CN101986140A - 一种道路交通能见度差值获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道路交通能见度差值获取方法。本发明通过设置的能见度探测器，以相邻两个能见度探测器组成一个检测区段，在检测区段内通过算法计算出该检测区段的在某一时刻的能见度差值，该能见度差值可作为一个重要参数，为地面交通低能见度预警系统预警方法和具体实施提供实时动态的基础数据支撑，以此提高了车辆的行驶安全。

Description

一种道路交通能见度差值获取方法

技术领域

本发明涉及一种道路交通能见度差值获取方法, 主要用于地面交通低能见度预警和安全通行保障系统。

背景技术

能见度数值的变化将直接影响到道路交通中的安全预视距离（安全预视距离是指：安全驾驶车辆所必需获得的满足安全驾驶所需要的有效可视距离），进而会影响道路交通的安全。在现有对低能见度的描述中，大部分是针对雨雾等自然气象变化，而实际在道路交通领域导致能见度降低的因素则远不止雨雾，例如季节性的烧荒、风沙扬尘、工业污染等等因素都会导致局部的能见度下降，这些因素与雨雾共同构成的低能见度直接影响到道路交通的安全。现有的能见度探测设备，尤其是应用于道路交通中的能见度探测设备基本上是以探测雾为主，很少有根据道路交通实际需要且全方位兼顾的能见度探测设备投入实际应用。

低能见度会影响道路交通安全已经是一个公认的事实，但是并非低能见度就必然会导致道路交通事故；例如道路交通在有雾的状态下，同样的能见度数值下，有些则会发生事故或连续追尾事故，而有些则连小事故也不会发生。这不是偶然的，而是形成低能见度的物理形态、特性的差异及组成方式差异导致了低能见度环境危险程度的差异。

目前，国内及国际上目前还没有发现对低能见度的物理差异导致交通事故的深入研究文献或资料，也没有发现除能见度数值区分以外对低能见度危险程度分级或依据低能见度的危险程度研制对应的检测设备和相关的防雾减灾技术装备。

本申请人收集了距今十年内全球发生的由于低能见度所导致的一次事故、二次及以上事故的部分案例进行分析与归纳，在分析和归类后发现，在驾驶员视角观察的层面突然能见度降低是导致一次事故的重要原因之一，而二次及以上事故的主要原因几乎大部分都是由于后续车辆安全预视距离不足或快速失去其预期可获得的安全预视距离所致。

形成快速失去其预期可获得的安全预视距离的原因通常是突然能见度降低所致，例如在雾区环境下，原因大致有：团雾、进入雾区或在雾区内行车车速过快、进入雾区时与前车距离过近；在上述诱因中，可以归纳出其本质是基于车辆驾驶人员的视角观察前方道路综合信息的能见度数值快速降低。

尽管低能见度状态的形成机制有多种，但是在低能见度区域与正常能见度区域之间通常会有边界，低能见度区域内部各点之间的能见度数值也是不均衡的，从正常能见度区域进入低能见度区域后，其能见度数值会随着进入低能见度区域的深度而变化，但是这种变化不是线性的，并且具有随机性。目前尚无法对一个雾区的中心点进行测定或评判，并且评估一个雾区的中心是以能见度（浓度）数值为依据还是以物理中心为依据也没有明确的定论，目前对能见度的测报是以静态实测为依据的，并且以实测点数值为测报依据；由于雾是动态的，并且其边界、中心点、涉及范围以目前的技术还无法准确测报，这就直接导致了误报或漏报。

目前国际上通用的能见度预报及评估方式都是静态的，也就是在检测点获得的能见度数值，事实上雾或导致能见度变化的物理集合几乎都是动态的，导致能见度降低的原因通常是一种或多种物质聚集或组合并动态变化的悬浮物集合。在一个低能见度区域内的能见度数值不会是一个均值，其能见度数值会随各种物理条件变化而变化，在道路交通中使用静态能见度数值相对于安全驾驶车辆所必需的足够的安全预视距离而言，其数值对道路交通安全的预警作用不是很明显，因为车辆是在动态行驶，使用一种不具备针对性和实效的能见度评估方式去定义或研制道路交通用防雾设备不符合要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述缺点，而提供一种道路交通能见度差值获取方法。获取到的能见度差值作为一个重要参数，用于道路交通低能见度预警系统，为道路交通低能见度预警系统的预警方法的实施提供支持。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种道路交通能见度差值获取方法，其特征在于：

a、沿道路车辆行驶方向依次设置多个能见度探测器，各个能见度探测器均可以与前向及后向的能见度探测器实现实时检测数据的传输；每两个相邻的能见度探测器组成一个最基本的检测区段，多个相连的基本检测区段组成一个检测阵列；

b、第N号能见度探测器检测出的能见度数值设为D_N，第N+1号能见度探测器检测出的能见度数值设为D_N+1；在第N号能见度探测器与第N+1号能见度探测器组成的检测区段内，D_N和D_N+1进行比对时必须基于相同的时间，相同的时间是指参与比对的D_N和D_N+1必须是相同时间或允许时间误差内采集的数据；

c、第N号能见度探测器将D_N传输给第N+1号能见度探测器，在第N+1号能见度探测器中处理如下过程：比对第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段的能见度差，该能见度差设为C，该检测区段的C= D_N－D_N+1；

或者；

第N号能见度探测器及第N+1号能见度探测器均将相同或允许误差时间内采集的能见度数值都传输给上位控制系统，在上位控制系统中处理过程如下：比对第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段的能见度差，该能见度差设为C，该检测区段的C= D_N－D_N+1。

本发明每个能见度探测器在整个检测阵列内均具有唯一的识别标识。

本发明每个能见度探测器在实际安装时均具有其安装点的物理地址识别码或者坐标参数。

本发明一个检测区段或者一个检测阵列中能见度探测器均必须使用相同的时钟源作为同步源，并以此作为数据采集和数据比对的同步依据。

本发明当检测区段或检测阵列内的能见度没有差值或差值在允许值之内时，可依据检测区段或者检测阵列内任意一个能见度实测数据作为被检区段的道路安全通行基础数据。

本发明计算了一检测区段内两个能见度探测器的能见度差值，该能见度差值可作为一个重要参数，为地面交通低能见度预警系统预警方法和具体实施提供实时动态的基础数据支撑，以此提高了车辆的行驶安全。

附图说明

图1为能见度探测器安装排列方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，沿道路车辆行驶方向依次安装多个能见度探测器，且呈现链式排列方式，各个能见度探测器能够实现能见度数值的实时探测。每个能见度探测器均内置有数据链路，可以与前向位置安装及后向位置安装的能见度探测器实现数据链路连接，或至少与其中一个方向的能见度探测器实现数据连接。每个能见度探测器通过数据链路在前向或后向能见度探测器之间基于相同时间取得的检测数据进行实时的能见度数值比对。比对可顺序进行也可跨越或跳跃进行。所有的能见度检测器具有相同的时钟，即相同的时间轴。相同的时钟获取可基于本地时间源也可基于外置的时间源。相邻两个能见度探测器组成一个检测区段，需要说明的是，本发明中所述的相邻两个能见度探测器，并不是指物理位置上的相邻，而是指定意义上的相邻，即，共有W个能见度探测器，编号分别为一号、二号、三号……W号，实施者可以指定两个能见度探测器作为相邻，比如指定一号和三号是相邻的，这两个能见度探测器组成一个检测区段；三号和五号是相邻的，这两个能见度探测器组成一个检测区段；五号和七号是相邻的，这两个能见度探测器组成一个检测区段；即在编号上相隔一个编号的能见度探测器作为相邻。当然，也可指定在编号上相隔两个或者多个编号的能见度探测器作为相邻，具体相隔几个编号的能见度探测器作为相邻，要看具体实施的环境及实施要求，例如用于短距离测报时，物理上相邻的能见度探测器之间组态，当需要中长距离的动态能见度数值时，可跨越组态；在实践中，也可同时进行短距离和长距离同时组合组态，也就是既进行短距离组态测报也同时将中、长距离的数值进行组态测报。 

为了获得连续的能见度差值，必须连续安装能见度探测器至检测阵列结束，在连续的能见度探测区段内获得的连续的能见度差值所转换的面向具体应用的能见度数据才具有指导意义。二个或以上不连续的能见度探测点的能见度数值无法转换成具有实际应用价值的能见度差值，不连续是指二个能见度探测器的检测数值与途径该区段的车辆安全预视距离没有相关性，例如能见度探测器设置间距大于正常能见度时的目视距离最大值或未安装在道路沿线的能见度探测器或没有相同时间轴的能见度探测器。安全预视距离是指车辆驾驶人员为安全驾驶所必需获得的足够的安全预视距离，其基本定义是安全预视距离需≥车辆驾驶人员反应时间内车辆所经过的距离+车辆制动至停止所需要的距离。

每一个能见度探测器均具有精确的坐标或物理位置，坐标可基于内置的坐标源或在安装时一次性输入固化。

能见度样本获取密度（能见度探测器安装间隔）取决于应用需求，但是安装间隔原则上不应超过正常能见度下的最大目视距离。以下是一些专业应用的配置建议：

如果需要获得的动态能见度数值是为了满足当前速度下的安全预视距离，则检测样本间隔距离应≤以本路段设计时速行驶时紧急制动公允的所需平均距离的一半。该配置可提供对“团雾”的检测及预警能力，并避免封道。

如果需要获得的动态能见度数值是为了给车辆提供前方区域的安全驾驶最高限速则可以使用≤封道所需能见度数值的间隔距离。在该配置下可提供稳妥型的安全策略，使管理方缩短重点管理区域。

能见度探测器为现有技术，主要有前、后向激光能见度探测器、透射能见度探测器等。本实施例中在道路起点单侧护栏外沿间隔50米配置杭州博达伟业公共安全工程有限公司专门为道路交通设计和生产的VCJ型道路交通专用多功能能见度探测器。该能见度探测器使用透射衰减方式检测能见度数值，具有前向及侧向二个检测视窗，可组成前向连续监测阵列（链式检测阵列），它是一种专门为地面交通应用环境设计的廉价短距离透射式能见度探测装置，透射最大距离150米，能见度检测范围15～1500米，精度误差±8%，取样间隔从100毫秒～10000毫秒可选，检测时间同步误差小于10毫秒。本实施例中不配置侧向检测的副检测射源（对穿道路的检测射源），仅配置与道路走向平行的检测射源。

在VCJ型道路交通专用多功能能见度探测器上配置双向数字无线通讯模块并通过数字无线通讯模块对现场安装的能见度探测器进行组网，前向、后向、侧向能见度探测器之间能够实现交互，整个能见度探测链具有数据传输能力，可在任意节点之间上传或下载数据，能够将任意一个能见度探测器上的数据传输到上位控制装置上，也可在任意一组或者一个能见度组合中对能见度数值进行分析。本实施例双向数字无线通讯模块使用TI的CC2500，使用2.4G传输波段，它可以与覆盖区内的同类模块自组网。每一个能见度探测器均已经设置了全网唯一的地址作为识别标志，该标识也可用于定位能见度探测器在物理上的位置；在每一个能见度探测器内嵌入的通讯模块上还有一个RS-232口作为直连端口，当需要时通过它可以与外场设备直连或经转换器与光端机连接。能见度探测器通过数字无线组网后能够实现前向、后向、侧向能见度探测器之间的数据交互，并使整个能见度探测链具有数据传输能力，可在任意节点之间上传或下载数据（含对无线覆盖区内的动态受众），能够将任意一个能见度探测器上的数据传输到上位控制装置上，也可在任意一组或者一个能见度组合中对能见度数值进行分析。

在3公里路段上总共需要配置60台VCJ型道路交通专用多功能能见度探测器组成一个检测阵列，这些能见度探测器全部安装在道路护栏外沿的立柱上，通过调整能见度探测器的主动探测射线角度与前向能见度探测器配对（任意一对物理上相邻的能见度探测器为一个探测组合）后向能见度探测器向前向的能见度探测器发射检测源射线，前向安装的能见度探测器接收并解码后分析接收到的检测源信号，根据解码和分析信号获得实时的信号衰减并换算出能见度数值；上述检测过程通过连续排列的能见度探测器连续进行，直至检测阵列结束。

在每一个能见度探测器内嵌入了一个卫星接收模块，本实施例使用杭州博达伟业公共安全工程有限公司生产的LGS型同步信号源，内置基于SIRF公司生产的卫星接收芯片，它能够提供误差不低于1毫秒的同步时间源，同时还提供了误差小于5米的坐标定位；该坐标及所包含的实时动态信息也可通过无线网络向动态受众播报，例如路过的车辆，并且也可直接与GIS系统组态并自动生成雾区态势图。

在本发明中，N为1～M-1之间的整数，M为被指定的能见度探测器的总数量。这样，就共有M-1个检测区段，即第1号能见度探测器与第2号能见度探测器组成的检测区段，第2号能见度探测器与第3号能见度探测器组成的检测区段，第3号能见度探测器与第4号能见度探测器组成的检测区段，第4号能见度探测器与第5号能见度探测器组成的检测区段……第M-1号能见度探测器与第M号能见度探测器组成的检测区段。

物理上相邻的第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器之间的相对位置是固定的；当第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器之间出现能见度数值差时，如果机动车从第N号能见度探测器驶往第N+1号能见度探测器，则驾驶人员位于第N号能见度探测器时其目视感觉是与第N号能见度探测器检测到的能见度数值基本一致的，在行驶至第N+1号能见度探测器过程中，其能见度变化是从D_N渐进到D_N+1，当到达第N+1号能见度探测器点时，其目视能见度数值与第N+1号能见度探测器一致。如果第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器之间的能见度数值差不变的情况下，从第N号能见度探测器前往第N+1号能见度探测器行进期间，从驾驶人员视角获得的能见度数值变化速率取决于机动车的行进速度，不同运动速度的车辆所获得的变化梯度是不一样的，基于驾驶人员视角的能见度变化也称为动态能见度。相对于静态能见度，动态能见度是一种基于静态能见度与动态受体之间相互关系的描述方法。本发明也是检测低能见度环境下视线断层及落差（也称团雾）的一种技术方法。在实际应用中连续排列的能见度探测装置可检测到连续的能见度数值，并基于连续的能见度数值换算出面向应用的各种动态能见度数值。动态能见度数值主要应用于道路交通预警系统中。在双向应用中，逆向测算可为逆向车道提供动态能见度。

以下数据的换算均基于同一时刻采集到的静态能见度数据作为换算基数。

第N号能见度探测器检测出的该点的能见度数值为D_N，第N+1号能见度探测器检测出的该点的能见度数值为D_N+1。同一检测区段两个能见度探测器检测到能见度后，通过以下两种方法进行处理：

第一种方法：第N号能见度探测器将D_N传输给第N+1号能见度探测器，在第N+1号能见度探测器中处理如下过程：计算上述时间第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段的能见度差，该能见度差设为C，该检测区段的C= D_N－D_N+1。

或者采用第二种方法：第N号能见度探测器及第N+1号能见度探测器均将能见度数值都传输给上位控制系统，在上位控制系统中处理如下过程：计算上述时间第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段的能见度差，该能见度差设为C，该检测区段的C= D_N－D_N+1。上位控制系统可采用现有技术，安装于交通预警或管理系统中。

以上步骤完成后，即获得了第N号能见度探测器及第N+1号能见度探测器所在检测区段的在上述时间的能见度差。

能见度差作为一个重要参数，用于道路交通预警系统中，为道路交通预警系统的预警方法的实施提供支持，以此提高了车辆的行驶安全。

采用了实施例的预警方式的工作流程说明：

(1)检测区段能见度差计算：

已知D_N为480米， D_N+1为230米；公式：C= D_N－D_N+1,能见度差值C =480-230=250米。

(2)检测区段单位距离能见度变化计算：

已知安装点间隔50米， D_N为480米， D_N+1为230米；公式：（D_N－D_N+1）/L=R，即（480-230）/50=5，即第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段内距离每变化1米能见度数值变化5米，该数值将可用于预测前方能见度，并且可在各区段间衔接已取得短距离能动态能见度数值和中、长距离的动态能见度数值。其中短距离急变的动态能见度数值对道路交通安全的危害性最高。

(3)离开检测起点H米能见度数值变化测算：

设机动车已经离开第N号能见度探测器30米，则该点距第N号能见度探测器点能见度数值已经变化公式：RV=H×R，即30×5=150米。

(4)任意点位能见度数值计算：

如果需要估算实时能见度数值则可以将数据与起点相减或与终点相加即为实时的能见度数值：公式：X=D_N-RL，即480-5×30=330米，此为距第N号能见度探测器30米的实时能见度数值。

(5)低能见度区域安全通行速度预测：

预测前方安全速度：本公式是基于单位距离能见度变化判断当前能见度与当前车辆行驶速度是否匹配。本实施例主要是说明能见度数值与速度及距离之间的函数关系，为说明问题及简化计算，不考虑加速度问题，仅使用均速来计算，在实际应用中可以根据应用侧重修改算法。

公式：（D_N-RL）≥（J+F）×R。

本公式描述了基于单位距离能见度变化R获得的当前车速可确保行车安全。其中：（D_N-RL）描述了车辆所在地的实际能见度数值；公式（J+F）×R描述了基于R测算的车辆所在地再向前行进所需安全预视距离，当二组数值相比相等或大于“零”时，当前车速下具有足够的安全预视距离，如果相减后数值小于零则表示当前车速没有足够的安全预视距离，是不安全的。

上述公式中：

D_N=第N号能见度探测器实时能见度数值；

R=自第N号能见度探测器至第N+1号能见度探测器之间单位距离能见度变化的数值；

L=从第N号能见度探测器出发汽车行驶路程；

J=车辆驾驶人员反应时间内车辆所经过的距离，其中J=K×I，K=实时速度，取米/秒；I=总反应时间可取常数2.5秒；

F=车辆制动至停止所需要的距离，F为当前时速下紧急停车所需距离，简易取值可选择取整数表达，即将时速中的公里替换成米，例如以120公里时速行驶的机动车紧急停车距离约为120米；80公里时速行驶的机动车紧急停车距离约为80米，类推。

式中（J+F）×R描述当前速度下的安全预视必须的距离要求，该距离是随车辆实际位置前移的。其中R数值的取值范围需获取较大前方距离的检测数值，实际应用中将取下一个检测区段或者跳跃获取足够距离的检测数据，如果获得的检测数据不足以覆盖前移距离则该结论仅为当前动态能见度数值下的估测值。

需要特别说明的是：其中J、F均为估算值，在实际应用中与实际应用环境中的很多因素相关，例如轮胎与地面摩擦系数、地面的干燥程度、车辆载重、轮胎与地面的摩擦方式（滑动还是滚动）等等。本实施例公式仅提供一种基于动态能见度数值来评估道路交通中能够确保在各种能见度下均可安全行驶的一种参考方法。 

基于上述公式，可以获得在低能见度环境下当前安全行驶速度，也可以测报较大距离范围内的安全车速，基于本发明所提供的实时检测数值能够对高速公路全路段在低能见度环境下的安全通行提供技术保障，可将减少封道。同时，本发明可以实时发现具有危险性的“团雾”，在“团雾”形成危害前发现并精确测报和预警，它能够有效防范的低能见度环境下的一次事故发生。

当能见度没有差值时，各检测点之间任意一个检测点实测的能见度数值可代表整个检测阵列的能见度；当然，一个较大检测阵列能见度完全没有差值的情况很少见，在实践中，整个检测阵列能见度峰谷值相差小于10%均可作为没有能见度差值处理；检测区段能见度差值小于5%也可作为没有能见度差值处理。

以上方法基于一个确定的起点及终点来测算动态能见度数值，其结果比较精确，在连续排列的能见度检测器中，使用此方式可获得一个连续的，较高精度的能见度变化数值串或变化曲线，它可描述在检测区段内任意点位的能见度数值，并且可以基于本发明所采集的实时能见度数值换算成多种面向应用的动态数据。例如在实际应用中可根据实时的能见度数值动态驱动路面已经安装的预警装置。

在本发明中如何获取能见度数值的方法不限，其要求是在相同的时间轴上能够获得各检测点的能见度数值；由于取样点设置的不同，应用目标的差异将会导致动态能见度数值获取的方式产生差异。所以即使顺序排列的方式下，也可以采用跨越或跳跃方式获取静态能见度数值或者是在顺序取值的基础上在进行跨越取值并提供中短距离动态能见度数值。跨越取值或跳跃取值时的计算方法与顺序取值一样，只是将N点和N+1点的数值代入新的取样点数值即可。

所述的能见度差值是从车辆驾驶人员的视角判定实时动态能见度数值变化的一种方法，其动态能见度数值范围是随时间、距离和能见度差值之间的相互关系而变化的。

Claims (5)

1.一种道路交通能见度差值获取方法，其特征在于：

a、沿道路车辆行驶方向依次设置多个能见度探测器，各个能见度探测器均可以与前向及后向的能见度探测器实现实时检测数据的传输；每两个相邻的能见度探测器组成一个最基本的检测区段，多个相连的基本检测区段组成一个检测阵列；

b、第N号能见度探测器检测出的能见度数值设为D_N，第N+1号能见度探测器检测出的能见度数值设为D_N+1；在第N号能见度探测器与第N+1号能见度探测器组成的检测区段内，D_N和D_N+1进行比对时必须基于相同的时间，相同的时间是指参与比对的D_N和D_N+1必须是相同时间或允许时间误差内采集的数据；

c、第N号能见度探测器将D_N传输给第N+1号能见度探测器，在第N+1号能见度探测器中处理如下过程：比对第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段的能见度差，该能见度差设为C，该检测区段的C= D_N－D_N+1；

或者；

第N号能见度探测器及第N+1号能见度探测器均将相同或允许误差时间内采集的能见度数值都传输给上位控制系统，在上位控制系统中处理过程如下：比对第N号能见度探测器和第N+1号能见度探测器组成的检测区段的能见度差，该能见度差设为C，该检测区段的C= D_N－D_N+1。

2.根据权利要求1所述的道路交通能见度差值获取方法，其特征在于：每个能见度探测器在整个检测阵列内均具有唯一的识别标识。

3.根据权利要求1所述的道路交通能见度差值获取方法，其特征在于：每个能见度探测器在实际安装时均具有其安装点的物理地址识别码或者坐标参数。

4.根据权利要求1所述的道路交通能见度差值获取方法，其特征在于：一个检测区段或者一个检测阵列中能见度探测器均必须使用相同的时钟源作为同步源，并以此作为数据采集和数据比对的同步依据。

5.根据权利要求1所述的道路交通能见度差值获取方法，其特征在于：当检测区段或检测阵列内的能见度没有差值或差值在允许值之内时，可依据检测区段或者检测阵列内任意一个能见度实测数据作为被检区段的道路安全通行基础数据。