CN102629415B

CN102629415B - 面向高速公路救援的自行式主动预警系统

Info

Publication number: CN102629415B
Application number: CN 201210131979
Authority: CN
Inventors: 张萌; 成钊; 马亮亮; 李文龙; 范鲁杰; 王淑君; 李鸣; 丁亮; 秦利燕; 陈颖; 赵亮
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Zhang Meng; Shandong Jiaotong University; Changan University
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: CN102629415A

Abstract

本发明公开了一种面向高速公路救援的自行式主动预警系统，包括预警车和与其通过无线信号相连的遥控装置，所述预警车包括底盘，所述底盘下部设有若干滚轮，滚轮与设置于底盘上的电机相连，底盘上设有控制单元，控制单元分别与设置于底盘上的电源、警示灯、警示板、测距传感器、警报器、自动驻车装置、自动循迹传感器、第一单片无线收发器相连。该预警系统能够第一时间警示驾驶员及救援人员，警示效果明显，安全性能好，自动化程度高，操作简单，能够有效预防伤害救援人员的二次事故的发生。

Description

面向高速公路救援的自行式主动预警系统

技术领域

本发明涉及一种预警系统，尤其是一种面向高速公路救援的自行式主动预警系统。

背景技术

随着我国经济发展水平的不断提高，高速公路近年来也在飞速发展。但是随着高速公路历程的不断延伸，交通事故尤其是恶性交通事故居高不下，由此引发的人员伤亡和财产损失已日益引起人们对交通安全的广泛关注。尤其是高速公路上发生的危害参与事故现场救援的执法人员和医务人员的二次交通事故(以下简称救援二次事故)，不仅影响了救援工作的顺利进行，而且给救援人员造成了严重的的人身伤害，给道路交通安全执法和管理工作带来了很大压力，已成为交通行业亟待解决的问题。

据统计，全世界每年因交通事故导致的死亡人数达60万，直接经济损失约125亿美元，这些事故中57％的灾难性事故与驾驶员疲劳驾驶有关。局统计分析，凌晨4-6时发生驾驶疲劳事故数最多，主要是驾驶员夜间连续行车所致。疲劳会影响驾驶员的感觉机能和神经机能，使其反应时间延长，眼球运动缓慢，注意力不集中，视力听力下降等，严重影响驾驶员的判断能力和行车安全。疲劳驾驶已成为引发威胁高速公路救援的二次事故的主要潜在危险源，因此如何使救援现场显示的更加明显，如何有效的提醒疲劳驾驶的驾驶员就成了减少救援二次事故的途径。

高速公路发生交通事故后，交警、120急救及路政等救援人员会第一时间抵达事故现场，在来车方向安放警示标志，这不仅延长了事故救援时间而且其警示效果并不明显，对于疲劳到出现打瞌睡的驾驶员更是没有任何警示效果。因此利用传统的警示方式提醒重度疲劳的驾驶员，在救援中发生二次事故在所难免。

国内发展现状

当前，在我国救援人员为警示后来车辆注意前方危险时，通常采用以下措施预防二次事故：

1)使用现有的传统警示标志进行警示。白天在距离现场来车方向二百米外，夜间或雨、雪、雾、冰、沙尘等特殊气象条件下，在距离现场来车方向五百米至一千米外，设置警告标志和安全警戒区域，并向事故现场方向连续放置发光或反光路锥。此类措施使用广泛，造价低廉，但是存在着移动性差，作用单一，摆放及回收操作用时长且不安全的缺点。

2)使用救援车阻隔来保护现场，不仅难以起到有效的警示作用，而且二次事故发生时缓冲保护作用极其有限，特别是面对大型车时，很可能成为伤害救援人员的“帮凶”。

3)事故勘察车使用车载电子显示屏，警示前方发生事故，请变更车道等信息，从而提醒驶入该事故路段的驾驶员减速慢行，保持足够安全距离。但是无法为救援人员提供危险警示，通常也无法起到有效的警示作用。

国外发展现状

国外通常也采用传统的警示方法来预防二次事故。目前，美国研发了一种SonoBlaster车辆感应系统，是附加在路锥上的报警系统。但是在安装上比较复杂，必须有专业人员的指导，而且易发生失误性报警，并且其成本较高，不符合我国国情。

在国内外的相关领域中，对于这方面的探索和研究也相对较少，至今未有一种警示效果明显，安全性能好，自动化程度高，操作简单的警示装置或相关的警示方式方法呈出。

中国专利申请00136031(高速公路智能预警系统)、中国专利ZL02153172(智能高速公路预警系统)分别安装在高速公路的路段上，一发生交通事故，系统自动报警给交警或其他管理部门的控制中心，控制中心派人救援，同时事故路段有可变信息提示，提示过往司机注意事故路段。但是在高速公路上多少米添加一个终端，都没有做出论述，而且终端间隔小则成本太高，间隔大则监控效果不好。

中国专利ZL201120200061(一种车辆交通事故自动求助装置)、中国专利ZL200520026151(公路运输交通事故自动报警装置)是在车辆发生事故之后，自动报警的装置，即在人已经昏迷或者死亡的情况下仍人能报警求助，然后等待救援，无法对随后的救援产生预警作用。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种面向高速公路救援的自行式主动预警系统，该预警系统能够第一时间警示驾驶员及救援人员，警示效果明显，安全性能好，自动化程度高，操作简单，能够有效预防二次事故的发生。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种面向高速公路救援的自行式主动预警系统，包括预警车和与其通过无线信号相连的遥控装置，所述预警车包括底盘，所述底盘下部设有若干滚轮，滚轮与设置于底盘上的电机相连，底盘上设有控制单元，控制单元分别与设置于底盘上的电源、警示灯、警示板、测距传感器、警报器、自动驻车装置、自动循迹传感器、第一单片无线收发器相连。

所述底盘下部设有四个滚轮，其中两个前轮为从动轮，两个后轮为等速驱动轮，等速驱动轮与电机相连。

所述控制单元为单片机。

所述电源为铅蓄电池。

所述警示板为LED警示板。

所述测距传感器为设置于底盘前端面上的激光测距仪。

所述自动驻车装置包括加装在滚轮的轮轴上的钕硼体磁铁，以及与该钕硼体磁铁相对应且非接触的固定于底盘上的霍尔传感器，霍尔传感器与单片机相连。

所述自动给循迹传感器包括红外发射和接收管构成的探头、探头与控制模块相连。

所述遥控装置包括安装于壳体中的与预警车中第一单片无线收发器相对应的第二单片无线收发器，蜂鸣器以及转向舵盘，所述蜂鸣器和转向舵盘均与第二单片无线收发器相连；壳体上还设有提示灯以及与第二单片无线收发器相连的返回按钮。

本发明的功能与原理

系统适用范围

系统适用范围结合交通的四要素人、车、路、环境综合分析。

(1)应用对象：此系统适用于提醒所有道路使用者，特别是疲劳驾驶员。根据心理学的研究，克服单调是解决疲劳问题的较好途径。此系统就是通过改变行车中的单调性警示来车驾驶员。

(2)使用人群：此系统体积较小，携带方便，交警、120急救、路政等高速公路事故救援人员可随车携带。

(3)适用天气：适用于白天天气良好及轻雾、雨天等能见度较差的条件下，特别适用于夜晚环境较为安静的情况下。

(4)适用路段：高速公路平直路段和纵面、平面曲线半径较大的路段

系统功能

(1)警示驶来车辆

此系统分为预警车和远程遥控装置，预警车上安装有警灯、LED灯警示板和警报器，系统工作时LED灯警示板和警灯不停闪烁以警示前方有事故发生。当来车驶入警示距离(如图1)，警报器发出尖锐警报声，警示驾驶员前方危险。从视觉、听觉两方面警示驶来车辆。

(2)警示救援人员

若驶来车辆没有发现预警车的警示信号，或驾驶员未能及时刹车或变更车道，驶来车辆将继续行驶并闯入最小安全距离内，此时预警车将向救援人员发出报警信息，警示救援人员危险车辆驶来，注意避让。

系统工作过程

行进过程：

如图1所示，救援人员到达事故现场，将自行式小车放在需要封闭的事故车道上，并启动开关，如果路况较好则选用自动行进挡，自行式小车沿来车方向自动行进。行进过程中，小车上的LED灯警示板和警示灯不停闪烁以警示前方有事故发生。同时，测距传感器开始判断来车距离Scar；自动循迹传感器开始工作，单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法，确保自行式小车沿预定方向行驶而不会偏离车道，实现智能自动循迹；驻车传感器计算行进距离Salarm。当Salarm＝150m时，小车停止，自动循迹传感器停止工作，驻车传感器停止工作。(当遇到特殊路段时，启动遥控档，小车在救援人员的遥控下行进，同样，小车上的LED灯警示板和警灯不停闪烁以警示前方有事故发生，测距传感器判断来车距离Scar，自动循迹传感器不工作)测距传感器继续工作，当Smin(最小安全距离)≤Scar≤Salarm，单片机控制小车上的警报声响起；若来车没有注意警示信息，或未能及时刹车、变更车道，即当Scar≤Smin时，小车上的警报声持续，单片机将发送警报信号，由遥控器接收使蜂鸣器响起，以警示救援人员注意危险车辆靠近，注意避让。

静止过程：

与行进过程相同，警示标志亮起，测距传感器判断来车距离Scar。当Smin(最小安全距离)≤Scar≤Salarm，单片机控制小车上的警报声响起；若来车没有注意警示信息，或未能及时刹车或变更车道，即当Scar≤Smin时，小车上的警报声持续，单片机将发送警报信号，由遥控装置接收使蜂鸣器响起，以警示救援人员注意危险车辆靠近，注意避让。

返回过程：

当救援工作结束时，救援人员使用遥控装置，按下返回键，小车内单片机接受此信号，并控制电机反转实现自动回程。同时，回程过程中测距传感器、自动循迹传感器、警示灯、警报器等继续工作，仍然起到预警作用，做到从始至终的预警。小车到达事故现场后，救援人员切断小车电源，警告标志、测距传感器停止工作。

预警距离的推导

最小安全距离Smin、警示距离Salarm推导如下：

来车的最小制动距离定为警示距离，则警示距离Salarm＝驾驶员反应时间内车辆行驶的距离S₁+制动系统协调时间内车辆行驶的距离S₂+持续制动时间内车辆行驶的距离S₃

警示距离取大值170m.

最小安全距离Smin＝制动系统协调时间内车辆行驶的距离S₂+持续制动时间内车辆行驶的距离S₃

最小安全距离取大值90m.

V₁：来车的行驶速度，小型车取120km/h，大型车取80km/h

t₁：驾驶员反应时间，(普通驾驶员正常的反应时间在0.3s～1.0s)

t₂：制动系统协调时间(t₂＝t_a+t_b，对于小型车t₂≤0.33，大型车t₂≤0.56)

t_a：制动力传导时间

t_b：制动力增长阶段时间(对于液压制动系(小型车)，t_b经验值取0.2秒；对于汽压制动系(大型车)，t_b经验值取0.6秒)

系统特点

(1)综合视觉、听觉警示方式，增强警示效果。警示灯不停地爆闪发出极易引起人们注意的红色灯光，单片机控制的警报器则在来车超越警示距离时会发出尖锐警报声，从视觉和听觉两方面预警使警示效果更加明显，克服了传统警示标志警示效果不明显和作用单一的缺点。且该系统不仅为救援人员提供了安全保障，而且为来车司乘人员和一次事故人员提供安全保障。

(2)系统自动化程度高，可实现快速预警。预警车有自动档和遥控档两种行进方式。救援人员到达现场后，如果路况较好则选用自动档把预警车放到事故车道分隔线上，并打开开关，预警车将一边预警一边自动循车道分隔线向来车方向行驶，在单片机控制下行驶距事故现场150m后自动停止；如果路况过于复杂，不适宜预警车自动前进，则选用遥控档，有救援人员控制前进。在救援工作结束时，救援人员只需按遥控装置的返回键，单片机接受返程信号控制电机反转，使预警车一分钟内自动返回。在行进和返回过程中，救援人员无需自己安置警示装置，操作简单，大大节省了宝贵的救援时间，同时防止救援人员在安放警示装置时出现危险。

(3)产品外观设计轻巧，携带方便。可广泛应用于高速交警、路政、120等救援人员所乘坐的救援车辆上，救援人员到达现场后取下即可自动运行，方便快捷。

本发明的有益效果是，

本发明克服了传统警示标志的作用单一、移动性差、警示效果差的缺点，具有以下特点：

双向预警：由距离传感器获取实时获取车辆信息，结合单片机技术加以分析，及时提醒驾驶员采取避让措施。通过无线遥控技术交换信息，当危险来临时能第一时间向救援人员传递警示信息，提醒他们注意避险，保证了救援人员的人身安全，解决了他们的后顾之忧，从而提高了事故处理效率。

快速：预警车在一分钟内即可抵达警戒距离，比摆放传统的警示标志更加快速，给救援人员提供最佳的救援时间。

高效：采用单向单车道预警机制，防止其他车道车辆的干扰，误报率较低，提高了信息传输的可靠性。该系统运用单片机技术，利用遥控装置即可实现多种控制任务，在配套设备的支持下，可以实现自动行进、自动驻车、自动回程等工作。

安全：系统可以实现自动化的行驶与返回，操作简单省时，避免了救援人员在搬运警示装置过程中的危险。不仅保证了救援人员的人身安全，而且大大减小了他们的心理压力。

实用：本系统实用性较强。系统分自动档和遥控档两档位，应用更加广泛。遥控装置利用单片机技术能够实现预警车的自动化行驶与返回，在预警系中它根据自身内存的程序和数据对测距雷达输入的信息进行运算、处理、判断，然后向警报器发出间断蜂鸣的指令；预警车体积较小(50cm*40cm*20cm)便于携带，可广泛应用于救援人员所乘坐的车辆上。

经济：构成该系统的主要部件包括：预警车车体、单片机、测距传感器、驻车传感器、自动循迹传感器、警灯、蜂鸣器、LED灯等。其总成本不超过4500元人民币，若产品批量生产成本将更加减少。

该系统的使用可以有效预防二次事故的发生，作品的性价比高，有较强的实用性和应用普及性，具有很好的经济效益和推广价值。

本发明的技术方案与背景技术中提到的四个专利都不同，本发明被高速交警或路政人员随车携带，到了事故现场作为警告来车和封闭现场的工具，其中的自动行进功能可以省去交警摆放警示设施的时间，也提高了摆放过程中的安全系数；其中的自动预警功能是为了提醒疲劳驾驶以至于不能及时发现前方有事故的驾驶员远离事故车道，如果已经给来车声光警示而来车仍然在事故车道上行驶，则系统把该驾驶员当成疲劳驾驶以致睡眠的驾驶员，在警示无效的情况下，发警告信号给救援人员(由遥控器接收)，提醒救援人员主动避难。所以和以上的四个发明没有相似之处。

本发明能够第一时间警示驾驶员及救援人员，警示效果明显，安全性能好，自动化程度高，操作简单，能够有效预防二次事故的发生。行进系能够实现车辆的自动化行驶和返回，避免了救援人员在搬运救援装置过程中的危险。且操作简单省时，可为救援工作节省宝贵时间。通过激光测距还可实时获取来车信息，判断来车行驶的安全性，并及时采用其独特高效的警报装置警示来车。预警系中闪烁的警示灯及其感应式警报器的尖锐警报声从视觉和听觉两方面警示使警示效果更加明显，可以提醒驾驶员及时变更车道，保持足够的安全距离；其中的测距传感器在感应到来车距警示装置超越最小安全距离时遥控器会发出强烈蜂鸣声，还可以提醒救援人员危险临近，注意避让，从而有效减轻救援人员的心理压力，专注救援工作。适应了现代救援工作中要求的有效性、安全性和时效性。

附图说明

图1是本发明工作现场分布图；

图2是本发明工作流程图；

图3是本发明预警车结构示意图；

图4是本发明遥控装置结构示意图；

图5是自动驻车装置结构示意图；

其中1铅蓄电池，2单片机，3电机，4警示灯，5LED警示板，6测距传感器，7警报器，8自动驻车装置，9滚轮，10底盘，11自动循迹传感器，12蜂鸣器，13返回按钮，14提示灯，15转向舵盘，16预警车，17遥控装置，18轮轴，19钕硼体磁铁，20霍尔传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图3-图5所示，面向高速公路救援的自行式主动预警系统，包括预警车16和与其通过无线信号相连的遥控装置17，预警车16包括底盘10，底盘10下部设有四个滚轮9，其中两个前轮为从动轮，两个后轮为等速驱动轮，等速驱动轮与设置于底盘10上的刹车电机3相连，底盘10上设有控制单元，控制单元分别与设置于底盘10上的电源、警示灯、警示板、测距传感器6、警报器7、自动驻车装置8、自动循迹传感器11、第一单片无线收发器相连。控制单元为单片机2。电源为6V-4.5A铅蓄电池1。警示板为LED警示板5。测距传感器6为设置于底盘10前端面上的激光测距仪。

主要部件介绍：

单片机

采用STC-52系列的89S52RC单片机，89S52RC的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，应用成熟，功耗低。在使用时把相应程序写入芯片中，即可应用。

其主要用于分析处理各种传授送来的信息，进而作出判断并发出相应指令。测距传感器不断将来车距离传送给单片机，单片机根据距离大小控制报警系统等进行相应的响应。自动驻车传感器不断将脉冲信号传送给单片机，单片机判断是否停车。接收到返回信号时，控制电机反转实现装置车的返回。接收到转向信号时控制两驱动轮差速旋转，实现转向。

远程遥控装置

遥控装置17包括安装于壳体中的与预警车16中第一单片无线收发器相对应的第二单片无线收发器，蜂鸣器12以及转向舵盘15，所述蜂鸣器12和转向舵盘15均与第二单片无线收发器相连；壳体上还设有提示灯14以及与第二单片无线收发器相连的返回按钮13。

安装在预警车16中的第一单片无线收发器用于接收遥控器发送的转向信号、返回信号并将信号传输给单片机2以及当来车突破安全距离时向遥控器发送警示信号。遥控器中的第二单片无线收发器用于发送转向信号、返回信号以及接受来自预警车单片无线收发器的警示信号。第一、二单片无线收发器信号传送距离可达1000m，灵敏度达到-100dBm，远远满足使用要求。

小型蜂鸣器12：当遥控器中第二单片无线收发器收到警示信号时蜂鸣报警，提醒救援人员躲避危险。

转向舵盘15：当路况复杂应用遥控档时，控制预警车16前行。其转向的实现是通过单片机2控制两驱动轮以不同转速实现的。

测距传感器：

1)MSE-D301型远距离激光测距仪能够在不使用反射板的情况下，测量自然物体目标的距离和速度。激光测距仪的测量时间非常短，因此能够测量运动的物体。激光脉冲“飞行时间”测量法特别适合于与遥远物体间的距离的测量，并且特别适合于恶劣的工业环境。

2)特点

(1)MSE-D301激光测距仪有两个激光：一个用于测量另一个用于瞄准。

(2)测量激光的安全等级为1级(红外激光)，对人眼安全而无伤害。

(3)宽广的工作范围

(4)在不用反光板的情况下，测量范围非常大

(5)测量时间非常短

(6)可编程串行口、数字量和模拟量输出

(7)可以与外部其他设备同步测量(外触发同步测量)

(8)容易安装和操作

3)相关参数

警报器

经汽车驾驶模拟实验器与分贝仪测试得出，驾驶员在白天正常，夜晚正常，白天困倦，夜晚困倦时能引起驾驶员警觉的声音分贝指数如表2。此系统选用的警报器工作时声音会不断增大，最大分贝可达130dB以上。对于点声源，离声源距离每增加两倍，声音大小降低6dB。所以蜂鸣器声音传到驾驶员和救援人员处时分别为88dB和85dB，完全能引起驾驶员的警觉。

表32不同情境下引起驾驶员警觉的声音分贝指数

情景	声音分贝	情景	声音分贝
				白天正常	65dB～75dB	夜晚正常	60dB～70dB
白天困倦	70dB～85dB	夜晚困倦	75dB～90dB

自动驻车装置

自动驻车技术

自动驻车装置包括加装在滚轮9的轮轴18上的钕硼体磁铁19，以及与该钕硼体磁铁19相对应且非接触的固定于底盘10上的霍尔传感器20，霍尔传感器20与单片机2相连。

自动驻车技术由加装在轮轴18上的钕硼体磁铁19和霍尔传感器20进行非接触性检测实现。磁铁随轮轴18转动，霍尔传感器20固定，驱动轮每转一周二者正对一次，霍尔传感器20则输出一个电信号。霍尔传感器20另一端与单片机2连接，将产生的电信号不断传给单片机2，单片机2根据转动周次和和车轮半径计算行进里程，达到预设里程时单片2机控制预警车16停止。

自动循迹传感器

自动给循迹传感器11包括红外发射和接收管构成的探头、探头与控制模块相连。

自动循迹的实现依靠红外探测法，传感器由红外发射和接收管构成的探头、控制模块组成。探头不断将探测信息传送给控制模块，控制模块判断是否需要转向，需要时则控制驱动电机差速旋转，实现转向。自动循迹的原理：利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在预警车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面线时发生漫发射，反射光被装在预警车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则预警车上的接收管接收不到信号。

电池

电池采用两节12V7AH铅蓄电池。它不仅能适应驱动电机、警示灯、单片机等设备对电流电压的要求，而且其稳压型好，体积小，质量轻，在实际应用中更加轻便。

刹车电机

刹车电机当有电流通过时电机运转，断电时迅速刹车。刹车原理：在电机的尾部有一个电磁抱刹，电机通电时它也通电吸合，这时它对电机不制动，当电机断电时它也断电，抱刹在弹簧的作用下刹住电机。

警示灯

警示灯采用红色爆闪灯光，红色光的波长很长，穿透空气的能力强，更引人注意。其他

	功率	额定电压	转速	直径	最大分贝
						电机	15W	12V	500r/min	----	----
警示灯	20W	12V	----	170mm	-----
						警报器	30W	12V	----	----	130dB
警示板的LED灯	5W	12V	----	-----	----
						车轮	----	----	----	153mm	----

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，包括预警车和与其通过无线信号相连的遥控装置，所述预警车包括底盘，所述底盘下部设有若干滚轮，滚轮与设置于底盘上的电机相连，底盘上设有控制单元，控制单元分别与设置于底盘上的电源、警示灯、警示板、测距传感器、警报器、自动驻车装置、自动循迹传感器、第一单片无线收发器相连；

所述控制单元为单片机；

2.如权利要求1所述的面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，所述底盘下部设有四个滚轮，其中两个前轮为从动轮，两个后轮为等速驱动轮，等速驱动轮与电机相连。

3.如权利要求1所述的面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，所述电源为铅蓄电池。

4.如权利要求1所述的面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，所述警示板为LED警示板。

5.如权利要求1所述的面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，所述测距传感器为设置于底盘前端面上的激光测距仪。

6.如权利要求1所述的面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，所述自动驻车装置包括加装在滚轮的轮轴上的钕硼体磁铁，以及与该钕硼体磁铁相对应且非接触的固定于底盘上的霍尔传感器，霍尔传感器与单片机相连。

7.如权利要求1所述的面向高速公路救援的自行式主动预警系统，其特征是，所述自动循迹传感器由红外发射和接收管构成的探头、控制模块组成，探头与控制模块相连。