CN105405309A - 高速公路施工作业区车速控制分级预警系统 - Google Patents

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Abstract

高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，属于道路交通信号控制领域，涉及一种车速控制分级预警系统，为解决现有高速公路作业区交通设施不能够根据实际路况自适应调整标识的问题。分别在距警告区设定距离处、警告区、上游过渡区和缓冲区设置车速采集模块，用于采集当前车辆信息，并将采集速度信息反馈至预警信号输出模块；预警信号输出模块接收车速采集模块发出的车辆速度信息，通过比较，获得最大车辆速度，然后将最大车辆速度与设定的预警度相比较，获得预警等级信息，然后将预警等级信息实时发送至信息发布模块；信息发布模块设置在缓冲区，用于将预警信号输出模块获得的预警等级信息进行实时发布。本发明用于道路交通信号控制。

Description

高速公路施工作业区车速控制分级预警系统
技术领域
本发明属于道路交通信号控制领域，涉及一种车速控制分级预警系统。
背景技术
随着我国汽车保有量以及高速公路里程的不断提高，高速公路修复维护和改建扩建等工程任务日趋加剧，高速公路作业区数量增多、分布也广。高速公路施工作业区的安全问题也日益明显，其中一个典型就是限速。由于施工作业区限速而产生的问题也日益突出。
车辆的速度是引起高速公路交通事故的主要因素之一。高速公路在改扩建工程中，由于施工和车辆通行并存，行车的环境与正常高速公路有很大的不同，如果不进行限速，交通事故率将大大上升。由于高速公路作业区的特殊性，在其作业区内流动的人员、运行的机械设备、摆放不稳的施工物品都会影响到过往车辆的安全。所以，应用预警设备来实时警示过往车辆驾驶员对保障作业区交通安全和提高作业区交通运行效率有重要意义。
目前国内高速公路施工作业区的车速控制大都通过在距离作业区一段距离放置临时限速牌进行限速提示，但其有效程度缺乏稳定性，其有效度取决于正常路段限速标准、道路线性和驾驶员处理交通环境信息的能力等多种因素。有时限速标志的有效度会因为高速公路施工作业区的位置而产生变化，有时还会因为天气原因导致限速标志不能给驾驶员以警示，使限速效果大打折扣。
专利文献CN1224208A公开了一种高速公路行车指挥灯，其针对性在相应路段对运行车辆进行车速限定提示，但其不能根据车流情况自适应调整限速值，只是分路段提示车辆驾驶员人为设定的限速值。
专利文献CN204375179U公开了一种交通智能显示装置，能够有效实现提前报警的功能且使用方便，广泛用于公路维修施工现场。但它们都不能根据实际路况自适应于高速公路作业区。
发明内容
本发明是为了解决现有高速公路作业区交通设施不能够根据实际路况自适应调整标识的问题，提供了一种高速公路施工作业区车速控制分级预警系统。
本发明所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，包括车速采集模块、预警信号输出模块和信息发布模块；
分别在距警告区设定距离处、警告区、上游过渡区和缓冲区设置车速采集模块，车速采集模块用于采集当前车辆信息，并将采集的当前车辆的速度信息反馈至预警信号输出模块，当前车辆信息表示当前高速公路施工作业区内车辆的速度信号；
预警信号输出模块接收车速采集模块发出的车辆速度信息，通过比较，获得最大车辆速度，然后将最大车辆速度与设定的预警度相比较，获得预警等级信息，然后将预警等级信息实时发送至信息发布模块；
信息发布模块设置在缓冲区，用于将预警信号输出模块获得的预警等级信息进行实时发布。
本发明的优点：高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，是一种动态实时、高效准确的交通安全预警措施，具有较高的实际意义，可普遍适用于各种高速公路施工作业区类型，降低高速公路施工作业区的交通事故率，提高通行效率。本发明所述的高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，能自动检测和显示高速公路施工作业区各区域的车辆速度预警等级，进而提前进行车速控制，达到辅助施工作业区驾驶员控制车辆速度和保障工作区施工人员安全的目的，保证了通行效率，提高了通行安全。
附图说明
图1为本发明所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统的结构示意图；
图2为本发明所述车速采集模块的结构示意图；
图3为本发明所述预警信号输出模块的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，包括车速采集模块、预警信号输出模块和信息发布模块；
分别在距警告区设定距离处、警告区、上游过渡区和缓冲区设置车速采集模块，车速采集模块用于采集当前车辆信息，并将采集的当前车辆的速度信息反馈至预警信号输出模块，当前车辆信息表示当前高速公路施工作业区内车辆的速度信号；
预警信号输出模块接收车速采集模块发出的车辆速度信息，通过比较，获得最大车辆速度，然后将最大车辆速度与设定的预警度相比较，获得预警等级信息，然后将预警等级信息实时发送至信息发布模块；
信息发布模块设置在缓冲区，用于将预警信号输出模块获得的预警等级信息进行实时发布。
具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一作进一步说明：预警等级信息分为三个等级，根据最大限速值Vi，按照20km/h的变化量递增进行分级，三个等级分别为：车速大于Vi+40，预警等级为1级；车速在Vi+40和Vi+20之间，预警等级为2级；车速在Vi+20和Vi之间，预警等级为3级；当车速小于Vi时，车辆为正常行驶。
本实施方式中，施工道路信息采集的方法为：对施工现场进行数据的调查与分析，得到施工作业区交通组成(车辆类型及其所占比例)和各个区域不同车型的地点车速。车速受车型影响较大，正常行驶状态下，小型车速度快于中大型车。进入警告区后，小型车降速幅度明显大于中大型车，一旦进入工作区后，所有车辆处于不能超车的跟驰状态，造成大、中、小车三者行驶速度近似相等。
本实施方式中，预警等级如表1所示：
表1预警等级
具体实施方式三：本实施方式对具体实施方式二作进一步说明：获得最大限速值Vi的具体过程为：
高速公路施工作业区内的交通阻塞密度Kj：
K j = 1000 ( 1 - x ) ( h c + h 0 ) ( h H V - h 0 ) ;
其中：x表示大型车的比例，h0表示单车道车辆间的平均间隔，单位为m，hc表示小型车平均车辆长度，单位为m，hHV表示大型车平均车辆长度，单位为m；
然后获得最大限速值Vi：
V i = V f ( 1 - e k j k m ) ;
其中：Vf表示自由流速度，取120km/h，kj表示交通阻塞密度，单位为vel/km，km表示临界密度，取45pcu/km/h。
具体实施方式四：参见图2说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式一作进一步说明：车速采集模块包括车辆检测模块1-1、无线发射模块1-2、微处理器模块1-3、电源模块1-4、RS-485接口1-5和发射天线1-6；
车辆检测模块1-1的车速信号输出端连接微处理器模块1-3的车速信号输入端，无线发射模块1-2的车速信号输入端通过RS-485接口1-5连接微处理器模块1-3的车速信号输出端，发射天线1-6与无线发射模块1-2电气连接，将无线发射模块1-2获得的信号进行无线发射，电源模块1-4用于给车辆检测模块1-1、无线发射模块1-2和微处理器模块1-3供电。
本实施方式中，车辆检测模块1-1为TheIR254型被动红外线探测器。
具体实施方式五：参见图3说明本实施方式，本实施方式对具体实施方式四作进一步说明：预警信号输出模块包括第二微处理器模块2-1、无线接收模块2-2、报警模块2-3、第二电源模块2-4、第二RS-485接口2-5和接收天线2-6；
接收天线2-6与无线接收模块2-2电气连接，无线接收模块2-2的车速信号输出端通过第二RS-485接口2-5连接第二微处理器模块2-1的车速信号输入端，第二微处理器模块2-1的车速信号输出端连接报警模块2-3的车速信号输入端，第二电源模块2-4用于给第二微处理器模块2-1、无线接收模块2-2、报警模块2-3供电；
车速采集模块与预警信号输出模块通过发射天线1-6和接收天线2-6进行数据交互。
本实施方式中，微处理器模块1-3和第二微处理器模块2-1均为MSP430F149单片机。
本实施方式中，无线发射模块1-2和无线接收模块2-2均为无线通信STR-15嵌入式无线电模块。
本实施方式中，报警模块2-3采用LED显示板和语音提示相结合。
本实施方式中，电源模块1-4和第二电源模块2-4均为太阳能电池。
本发明中，信息发布模块发布预警等级信息的规则为：驾驶员的80％信息来自视觉，为了使车辆驾驶人员在进入施工作业区内能有效的控制车速，所以对车辆驾驶员的的信息发布有LED板和车载语音提示器部分，信号发布规则如表2：
表2信号发布规则表
“*”表示：前方限速为Vi，请减速行驶；
高速公路施工人员的信号发布规则：
出于安全考虑，为了保障工作区施工人员的人身安全，有必要设置针对高速公路施工人员的信号发布规则。由于驾驶员在读取到预警信号后会采取相应的驾驶操作，距离工作区越远，降到限速值的可能性越大，所以对施工人员信号发布装置只有语音提示系统，且只对预警等级1和2做出信息发布。信号发布规则如下表3：
表3施工人员信号发布规则表
高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，用于动态采集即将进入施工作业区的车辆速度，超过阈值车速的会给予警示，使驾驶员可以在施工作业区通过信息发布模块了解预警等级，进而提前进行车速控制，保证了通行效率，提高了通行安全；施工人员可以通过信息发布模块了解预警等级，从而保障自身安全。
实施例：
以绥满公路哈尔滨至阿城亚沟段为例，该高速公路全长33.15公里，双向四车道，施工区属于半幅封闭施工作业区。
施工道路信息采集为：
对施工现场进行数据的调查与分析，得到其交通组成、各个区域的地点车速，见表4和表5：
表4施工作业区交通组成
表5各个区地点车速
由上表可知，车速受车型影响较大，正常行驶时，小型车速度较快。进入警告区后，小型车降速幅度较大。一旦进入工作区后，所有大、中、小车三者行驶速度近似相等。
:分级预警设定：
又得知现场交通流参数，大型车比例x取15％，小型车平均车长hc取4.5m，大型车平均车长hHV取10.0m，平均静止距离h0取1.5m，计算得平均车头间距hs为6.84m，求得交通阻塞密度Kj为130vel/km。再求得最大限速值为35km/h。限速值按照20km/h的变化量递增。预警度结果见表6。
表6预警等级表
分级信号发布：
车辆驾驶人员的信号发布规则：
信号发布规则如表7，
表7驾驶员信号发布规则表
“*”——“前方限速为35km/h请减速行驶”
高速公路施工人员的信号发布规则：
出于安全考虑，为了保障工作区施工人员的人身安全，针对施工人员信号发布规则如下表8：
表8施工人员信号发布规则表
在距警告区前方一定距离时，第一个车速采集系统检测到最大车速为110km/h，车速信息传到预警信号输出系统，信号发布装置的LED色块为绿色，驾驶员接到车载语音提示“前方限速35km/h，请减速行驶”；对施工人员无语音提示。
进入警告区后，由于采取了减速措施，第二个车速采集系统检测到最大车速为85km/h，预警信号输出系统判断预警等级为1级，信号发布装置的LED色块为红色、闪烁，驾驶员接到语音提示“前方限速35km/h，请减速行驶”；施工人员接到语音提示“撤离”。
进入上游过渡区后，由于采取了减速措施，第三个车速采集系统检测到最大车速为65km/h，预警信号输出系统判断预警等级为2级，信号发布装置的LED色块为橙色、闪烁，驾驶员接到语音提示“前方限速35km/h，请减速行驶”；施工人员接到语音提示“注意”。
进入缓冲区后，由于采取了减速措施，第四个车速采集系统检测到最大车速为40km/h，预警信号输出系统判断预警等级为3级，信号发布装置的LED色块为黄色、闪烁，驾驶员接到语音提示“前方限速35km/h，请减速行驶”；对施工人员无语音提示。

Claims (5)

1.高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，其特征在于，包括车速采集模块、预警信号输出模块和信息发布模块；
分别在距警告区设定距离处、警告区、上游过渡区和缓冲区设置车速采集模块，车速采集模块用于采集当前车辆信息，并将采集的当前车辆的速度信息反馈至预警信号输出模块，当前车辆信息表示当前高速公路施工作业区内车辆的速度信号；
预警信号输出模块接收车速采集模块发出的车辆速度信息，通过比较，获得最大车辆速度，然后将最大车辆速度与设定的预警度相比较，获得预警等级信息，然后将预警等级信息实时发送至信息发布模块；
信息发布模块设置在缓冲区，用于将预警信号输出模块获得的预警等级信息进行实时发布。
2.根据权利要求1所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，其特征在于，预警等级信息分为三个等级，根据最大限速值Vi，按照20km/h的变化量递增进行分级，三个等级分别为：车速大于Vi+40，预警等级为1级；车速在Vi+40和Vi+20之间，预警等级为2级；车速在Vi+20和Vi之间，预警等级为3级；当车速小于Vi时，车辆为正常行驶。
3.根据权利要求2所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，其特征在于，获得最大限速值Vi的具体过程为：
高速公路施工作业区内的交通阻塞密度Kj：
K j = 1000 ( 1 - x ) ( h c + h 0 ) ( h H V - h 0 ) ;
其中：x表示大型车的比例，h0表示单车道车辆间的平均间隔，单位为m，hc表示小型车平均车辆长度，单位为m，hHV表示大型车平均车辆长度，单位为m；
然后获得最大限速值Vi：
V i = V f ( 1 - e k j k m ) ;
其中：Vf表示自由流速度，取120km/h，kj表示交通阻塞密度，单位为vel/km，km表示临界密度，取45pcu/km/h。
4.根据权利要求1所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，其特征在于，车速采集模块包括车辆检测模块(1-1)、无线发射模块(1-2)、微处理器模块(1-3)、电源模块(1-4)、RS-485接口(1-5)和发射天线(1-6)；
车辆检测模块(1-1)的车速信号输出端连接微处理器模块(1-3)的车速信号输入端，无线发射模块(1-2)的车速信号输入端通过RS-485接口(1-5)连接微处理器模块(1-3)的车速信号输出端，发射天线(1-6)与无线发射模块(1-2)电气连接，将无线发射模块(1-2)获得的信号进行无线发射，电源模块(1-4)用于给车辆检测模块(1-1)、无线发射模块(1-2)和微处理器模块(1-3)供电。
5.根据权利要求4所述高速公路施工作业区车速控制分级预警系统，其特征在于，预警信号输出模块包括第二微处理器模块(2-1)、无线接收模块(2-2)、报警模块(2-3)、第二电源模块(2-4)、第二RS-485接口(2-5)和接收天线(2-6)；
接收天线(2-6)与无线接收模块(2-2)电气连接，无线接收模块(2-2)的车速信号输出端通过第二RS-485接口(2-5)连接第二微处理器模块(2-1)的车速信号输入端，第二微处理器模块(2-1)的车速信号输出端连接报警模块(2-3)的车速信号输入端，第二电源模块(2-4)用于给第二微处理器模块(2-1)、无线接收模块(2-2)、报警模块(2-3)供电；
车速采集模块与预警信号输出模块通过发射天线(1-6)和接收天线(2-6)进行数据交互。
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