CN108269425A - 高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统及使用方法,包括单膜测量光纤、光纤护线、护栏、窄带物联网报警单元、管理单元、光纤振动和温度检测仪,单膜测量光纤与光纤护线铺设路线相同,均铺设在公路护栏附近地下,单膜测量光纤及光纤护线的两端均与光纤振动和温度检测仪连接;若干窄带物联网报警单元固定在护栏顶部,管理单元与窄带物联网报警单元通过窄带通讯,管理单元与光纤振动和温度检测仪相连接。优点是:采用布设在高速公路护拦地下的单膜测量光纤,配用光纤振动和温度检测仪,精确监测行车撞击点,由窄带物联网报警单元发送声、光报警信号,提示后续行车减速或避让,有效防止追尾碰撞事故的发生。
Description
技术领域
本发明属于公路报警管理技术领域,尤其涉及一种高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统及使用方法。
背景技术
随着经济的发展,高速公路的建设也越快,高速公路的质量也逐步提高,行车速度已提高到120km/h。人民生活水平的提高,汽车越来越多的进入寻常百姓家。行驶在高速公路上的汽车密度也显著增加,驾驶人员稍一操作不当,就会出现交通事故。目前,在高速公路上,车辆的追尾碰撞事故是最主要的事故形态,一但发生汽车撞击事故,由于车速高,时常是产生连撞事故。尤其是团雾天气,由于团雾的突发性和不确定性,低能见度天气给行车带来极大的安全隐患。驾驶员行驶在团雾中时,不能及时采取有效的措施,极易导致重大交通事故的发生。
有人研究发现,驾驶员如果能在碰撞发生前0.5秒得到预警,就能避免50%的碰撞事故;若在1秒前得到预警,则可避免90%的碰撞事故。因此,开发研制汽车防追尾碰撞报警装置,在追尾碰撞发生之前给予驾驶员警示,提醒驾驶员采取减速或换道等避让措施,防止自车追尾前车,对于提高汽车行驶安全,减少追尾事故的发生,具有重要的意义。
已有多种装在汽车内的防追尾碰撞报警装置的研究,由于多种原因,实际应用的极少。特别是目前尚未具备有效解决低能见度问题的办法,高速公路一但有撞车事故发生,很可能就会引发连撞事故,或称车辆的追尾碰撞事故,这种高速公路撞车事故应力求避免。
当前,常见的车辆的追尾碰撞事故,一种是行车自撞护栏后,引起后续追尾行车互撞,或是两车相撞再引起多车追尾互撞。多车追尾互撞避免的难点:一是起撞点,公路管理部门难以及时确定,二是无法及时通知后续行车减速或避让。
采用无线方式报警时,当前,可以考虑采用的技术有WiFi、ZigBee、LoRa、电力载波和蓝牙、GSM、GPRS、CDMA、W CDMA、LTE等通信网络进行远程无线报警,但因供电电源、设备成本、传输距离、传输费用等问题,均难于推广。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明的目的是提供一种高速公路窄带物联网(NB-IoT)防止行车连撞管理系统及使用方法,通过布设测量光纤检测温度及振动情况实现提前报警,提示后续行车减速或避让,防止追尾碰撞事故的发生
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统,包括单膜测量光纤、光纤护线、护栏、窄带物联网报警单元、管理单元、光纤振动和温度检测仪,单膜测量光纤与光纤护线铺设路线相同,均铺设在公路护栏附近地下,单膜测量光纤及光纤护线的两端均与光纤振动和温度检测仪连接;若干窄带物联网报警单元固定在护栏顶部,管理单元与窄带物联网报警单元通过窄带通讯,管理单元与光纤振动和温度检测仪相连接;
所述的窄带物联网报警单元包括接收控制器、电池保护板、报警扬声器、锂电池、光伏板、报警闪烁灯、NB-IoT天线,接收控制器与报警扬声器、报警闪烁灯、NB-IoT天线连接,接收控制器由锂电池供电,锂电池由光伏板充能,锂电池上连接有电池保护板。
所述的管理单元包括全固态微电脑、NB-IoT窄带物联网模块、NB-IoT天线、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口,全固态微电脑与NB-IoT窄带物联网模块、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口相连接,光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑连接,NB-IoT窄带物联网模块与NB-IoT天线连接,NB-IoT窄带物联网模块通过NB-IoT天线与窄带物联网报警单元相通讯;全固态微电脑上连接有RS-485接口。
所述的窄带物联网报警单元等距装设在护栏顶部。
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统的使用方法,包括以下步骤:
1)光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比,判断单膜测量光纤的m或n点有事故,并将该信息发送到管理单元;
2)由管理单元判断m或n点位置的行车方向,管理单元通过NB-IoT窄带物联网模块向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元发送报警信号,窄带物联网报警单元发出报警,提醒车辆前方发生事故;
3)当事故处理完毕后,结束报警,光纤振动和温度检测仪继续检测,直到检测到某点发生事故,向管理单元发送信息。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明采用布设在高速公路护拦地下的单膜测量光纤,配用光纤振动和温度检测仪,精确监测行车撞击点,这是一种行之有效的措施;
2)在高速公路护拦桩上等距装设窄带物联网报警单元,根据光纤振动和温度检测仪测得撞击点m和n向行车反方向的m~m-9或n~n-9个窄带物联网报警单元同时发送声、光报警信号,可提示后续行车减速或避让,这样可以有效防止追尾碰撞事故的发生,此方法是一项创新举措;
3)本发明采用窄带物联网(NB-IoT)报警,进行高速公路防止行车连撞的远程网络管理业务。窄带物联网报警单元设置锂电池和太阳能光伏供电,采用了休眠唤醒模式和低功耗硬件模块,可实现长距离、低功耗、低成本、高覆盖(和手机一样)、强连接等的优势的多终端物联网技术,它全面超越其他技术,是当前创新优选方案。
附图说明
图1是单膜测量光纤及窄带物联网报警单元布置主视图。
图2是单膜测量光纤及窄带物联网报警单元布置俯视图。
图3是本发明的原理图。
图4是窄带物联网报警单元的原理图。
图5是管理单元的原理图。
图6是高速公路窄带物联网防止行车连撞管理流程图。
图7是光纤振动和温度检测仪的振动监测波形图。
图8是检测光纤振幅撞击点的波形图。
图9是检测光纤温度撞击点的波形图。
图中:1-高速公路地下 2-护栏支柱 3-单膜测量光纤 4-光纤护线 5-护栏 6-窄带物联网报警单元 7-上行光纤振动和温度检测仪 8-下行光纤振动和温度检测仪 9-管理单元
31-上行单膜测量光纤 32-下行单膜测量光纤 41-上行光纤护线 42-下行光纤护线
61-接收控制器 62-电源指示灯 63-电池保护板 64-报警扬声器 65-锂电池 66-光伏板 67-报警闪烁灯 68-电源线 69-NB-IoT天线 610-USB接口
91-USB3接口 92-USB2接口 93-USB1接口 94-RS-485接口 95-全固态微电脑 96-WiFi天线 97-NB-IoT窄带物联网模块 98-NB-IoT天线 99-LCD显示屏。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述,但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1-图5,高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统,包括单膜测量光纤3、光纤护线4、护栏5、窄带物联网报警单元6、管理单元9、光纤振动和温度检测仪,单膜测量光纤3与光纤护线4铺设路线相同,均铺设在公路地下,单膜测量光纤3及光纤护线4的两端均与光纤振动和温度检测仪连接;若干窄带物联网报警单元6固定在护栏5顶部,管路单元与窄带物联网报警单元6通过窄带通讯,管理单元9与光纤振动和温度检测仪相连接。
见图4,窄带物联网报警单元6包括接收控制器61、电池保护板63、报警扬声器64、锂电池65、光伏板66、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69,接收控制器61与报警扬声器64、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69连接,接收控制器61由锂电池65供电,锂电池65由光伏板66充能,锂电池65上连接有电池保护板63。
见图5,管理单元9包括全固态微电脑95、NB-IoT窄带物联网模块97、NB-IoT天线98、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口,全固态微电脑95与NB-IoT窄带物联网模块97、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口相连接,光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑95连接,NB-IoT窄带物联网模块97与NB-IoT天线98连接,NB-IoT窄带物联网模块97通过NB-IoT天线98与窄带物联网报警单元6相通讯;全固态微电脑95上连接有RS-485接口94。
见图1,窄带物联网报警单元6等距装设在护栏5顶部,以便于报警距离的测算。窄带物联网报警单元6之间的距离可在100m~500m范围。
光纤振动和温度检测仪采用专利申请号:201710492966.5公开的一种同时监测振动、应力、温度的分布式光纤检技术,利用该专利实现对单膜测量分布式光纤3的温度、振动检测,管理单元9可快速检到撞击点。其振动和温度的检测功能可以用来测定撞车点(精确的距离测定分辨为2cm)。
见图1-图5,高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统的使用方法,包括以下步骤:
1)光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比,判断单膜测量光纤3的n点有事故,并将该信息发送到管理单元9;
2)由管理单元9判断n点位置的行车方向,管理单元9通过NB-IoT窄带物联网模块97向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元6发送报警信号(少于9个也可实现,但是驾驶员的安全性可能降低),窄带物联网报警单元6发出报警,提醒车辆前方发生事故;
一般发生交通事故的地段要么温度突然上升,要么振动突然加大,或者二者兼具;因此检测温度及振幅能够及时准确的测定事故发生点的位置。
3)当事故处理完毕后,结束报警,光纤振动和温度检测仪继续检测,直到检测到某点发生事故,向管理单元9发送信息。
见图1-图9,以一段高速公路为例:
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统,包括单膜测量光纤3、光纤护线4、护栏5、窄带物联网报警单元6、管理单元9、光纤振动和温度检测仪,单膜测量光纤3与光纤护线4铺设路线相同,均铺设在公路地下,单膜测量光纤3分为上行单膜测量光纤31和下行单膜测量光纤32,光纤护线4包括上行光纤护线41和下行光纤护线42,上行单膜测量光纤31和上行光纤护线41沿上行高速公路两旁铺设,并靠近护栏5,这样可避免单膜测量光纤的损伤。上行单膜测量光纤31两端均与上行光纤振动和温度检测仪7连接。若干窄带物联网报警单元6等距的固定在护栏支柱2顶部,以便于报警距离的测算,同时确保窄带物联网报警单元6的安全,窄带物联网报警单元6之间的距离为100-200m。管路单元与窄带物联网报警单元6通过窄带通讯,管理单元9与光纤振动和温度检测仪相连接。
见图2,下行光纤振动和温度检测仪8采用同样的方式与下行单膜测量光纤32连接,下行单膜测量光纤32及下行光纤护线42铺设在下行高速公路,其铺设方式与上行单膜测量光纤31相同。见图3,上行光纤振动和温度检测仪7通过USB的连接接口E与管理单元9连接,下行光纤振动和温度检测仪8通过USB的连接接口F与管理单元9连接。
见图4,窄带物联网报警单元6包括接收控制器61、电池保护板63、报警扬声器64、锂电池65、光伏板66、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69,接收控制器61与报警扬声器64、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69连接,接收控制器61由锂电池65供电,锂电池65由光伏板66充能,锂电池65上连接有电池保护板63,该锂电池65为12V/5Ah锂电池。接收控制器61上还连接有电源指示灯62、USB接口610。接收控制器61与锂电池65通过电源线68连接。
见图5,管理单元9包括全固态微电脑95、NB-IoT窄带物联网模块97、NB-IoT天线98、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口,全固态微电脑95与NB-IoT窄带物联网模块97、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口相连接,光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑95连接,NB-IoT窄带物联网模块97与NB-IoT天线98连接,NB-IoT窄带物联网模块97通过NB-IoT天线98与窄带物联网报警单元6相通讯;全固态微电脑95上连接有RS-485接口94,USB接口为3个分别是USB1接口93、USB2接口92、USB3接口91。
光纤振动和温度检测仪采用专利申请号:201710492966.5公开的一种同时监测振动、应力、温度的分布式光纤检测技术,利用该专利实现对单膜测量光纤的温度、振动检测,通过有线/无线传输到管理单元9。其振动和温度的检测功能可以用来测定撞车点(精确的距离测定分辨为2cm)。
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统的使用方法,包括以下步骤:
1)见图7,预设振动检测的临界值,当大于该临界值则判定该振动为事故振动,光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比,得出上行单膜测量光纤31的m点有事故,并将该信息发送到管理单元9;
2)见图8,由管理单元9判断m点位置的行车方向,确定事故发生的首撞车位置,管理单元9通过NB-IoT窄带物联网模块97向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元6发送报警信号,窄带物联网报警单元6发出报警,提醒车辆前方发生事故;若车辆未及时躲避造成连撞,则管理单元9需要以连撞后的最后一辆车的位置处为基点,向在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元6发送报警信号,及时提醒后续车辆注意;
见图9,若光纤振动和温度检测仪检测到某点的温度突然上升,并超出预设的温度极限值,侧判定该处(图9中50.3m处)发生事故,采用上述相同方式进行报警提醒后续车辆注意;
3)当事故处理完毕后,结束报警,光纤振动和温度检测仪继续检测,直到检测到某点发生事故,向管理单元9发送信息。
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)主要聚焦于低功耗、广覆盖物联网市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。它连接的设备更简单,具有高藕合、终端成本低、可即插即用、可靠性高、统一的业务平台管理等特点,主要面向低速率、深度覆盖、低功耗、大数据连接的物联网应用场景。因为NB-IoT与当前3G/4G移动通讯共处同一基站,高速公路附近都有3G/4G移动通讯基站,因此,窄带物联网非常适合“高速公路防止行车连撞系统”的远程网络管理业务。
Claims (4)
1.高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统,其特征在于,包括单膜测量光纤、光纤护线、护栏、窄带物联网报警单元、管理单元、光纤振动和温度检测仪,单膜测量光纤与光纤护线铺设路线相同,均铺设在公路护栏附近地下,单膜测量光纤及光纤护线的两端均与光纤振动和温度检测仪连接;若干窄带物联网报警单元固定在护栏顶部,管理单元与窄带物联网报警单元通过窄带通讯,管理单元与光纤振动和温度检测仪相连接;
所述的窄带物联网报警单元包括接收控制器、电池保护板、报警扬声器、锂电池、光伏板、报警闪烁灯、NB-IoT天线,接收控制器与报警扬声器、报警闪烁灯、NB-IoT天线连接,接收控制器由锂电池供电,锂电池由光伏板充能,锂电池上连接有电池保护板。
2.根据权利要求1所述的高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统,其特征在于,所述的管理单元包括全固态微电脑、NB-IoT窄带物联网模块、NB-IoT天线、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口,全固态微电脑与NB-IoT窄带物联网模块、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口相连接,光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑连接,NB-IoT窄带物联网模块与NB-IoT天线连接,NB-IoT窄带物联网模块通过NB-IoT天线与窄带物联网报警单元相通讯;全固态微电脑上连接有RS-485接口。
3.根据权利要求1所述的高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统,其特征在于,所述的窄带物联网报警单元等距装设在护栏顶部。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高速公路窄带物联网防止行车连撞管理系统的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比,判断单膜测量光纤的m或n点有事故,并将该信息发送到管理单元;
2)由管理单元判断m或n点位置的行车方向,管理单元通过NB-IoT窄带物联网模块向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元发送报警信号,窄带物联网报警单元发出报警,提醒车辆前方发生事故;
3)当事故处理完毕后,结束报警,光纤振动和温度检测仪继续检测,直到检测到某点发生事故,向管理单元发送信息。
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