CN103413448A - 一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，该预警系统布设在山区高速公路上，包括信息采集模块、信息传输模块、控制主机和LED可变信息板，所述的控制主机通过信息传输模块分别连接信息采集模块和LED可变信息板，所述的控制主机中设有存储货车运行速度判别标准的对策库；信息采集模块实时采集车辆的运行状态信息，并发送给控制主机，控制主机根据接收到的运行状态信息、对策库及道路线形条件向LED可变信息板发送需显示的预警信息，LED可变信息板对接收到的预警信息进行发布显示。与现有技术相比，本发明具有实际可操作性高、预警信息全面、成本低等优点。

Description

一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统

技术领域

本发明涉及一种车辆智能预警系统，尤其是涉及一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统。

背景技术

事故预防与保障系统主要目的之一就是要增强道路的安全性，减少道路交通设施的各种用户，包括行人、骑自行车者、道路管理维护人员、以及车辆乘客和驾驶人员遭受交通事故的风险。

道路交通事故预防和安全保障中涉及到危险路段警示系统包括以下几个方面的内容：(1)危险匝道警告；(2)急弯限速警告；(3)陡坡限速警告；(4)限宽、限高警告。

(1)危险路段警示系统

美国华盛顿特区在首都环城路的3个危险出口匝道上安装了危险监管系统。其中两处匝道的监管系统是利用感应器和动态称重仪，来测试车辆速度和载重类别；另一处仅用车速指标来计算大型货车在通过时的翻车几率。当发现某一车辆有翻车可能时，路边的警告标志会自动开启。从1985-1990年间，这3处匝道共发生10次翻车事故。安装了警示系统后，从1993-1997年，再也没有出现类似事故的纪录。在成本方面，单车道匝道危险警示系统约为16.6万美元，双车道匝道为26.8万美元，均包括软件设计、工程建设、参数标定、系统测试等项费用。

在美国北加州，有关部门在一段5号洲际公路的山区路段安装了5个急弯警告标志。安装后的评估研究发现，其中在两处急弯前(路面坡度大于5％)，大型卡车在下坡时的速度有了明显的下降。

在美国科罗拉多州山区一段70号洲际高速公路上，一个车速警示系统使下山的卡车速度下降了13％，同时使卡车在下山时失去车速控制后，被迫驶入冲坡减速匝道的次数减少了24％。这一安装在科罗拉多山区格伦乌(Glenwood)大峡谷附近的车速警示系统，工程费用花了3万美元。

(2)事故警示系统包括：

①平交口车辆防撞系统：自动探测并警示司机是否在以高速驶近道路平交口；

②障碍物探测系统：自动探测并警示司机在行驶道路前方一定距离内出现的障碍物，诸如其它车辆、道路落石、动物等；

③换道警示系统：这是一种已在公交巴士和大型商用卡车中得到应用，能防止车辆在换道时可能与相邻车道上的其它车辆相撞的警示系统；

④偏离车道警示系统：自动探测并警示司机可能出现的车辆在行驶时偏离车道而引起事故的危险。当司机处在昏昏欲睡的状态时，常常出现车辆蛇行的驾驶现象，此时该系统能自动警示司机。

⑤追尾相撞警示系统：运用微波雷达和机器视觉技术(Machine VisionTechnology)来探测与前车的车头时距。当车头时距过小时，自动通过图形显示或音响设备来警示司机。如果司机没有或来不及减速，系统能自动地控制车辆的刹车，以防止追尾相撞事故。

⑥被追尾警示系统：当尾随车辆跟得太近时，装在车尾的警示信号会自动开启，以警示后面的司机保持距离。美国公路交通安全局的一项研究表明，车辆换道/并入警示系统有可能在37％的相撞事故中发挥作用；偏离车道警示系统可在24％的翻车、相撞或冲出车道等事故中发挥预防作用；而事故预警系统在51％的事故中能发挥作用。

加拿大魁北克省的圣尼科拉斯(St.Nicholas)市的一家运输公司为其所属车辆安装了雷达事故预警系统，包括一个探测前方车头时距和2个探测车辆两侧盲区的感应仪。一年使用下来，车队减少交通事故33.8％。

美国卡内基美伦大学(Camegie Mellon University)的机器人研究院于2001年开始进行了一项公交车辆事故预防系统的测试研究。他们在100辆公交巴士上安装了超声感应仪和计算机，以自动探测车辆两侧盲区的障碍物。测试结果表明，系统能有效地预防车辆擦边相撞等交通事故。在成本方面，每辆车的设备配置和安装费为2,600美元。

美国佛罗里达州的一家运输公司为其车队装配了前视和侧视感应仪，自适应车辆巡航控制系统，以减少和防止追尾、擦边等事故。每台前/侧视感应仪的平均价格为2,500美元，自适应车辆巡航控制系统为350-400美元。

(3)信息传播

美国爱达华州交通厅的一项研究发现，在大风或路面积雪等恶劣天气条件下，利用动态信息标识提示司机缓速行驶，能收到显著效果。数据分析表明，动态信息标识的使用使行车速度下降了35％。而不使用动态信息标识时，车速只降低了9％，各种车辆仍以每小时75公里的较高速度行驶，易于酿成交通事故。

(4)紧急事态反应和处理

2002年，美国密西根州利用车辆自动定位和全球定位系统技术来管理控制和操作一个拥有500台维修车辆的大型车队。这些车辆在冬季除装有GPS接收器外，还安装了专用感应仪，来探测道路积雪，路面除冰材料铺洒情况以及大气和路面的温度等。这些数据传送到控制中心后，经处理分析，可用来安排车队的扫雪除冰计划。这项名为SEMSIM(Southwest Michigan Snowand Ice Management)的工程总共花费了186万美元。

(5)交通控制

荷兰的研究表明，在浓雾条件下，利用可变车速限制系统(Variable SpeedLimited System)能使平均行车速度下降8-10km/h。芬兰的一项相关调查揭示，90％的驾车者认为由天气条件控制的可变车速限制系统是有益的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实际可操作性高、预警信息全面、成本低的山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，该预警系统布设在山区高速公路上，包括信息采集模块、信息传输模块、控制主机和LED可变信息板，所述的控制主机通过信息传输模块分别连接信息采集模块和LED可变信息板，所述的控制主机中设有存储货车运行速度判别标准的对策库；

信息采集模块实时采集车辆的运行状态信息，并发送给控制主机，控制主机根据采集到的运行状态信息、对策库及道路线形条件向LED可变信息板发送需显示的预警提示信息，LED可变信息板对接收到的预警提示信息进行发布显示。

所述的信息采集模块和LED可变信息板设有多个，分布设置在山区高速公路上。

所述的信息采集模块包括车牌识别仪、车辆检测线圈和高清摄像机，所述的车牌识别仪、车辆检测线圈和高清摄像机均通过信息传输模块与控制主机连接，其中，车牌识别仪用于检测车牌信息，车辆检测线圈预埋在公路上，用于检测车长、车速信息，高清摄像机采集车辆照片。

所述的信息传输模块为光纤传输模块或无线网络传输模块。

所述的信息传输模块包括依次连接的第一交换机、第一光端机、光纤、第二光端机和第二交换机，所述的第一交换机分别连接信息采集模块和LED可变信息板，所述的第二交换机与控制主机连接。

所述的货车运行速度判别标准包括雾天天气行车控制标准、货车刹车鼓温度警告控制标准和长大纵坡弯坡路段限速控制标准；

所述的雾天天气行车控制标准包括根据道路可视距离确定的对应车辆限速和行车间距；

所述的货车刹车鼓温度警告控制标准包括不同车型及不同载重条件下的刹车鼓警告温度和刹车鼓失灵温度；

所述的长大纵坡弯坡路段限速控制标准为：货车在通过长大纵坡弯坡路段的平曲线时行驶速度需在预警车速以下，预警车速V_max的计算公式为

式中，

为路面横向附着系数，i_h为超高横坡度，g为重力加速度，R为曲线半径。

所述的控制主机根据采集到的运行状态信息、对策库及道路线形条件向LED可变信息板发送需显示的预警提示信息具体为：

1)根据接收到的车辆的车牌和车长信息，筛选出货车，并获得其车速信息和通过时间；

2)以PIARC温升模型为标准，计算此时的货车刹车鼓温度，并判断是否达到预警温度，若是，则根据对策库向LED可变信息板发送单车预警信息以及相应的预警信息等级，若否，则向LED可变信息板发送常规信息；

3)结合道路线形条件，判断当前路段是否为不利线形路段，若是，则根据对策库向LED可变信息板发送单车预警信息以及相应的预警信息等级，若否，则向LED可变信息板发送常规信息；

4)根据当前接收到的车速信息判断其是否达到预警车速，若是，则在之后的LED可变信息板上进行单个货车的预警提示。

所述的不利线形路段包括长大纵坡结合小半径曲线或者连续弯路段。

所述的预警提示信息包括避险车道运营状况信息提示信息、货车刹车鼓制动性能安全预警提示信息、长大纵坡危险路段行车安全预警提示信息和停车服务区货车运行状况停车检查提示信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明综合考虑山区高速公路连续长大纵坡路段道路几何线形特点、货车行驶特点、货车刹车鼓升温与行车安全性的关系，进行货车行驶状态的采集、识别、判断与预警，研究成果具有较强的理论支撑。

(2)本发明实现了对所需信息的自动采集、分析、发布与传输，实现了系统对山区高速公路连续长大纵坡货车运行状态的智能监控要求，使山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统水平提升到一个新的高度。

(3)本发明根据山区高速公路连续长大纵坡货车运行状态与行驶安全性的相互关系研究，提出了雾天天气行车控制标准、货车刹车鼓温度警告控制标准和长大下坡弯坡路段限速控制标准，为预警信息的发布提供了技术支撑。

(4)本发明提出了完整的山区高速公路连续长大纵坡货车智能预警系统外场设备组成、布设方法及工作流程，提高了智能预警系统设置的实际可操作性，对推广应用具有很强的指导性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明系统的功能结构示意图；

图3为本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，根据货车在山区高速公路连续长大纵坡的行驶特性，提出行驶状态安全性的判别标准，自动进行预警提示，该预警系统布设置在山区高速公路上，包括信息采集模块、信息传输模块、控制主机9和LED可变信息板3，所述的控制主机7通过信息传输模块分别连接信息采集模块和LED可变信息板3，所述的控制主机9中设有存储货车运行速度判别标准的对策库，在智能预警时，可根据识别到的货车运行状态信息，从对策库里选择对应的对策对具有潜在行车风险的货车进行预警提示。

所述的信息采集模块和LED可变信息板3设有多个，分布设置在山区高速公路的各断面上，断面的位置综合考虑长大纵坡结合不利的线形条件和货车刹车鼓温度达到的警戒值来确定，从而防止货车制动失效，控制货车速度，保障货车在长大下坡平曲线上的行驶安全。

信息采集模块包括车牌识别仪2、车辆检测线圈和高清摄像机1，所述的车牌识别仪2、车辆检测线圈和高清摄像机1均通过信息传输模块与控制主机9连接，其中，车牌识别仪用于检测车牌信息，车辆检测线圈预埋在公路上，用于检测车长、车速信息，高清摄像机采集车辆照片。

信息传输模块保证了车辆信息、预警信息的及时、高效的传递，传输设备以稳定、高效、设置便利为主，可为光纤传输模块或无线网络传输模块。

在可变信息板上发布相应的预警信息，信息停留时间综合考虑信息采集和信息发布设备之间的距离，保证被预警的车辆能看到针对该车辆的信息并且有足够的时间获取信息。

本实施例中，信息传输模块包括依次连接的第一交换机4、第一光端机5、光纤6、第二光端机7和第二交换机8，所述的第一交换机4分别连接信息采集模块和LED可变信息板3，所述的第二交换机8与控制主机9连接。

控制主机9上安装有用于控制信息采集模块和LED可变信息板的检测线圈应用软件、车牌识别仪软件、可变信息板应用软件和数据处理发布程序。

本系统提供了根据区间货车运行速度判别车辆行驶状态的标准，包括雾天天气行车控制标准、货车刹车鼓温度警告控制标准和长大纵坡弯坡路段限速控制标准，据此以利用智能预警系统自动识别货车行驶状态是否存在危险。

雾天天气行车控制标准包括根据道路可视距离确定的对应车辆限速和行车间距，见表1所示。对于基本路段，根据雾天下的可视距离，制定了相应的限速标准和安全间距。在实际应用时，采集到雾天的相关气象信息后，确定是控制通行，或是限速与控制行车间距，并配合禁止超车的管理措施进行使用。

货车刹车鼓温度警告控制标准包括不同车型及不同载重条件下的刹车鼓警告温度和刹车鼓失灵温度，如设置刹车鼓温度200度为警告温度，当刹车鼓温度达到260度时，将出现刹车鼓失灵的危险。

本系统提供的长大纵坡货车制动达到警告温度路段预警信息如表2所示：

根据车辆制动鼓升温的程度与安全性的关系，将信息发布等级分为3个等级，在长大纵坡货车制动达到警告温度路段进行预警。未达到信息发布等级的按照按常规信息进行发布。

长大纵坡弯坡路段限速控制标准为：为了能够保障货车顺利通过平曲线，货车需要限制最大行驶速度。车辆速度超过这个速度值，很可能就会冲出路外，发生事故。由于货车在平曲线上行驶时，横向滑移发生在横向倾覆之前，货车在通过长大纵坡弯坡路段的平曲线时行驶速度需在预警车速(最大行驶速度)以下，预警车速V_max的计算公式为

式中，

为路面横向附着系数，i_h为超高横坡度，g为重力加速度，R为曲线半径。

本系统提供的长大纵坡小半径平曲线、连续弯路段预警信息如表3所示：

根据设备采集到的货车区间行驶车速，按照信息发布的等级划分，选择相应的发布内容在长大纵坡小半径平曲线、连续弯路段进行发布。根据货车区间行驶车速，信息发布等级划分为三个等级，进行相关预警；未达到信息发布等级的按照按常规信息进行发布。

如图2所示，本系统的功能主要有：根据外场设备采集的信息(包括道路线形指标、道路危险路段识别、车辆行驶参数采集)进行危险状态识别，包括刹车鼓自动衰减和货车区间运行速度，进而进行预警信息提示，包括危险车辆信息提示和一般车辆信息提示。

如图3所示，本系统的工作流程，主要包括信息采集、处理、发布及传输，具体为：

①信息采集：需要采集的信息包括：车辆运行状态数据采集、气象状况数据采集和被动防护设施状态数据采集。

②道路、车辆运行状态识别：若运行状态正常，则安装正常高速公路运营措施进行管理；若运行状态识别为不正常，则进行下一步状况级别的判断。

③运行状况级别判断：判断货车制动性能级别、车辆运行速度级别、天气状况级别、避险车道运营状况级别。

④预警提示决策：根据运行状况级别及系统提供的预警判断标准，确定是否需要进行预警提示。

1)根据接收到的车辆的车牌和车长信息，筛选出货车，并获得其车速信息和通过时间；

2)以PIARC温升模型为标准，计算此时的货车刹车鼓温度，并判断是否达到预警温度，若是，则根据对策库向LED可变信息板发送单车预警信息以及相应的预警信息等级，若否，则向LED可变信息板发送常规信息；

3)结合道路线形条件，判断当前路段是否为长大纵坡结合小半径曲线或者连续弯等不利线形路段，若是，则根据对策库向LED可变信息板发送单车预警信息以及相应的预警信息等级，若否，则向LED可变信息板发送常规信息；

4)根据当前接收到的车速信息判断其是否达到预警车速，若是，则在之后的LED可变信息板上进行单个货车的预警提示。

⑤智能预警提示：若需要进行预警，则进行：避险车道运营状况信息提示、货车刹车鼓制动性能安全预警提示、长下坡危险路段行车安全预警提示、停车服务区货车运行状况停车检查提示。

⑥采取行车安全运营管理对策：对于虽未达到预警标准但是存在潜在行驶风险的车辆，从对策库中选择合适的对策进出行车安全运营管理。

表1

注：表中限速值为单纯考虑雾天天气本身的限速值，当限速值大于道路执法限速值时，采用执法限速值。

表2

表3

Claims (9)

1.一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，该预警系统布设在山区高速公路上，其特征在于，包括信息采集模块、信息传输模块、控制主机和LED可变信息板，所述的控制主机通过信息传输模块分别连接信息采集模块和LED可变信息板，所述的控制主机中设有存储货车运行速度判别标准的对策库；

信息采集模块实时采集车辆的运行状态信息，并发送给控制主机，控制主机根据采集到的运行状态信息、对策库及道路线形条件向LED可变信息板发送需显示的预警提示信息，LED可变信息板对接收到的预警提示信息进行发布显示。

2.根据权利要求1所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的信息采集模块和LED可变信息板设有多个，分布设置在山区高速公路上。

3.根据权利要求1所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的信息采集模块包括车牌识别仪、车辆检测线圈和高清摄像机，所述的车牌识别仪、车辆检测线圈和高清摄像机均通过信息传输模块与控制主机连接，其中，车牌识别仪用于检测车牌信息，车辆检测线圈预埋在公路上，用于检测车长、车速信息，高清摄像机采集车辆照片。

4.根据权利要求1所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的信息传输模块为光纤传输模块或无线网络传输模块。

5.根据权利要求1所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的信息传输模块包括依次连接的第一交换机、第一光端机、光纤、第二光端机和第二交换机，所述的第一交换机分别连接信息采集模块和LED可变信息板，所述的第二交换机与控制主机连接。

6.根据权利要求1所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的货车运行速度判别标准包括雾天天气行车控制标准、货车刹车鼓温度警告控制标准和长大纵坡弯坡路段限速控制标准；

所述的雾天天气行车控制标准包括根据道路可视距离确定的对应车辆限速和行车间距；

所述的货车刹车鼓温度警告控制标准包括不同车型及不同载重条件下的刹车鼓警告温度和刹车鼓失灵温度；

所述的长大纵坡弯坡路段限速控制标准为：货车在通过长大纵坡弯坡路段的平曲线时行驶速度需在预警车速以下，预警车速V_max的计算公式为

式中，

为路面横向附着系数，i_h为超高横坡度，g为重力加速度，R为曲线半径。

7.根据权利要求6所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的控制主机根据采集到的运行状态信息、对策库及道路线形条件向LED可变信息板发送需显示的预警提示信息具体为：

1)根据接收到的车辆的车牌和车长信息，筛选出货车，并获得其车速信息和通过时间；

2)以PIARC温升模型为标准，计算此时的货车刹车鼓温度，并判断是否达到预警温度，若是，则根据对策库向LED可变信息板发送单车预警信息以及相应的预警信息等级，若否，则向LED可变信息板发送常规信息；

3)结合道路线形条件，判断当前路段是否为不利线形路段，若是，则根据对策库向LED可变信息板发送单车预警信息以及相应的预警信息等级，若否，则向LED可变信息板发送常规信息；

4)根据当前接收到的车速信息判断其是否达到预警车速，若是，则在之后的LED可变信息板上进行单个货车的预警提示。

8.根据权利要求7所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的不利线形路段包括长大纵坡结合小半径曲线或者连续弯路段。

9.根据权利要求1所述的一种山区高速公路连续长大纵坡路段货车智能预警系统，其特征在于，所述的预警提示信息包括避险车道运营状况信息提示信息、货车刹车鼓制动性能安全预警提示信息、长大纵坡危险路段行车安全预警提示信息和停车服务区货车运行状况停车检查提示信息。

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