CN108466581B - 一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统，包括：水深监测器、海拔测量仪、中央控制器、预警机构和升降机构；所述的水深监测器用于监测汽车所在区域的路面水深以生成水深监测数据，所述的海拔测量仪用于监测汽车所在区域的海拔以生成海拔测量数据，所述的中央控制器通过对水深监测数据与海拔测量数据进行分析，以控制预警机构及升降机构的运行，所述的预警机构用于发送预警信号，所述的升降机构用于升降车体。上述系统根据不同的安全程度能够驱动预警机构及升降机构分别执行积水道路提前预警及涉水情况下的避险措施，实现了预警与应急救险兼顾，使得汽车能够应对多种涉水情况，极大程度上保障机车及车内人员的安全。

Description

一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统
技术领域
本发明涉及行车安全技术领域，具体涉及一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统。
背景技术
近年来,因车辆涉水所造成车辆和人员损失的报道屡见不鲜，水深的环境对汽车的性能是一个严峻的考验，特别是对于底盘较低的小型客车而言，在涉水过程中会对车辆及车内的财务和人员造成损失。为了解决涉水问题，目前已研发出了各种用于防涉水的装置，有的是将车辆置于一个硕大的空气袋中，用于将水与车体隔绝；也有的是在车体的外部通过充气方式围成一个密闭空间，用于隔离路面积水。以上防涉水装置的机构都比较复杂，系统控制繁琐。
另外，上述防涉水装置均属于汽车在涉水后的应急设备，而无法实现提前预警功能。当汽车涉水深度较深时，即便是通过切断高压电输出手段来保护发动机，也可能因积水过深导致机动车的电器、线路、发动机被积水浸泡，从而导致电器元件的老化，甚至损毁。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有的防涉水装置存在着上述技术问题，提供一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统，利用本发明的系统能够兼具汽车涉水前的预警及涉水后的避险功能。
为实现上述目的，本发明提供的一种具有汽车涉水预警及救险功能的系统，包括：水深监测器、海拔测量仪、中央控制器、预警机构和升降机构；所述的水深监测器设置于车体侧面，用于监测汽车所在区域的路面水深以生成水深监测数据，所述的海拔测量仪设置于汽车底部，用于监测汽车所在区域的海拔以生成海拔测量数据，所述的中央控制器通过对水深监测数据与海拔测量数据进行分析，以控制预警机构及升降机构的运行，所述的预警机构设置于车内，用于发送预警信号，所述的升降机构设置于汽车底盘上，用于升降车体；
所述的中央控制器包括：GPS定位模块、地图存储模块、海拔标记模块、水深分析模块、驱动模块、预报数据采集模块和险情预测模块；
所述的GPS定位模块用于对汽车进行实时定位，并将位置坐标映射于电子地图上；
所述的海拔标记模块用于接收海拔测量数据，并将该海拔测量数据标记于电子地图的对应位置坐标上；
所述的地图存储模块用于存储电子地图；
所述的预报数据采集模块通过无线传输方式与气象站台连接，用于采集气象站台实时播送的天气预报数据，所述的险情预测模块内设置有预测模型，该预测模型用于接收预报数据采集模块输出的天气预报数据及各路段标记的海拔数据，并通过模型运算预测各路段的行车危险度；所述的天气预报数据包括：预报时段、降水量估计值、降水强度和降水概率；所述的预测模型通过历史记载的大量天气预报数据及各路段的实际降水深度数据训练获得；
所述的水深分析模块用于接收水深监测数据和各路段标记的海拔数据，计算获得当前路段海拔数据与前方路段海拔数据的高度差值，并将高度差值与水深监测数据相加后获得前方路段的水深值；
所述的驱动模块用于将前方路段的水深值与设定的第一水深阈值进行比较，在前方路段的水深值超出第一水深阈值时触发预警机构发送预警信号，同时用于将水深监测数据与设定的第一水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第一水深阈值时，触发汽车内置的刹车系统及发动机控制系统分别执行制动及发动机关闭操作，该驱动模块还将水深监测数据与设定的第二水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第二水深阈值时，触发升降机构将车体抬高，所述的第二水深阈值高于第一水深阈值。
作为上述技术方案的进一步改进，所述预警机构的输出端与汽车音响及车载显示器连接，该预警机构通过汽车音响及车载显示器向车内发送语音及图像报警信号。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的水深监测器采用超声波式液位传感器监测并生成水深监测数据，所述的超声波式液位传感器对称分布于各轮胎的上方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的升降机构对称分布于各轮胎的内侧；
该升降机构包括：伺服电机、传动装置、液压缸、伸缩杆和底座，所述的伺服电机固定于汽车底板上，该伺服电机的信号输入端与驱动模块连接，并受驱动模块控制，所述的传动装置连接于伺服电机与液压缸之间，用于将伺服电机输出的动力传递至液压缸，所述的伸缩杆设置于液压缸与底座之间，该伸缩杆受液压缸驱动使其向路面方向延伸，进而使得底座下落并支撑于路面上。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括设置于车内的摄像头、摄像头启动机构和车窗破碎机构，所述的摄像头启动机构与水深监测器连接，用于将接收的水深监测数据与设定的第三水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第三水深阈值时触发摄像头启动，所述的摄像头用于监测遗留在车内的人，并从监测数据中辨识人的特征数据，在获得该特征数据后向驱动模块发送警示消息，所述的驱动模块通过该警示消息驱动车窗破碎机构破碎车窗；所述的第三水深阈值高于第二水深阈值；
所述的车窗破碎机构包括：外壳、连接柄、破碎锤、弹簧和液压装置；所述的外壳通过连接柄固定于车体上，该外壳的一个端面贴附在车窗玻璃上，在所述端面上开设有供破碎锤弹出的窗口，所述的破碎锤设置于外壳内，该破碎锤的锤头末端与窗口齐平，其锤柄与液压装置的动力输出端连接，所述弹簧的一端与锤头固定，其另一端固定于外壳内设有的环形凸起上，所述的环形凸起套设于锤柄上，该环形凸起的外缘固定于外壳的内壁上，所述的液压装置与驱动模块连接，通过驱动模块驱动液压装置进行往复伸缩运动，进而带动破碎锤击碎车窗玻璃。
作为上述技术方案的进一步改进，所述外壳内设置有导向壁，所述的破碎锤套设于两块导向壁之间形成的通道内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述破碎锤的锤头顶面设置有锥形凸起。
本发明的一种具有汽车涉水预警及救险功能的系统优点在于：
本发明的系统通过将各路段测量的海拔数据标记在电子地图上，结合实时测量的水深数据进行综合分析，并通过设定的不同阈值进行比较，以确定当前行驶车辆所处的环境状态，根据不同的安全程度能够驱动预警机构及升降机构分别执行积水道路提前预警及涉水情况下的避险措施，同时在险情出现时还能够自动控制刹车系统及发动机控制系统分别执行制动及发动机关闭操作，实现了预警与应急救险兼顾的一体化监控机制，使得汽车能够应对多种涉水情况，极大程度上保障了机车及车内人员的安全。
附图说明
图1为本发明实施例二提供的具有汽车涉水预警及救险功能的系统结构示意图；
图2为本发明实施例三提供的摄像头、摄像头启动机构和车窗破碎机构连接关系示意图；
图3为本发明实施例中的摄像头、水深监测器、海拔测量仪和车窗破碎机构安装位置示意图；
图4为本发明实施例中的升降机构安装位置示意图；
图5为本发明实施例中的升降机构结构示意图；
图6为本发明实施例中的车窗破碎机构结构示意图。
附图标记
1、水深监测器 2、海拔测量仪 3、升降机构
4、伺服电机 5、传动装置 6、液压缸
7、伸缩杆 8、底座 9、汽车底板
10、摄像头 11、车窗破碎机构 12、外壳
13、连接柄 14、破碎锤 15、锤头
16、锤柄 17、弹簧 18、液压装置
19、环形凸起 20、导向壁 21、锥形凸起
22、车窗玻璃
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种具有汽车涉水预警及救险功能的系统进行详细说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统，包括：水深监测器、海拔测量仪、中央控制器、预警机构和升降机构。如图3所示，所述的水深监测器1设置于车体侧面，用于监测汽车所在区域的路面水深以生成水深监测数据，所述的海拔测量仪2设置于汽车底部，用于监测汽车所在区域的海拔以生成海拔测量数据，所述的中央控制器通过对水深监测数据与海拔测量数据进行分析，以控制预警机构及升降机构的运行，所述的预警机构设置于车内，用于发送预警信号，如图4所示，所述的升降机构3设置于汽车底盘上，用于升降车体；
所述的中央控制器具体包括：GPS定位模块、地图存储模块、海拔标记模块、水深分析模块、驱动模块、预报数据采集模块和险情预测模块；
所述的GPS定位模块用于对汽车进行实时定位，并将位置坐标映射于电子地图上；
所述的海拔标记模块用于接收海拔测量数据，并将该海拔测量数据标记于电子地图的对应位置坐标上；
所述的地图存储模块用于存储电子地图；
所述的预报数据采集模块通过无线传输方式与气象站台连接，用于采集气象站台实时播送的天气预报数据，所述的险情预测模块内设置有预测模型，该预测模型用于接收预报数据采集模块输出的天气预报数据及各路段标记的海拔数据，并通过模型运算预测各路段的行车危险度；所述的天气预报数据包括：预报时段、降水量估计值、降水强度和降水概率；所述的预测模型通过历史记载的大量天气预报数据及各路段的实际降水深度数据训练获得。
利用大量天气预报数据及各路段的实际降水深度数据对预测模型进行学习训练，使得预测模型具备一定的感知能力；预测模型能够利用当前播送的天气预报信息进行数据分析，根据以往经验值预测各路段的降水量及水位等信息，并以此信息进一步判断各路段在未来一段时间内的行车危险程度，为驾驶员提供预警信息，便于驾驶员提前选择较为安全的线路出行，进一步提高行车的安全性。
所述的水深分析模块用于接收水深监测数据和各路段标记的海拔数据，计算获得当前路段海拔数据与前方路段海拔数据的高度差值，并将高度差值与水深监测数据相加后获得前方路段的水深值；
所述的驱动模块用于将前方路段的水深值与设定的第一水深阈值进行比较，在前方路段的水深值超出第一水深阈值时触发预警机构发送预警信号，同时用于将水深监测数据与设定的第一水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第一水深阈值时，触发汽车内置的刹车系统及发动机控制系统分别执行制动及发动机关闭操作，该驱动模块还将水深监测数据与设定的第二水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第二水深阈值时，触发升降机构将车体抬高，所述的第二水深阈值高于第一水深阈值。
本发明的系统能够将海拔高度信息标记在电子地图上，在雨天出行时，能够获取汽车行驶道路中各路段的海拔数据，并通过将实时采集的水深数据与该海拔数据进行综合分析，以确定系统需要执行的应急策略。
上述第一水深阈值的设定是为了避免发动机进水而导致汽车熄火。由于排气口比进气口低，所以参考排气筒的位置作为第一水深阈值很稳妥。一旦水深超过排气筒的高度，车辆熄火的概率就会增加。普通轿车排气口距地面的高度为20至30厘米，SUV车型则为30至40厘米，所以一般只要积水不超过轮胎的二分之一高，都可以放心行驶。
上述第二水位阈值的设定是为了避免汽车的底盘被积水浸泡，进而导致各电子元件及管路的腐蚀。进气口的高度是车辆的极限涉水指标，当积水已经到达进气口高度时，如果还在行驶，积水会导致车辆直接熄火及各电子元件出现短路，造成永久性损坏。为此，将第二水位阈值设置在进气口以下的高度，以解决上述问题。
实施例二
所述预警机构的输出端可与汽车音响及车载显示器连接，该预警机构通过汽车音响及车载显示器向车内发送语音及图像报警信号。例如：向驾驶员播报前方出现积水的路段、积水的水位高度以及距离等信息，并为驾驶员指引出较为安全的行车路线，同时在电子地图上按积水的水位高低标记出不同的颜色，提高预警信息的可视化效果。
如图3所示，本实施例中的水深监测器1可采用超声波式液位传感器监测并生成水深监测数据，所述的超声波式液位传感器对称分布于各轮胎的上方。在一定时间段内以四个超声波式液位传感器从车体的四周进行多次测量，从而避免因路面水花飞溅或雨滴接触等因素造成的误判，提高探测精度。
如图4所示，所述的升降机构3对称分布于各轮胎的内侧，以增强升降运动的稳定性。为了实现该机构的升降功能，如图5所示，所述的升降机构具体包括：伺服电机4、传动装置5、液压缸6、伸缩杆7和底座8，所述的伺服电机4固定于汽车底板9上，该伺服电机4的信号输入端与驱动模块连接，并受驱动模块控制，所述的传动装置5连接于伺服电机4与液压缸6之间，用于将伺服电机4输出的动力传递至液压缸6，所述的伸缩杆7设置于液压缸6与底座8之间，该伸缩杆7受液压缸6驱动使其向路面方向延伸，进而使得底座8下落并支撑于路面上。
当水深监测器感应到车辆处于较深水位环境时，驱动模块通过发送的触发信号以控制伺服电机4运行，执行伸缩杆7伸长动作，此时可根据水深监测器测量的液面高度使车体升高相应的高度，以确保车身不会被水浸泡。当监测水位降至安全高度时，所述的升降机构同样通过驱动模块的控制，使其执行伸缩杆7收缩动作，待伸缩杆7复位后，车体自然降落至路面上。
实施例三
本实施例提供的系统与实施例二中的系统不同之处仅在于，还包括设置于车内的摄像头10(如图3所示)、摄像头启动机构和车窗破碎机构11(如图3所示)。
如图2所示，所述的摄像头启动机构与水深监测器连接，用于将接收的水深监测数据与设定的第三水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第三水深阈值时触发摄像头启动，所述的摄像头用于监测遗留在车内的人，并从监测数据中辨识人的特征数据，在获得该特征数据后向驱动模块发送警示消息，所述的驱动模块通过该警示消息驱动车窗破碎机构破碎车窗；所述的第三水深阈值高于第二水深阈值。
因水深的探测及数据处理会存在一定的延时，导致系统在做出应急动作之前，汽车仍然会保持当前的车速行驶一段路程；此时如果汽车恰好处于下坡路段且坡度较大时(例如在下桥路段)，该段路程前后会产生较大的水位差，从而导致车身会被积水迅速漫过，车门因水压作用或断电自锁而不能正常打开，此种情况必然给车内人员带来生命危险，而人为去破碎车窗玻璃是极为困难的。为了解决这种问题，本发明的系统加装了车窗玻璃破碎机构，在升降机构失控、车辆被水迅速淹没等特殊险情出现时，在同时满足车内有人及水位高于设定的第三水深阈值的条件下，利用驱动模块驱动车窗破碎机构启动，将车窗玻璃破碎，以便车内人员逃生。另外，为了实现上述应急处理功能，所述的第三水深阈值可设定为车窗玻璃的高度。
为了实现上述车窗破碎机构的玻璃破碎功能，如图6所示，本实施例中的车窗破碎机构可具体包括：外壳12、连接柄13、破碎锤14、弹簧17和液压装置18；所述的外壳12通过连接柄13固定于车体上，该外壳12的一个端面贴附在车窗玻璃22上，在所述端面上开设有供破碎锤14弹出的窗口，所述的破碎锤14设置于外壳12内，该破碎锤14的锤头15末端与窗口齐平，其锤柄16与液压装置18的动力输出端连接，所述弹簧17的一端与锤头15固定，其另一端固定于外壳12内设有的环形凸起19上，所述的环形凸起19套设于锤柄16上，该环形凸起19的外缘固定于外壳12的内壁上，所述的液压装置18与驱动模块连接，通过驱动模块驱动液压装置18进行往复伸缩运动，进而带动破碎锤14击碎车窗玻璃22。
基于上述结构的车窗破碎机构，如图6所示，所述外壳12内还可设置有导向壁20，所述的破碎锤14套设于两块导向壁20之间形成的通道内，使得破碎锤14能够沿通道移动，避免破碎锤14在向外移动时偏离窗口。
另外，所述破碎锤14的锤头15顶面上还可设置有锥形凸起21，在破碎锤14所受到的推力不变的情况下，由于该锥形凸起21与玻璃的接触面积较小，从而增大了压强，提高了机构的破碎效率。
利用上述结构的系统对汽车进行实时监控的具体过程为：
汽车在雨天行驶过程中，水深监测器实时感应汽车所在区域的路面水深，并通过中央控制器不断地将水深监测数据与前方路段的海拔数据进行综合分析。经过数据分析后能够获得以下不同的处理策略：
当判定前方路段积水较深(即超出系统设定的第一水深阈值)时，中央控制器触发预警机构向驾驶员发送预警信号，以提醒驾驶员提前选择其他较为安全的道路行驶；
当驾驶员未按预警信号采取相应的避险措施而继续在该路段行驶，或者在熄火停车状态时，此时如果判定汽车所处位置的积水深度超出第一水深阈值时，中央控制器触发汽车内置的刹车系统及发动机控制系统分别执行制动及发动机关闭操作，以避免发动机进水；
在水位持续升高至已超出第二水深阈值时，中央控制器触发升降机构执行车体抬高动作，以避免汽车内置的各电子元件被水浸泡；
在升降机构失控、车辆被水迅速淹没等特殊险情出现时，在同时满足车内有人及水位高于设定的第三水深阈值的条件下，中央控制器触发车窗破碎机构启动，将车窗玻璃破碎，以便车内人员逃生。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于机器学习的具有汽车涉水预警及救险功能的系统，包括水深监测器(1)、中央控制器、预警机构，其特征在于，还包括：海拔测量仪(2)和升降机构(3)；所述的水深监测器(1)设置于车体侧面，用于监测汽车所在区域的路面水深以生成水深监测数据，所述的海拔测量仪(2)设置于汽车底部，用于监测汽车所在区域的海拔以生成海拔测量数据，所述的中央控制器通过对水深监测数据与海拔测量数据进行分析，以控制预警机构及升降机构(3)的运行，所述的预警机构设置于车内，用于发送预警信号，所述的升降机构(3)设置于汽车底盘上，用于升降车体；
所述的中央控制器包括：GPS定位模块、地图存储模块、海拔标记模块、水深分析模块、驱动模块、预报数据采集模块和险情预测模块；
所述的GPS定位模块用于对汽车进行实时定位，并将位置坐标映射于电子地图上；
所述的海拔标记模块用于接收海拔测量数据，并将该海拔测量数据标记于电子地图的对应位置坐标上；
所述的地图存储模块用于存储电子地图；
所述预报数据采集模块通过无线传输方式与气象站台连接，用于采集气象站台实时播送的天气预报数据，所述的险情预测模块内设置有预测模型，该预测模型用于接收预报数据采集模块输出的天气预报数据及各路段标记的海拔数据，并通过模型运算预测各路段的行车危险度；所述的天气预报数据包括：预报时段、降水量估计值、降水强度和降水概率；所述的预测模型通过历史记载的大量天气预报数据及各路段的实际降水深度数据训练获得；
所述的水深分析模块用于接收水深监测数据和各路段标记的海拔数据，计算获得当前路段海拔数据与前方路段海拔数据的高度差值，并将高度差值与水深监测数据相加后获得前方路段的水深值；
所述的驱动模块用于将前方路段的水深值与设定的第一水深阈值进行比较，在前方路段的水深值超出第一水深阈值时触发预警机构发送预警信号，同时用于将水深监测数据与设定的第一水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第一水深阈值时，触发汽车内置的刹车系统及发动机控制系统分别执行制动及发动机关闭操作，该驱动模块还将水深监测数据与设定的第二水深阈值进行比较，在水深监测数据超出第二水深阈值时，触发升降机构(3)将车体抬高，所述的第二水深阈值高于第一水深阈值。
2.根据权利要求1所述的具有汽车涉水预警及救险功能的系统，其特征在于，所述预警机构的输出端与汽车音响及车载显示器连接，该预警机构通过汽车音响及车载显示器向车内发送语音及图像报警信号。
3.根据权利要求1所述的具有汽车涉水预警及救险功能的系统，其特征在于，所述的水深监测器(1)采用超声波式液位传感器监测并生成水深监测数据，所述的超声波式液位传感器对称分布于各轮胎的上方。
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