CN105387963B - 高速公路边坡压力检测和预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速公路边坡压力检测和预警装置，包括压力数据采集模块、存储模块、控制模块、评估预警模块以及通信模块，其中控制模块作为核心模块用于控制压力数据采集模块、存储模块、评估预警模块、通信模块的运行，评估预警模块对存储模块内存储的数据进行处理和分析，界定出压力等级以及判断是否需要进行危险预警，通信模块响应于评估预警模块的危险预警信号而发送预警信息。本发明的高速公路边坡压力检测和预警装置，基于压力传感装置实现对高速公路边坡周边压力信息的采集，通过对比分析压力的变化，对高速公路边坡周边进行预警。

Description

高速公路边坡压力检测和预警装置

技术领域

本发明涉及高速公路安全监测技术领域，具体而言涉及一种高速公路边坡压力检测和预警装置。

背景技术

高速公路安全监测领域中，边坡安全问题一直是一个薄弱环节，由于缺乏先进的安全技术检测技术与专业的检测设备，尤其是在暴雨天、泥石流等恶劣的自然灾害下，边坡安全问题显得尤为突出，对道路交通安全造成了极大的威胁。因此，构建一个高速公路边坡检测系统是亟有必要的。

目前国内外对于高速公路边坡的检测主要是通过不同土质的不同应力水平来界定灾害发生的可能性，但是由于不同地质的不同特性，需要实地分析，无法做到全线的统筹兼顾，具有一定的主观性与复杂性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高速公路边坡压力检测和预警装置，基于压力传感装置实现对高速公路边坡周边压力信息的采集，通过对比分析压力的变化，对高速公路边坡周边进行预警。

本发明的另一目的在于，提供一种利用前述装置实现的高速公路边坡压力检测和预警方法。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种高速公路边坡压力检测和预警装置，包括压力数据采集模块、存储模块、控制模块、评估预警模块以及通信模块，其中控制模块作为核心模块用于控制压力数据采集模块、存储模块、评估预警模块、通信模块的运行，评估预警模块对存储模块内存储的数据进行处理和分析，界定出压力等级以及判断是否需要进行危险预警，通信模块响应于评估预警模块的危险预警信号而发送预警信息；其中：

压力数据采集模块埋设在高速公路沿线的边坡地表下方，用于监测和提取高速公路边坡周围的压力数据、空间坐标以及时间信息，并将监测到的压力信息、时间信息以及空间坐标信息记录在存储模块中；

存储模块用以存储由所述评估预警模块所使用的数据，这些数据包括前述压力数据采集模块所监测到的压力信息、时间信息以及空间坐标信息，并可在控制模块的控制下通过通信模块传输上述数据；

评估预警模块用以根据前述采集得到的压力信息进行评估和分析，根据高速公路边坡压力的大小界定高速公路边坡压力等级，按对应等级对周围车辆及线路进行相应措施，并在控制模块的控制下通过通信模块发送预警信息及相应措施，从而对高速公路边坡压力进行评估与预警；

通信模块作为监测预警装置中的对外通信模块，在控制模块的控制下向外界以无线信号，或者通过移动基站接口以短信的形式传输和广播编码信息、短信信息，实现与交通部门以及汽车驾驶员的手机终端的通信。

进一步的例子中，所述控制模块采用单片机实现。所述压力数据采集模块采用传感器实现，优选贴片式传感装置，其中包含有压力传感器、GPS模块以及GPRS模块。所述存储模块采用存储介质实现，例如SD卡、TF卡、MMC卡等。所述评估预警模块以程序的形式存储在控制模块的单片机内并可由单片机进行调用执行。所述通信模块采用无线发射电路实现。

进一步的例子中，所述的压力数据采集模块采用贴片式传感装置，置于地表1-2米深处。

进一步的例子中，高速公路边坡压力检测和预警装置还包括一与控制模块连接的计算机处理装置，该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：

所述的控制模块通过该接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机处理装置与控制模块之间的通信；

操作面板以触控式显示屏实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动以及对前述压力数据采集模块的调试操作指令；

指示单元用以监控上述压力数据采集模块、存储模块、评估预警模块以及通信模块的工作状况，例如压力数据采集模块传感器是否工作正常，通信模块信息传输是否正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

进一步的实例中，所述计算机处理装置为一触控式平板计算机。

进一步的实例中，所述评估预警模块对高速公路边坡压力数据的处理和分析包括以下过程：

步骤S01：在控制模块的控制下，读取高速公路的边坡压力检测装置所采集的相关数据信息；

步骤S02：控制模块将数据信息进行AD转换，存入存储模块；

步骤S03：控制模块根据当前时钟信息提取实时压力数据，并开始准备预警分析；

步骤S04：控制模块控制使得评估预警模块对实时压力数据进行分析，计算实时压力数据与日平均压力的比值，界定高速公路边坡压力等级，判断是否发生剧烈压力变化；

步骤S05：根据所得高速公路边坡压力等级，判断是否在预警范围之内；

步骤S06：如果高速公路边坡压力等级未达到预警等级，则返回步骤S02；如果高速公路边坡压力等级达到预警等级，则进行步骤S07；

步骤S07：控制模块启动预警指令，开启高速公路边坡压力预警；

步骤S08：根据压力数据采集模块中的空间坐标信息，对受影响线路进行定位；

步骤S09：根据不同预警等级，采取不同的应急备案措施；

步骤S10：接通通信模块的移动通信接口；

步骤S11：将应急措施文本信息通过移动通信接口或者无线发射模块发送；

步骤S12：检测应急措施文本信息是否发送成功：如果是，则进入步骤13，如果否，(例如由于干扰或者其它原因导致信息没有发生成功时)，重新启动通信模块发送应急措施文本信息；

步骤S13：退出预警。

进一步的实例中，高速公路边坡压力预警等级按照对于高速公路边坡最大承受压强的界定来确定，将高速公路边坡压力等级按照压力阀值_α(当前压力与日均压力的比值)分为6个等级：

①0＜α≤1.2高速公路边坡压力在安全范围内，不需要预警；

②1.2＜α≤4高速公路边坡压力预警等级为一级；

③4＜α≤8高速公路边坡压力预警等级为二级；

④8＜α≤20高速公路边坡压力预警等级为三级；

⑤20＜α≤100高速公路边坡压力预警等级为四级；

⑥100＜α高速公路边坡压力预警等级为五级；

其中，对应于不同的预警等级，前述的应急措施包括：

①当高速公路边坡压力预警等级为一级时，周边道路进行限速；

②当高速公路边坡压力预警等级为二级时，周边道路进行限速，并且通过广播通知过行车辆注意安全；

③当高速公路边坡压力预警等级为三级时，道路限速，相关人员通过现场摄像设施观察实际情况，如有必要，封锁路段；

④当高速公路边坡压力预警等级为四级时，封锁路段，疏散乘客禁止车辆进入路段；

⑤当高速公路边坡压力预警等级为五级时，疏散乘客，封锁道路，调遣周边医疗人员前往救助。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

(1)安装方便。本发明以贴片式传感器收集压力数据，安装方便，利用微型单片机作为控制中心，分析高速公路边坡安全，利用无线发射模块发生预警信息。整个装置具有便携式的特点，安装方便。

(2)安装范围广。本发明以相对压力变化作为安全分析阀值，可以在不同地质的高速公路边坡实现功能，且发明体积小，具有可安装范围广的特点。

(3)成本低。本发明所采用的贴片式传感器，与其他传感器相比，造价成本与维护成本低。

(4)检测精度高。本发明采取的是便携式集成设计，每一个实施例都是作为一个独立的系统形式存在，且成本不高，可以根据道路周围高速公路边坡的实际情况设置检测器置放的数量，提高安全检测的精度。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明一实施例高速公路边坡压力检测和预警装置的结构原理图。

图2为本发明另一实施例高速公路边坡压力检测和预警装置的结构原理图。

图3为图1实施例中高速公路边坡压力检测和预警装置的实现流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

图1所示为本发明一实施例高速公路边坡压力检测和预警装置的结构原理图，其中，一种高速公路边坡压力检测和预警装置100，包括压力数据采集模块1、控制模块2、存储模块3、评估预警模块4以及通信模块5，控制模块2分别与压力数据采集模块1、存储模块3、评估预警模块4以及通信模块5连接，该控制模块2作为核心模块用于控制上述模块的功能实现。

如图1所示，在整个方案实现中，控制模块2作为监测预警装置的核心模块，一方面用以控制和连接通信模块5、压力数据采集模块1、存储模块3、评估预警模块4，另一方面用以和外界计算机等其它设备连接，以实现装置和其它设备之间的通信。评估预警模块4对存储模块3内存储的数据进行处理和分析，界定出压力等级以及判断是否需要进行危险预警，通信模5块响应于评估预警模块4的危险预警信号而发送预警信息。

压力数据采集模块1埋设在高速公路沿线的边坡地表下方，用于监测和提取高速公路边坡周围的压力数据、空间坐标以及时间信息，并将监测到的压力信息、时间信息以及空间坐标信息记录在存储模块3中。

存储模块3用以存储由所述评估预警模块所使用的数据，这些数据包括前述压力数据采集模块所监测到的压力信息、时间信息以及空间坐标信息，并可在控制模块的控制下通过通信模块传输上述数据。

评估预警模块4用以根据前述采集得到的压力信息进行评估和分析，根据高速公路边坡压力的大小界定高速公路边坡压力等级，按对应等级对周围车辆及线路进行相应措施，并在控制模块的控制下通过通信模块发送预警信息及相应措施，从而对高速公路边坡压力进行评估与预警。

通信模块5作为监测预警装置中的对外通信模块，在控制模块的控制下向外界以无线信号，或者通过移动基站接口以短信的形式传输和广播编码信息、短信信息，实现与交通部门以及汽车驾驶员的手机终端的通信。

在一些具体的实例中，压力数据采集模块1用以对装置100所处位置的压力数据、时间数据以及空间坐标信息的提取，压力数据采集模块1在控制模块2的控制下工作，并将监测信息和空间坐标信息记录在储存模块3中。

作为优选的实施方式，所述控制模块2采用单片机实现。所述压力数据采集模块1采用传感器实现，优选贴片式传感装置，其中包含有压力传感器、GPS模块以及GPRS模块。所述存储模块3采用存储介质实现，例如SD卡、TF卡、MMC卡等。所述评估预警模块4以程序的形式存储在控制模块的单片机内并可由单片机进行调用执行。所述通信模块采用无线发射电路实现。

存储模块3用以存储前述压力数据信息以及时间空间信息，并可在控制模块1的控制下通过通信模块5传输压力数据信息；当然，控制模块2可以通过接口读取存储模块3中数据。

评估预警模块4用以根据前述采集得到的压力信息进行评估和分析，根据高速公路边坡压力的大小界定高速公路边坡压力等级，按对应等级对周围车辆及线路进行相应措施，并在控制模块的控制下通过通信模块发送预警信息及相应措施，从而对高速公路边坡压力进行评估与预警。

通信模块作为监测预警装置中的对外通信模块，在控制模块的控制下通过无线发射向外界以无线信号，或者通过移动基站接口以短信的形式传输和广播编码信息、短信信息，实现装置与交通部门以及汽车驾驶员汽车与手机终端的通信。

作为可选的实施例，通信模块包括无线发射单元和3G通信接口单元，分别实现无线发射数据和通过移动通信基站发射信息。

通信模块5将指令编码传输到控制模块2中，控制模块2根据指令命令控制压力数据采集模块，或者根据命令控制其他模块工作。

本实施例的装置100可以放置在便携式的壳体内部单独使用，其优点是可以随时携带、安置在不同的线路使用。

如图2所示为本发明另一实施例高速公路边坡压力检测和预警装置的结构原理图，其中，本实施例的装置200中包括上述图1实施例所述的各部件、组件或其他组合(本实施例中，与图1实施例功能、形状、位置均相同的部分采用同一标号)，本实施例的装置200还包括一与控制模块连接的微型计算机处理装置10，该计算机处理装置10包括接口单元14、操作面板15和指示单元16。

控制模块2通过接口单元14提供的USB接口与计算机处理装置10连接，实现计算机处理装置10与控制模块2之间的通信。

操作面板15以触控式显示屏实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动以及对前述环境信息传感器1的调试等操作指令；

指示单元16用以监控压力数据采集模块1、存储模块3、评估预警模块4以及通信模块5的工作状况，例如压力传感器是否工作正常，通信模块信息传输是否正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

作为可选的实施方式，计算机处理装置10为一触控式平板计算机。

结合图、图2以及图3所示，所述评估预警模块4对高速公路边坡压力数据的处理和分析包括以下过程：

步骤S01：在控制模块的控制下，读取高速公路的边坡压力检测装置所采集的相关数据信息；

步骤S02：控制模块将数据信息进行AD转换，存入存储模块；

步骤S03：控制模块根据当前时钟信息提取实时压力数据，并开始准备预警分析；

步骤S04：控制模块控制使得评估预警模块对实时压力数据进行分析，计算实时压力数据与日平均压力的比值，界定高速公路边坡压力等级，判断是否发生剧烈压力变化；

步骤S05：根据所得高速公路边坡压力等级，判断是否在预警范围之内；

步骤S06：如果高速公路边坡压力等级未达到预警等级，则返回步骤S02；如果高速公路边坡压力等级达到预警等级，则进行步骤S07；

步骤S07：控制模块启动预警指令，开启高速公路边坡压力预警；

步骤S08：根据压力数据采集模块中的空间坐标信息，对受影响线路进行定位；

步骤S09：根据不同预警等级，采取不同的应急备案措施；

步骤S10：接通通信模块的移动通信接口；

步骤S11：将应急措施文本信息通过移动通信接口或者无线发射模块发送；

步骤S12：检测应急措施文本信息是否发送成功：如果是，则进入步骤13，如果否，(例如由于干扰或者其它原因导致信息没有发生成功时)，重新启动通信模块发送应急措施文本信息；

步骤S13：退出预警。

进一步的实例中，高速公路边坡压力预警等级按照对于高速公路边坡最大承受压强的界定来确定，将高速公路边坡压力等级按照压力阀值_α(当前压力与日均压力的比值)分为6个等级：

①0＜α≤1.2高速公路边坡压力在安全范围内，不需要预警；

②1.2＜α≤4高速公路边坡压力预警等级为一级；

③4＜α≤8高速公路边坡压力预警等级为二级；

④8＜α≤20高速公路边坡压力预警等级为三级；

⑤20＜α≤100高速公路边坡压力预警等级为四级；

⑥100＜α高速公路边坡压力预警等级为五级；

其中，对应于不同的预警等级，前述的应急措施包括：

①当高速公路边坡压力预警等级为一级时，周边道路进行限速；

②当高速公路边坡压力预警等级为二级时，周边道路进行限速，并且通过广播通知过行车辆注意安全；

③当高速公路边坡压力预警等级为三级时，道路限速，相关人员通过现场摄像设施观察实际情况，如有必要，封锁路段；

④当高速公路边坡压力预警等级为四级时，封锁路段，疏散乘客禁止车辆进入路段；

⑤当高速公路边坡压力预警等级为五级时，疏散乘客，封锁道路，调遣周边医疗人员前往救助。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (1)

1.一种高速公路边坡压力检测和预警装置，其特征在于，包括压力数据采集模块、存储模块、控制模块、评估预警模块以及通信模块，其中控制模块作为核心模块用于控制压力数据采集模块、存储模块、评估预警模块、通信模块的运行，评估预警模块对存储模块内存储的数据进行处理和分析，界定出压力等级以及判断是否需要进行危险预警，通信模块响应于评估预警模块的危险预警信号而发送预警信息，其中：

压力数据采集模块埋设在高速公路沿线的边坡地表下方，用于监测和提取高速公路边坡周围的压力数据、空间坐标以及时间信息，并将监测到的压力信息、时间信息以及空间坐标信息记录在存储模块中；

存储模块用以存储由所述评估预警模块所使用的数据，这些数据包括前述压力数据采集模块所监测到的压力信息、时间信息以及空间坐标信息，并可在控制模块的控制下通过通信模块传输上述数据；

评估预警模块用以根据前述压力数据采集模块采集得到的压力信息进行评估和分析，根据高速公路边坡压力的大小界定高速公路边坡压力等级，按对应等级对周围车辆及线路进行相应措施，并在控制模块的控制下通过通信模块发送预警信息及相应措施，从而对高速公路边坡压力进行评估与预警；

通信模块作为监测预警装置中的对外通信模块，在控制模块的控制下向外界以无线信号，或者通过移动基站接口以短信的形式传输和广播编码信息、短信信息，实现与交通部门以及汽车驾驶员的手机终端的通信；

所述控制模块采用单片机实现；所述压力数据采集模块采用贴片式传感装置，其中包含有压力传感器、GPS模块以及GPRS模块；所述存储模块采用存储介质实现；所述评估预警模块以程序的形式存储在控制模块的单片机内并可由单片机进行调用执行；所述通信模块采用无线发射电路实现；

所述的压力数据采集模块采用贴片式传感装置，置于地表1-2米深处；

高速公路边坡压力检测和预警装置还包括一与控制模块连接的计算机处理装置，该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：

所述的控制模块通过该接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机处理装置与控制模块之间的通信；

操作面板以触控式显示屏实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动以及对前述压力数据采集模块的调试操作指令；

指示单元用以监控上述压力数据采集模块、存储模块、评估预警模块以及通信模块的工作状况，并表征给用户；

所述计算机处理装置为一触控式平板计算机；

所述评估预警模块对高速公路边坡压力数据的处理和分析包括以下过程：

步骤S01：在控制模块的控制下，读取高速公路的边坡压力检测装置所采集的相关数据信息；

步骤S02：控制模块将数据信息进行AD转换，存入存储模块；

步骤S03：控制模块根据当前时钟信息提取实时压力数据，并开始准备预警分析；

步骤S04：控制模块控制使得评估预警模块对实时压力数据进行分析，计算实时压力数据与日平均压力的比值，界定高速公路边坡压力等级，判断是否发生剧烈压力变化；

步骤S05：根据所得高速公路边坡压力等级，判断是否在预警范围之内；

步骤S06：如果高速公路边坡压力等级未达到预警等级，则返回步骤S02；如果高速公路边坡压力等级达到预警等级，则进行步骤S07；

步骤S07：控制模块启动预警指令，开启高速公路边坡压力预警；

步骤S08：根据压力数据采集模块中的空间坐标信息，对受影响线路进行定位；

步骤S09：根据不同预警等级，采取不同的应急备案措施；

步骤S10：接通通信模块的移动通信接口；

步骤S11：将应急措施文本信息通过移动通信接口或者无线发射模块发送；

步骤S12：检测应急措施文本信息是否发送成功：如果是，则进入步骤13，如果否，重新启动通信模块发送应急措施文本信息；

步骤S13：退出预警；

其中，所述高速公路边坡压力预警等级按照对于高速公路边坡最大承受压强的界定来确定，将高速公路边坡压力等级按照压力阀值α分为6个等级，该压力阀值α为当前压力与日均压力的比值，其中：

①0＜α≤1.2高速公路边坡压力在安全范围内，不需要预警；

②1.2＜α≤4高速公路边坡压力预警等级为一级；

③4＜α≤8高速公路边坡压力预警等级为二级；

④8＜α≤20高速公路边坡压力预警等级为三级；

⑤20＜α≤100高速公路边坡压力预警等级为四级；

⑥100＜α高速公路边坡压力预警等级为五级；

其中，对应于不同的预警等级，前述的应急措施包括：

①当高速公路边坡压力预警等级为一级时，周边道路进行限速；

②当高速公路边坡压力预警等级为二级时，周边道路进行限速，并且通过广播通知过行车辆注意安全；

③当高速公路边坡压力预警等级为三级时，道路限速，相关人员通过现场摄像设施观察实际情况，如有必要，封锁路段；

④当高速公路边坡压力预警等级为四级时，封锁路段，疏散乘客禁止车辆进入路段；

⑤当高速公路边坡压力预警等级为五级时，疏散乘客，封锁道路，调遣周边医疗人员前往救助。