CN105957374A - 一种基于雨量计的高速公路预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于雨量计的高速公路预警系统，包括沿公路设置的若干雨量计、与雨量计配合使用的显示屏和控制子系统；雨量计沿高速公路每隔一段距离设置一个，用于监测该处雨量信息；控制系统基于雨量信息获取车辆安全行驶速度；每两个显示屏为一组显示由同一雨量计获取的雨量信息所计算的安全行驶速度；所述每一组显示屏分别设置于相对的高速公路上且分别位于相应雨量计的下游路段。本系统可以根据雨量的大小自动获取车辆在该雨量下的安全行驶速度。

Description

一种基于雨量计的高速公路预警系统

技术领域

本发明涉及一种交通预警技术，特别是一种基于雨量计的高速公路预警系统。

背景技术

近年来，随着经济的飞速发展我国高速公路里程也不断延伸，高速公路方便快捷安全畅通的综合效益不断显现。但由于高速公路车速快、流量大及其自身全封闭的特点，因此高速公路一旦遇到低能见度的特殊天气，特别是具有突发性和随机性的团雾状况时就极易发生交通事故。由大雾、雨雪、沙尘暴等天气因素致使高速公路上能见度降低已成为目前高速公路上交通事故的主要诱发因素，并且造成了社会经济和人民生命财产的巨大损失。因此，设计和开发高速公路预警系统已成为交通行业亟待解决的问题，特别是下雨这种常见自然气象对高速公路上车辆行驶过程造成的危险时有报道发生。现有的高速公路预警技术中，关于雨天环境下高速公路预警通常是设定一车速上限值，提醒过往车辆减速慢行。但是该方法工作模式单一，不能很好的区分各种雨量下允许车辆行驶的最高速度，一般设定为80km/h，特别是在雨量较小或者中等情形时，不能科学系统的获取一合理的安全行驶速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于雨量计的高速公路预警系统，该系统可以根据雨量的大小自动获取车辆在该雨量下的安全行驶速度。

本系统包括沿公路设置的若干雨量计、与雨量计配合使用的显示屏和控制子系统。所述雨量计沿高速公路每隔一段距离设置一个，用于监测该处雨量信息；所述控制系统基于雨量信息获取车辆安全行驶速度；所述每两个显示屏为一组显示由同一雨量计获取的雨量信息所计算的安全行驶速度。所述控制系统中设置训练子系统和速度获取子系统：所述训练子系统基于不同的雨量信息、雨量计所位于的路面结构、不同轮胎结构训练获取雨量信息与车速间的关系，所述速度获取子系统根据实时雨量信息调用雨量信息与车速间的关系获得实时车速；所述每一组显示屏分别设置于相对的高速公路上且分别位于相应雨量计的下游路段。

采用上述系统，所述训练子系统通过包括水膜厚度子模块、附着系数子模块、刹车距离子模块、安全速度获取子模块在内的模块获取获取雨量信息与车速间的关系。水膜厚度子模块基于道路参数和雨量获取水膜厚度，附着系数子模块基于水膜厚度获取车辆轮胎与地面的附着系数，刹车距离子模块基于附着系数获取安全刹车距离，安全速度获取子模块调用附着系数并和安全刹车距离获取车辆安全行驶速度。

作为本发明的一种改进，所述训练子系统通还包括反应时间子模块，用于存储驾驶员反应时间和车辆反应时间，供刹车距离子模块调用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)基于训练方式获取降雨量下的车速时，可以考量影响车速的多种因素，获取的数值更为准确；(2)增加驾驶员在面对突发状况时的反应时间及车辆反应时间，获取的数值更为准确。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为本系统的结构原理框图。

图2为本系统训练子系统的结构原理框图。

图3为本系统应用场景示意图。

具体实施方式

本发明基于交通运输部建设科技项目《武陵山区公路建设与运营安全保障技术研究》(2014318785090)进行设计。

一种基于雨量计的高速公路预警系统，包括沿公路设置的若干雨量计、与雨量计配合使用的显示屏和控制子系统。所述雨量计沿高速公路每隔一段距离设置一个，用于监测该处雨量信息；所述控制系统基于雨量信息获取车辆安全行驶速度；所述每两个显示屏为一组显示由同一雨量计获取的雨量信息所计算的安全行驶速度。所述控制系统中设置训练子系统和速度获取子系统：所述训练子系统基于不同的雨量信息、雨量计所位于的路面结构、不同轮胎结构训练获取雨量信息与车速间的关系，所述速度获取子系统根据实时雨量信息调用雨量信息与车速间的关系获得实时车速最大值；所述每一组显示屏分别设置于相对的高速公路上且分别位于相应雨量计的下游路段。

本系统基于如下原理设计：雨量决定水膜厚度，水膜厚度决定附着系数，附着系数决定摩擦力，摩擦力决定制动距离，制动距离限制车辆行驶速度。多雨地区高速公路上每2-3公里安装一台雨量计，如果雨量计测到下雨了，就由计算模块计算应限速多少，然后上游的LED屏实时显示限速。

结合图2，基于上述原理，所述控制子系统包括一训练子系统，该子系统对以下子模块获取的数据进行训练获取雨量信息与车速间的关系：水膜厚度子模块、附着系数子模块、刹车距离子模块、安全速度获取子模块、取整子模块。水膜厚度子模块基于道路参数和雨量获取水膜厚度，附着系数子模块基于水膜厚度获取车辆轮胎与地面的附着系数，刹车距离子模块基于附着系数获取安全刹车距离，安全速度获取子模块调用附着系数并和安全刹车距离获取车辆安全行驶速度。

所述水膜厚度子模块通过雨量计对一定区域排水长度L、降雨强度I、坡度N等获取水膜厚度d，即d＝f(L,I,N)，其中L为排水长度，I为降雨强度，N为坡度。

所述附着系数子模块通过水膜厚度d、轮胎的结构、胎面花纹、滑动率，以及行驶速度来获取摩擦系数。由于每一车辆的轮胎结构和胎面花纹均不相同，而行驶速度为待求变量，因此采用训练的方式，对现有市场上的轮胎结构和适合的目标速度进行输入获取一系列的附着系数，通过训练获取不同水膜厚度下的附着系数，然后对于不同水膜厚度的一系列附着系数中取最小值作为该水膜厚度下的标准值。

所述刹车距离子模块存根据附着系数μ、行驶速度v获取刹车距离，即S＝f(μ,v)。

所述安全速度获取子模块根据附着系数μ和安全刹车距离S水膜厚度d相对于降雨量间的关系，获取雨量信息下速度的模型，v＝f(I)。

本系统中，充分考量签发遇有突发情形下驾驶员做出制动操作的反应时间和车辆的反应时间，在训练子系统中设置一反应时间子模块，用于存储设定的反应时间t₀＝t_p+t_c，并在训练获取安全刹车距离时调用该时间，其中t_p、t_c分别为人和车的反应时间。

本系统中，速度获取子系统中设置一取整子模块，对实时车速向下取至最接近的5的倍数。

本系统还包括AD转换器，对将雨量信息的模拟信号转换为数字信号。

本系统还包括信息发布控制器，用于控制显示频显示速度信息。

本系统还包括zigbee无线射频模块，用于雨量信息在雨量计和控制系统间的传输，以及速度信息在控制系统和信息发布控制器之间的传输。ZigBee技术作为一种新兴的双向无线通信手段，具有功耗低、时延短、网络容量大、可靠性高及成本低等特点，非常适合于高速公路上的信息传输。由于TI公司技术实力雄厚，提供的开发工具、技术文档、参考设计和应用知识等资料更为完整，有利于平台的搭建，因此将选用TI公司的ZigBee单芯片解决方案。这其中又以最新的Chipcon公司的CC2430芯片表现最为出众。该模块分为发送和接收两部分，发送部分安装在摄像头处，用于实时发送经由图像处理模块得到的限速信息；接收部分集成在信息发布模块，将接收到的限速标志信息传递给LED限速显示标志或门架式可变信息标志牌。

结合图3，假设在高速公路上B到E路段局部有雨，如图所示，预警系统工作过程如下：当C处雨量监测装置，监测C处有雨，根据雨量大小，向双向车道上游可变信息标志牌发送限速80的限速信息，即b1处、d2处可变信息标志牌显示限速80；与C处相邻的雨量监测装置B、D监测雨量信息，当B处也检测到有雨时，向a1、c2发送限速信息；当D处也检测到有雨时，向c1、e2发送限速信息。与以上同理E、F处也进行雨量监测，当F处没有检测到有雨时，即对其一侧的道路(路段的下游)f1处的可变信息牌发送解除限速信息；同理，当A处没有检测到有雨时，其路侧可变标志牌a2显示解除限速信息。

本系统可以与测速系统、排水系统配套使用。例如当根据雨量获取车辆安全行驶速度后，通过数据之间的传输设定测速系统的抓拍速度阈值；又例如，当雨量达到一定程度时，切换排水系统的功率，将公路积水迅速排除，使车辆与地面的附着系数达到一个理想范围。

同时本系统还可以对不同种类的车辆进行分别训练，分别获取其在相同雨量情形下不同的安全车速。

Claims (7)

1.一种基于雨量计的高速公路预警系统，其特征在于，包括沿公路设置的若干雨量计、与雨量计配合使用的显示屏和控制系统；

所述雨量计沿高速公路每隔一段距离设置一个，用于监测该处雨量信息；

所述控制系统基于雨量信息获取车辆安全行驶速度；

所述每两个显示屏为一组显示由同一雨量计获取的雨量信息所计算的安全行驶速度；

所述控制系统中设置训练子系统和速度获取子系统：

所述训练子系统基于不同的雨量信息、雨量计所位于的路面结构、不同轮胎结构训练获取雨量信息与车速间的关系，

所述速度获取子系统根据实时雨量信息调用雨量信息与车速间的关系获得实时车速最大值；

所述每一组显示屏分别设置于相对的高速公路上且分别位于相应雨量计的下游路段。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述训练子系统通过以下子模块获取获取雨量信息与车速间的关系：

水膜厚度子模块，基于道路参数和雨量获取水膜厚度，

附着系数子模块，基于水膜厚度、路面结构、轮胎结构获取车辆轮胎与地面的附着系数，

刹车距离子模块，基于附着系数获取安全刹车距离，

安全速度获取子模块，调用附着系数和安全刹车距离获取车辆安全行驶速度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述训练子系统通还包括反应时间子模块，用于存储驾驶员反应时间和车辆反应时间，供刹车距离子模块调用。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述速度获取子系统中设置一取整子模块，对实时车速向下取至最接近的5的倍数。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括AD转换器，对将雨量信息的模拟信号转换为数字信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括信息发布控制器，用于控制显示频显示速度信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还包括zigbee无线射频模块，用于雨量信息在雨量计和控制系统间的传输，以及速度信息在控制系统和信息发布控制器之间的传输。