CN103413442A - 基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通监测技术领域，特别涉及一种基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统及预警方法，包括高速公路团雾预警检测装置和服务器，所述高速公路团雾预警检测装置包括激光发射模块、激光接收模块、控制模块和数据传输模块，所述激光发射模块与激光接收模块相对设置于高速公路两侧，所述高速公路团雾预警检测装置通过数据传输模块与服务器通讯；所述预警方法包括通过激光接收模块接收光强数据计算通视距离的步骤，对比通视距离与雾天行车安全预警阈值的步骤，服务器发布预警信息的步骤。本发明可实现对高速公路狭长带状空间内的团雾监测，自动并准确地获得当前通视距离并发出相应预警，提高高速公路行车安全。

Description

基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统及预警方法

技术领域

本发明涉及交通监测技术领域，特别涉及一种基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统。

背景技术

高速公路重要的交通特征是车速快、交通量大，一旦发生交通事故后，其烈度较大，而团雾是影响高速公路通行的最恶劣气象影响因素之一。通常在地势较低的山区、河谷区域，由于空气湿度大、风速低、昼夜温差大，容易形成团雾。团雾的形成与大范围的平流雾、辐射雾的形成有所不同，在预测方面难以掌握、对高速公路的安全运行存在极大的危害。

近年来，国内外在团雾监测预报、雾区交通安全运行监控、雾天道路交通管理等方面有一定的研究，但尚未形成完整系统的理论和方法，应用于高速公路监测团雾。团雾的生消变化非常快，高速公路团雾采用人工监测难度大，气象监测站的自动能见度仪多为前向散射式，仅能监测该点附近的气象变化情况，不能对高速公路狭长带状空间内的团雾进行可靠的监测。由于不能及时掌握高速公路上团雾状况，向路上行驶的车辆及时提供团雾信息。目前高速公路管理部门只能采取封路禁行等消极方法对团雾发生时段进行管理，虽然防止了交通事故的发生，但是牺牲了高速公路的通行能力，降低了运输效率，给高速公路业主造成了巨大的经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，组合安装后，能对高速公路狭长带状空间内的团雾进行监测。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，包括高速公路团雾预警检测装置和服务器，所述高速公路团雾预警检测装置包括激光发射模块、激光接收模块、控制模块和数据传输模块，所述激光发射模块与激光接收模块相对设置于高速公路两侧，所述激光发射模块的控制端口与控制模块的控制输出端电联接，所述激光接收模块的数据输出端与数据传输模块的数据输入端电联接，所述高速公路团雾预警检测装置通过数据传输模块与服务器通讯。

进一步，所述激光发射模块包括电源、激光发射装置和发射光学镜头，所述电源与激光发射装置的电源输入端电联接，所述发射光学镜头设置于激光发射装置的激光发射光路上，所述电源的控制端与控制模块的控制输出端电联接；

所述激光接收模块包括接收光学镜头、光强传感器及处理器，所述光强传感器与激光发射模块的激光发射方向相对设置，所述接收光学镜头设置于光强传感器前方的激光光路上，所述光强传感器的数据输出端与处理器的数据输入端电联接，所述处理器的数据输出端与数据传输模块的数据输入端电联接。

进一步，所述处理器利用下式，计算当前通视距离：

$\mathrm{MOR}=\frac{L\×\ln 0.05}{\ln (I/I_0)};$

式中：MOR为通视距离，I₀为激光发射模块发射光强，I为激光接收模块接收光强，L为激光发射模块与激光接收模块之间的水平距离。

进一步，所述高速公路团雾预警检测装置中还包括摄像头，当高速公路团雾预警检测装置向服务器发出预警时，开启摄像头，并向服务器传输当前视频数据。

进一步，接收光学镜头与光强传感器之间的光路上还设置有光阀。

进一步，所述基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统还包括设置于高速公路旁的显示屏，所述显示屏接收服务器传输的数据并显示。

进一步，所述高速公路团雾预警检测装置为多个，其中的激光发射模块、激光接收模块分布式安装于高速公路两侧，每个高速公路团雾预警检测装置有对应的唯一编号及安装位置信息存储于服务器上。

进一步，所述基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统还包括气象基础数据获取模块，所述气象基础数据获取模块从气象机构获取气象基础数据并传输到服务器。

发明还公开一种基于通视距离监测的高速公路团雾预警方法，包括如下步骤：

1）高速公路团雾预警检测装置中的激光发射模块发射发射激光，并由激光接收模块接收，通过激光发射模块发射光强数据和激光接收模块接收光强数据，利用下式，计算：

$\mathrm{MOR}=\frac{L\×\ln 0.05}{\ln (I/I_0)};$

式中：MOR为通视距离，I₀为激光发射模块发射光强，I为激光接收模块接收光强，L为激光发射模块与激光接收模块之间的水平距离；

2)对比步骤1）获得的团雾通视距离与雾天行车安全预警阈值，通视距离小于雾天行车安全预警阈值时，发出预警信号，所述雾天行车安全预警阈值通过下式获得：

$L_{\lim }=\frac{V_0^2}{254.016(\mathrm{\φ}+i)}+0.711V_0-0.016(\mathrm{\φ}+i)+13;$

式中：L_lim为雾天行车安全预警阈值，单位m；V₀停车前车速,单位km/h；Φ为车轮附着系数，i为坡度，上坡为正，下坡为负；

3）服务器根据各组高速公路团雾预警检测装置的检测结果和高速公路团雾预警检测装置安装位置，判断团雾发生范围，并在显示屏上显示预警信息。

进一步，步骤2）中，还通过下式计算当前安全车速：

$V_a=\sqrt{254.016(\mathrm{\φ}+i)L_v+8158.640{(\mathrm{\φ}+i)}^2-3302.208(\mathrm{\φ}+i)}-90.303(\mathrm{\φ}+i);$

式中：V_a为安全车速，单位，km/h；L_v为当前道路空间的通视距离值，单位km；Φ为车轮附着系数；i为纵坡坡度，上坡为正，下坡为负。

本发明的有益效果：本发明的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，可以沿高速公路设置多高速公路团雾预警个高速公路团雾预警装置，实现对高速公路狭长带状空间内的团雾监测，采用红外激光，测量距离较其他光源远，定向性强，不干扰道路上行驶车辆的驾驶员，且造价低廉，可通过无线通讯网络与服务器交互数据，服务器工作人员可进一步分析研判数据，并实时将路况信息现实在路边的显示屏上，提示过往司机。本发明的基于通视距离监测的高速公路团雾预警方法，可以自动并准确地获得当前通视距离，并判断其是否满足行车安全需求，并能获得当前安全车速。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，包括高速公路团雾预警检测装置、气象基础数据获取模块和服务器，所述高速公路团雾预警检测装置包括激光发射模块、激光接收模块、控制模块、摄像头和数据传输模块，所述高速公路团雾预警检测装置为多个，其中的激光发射模块、激光接收模块分布式安装于高速公路两侧并相对设置，每个高速公路团雾预警检测装置有对应的唯一编号及安装位置信息存储于服务器上。

激光发射模块及激光接收模块水平位置必须在20cm之内无障碍，垂直位置3m之内无障碍，并从团雾生成机理上考虑，因高速公路上车辆高速行驶的带动，空气流速加大，极少生成仅在距地面4m以内空间范围的团雾，因此激光发射模块及激光接收模块应安装在距地面4-6m的范围内，避免车辆遮挡对仪器的干扰。

所述激光发射模块的控制端口与控制模块的控制输出端电联接，所述激光接收模块的数据输出端与数据传输模块的数据输入端电联接，所述数据传输模块与服务器通过网络电联接。所述显示屏的数据输入端与数据传输模块的数据输出端电联接。所述数据传输模块为GPRS通信模块或3G通信模块。

所述激光发射模块包括电源、激光发射装置和发射光学镜头，所述电源与激光发射装置的电源输入端电联接，所述发射光学镜头设置于激光发射装置的激光发射光路上，所述电源的控制端与控制模块的控制输出端电联接。

所述控制模块包括控制器和电源控制电路，所述控制器与电源控制电路的控制输入端电联接，电源控制电路的控制输出端与电源的控制端电联接。

所述电源包括蓄电装置及太阳能电池板，所述蓄电装置的电流输入端与太阳能电池板的电流输出端电联接，所述蓄电装置的电流输出端通过稳压电路与激光发射装置的电源输入端电联接。

所述激光接收模块包括接收光学镜头、光强传感器及处理器，所述光强传感器与激光发射模块的激光发射方向相对设置，所述接收光学镜头设置于光强传感器前方的激光光路上，所述光强传感器的数据输出端与处理器的数据输入端电联接，所述处理器的数据输出端与数据传输模块的数据输入端电联接。接收光学镜头与光强传感器之间的光路上还设置有光阀，所述光强传感器可采用型号为TSL256x的光强传感器，所述处理器可采用型号为STM32的单片机，所述处理器根据接收光强计算通视距离，当通视距离小于阈值时发出预警，并与本机编号等信息一起发送到服务器。

当高速公路团雾预警检测装置向服务器发出预警时，开启摄像头，并向服务器传输当前视频数据。

所述气象基础数据获取模块从气象机构获取气象基础数据并传输到服务器，可根据气象基础数据预测团雾高发地点和高发时间。

本实施例的基于通视距离监测的高速公路团雾预警方法，包括如下步骤：

1）高速公路团雾预警检测装置中的激光发射模块发射发射激光，并由激光接收模块接收，通过激光发射模块发射光强数据和激光接收模块接收光强数据，利用下式，计算：

$\mathrm{MOR}=\frac{L\×\ln 0.05}{\ln (I/I_0)};$

式中：MOR为通视距离，I₀为激光发射模块发射光强，I为激光接收模块接收光强，L为激光发射模块与激光接收模块之间的水平距离；

2)对比步骤1）获得的团雾通视距离与雾天行车安全预警阈值，通视距离小于雾天行车安全预警阈值时，发出预警信号，所述雾天行车安全预警阈值通过下式获得：

$L_{\lim }=\frac{V_0^2}{254.016(\mathrm{\φ}+i)}+0.711V_0-0.016(\mathrm{\φ}+i)+13;$

式中：L_lim为雾天行车安全预警阈值，单位m；V₀停车前车速,单位km/h；Φ为车轮附着系数，i为坡度，上坡为正，下坡为负；

通过下式计算当前安全车速：

$V_a=\sqrt{254.016(\mathrm{\φ}+i)L_v+8158.640{(\mathrm{\φ}+i)}^2-3302.208(\mathrm{\φ}+i)}-90.303(\mathrm{\φ}+i);$

式中：V_a为安全车速，单位，km/h；L_v为当前道路空间的通视距离值，单位km；Φ为车轮附着系数；i为纵坡坡度，上坡为正，下坡为负。

3）服务器根据各组高速公路团雾预警检测装置的检测结果和高速公路团雾预警检测装置安装位置，判断团雾发生范围，并在显示屏上显示团雾发生范围、通视距离、安全车速等预警信息。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：包括高速公路团雾预警检测装置和服务器，所述高速公路团雾预警检测装置包括激光发射模块、激光接收模块、控制模块和数据传输模块，所述激光发射模块与激光接收模块相对设置于高速公路两侧，所述激光发射模块的控制端口与控制模块的控制输出端电联接，所述激光接收模块的数据输出端与数据传输模块的数据输入端电联接，所述高速公路团雾预警检测装置通过数据传输模块与服务器通讯。

2.如权利要求1所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：所述激光发射模块包括电源、激光发射装置和发射光学镜头，所述电源与激光发射装置的电源输入端电联接，所述发射光学镜头设置于激光发射装置的激光发射光路上，所述电源的控制端与控制模块的控制输出端电联接；

所述激光接收模块包括接收光学镜头、光强传感器及处理器，所述光强传感器与激光发射模块的激光发射方向相对设置，所述接收光学镜头设置于光强传感器前方的激光光路上，所述光强传感器的数据输出端与处理器的数据输入端电联接，所述处理器的数据输出端与数据传输模块的数据输入端电联接。

3.如权利要求2所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：所述处理器利用下式，计算当前通视距离，当通视距离小于阈值时，向服务器发出预警信号：

$\mathrm{MOR}=\frac{L\×\ln 0.05}{\ln (I/I_0)};$

式中：MOR为通视距离，I₀为激光发射模块发射光强，I为激光接收模块接收光强，L为激光发射模块与激光接收模块之间的水平距离。

4.如权利要求3所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：所述高速公路团雾预警检测装置中还包括摄像头，当高速公路团雾预警检测装置向服务器发出预警时，开启摄像头，并向服务器传输当前视频数据。

5.如权利要求2所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：接收光学镜头与光强传感器之间的光路上还设置有光阀。

6.如权利要求1所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：所述基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统还包括设置于高速公路旁的显示屏，所述显示屏接收服务器传输的数据并显示。

7.如权利要求1-6中任一项所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：所述高速公路团雾预警检测装置为多个，其中的激光发射模块、激光接收模块分布式安装于高速公路两侧，每个高速公路团雾预警检测装置有对应的唯一编号及安装位置信息存储于服务器上。

8.如权利要求7所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统，其特征在于：所述基于通视距离监测的高速公路团雾预警系统还包括气象基础数据获取模块，所述气象基础数据获取模块从气象机构获取气象基础数据并传输到服务器。

9.基于通视距离监测的高速公路团雾预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）高速公路团雾预警检测装置中的激光发射模块发射发射激光，并由激光接收模块接收，通过激光发射模块发射光强数据和激光接收模块接收光强数据，利用下式，计算：

$\mathrm{MOR}=\frac{L\×\ln 0.05}{\ln (I/I_0)};$

式中：MOR为通视距离，I₀为激光发射模块发射光强，I为激光接收模块接收光强，L为激光发射模块与激光接收模块之间的水平距离；

2)对比步骤1）获得的团雾通视距离与雾天行车安全预警阈值，通视距离小于雾天行车安全预警阈值时，发出预警信号，所述雾天行车安全预警阈值通过下式获得：

$L_{\lim }=\frac{V_0^2}{254.016(\mathrm{\φ}+i)}+0.711V_0-0.016(\mathrm{\φ}+i)+13;$

式中：L_lim为雾天行车安全预警阈值，单位m；V₀停车前车速,单位km/h；Φ为车轮附着系数，i为坡度，上坡为正，下坡为负；

3）服务器根据各组高速公路团雾预警检测装置的检测结果和高速公路团雾预警检测装置安装位置，判断团雾发生范围，并在显示屏上显示预警信息。

10.如权利要求8所述的基于通视距离监测的高速公路团雾预警方法，其特征在于：步骤2）中，还通过下式计算当前安全车速：

$V_a=\sqrt{254.016(\mathrm{\φ}+i)L_v+8158.640{(\mathrm{\φ}+i)}^2-3302.208(\mathrm{\φ}+i)}-90.303(\mathrm{\φ}+i);$

式中：V_a为安全车速，单位，km/h；L_v为当前道路空间的通视距离值，单位km；Φ为车轮附着系数；i为纵坡坡度，上坡为正，下坡为负。