CN105513407B - 基于nfc的高速公路交通异常事件的预警方法及其系统 - Google Patents

Abstract

基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法，步骤为：1）手机客户端与NFC标签相连，服务器端与警示灯、雾灯及信息提示牌相连；2）进入高速公路时，将信息读入数据库，记录起始信息；3）交通异常事件时，向服务器端发送信息；4）服务器端对事件信息分析处理，发送预警信息；5）预警信息发给管理人员并显示在服务器端；6）处理完毕，服务器端发出信息指令，恢复车辆通行；7）遇极端天气时，点亮防雾灯，引导安全通行；预警方法的系统，手机客户端的NFC标签内设数据采集模块，数据采集模块与通信卫星相连；数据采集模块与通信模块、服务器端、预警装置节点及预警装置相连；及时发现异常事件时，可及时采取应急救援措施，降低伤亡和损失。

Description

基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法及其系统

技术领域

本发明属于高速公路异常事件预警技术领域，具体涉及基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法及其系统。

背景技术

进入21世纪以来我国高速公路进入一个飞速发展时期，截止2013年，通车总里程已达104468公里，是世界上规模最大的高速公路系统。高速公路也已经成为衡量一个国家交通现代化的重要标志。高速公路的发展有效的促进了我们国家经济的发展，保障了我们国家的安全和社会稳定。

但是近年来伴随着我们国家人民生活水平的提高，小汽车产业和交通事业的飞速发展，不可避免使高速公路车流量越来越大，同时由于过量的交通拥挤导致交通事故频繁发生，尤其是近年来重特大恶性事故比例较大，事故处理难度大，这给高速公路管理者带来了诸多困扰，而且给国家和社会也带来了不必要的损失。以陕西省为例，2012年陕西高速公路发生交通事故1107起，死亡306人，直接经济损失1850万元人民币。其中发生一次死亡3至9人的交通事故18起，高速公路范围内就发生8起。 可见高速公路发生的交通事故所占比重也在逐年增加。高速公路由于车辆运行速度较快，车流量大，加上路面封闭，空间有限，一旦发生事故，堵塞车辆难以及时疏散，极易形成拥堵。更由于交通事故处理不及时，极易引发二次事故，引发车辆碰撞连锁反应。

目前，我们国家的高速公路监控的日常管理模式主要有以下几种，一种依赖于传统的电话报警信息，但是经常由于报警人对于事故具体地理位置不确定，造成交警和救援车辆缓慢到达事发地，严重影响了处理事故的效率。另外一种主要依赖于监控设备采集到高速公路一些视频、数据，这种处理方式通常是由人工监控，而人工面对海量的数据和视频，有时候也是无从下手，同样影响高速公路异常事件的效率。那么如何快速、准确的检测交通异常事件产生的时间、地点，对后续车辆进行及时的预警和诱导变得尤为重要。

高速公路异常事件预警系统的发展现状;

在高速公路异常事件预警系统研究方面，西方发达国家发展较早。科学家们把在ITS方面的研究成果，最先应用于高速公路的日常管理中，对于高速公路管理过程中异常事件的预警监测，从而保证高速公路的正常通过性。另外，在工程实践中成功应用包括恶劣天气预警系统、对在线位移监控系统和异常事件监测处理系统，这些系统能够对高速公路自身和周边环境进行实时的检测和预警。

与西方发达国家相比，中国在高速公路交通安全预警系统建设方面一直比较落后，有关高速公路交通事故预警系统的关键技术理论研究内容也少之又少。下面是最近几年国内关于交通事故预警系统研究的一些研究成果。

2004年，胡铁红的高速公路追尾及侧向碰撞预警系统模型的研究成果展示了一种新型车辆防撞报警系统；2005年，邵祖峰将道路交通安全预警技术引入到城市交通管理中的理论方法，设计了城市道路交通安全预警的指标体系与计算方法，论文绘制了预警指标信号图和预警危机对策，但预警技术不成熟；2006年，宇仁德等将高速公路安全预警系统划分为危机判定、道路交通预估预测、道路交通安全评价和报警4个子系统，在综合分析预警相关理论的基础上，提出建立预警系统的结构框架和建设步骤；2007年，王初的博士论文《公路路域生态环境安全评价与预警研究》也提出了一些对于路域生态环境分析，针对预警系统提出一些指标，但没有提出具体预警方案；2010年，赵勇的《高速公路交通异常事件预警系统研究》提出了一种基于RFID技术和控制器局域网的预警系统模型和具体架构，分析了系统的工作原理及关键技术。2011年，吴建霞的硕士论文《基于台风天气的高速公路安全预警系统研究》就特殊天气下对行车安全的主要影响气象因子，分析特殊天气下对高速公路行车安全产生的影响，构建了基于台风天气下的车辆不发生侧滑为目标的相互作用模型预警系统。2011年，温惠英、张文标的《基于离散选择分析的山区公路安全预警系统研究》论文，通过采用离散选择分析方法建立了道路交通状态检测的判断模型以及分路段交通预警模型，最终建立了基于山区公路安全预警系统。

国家高技术研究发展863计划也启动了一些关于高速公路交通事故预警系统的研究，包括高速公路交通事故影响传播分析与控制项目，启动《综合交通运输系统与安全技术》专题，主要针对综合交通资源优化配置、智能化交通控制、交通安全预警救援与保障、综合交通运输信息资源共享及协同服务等关键技术进行布局。最近山东大学研究的高速公路事故预警系统，也是为保障高速公路行车安全而设置的装置，装置由发射端和接收端组成。发射端持续发出激光，接收端收到信号则一切正常。若大雾使能见度降低到一定限度，就阻隔激光致使接收端收不到信号，接受端立即自动点亮黄色警示灯并发出警示音，要求司机减速至合理速度，以预防连环相撞事件发生。另外，接受端还可将路况信息通过有线或无限通讯手段及时反馈给交通指挥中心，供交通指挥中心参考指挥行车，但此项目尚处于研发状态当中，迟迟得不到实际的应用。

综上所述，中国的高速公路交通安全预警理论研究起步较晚，关于交通的预警理论研究虽有开展，但研究内容形式单一，完整的预警系统理论尚未形成，对预警系统的实施方案也很少涉及，大部分方案也没有被应用于工程实践中。目前阶段对于高速公路的安全研究主要是包括从山区公路、生态、气象等对公路安全预警系统的研究，对于高速公路安全预警系统尚未从交通流理论角度开始研究。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法及其系统，在异常事件发生前采取预防措施，降低和避免异常事件的发生；在发生异常事件时，及时发现并采取合适的应急救援措施，使人员伤亡和财产损失最小，并尽量降低事件导致的交通延误等影响，在最短时间恢复到正常交通状态。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法，包括以下步骤：

1）将手机客户端与NFC标签相连，服务器端与设在高速公路上的警示灯、雾灯及信息提示牌相连；

2）进入高速公路时，手机客户端的NFC标签与跟服务器端相连的刷卡器感应通信，刷卡器将个人信息读入服务器的数据库，同时记录起始信息；

3）在发生交通异常事件时，由事件当事人或目击者通过NFC标签触发通信软件，向服务器端发送事件相关位置和信息；

4）服务器端对事件信息进行分析处理，并向位置附近的预警节点装置发送预警信息，点亮高速公路来车方向可控距离范围内的预警灯，将提示信息发送至信息提示牌；

5）服务器端还将上述预警信息发送给管理人员，并将该预警信息显示在服务器端的显示器上；

6）当事件处理完毕时，由管理人员通过服务器端发出信息指令，撤销预警信息，恢复车辆通行，同时将该信息发送给手机客户端；

7）当高速公路遭遇极端天气时，管理人员通过服务器端向沿线信号灯发出指令，点亮防雾灯，引导车辆安全通行。

一种实现上述基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法的系统，包括有手机客户端和服务器端，其特征在于，手机客户端设有NFC标签，NFC标签内设有数据采集模块，数据采集模块通过GPS模块与通信卫星相连；数据采集模块通过数据处理模块与通信模块相连；通信模块与服务器端相连；服务器端通过预警装置节点与预警装置相连。

所述的服务器端包括有与数据库相连的显示屏，服务器端发布的控制信息包括提示信息、雾灯信息和警示灯信息。

所述的预警装置节点包括有单片机控制器模块，单片机控制器模块分别与系统自检模块、GPRS收发模块、GPS定位模块、摄像头监控模块、语音提示模块及LED显示模块相连。

本发明的有益效果是：

本发明采用NFC近场通信技术作为升级版的RFID技术，手机客户端的NFC标签可保存更多的信息；其次，本发明将移动互联网、手机客户端、服务器端及相关的预警设备相结合；地理位置服务是手机与当今城市生活融合的又一热点。它包括两大功能：首先是确定手机用户所在的地理位置；其次是提供与位置相关的各类信息服务。其核心是借助无线网络，在手机用户之间完成定位和服务。

通过NFC手机刷卡，记录起始信息以及个人信息，在发生交通异常事件时，由事件当事人或目击者通过手机标签触发Android软件，向预警系统中心发送事件相关位置和信息，高速公路预警系统中心对事件信息进行分析处理，并向相关预警装置节点发送预警信息，点亮高速公路来车方向可控距离范围内的预警灯。同时，预警系统中心接收到预警信息后，及时给予管理人员警示信息，并在预警系统中心软件界面上实时显示相关事件信息。当事件处理完毕时，由管理人员发出信息指令，撤销预警信息，恢复车辆通行。当高速公路遭遇极端天气时，管理人员通过服务器端软件向沿线信号灯发出指令，点亮防雾灯，诱导车辆安全通行。

综上所述，利用NFC技术和手机终端应用程序来实现高速公路异常事件的预警，是本申请的核心，采用本发明可实现：

1）揭示高速公路异常事件预警系统的原理、过程、以及在系统中采用的NFC通信技术和基于手机开发的应用程序；

2）尽量降低系统的开发成本，不要改变目前高速公路的运行机制；

3）高速公路异常事件预警系统系统的高效和稳定性，快速、准确的检测交通异常事件产生的时间、地点，加快预警速度。

4）本系统在预警信息和诱导信息的发布方面，采用了预警灯、防雾灯、摄像装置、声音发布、LED显示装置等信息发布装置，可以进一步引入以更有效、更友好的方式向交通参与者提供预警信息和诱导信息。

5）在预警系统中能够增加模块以便多部门人员协同工作，比如交通警察、保险、消防、医疗部门联合处理事故，提高事故处理效率。

6）研究更准确的评价预警系统的指标和评价方法，进一步提高预警系统的科学化水平。

附图说明

图1为本发明实现基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法的系统图。

图2为本发明预警节点装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将手机客户端与NFC标签相连，服务器端与设在高速公路上的警示灯、雾灯及信息提示牌相连；

2）进入高速公路时，手机客户端的NFC标签与跟服务器端相连的刷卡器感应通信，刷卡器将个人信息读入服务器的数据库，同时记录起始信息；

3）在发生交通异常事件时，由事件当事人或目击者通过NFC标签触发通信软件，向服务器端发送事件相关位置和信息；

4）服务器端对事件信息进行分析处理，并向位置附近的预警节点装置发送预警信息，点亮高速公路来车方向可控距离范围内的预警灯，将提示信息发送至信息提示牌；

5）服务器端还将上述预警信息发送给管理人员，并将该预警信息显示在服务器端的显示器上；

6）当事件处理完毕时，由管理人员通过服务器端发出信息指令，撤销预警信息，恢复车辆通行，同时将该信息发送给手机客户端；

7）当高速公路遭遇极端天气时，管理人员通过服务器端向沿线信号灯发出指令，点亮防雾灯，引导车辆安全通行。

参见图1，一种上述的实现基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法的系统，包括有手机客户端和服务器端，其特征在于，手机客户端设有NFC标签，NFC标签内设有数据采集模块，数据采集模块通过GPS模块与通信卫星相连；数据采集模块通过数据处理模块与通信模块相连；通信模块与服务器端相连；服务器端通过预警装置节点与预警装置相连。

所述的服务器端包括有与数据库相连的显示屏，服务器端发布的控制信息包括提示信息、雾灯信息和警示灯信息。

参见图2，所述的预警装置节点包括有单片机控制器模块1，单片机控制器模块分别与系统自检模块2、GPRS收发模块3、GPS定位模块4、摄像头监控模块6、语音提示模块及LED显示模块7相连。

其中手机客户端负责通过手机客户端软件对于异常事件报警信息的处理方式，当然还要包括现阶段高速公路报警电话、巡逻车、视频检测器、气象检测器等，动态检测异常事件的相关信息，并对信息进行存储。服务器端主要对异常事件的数据采集模块的数据进行分析,采用计算机自动识别等方法,获得异常事件的位置、事件类型及事件严重程度等信息。数据处理模块根据异常事件的位置、事件类型、事件严重程度等信息,在应急管理预案的基础上,结合事件发生时的客观情况,采用人机交互的方式,确定事件的应急管理方案,如参与救援的部门、救援通道、交通管制措施、异常事件信息发布内容及范围等。预警装置通过接受服务器端发送指令来控制预警灯和防雾灯的亮灭，控制声音提示信息和LED屏显信息，诱导车辆安全通行。还根据需要来打开视频监控来查看事发地的交通状况，并向服务器发送视频信息。

所述的单片机控制器模块是STC 生产的新一代 8051单片机，指令代码完全兼容传统的51单片机，超强抗干扰，高速，高可靠，低功耗，速度比平常单片机快 8-12 倍。特点：1.大容量 2048 字节片内 RAM 数据存储器2.增强型8051内核，速度比平常的8051单片机快7-12倍。3.高速ADC，共8通道10位USB 线可实现系统供电，程序下载，通信功能 4.接口扩展齐全 5.不需要外部晶振和复位电路6.低功耗，低价格。

语音提示模块由录放音电路和功放电路组成，主要用于向事件报送人提供语音提示服务，其中录放音电路的主控芯片为APR9600。APR9600是一款可重复录放的模拟语音录放芯片，单片电路可录放32-60秒，可进行串并行控制。串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。该芯片为DIP28双列直插塑料封装。

该芯片在录音时，外部音频信号通过话筒和线路输入方式进入，话筒可采用普通的驻极体话筒，芯片内置的话筒放大器自带自动增益调节电路，可由外部阻容器件设定速度和增益范围。如果信号幅度在100mv左右即可进入线路输入端，音频信号由内部滤波器、采样电路处理后以模拟量方式存入专用快速闪存器中。由于快闪存储器是非易失器件，断电等因素不会使存储器的语音丢失。放音时芯片内部逻辑电路从快闪存储器中取出信号，经过一个低通滤波器送到功率放大器中，然后直接驱动外部的扬声器放音。扬声器采用8-16欧姆均可。

本系统采用并行控制方式，录放8段语音，分别用于刷卡操作、事件地点和时间等信息的语音提示，通过单片机STC15F2K61S2的IO口控制APR9600的录放音操作。通常情况下可直接驱动扬声器，但声音较小。在本系统中，预警装置节点分布于高速公路一侧，环境嘈杂，需要对语音信号进行功率放大。

Claims (5)

1.基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将手机客户端与NFC标签相连，服务器端通过预警节点装置与设在高速公路上的警示灯、雾灯及信息提示牌相连；

2）进入高速公路时，手机客户端的NFC标签与跟服务器端相连的刷卡器感应通信，刷卡器将个人信息读入服务器端的数据库，同时记录起始信息；

3）在发生交通异常事件时，由事件当事人或目击者通过NFC标签触发通信软件，向服务器端发送事件相关位置和信息；

4）服务器端对事件信息进行分析处理，并向位置附近的预警节点装置发送预警信息，点亮高速公路来车方向可控距离范围内的警示灯，将提示信息发送至信息提示牌；

5）服务器端还将上述预警信息发送给管理人员，并将该预警信息显示在服务器端的显示器上；

6）当事件处理完毕时，由管理人员通过服务器端发出信息指令，撤销预警信息，恢复车辆通行，同时将该撤销预警信息发送给手机客户端；

7）当高速公路遭遇极端天气时，管理人员通过服务器端向沿线雾灯发出指令，点亮雾灯，引导车辆安全通行。

2.一种实现权利要求1所述的基于NFC的高速公路交通异常事件的预警方法的系统，包括有手机客户端和服务器端，其特征在于，手机客户端设有NFC标签，NFC标签内设有数据采集模块，数据采集模块通过GPS模块与通信卫星相连；数据采集模块通过数据处理模块与通信模块相连；通信模块与服务器端相连；服务器端通过预警节点装置与警示灯、雾灯及信息提示牌相连。

3.一种如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的服务器端包括有与数据库相连的显示屏，服务器端发布的控制信息包括提示信息、雾灯信息和警示灯信息。

4.一种如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的预警节点装置包括有单片机控制器模块（1），单片机控制器模块分别与系统自检模块（2）、GPRS收发模块（3）、GPS定位模块（4）、摄像头监控模块（6）、语音提示模块及LED显示模块（7）相连。

5.一种如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的单片机控制器模块采用8051单片机。