在其他的区域就无法对公路的交通状况进行判断，对系统的使用带来极大的不便。

发明内容

为了解决上述安全检测技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高速公路智能安全监测预警系统，防止在夜间、下雨、大雾等能见度低与拐弯情况下撞上障碍物及追尾相撞等事故的发生。

本发明的另一目的在于提供一种高速公路智能安全监测预警方法。

本发明所采用的技术方案是，高速公路智能安全监测预警系统，该系统包括

a 初始化输入模块，用于根据所在路段的天气状况与路况存入本路段的安全车距与安全车速的初始化输入值；

b 行车扫描模块，用于根据不同的路况与天气对高速公路进行扫描；

c 扫描回馈模块，用于完成对扫描信号的读取，并将该扫描信号输入微控制器模块；

d 微控制器模块，与所述初始化输入模块、行车扫描模块和扫描回馈模块相连接，用于接收所述初始化输入模块输入的初始化输入值、向所述行车扫描模块发送扫描信号、读取所述扫描回馈模块的扫描回馈信号，根据初始化输入模块输入的初始化输入值对该回馈信号进行处理判断，并将结果转化为触发信号发送给预警提示模块；

e 预警提示模块，用于接收所述微控制器模块的触发信号，并将相应的预警提示灯点亮。

本发明所采用的另一技术方案是，高速公路智能安全监测预警方法，该方法通过由初始化输入模块、行车扫描模块、扫描回馈模块、微控制器模块和预警提示模块组成的系统实现安全监测预警功能，包括下述步骤：

根据所在路段的天气状况与路况确定本路段的安全车距与安全车速的初始化输入值，并将其存入初始化输入模块；

根据不同的路况与天气利用行车扫描模块对高速公路进行扫描，获取扫描信号；

并由扫描回馈模块完成对扫描信号的读取；

将初始化输入模块存入的初始化输入值和扫描回馈模块获取的扫描信号输入微控制器模块，微控制器模块根据上述初始化输入值对该回馈信号进行判断，并将判断结果的触发信号发送给预警提示模块；

根据接收到的触发信号，预警提示模块将相应的预警提示灯点亮。

本发明是基于智能控制和自动化控制技术的高速公路智能安全检测预警系统，可随时向正在高速公路上驾驶的司机提示注意前方一定距离内是否有车辆或其它障碍物、车辆的所在的车道、在同一车道上前方车辆的行驶速度等。实现智能化，自动控制程度及可靠性均优于现有技术，而且在成本上远比以上述各种方案低，维护与使用均比以上技术方便。

附图说明

图1是本发明系统的结构框图；

图2是本发明行车扫描模块原理示意图；

图3是本发明扫描回馈模块原理示意图；

图4是本发明预警提示模块原理示意图；

图5是线路故障判断原理示意图；

图6是应用本发明对高速公路车辆测速解析示意图；

图7是应用本发明判断车辆位于所属车道的示意图；

图8是应用本发明判断两车车距的示意图；

图9是应用本发明判断两车在不同车道时是否报警的示意图；

图10是综合应用时的情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的智能安全监测预警系统包括五个模块：初始化输入模块、微控制器CPU模块、行车扫描模块、扫描回馈模块和预警提示模块。本系统先由使用者根据所在路段的天气状况与路况通过初始化输入模块向微控制器模块输入本次初始化预警范围；微控制器模块主要完成向行车扫描模块发送扫描信号、读取扫描回馈信号并快速正确完成各种运算与判断并向预警提示模块发送触发信号，以及时向驾驶人员发出警示信号。

初始化输入模块可采用按钮，拨码开关等来执行完成，考虑到拨码开关具有较强的抗抖动抗干搅能力，在此优先考虑使用。

行车扫描模块可由红外光电发射管来实现其功能。图2所示的是行车扫描模块原理示意图。每一段路况基本相类似的路段的红外发射模块由一个光耦隔离触发装置来集中控制。因为每一情况相近的路段的红外光电发射模块可令其以相同的方式工作。计算机通过串口(RS232接口)将串行的数据发送出来后，通过串并转换电路，通过地址译码电路选通光耦隔离触发装置从而使红外发射管工作。因为发射模块基本都处在不停的工作状态中，一般没有必要对其的工作状态进行更改，分段集中控制可以减少成本，在有必要对发射模块进行调整时也能满足要求，实现灵活操作。

扫描回馈模块可由红外光电接收管实现其功能，主要完成对扫描信号的读取，以向微控制器提供其所要处理的数据，这些数据反应了目前公路上的行车信息，计算机通过对回馈信号处理，以判断是否当前路段是否有车违章行驶而做其它处理。图3显示的是扫描回馈模块原理示意图，由于红外接收模块的回馈电压与计算机的接口电压不匹配，在对回馈信号进行处理前，本发明先通过一个电平调理模块对回馈信号的电压进行调整，然后对回馈信号进行编址。本发明采用这样的编址方式：采用多级锁存器把各调理后的回馈信号通过RS485读回，供计算机处理。通过对不同锁存器的选择可以扩展足够的回馈信号接口，从而对每一个红外接收管进行编址。故计算机可以实时判断每个位置的红外接收管的状态。当某个路段出现事故时可以马上通知交管人员赶往现场对事故进行处理。

预警提示模块主要由能发射强穿透力、发光颜色鲜艳的发光灯管组成，用于向驾驶人员提示其目前所处的状况：是否自身在超速行驶、身后是否有车进入安全距离内，其后是否有车超速等。如图4所示的预警提示模块原理图，当计算机收到红外接收模块的回馈信号后，经过判断，如发现有车辆违章行驶，则马上通过地址选择信号线以一定频率触发违章车辆前一定距离的光耦隔离预警信号点亮电路，根据车辆的违章情节以不同的频率点亮警示灯，以提醒驾驶人员注意安全行车。通过光耦隔离预警信号点亮电路来点亮警示灯可以使控制电路与主电路从电气上隔离，提高系统的安全性和可操作性。

微控制器可采用计算机来完成，也可以采用一些价格较低的微控制器来完成，如单片机、嵌入式系统、FPGA或CPLD来完成。微控制器主要负责向红外光电扫描发送触发命令，使行车扫描模块根据不同的路况与天气对高速公路进行扫描。同时，微控制器还负责读回扫描回馈模块的回馈信号，并对回馈信号进行判断，如有车辆驶过，则微控制器可通过对回馈信号的状态的计算来判断有行车的状况。

在本发明中还可以实现智能的管理，如图5所示的线路故障判断原理图，每一个警示灯的回路与扫描回馈模块都引出一根信号输入判断比较单元，如判断比较单元能在预定的一段时间内能收到警示灯点亮后的状态信号，且也能收到扫描回馈模块被挡信号的状态信号，那么就对比较断单元进行充电，若在放电完毕前还不能收到上述两位状态信号，那么将通过中断反馈到计算机，计算机通过扫描回馈模块的地址查到故障地点，以提醒管理人员前往更换警示灯，以免造成不必要的损失。放电完毕前能收到信号，就对比较判断电路重新充电，不做中断提示。

本发明的系统工作时，初始化输入模块用于管理人员根据对当前路况或天气状况而向微控制器模块输入各处路段的安全车距与安全车速。在本系统中，可以直接采用计算机的键盘来完成，这样使计算机即为初始化输入模块又作为微控制器，提高了系统的灵活性，降低了系统的成本。计算机接收到初始化输入模块的输入量后就按照设计的程序对输入进入处理，对系统进行初始化。初始化完毕后计算机开始向行车扫描模块发出扫描命令，使行车扫描模块工作，同时，计算机通过对扫描回馈模块的地址进行高速的循环选通，以读入扫描回馈模块的扫描结果，并根据初始化输入模块的输入值对该扫描结果进行相应的处理，以判别当前扫描回馈模块地址处是否有超速行车或车距太近等情况，如处理结果表明有车违章行驶，则计算机通过对红外接收模块地址译码触发点亮违章车辆前一定距离处的预警提示灯，并按违章情节的轻重程度以不同频率闪烁，使驾驶人员意识到其已违章，应做相应的调整。应用本发明对车辆进行测速的应用实例1

在公路每侧的两旁，每隔一定的距离排列一对红外光电发射接收管。如图6所示，通过两对正对的红外光电发射接收管对车辆的速度进行测量，看其是否超速了。发射管以一定的频率向对面的接收管发射信号，当对面的接收管能收到信号时，则说明此管对应的范围内没有车辆经过。如此管一直都能接收到信号，则计算机不对任何数据进行处理，等待下一辆车的经过。当有车经过时，由于车辆的阻挡，则接收管接收不到由对面发来的红外信号，此时计算机通过扫描回馈模块读回此状态，当第一个光电接收管刚开始不能收到信号时，计算机立刻记下此时为T0，当第二个光电接收管刚开始不能收到信号时，计算机立刻记下此时为T1。然后用公式S/(T1—T0)便可得到当前车速，并将所得的值与根据当前天气状况与路况所预设的值相比较，如大于预设值，则认为此车超速，其前方的警示灯便开始闪烁，并根据其超过预设值的多少，而令警示信号灯闪烁的频率依此而变化，超速越多，灯的闪烁频率越快，从而达到提示驾驶人员其已超速，应注意控制行车速度。应用本发明对车辆位于哪一车道进行判断的实例2

以公路每侧三车道为例，在公路每侧的两旁与公路边沿互成一角度摆放两对功率稍强的红外光电发射接收器，这两对发射接收模块对称于公路的两旁，通过对两侧的光电接收器接收到的时间差可以判断车辆所在的车道。如时间差与速度的比值在一定的数值内则可认为此车位于中间车道，若左边的模块接收不到的时间比右过的早一定的时间，则认为此车位于左边车道，否则认为该车位于右边车道。如图7所示，当车辆在如图所示的位置时，接收器1先在T0时刻接收不到信号，接收器2在T1时刻开始接收不到信号，假如T1-T0大于某一个值时，说明此车正在左边的车道上行驶，如果T1-T0的值在某一个范围内，则说明车在中间的车道上行驶。同理，如果是接收器2先开始接收不到信号，且时间在一定的时间后，接收器1才开始接收不到信号，则说明车辆正在右边的车道上行驶。

应用本发明进行两车车距判断的实例3

如图8所示，当第一辆车经过第一对红外发送接收器时，挡住的第一刻立刻记下此时的时间T0，若经过一定的时间内仍没有第二辆车经过这对红外发送接收器，那么系统复位不再记时，此后第二辆车经过这对红外发送接收器时，再记时为T0，第三辆车经过此对管时，记下此时为T1，若T1-T0小于某一个值，那么，则认为这两车的距离太短，容易发生追尾事故。于是计算机程序指令点亮此两辆车前20米处的警示灯并令其闪烁1秒后熄灭，并在此后1秒内顺序点亮后5盏灯也闪烁1秒后熄灭，用于分别提示第三辆车的司机其前方的警示距离内有车，应注意保持车距，提示第二辆车的司机其后方有车进入其警示距离，应注意观察前后的车辆的行驶，集中精力做好加速或减速的准备。

若公路的转弯处也是交通事故的高发路段，本发明也考虑到了这一点，在转弯处本系统将按一个较低的可见度进行处理。同时，在这些地方对车道的判断显得更为重要。故在拐弯路段，互成角度的光电模块的布置应更密。两车在不同车道时，其间距离即使在警示范围内不会报警的实例4。

如图9所示，经过车道判断、车距判断后，如距离在安全距离内，但两车的不处于同一车道内，那么本系统将不会对警示装置进行触发。从实际情况出发，这一种情况是允许出现的，因为合法的超车属于这种情况，但如果超车时超速，那么处理方法与应用实例1所述一致。

本系统在实际应用时是将以上的四种功能结合，所有功能可以用相同的红外光电发射接收器来完成。如图10所示，在对接收器进行编址时，可以采用多及锁存器把各整形后的回馈信号通过RS485读回，供计算机处理，通过对不同锁存器的选择可以扩展足够的回馈信号接口，从而对每一个红外接收管进行编址。故计算机可以判断到每个红外接收管的位置，当某个路段出现事故时可以马上通知交管人员赶往现场对事故进行处理。

由于红外光电发送器所发出的红外线具有一定的发散性，故在处理里必须要用一个黑筒将其罩住，以免影响到其它的接收模块的正确接收。再则，由于一般的高速公路长度较长，对计算机而言，沿途所设发射模块可以分段统一编址，统一控制其发送频率与功率。而对接收模块而言，为了实现对每段路实时监控，必须对每个接收模块独立进行分配地址，这样可以唯一确定具体是哪一段路出现故障，以便通知交管人员进行处理。如其中某段路出现事故，则得马上通知将要进入此路段的车辆改道，以免造成更大的不便。

如在高速公路上装上本发明的系统，在雾天，雨天等恶劣天气，能见度低的状况下，及在车辆上下坡拐弯时可以有效减少交通事故的发生，如有事故发生，也能立即在计算机上显示具体是哪一段路出现事故，以便交警们展开抢救工作，及早在高速公路的入口控制车辆的进入，极大程度地提高公路管理部门的工作效率。

Claims (2)

1.一种高速公路智能安全监测预警系统，其特征在于，该系统包括

a 初始化输入模块，用于根据所在路段的天气状况与路况存入本路段的安全车距与安全车速的初始化输入值；

b 行车扫描模块，用于根据不同的路况与天气对高速公路进行扫描；

c 扫描回馈模块，用于完成对扫描信号的读取，并将该扫描信号输入微控制器模块；

d 微控制器模块，与所述初始化输入模块、行车扫描模块和扫描回馈模块相连接，用于接收所述初始化输入模块输入的初始化输入值、向所述行车扫描模块发送扫描信号、读取所述扫描回馈模块的扫描回馈信号，根据所述初始化输入模块输入的初始化输入值对该回馈信号进行处理判断，并将结果转化为触发信号发送给预警提示模块；

e 预警提示模块，用于接收所述微控制器模块的触发信号，并将相应的预警提示灯点亮。

2.一种高速公路智能安全监测预警方法，该方法通过由初始化输入模块、行车扫描模块、扫描回馈模块、微控制器模块和预警提示模块组成的系统实现安全监测预警功能，其特征在于，该方法包括下述步骤：

根据所在路段的天气状况与路况确定本路段的安全车距与安全车速的初始化输入值，并将其存入初始化输入模块；

根据不同的路况与天气利用行车扫描模块对高速公路进行扫描，获取扫描信号；

并由扫描回馈模块完成对扫描信号的读取；

将初始化输入模块存入的初始化输入值和扫描回馈模块获取的扫描信号输入微控制器模块，微控制器模块根据上述初始化输入值对该回馈信号进行判断，并将判断结果转化为触发信号发送给预警提示模块；

根据接收到的触发信号，预警提示模块将相应的预警提示灯点亮。

Images