CN108648506A - 一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统，包括车载电源与独立电源、综合控制器、地感线圈、速度传感器、车载ZigBee模块、路侧ZigBee模块和声光输出模块。本发明系统可根据主线和匝道来车情况以及主线和匝道汇入车辆的车速对互通式立交入口区域内相关车辆提供安全提醒和安全警告(以期为互通式立交入口车辆驶入主线进行安全提醒，对未充分加速就驶入主线的驾驶员提供安全警告)，辅助车辆在以合适的车速安全合流，保障驾驶员在互通式立交入口的行车安全。

Description

一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统

技术领域

本发明属于道路交通安全技术领域，具体涉及一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统。

背景技术

互通式立交范围内的道路、交通和环境条件较为复杂，因而互通式立交区域往往事故多发。根据现有研究，互通式立交范围内的交通事故主要集中在互通式立交出入口；在互通式立交入口，事故形态主要为侧向刮擦、同向挤撞和尾随相撞，发生事故的主要原因为匝道汇入车辆加速不充分就驶入主线、匝道车辆驶入主线时未注意到主线外侧车道后方来车或者主线外侧车道车辆未留意互通式立交入口的汇入车辆。当匝道汇入车辆未注意观察主线交通状况或因视野盲区未观察到主线来车，进而贸然汇入主线时，易与主线直行车辆间发生侧向刮擦和同向挤撞等事故；同样，当匝道汇入车辆不充分加速就强行驶入主线时，主线高速行驶的直行车辆则容易刹车不及导致追尾。

针对匝道汇入车辆不充分加速就驶入主线的问题，目前只能依赖于驾驶员的安全意识；针对匝道汇入车辆未注意到主线后方来车或主线车辆未注意到匝道汇入车辆的问题，目前采用的应对措施仅为设置静态的合流警告标志，仅为被动措施，驾驶员对此并不敏感，因此效果较差；此外在主线与入口匝道合流三角区范围内往往因路侧护栏、树木等的遮挡而导致主线与匝道车辆不通视，从而引发交通事故。

为解决这一交通安全难题，交通运输部公路科学研究院曾提出一种高速公路入口匝道合流区智能安全预警控制方法(专利申请号为201010219558.0)，该方法是在高速公路入口匝道合流区安装信息采集、信息处理、信息发布的硬件设备，信息处理硬件设备接收信息采集设备传来的信息，对信息进行处理后通过匝道预警显示屏和主路预警显示屏发布预警信息，对即将进入合流区车辆进行实时动态预警，避免事故的发生。该智能安全预警控制方法虽能对主路车超速、匝道非法停车(加速车道非法停车)、主路车流量进行检测，并据此提出动态预警，但该方法未对匝道车辆不经充分加速即汇入主线的行为引起足够重视，对匝道汇入主线车辆的速度并不敏感，因此并不能有效排除这一安全隐患；此外，该方法通过匝道预警显示屏和主路预警显示屏发布预警信息，往往难以引起驾驶员的足够重视，且易对其他无关车辆造成干扰，影响正常的通行秩序。

东南大学还提出一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法(专利申请号为201610296352.5)，该方法通过控制中心将主线与入口匝道的车辆进行车车联网，以实现车辆的及时减速与换道，从而减少高速公路入口匝道的交通事故率，提高高速公路的交通安全。该方法由车辆发送实时速度与位置的信息至控制中心，控制中心根据主线车头间距与车速、匝道车速等车辆信息判断是否有碰撞风险，若有碰撞风险则控制车辆减速或换道；该方法通过车车联网实现车辆速度控制与换道操作，以期减少道路交通事故，有效提高高速公路的交通安全。但该方法依赖于车辆与控制中心之间高速和可靠的信息实时传输，以及车辆完全实现自动驾驶，而以上两种技术目前并没有实现的条件和可能，因此在目前的技术条件和交通现状下，该方法并不能切实改善当下面临的互通式立交入口区域的安全问题。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统，该系统能根据主线和匝道来车情况以及匝道汇入车辆的车速对互通式立交入口区域内相关车辆提供安全提醒和安全警告。

一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统，包括车载单元和感应控制单元；所述车载单元安装于车辆内部，用于接收来自感应控制单元发射的测试信号并向其反馈车辆速度信息；所述感应控制单元预埋于主线与匝道的交汇处，以不断地向周边发射测试信号，根据车载单元的反馈信号判断主线和匝道是否有来车，同时利用地感线圈检测匝道是否有车辆汇入主线，进而结合车辆速度信息给出相应的安全提示信息发送给相关车辆的车载单元，车载单元根据安全提示信息启动声光报警提醒车内的驾驶员。

进一步地，所述车载单元包括车载电源、车辆ZigBee模块、声光输出模块以及速度传感器，车辆ZigBee模块分别与声光输出模块和速度传感器连接；其中，所述速度传感器用于实时采集车辆的速度信息；所述车辆Zigbee模块与感应控制单元通过无线通讯连接，若其接收到来自感应控制单元发射的测试信号后将速度传感器采集到的车辆速度信息反馈给感应控制单元，同时接收来自感应控制单元发出的安全提示信息并转送给声光输出模块；所述声光输出模块根据安全提示信息启动声光报警提醒车内的驾驶员；所述车载电源用于为车载单元内各功能组件提供工作电源。

进一步地，所述感应控制单元包括独立电源、地感线圈、综合控制器以及路侧ZigBee模块，综合控制器分别与地感线圈和路侧ZigBee模块连接；其中，所述地感线圈用于检测匝道是否有车辆汇入主线，若检测到匝道有车辆汇入主线，则发送感应信号至综合控制器；所述路侧ZigBee模块与车载单元通过无线通讯连接，用于不断地向周边发射测试信号，接收车载单元反馈的车辆速度信息并转送给综合控制器；所述综合控制器根据地感线圈提供的感应信号以及路侧ZigBee模块接收到的反馈信号，进而结合车辆速度信息给出相应的安全提示信息并通过路侧ZigBee模块发送给相关车辆的车载单元；所述独立电源用于为感应控制单元内各功能组件提供工作电源。

进一步地，所述路侧ZigBee模块包括主线ZigBee模块和匝道ZigBee模块，所述主线ZigBee模块埋设于主线与匝道合流鼻前200m范围内的主线外侧车道右边沿上，每间隔10m布设一处；所述匝道ZigBee模块埋设于匝道入口加速车道范围内的匝道右侧土路肩上，每间隔10m布设一处。

进一步地，所述主线ZigBee模块与主线车道内车辆的车载单元进行无线通讯，所述匝道ZigBee模块与匝道内车辆的车载单元进行无线通讯。

进一步地，所述地感线圈埋设于匝道入口加速车道范围内的匝道左侧车道边线上，位于主线与匝道合流鼻前的地感线圈采用实线标记，位于主线与匝道合流鼻后的地感线圈采用虚线标记。

进一步地，主线车道内的车辆驶入主线与匝道合流鼻前200m范围内，其车载单元会收到感应控制单元发射的测试信号，从而开始工作直至驶离该区域范围；同样，匝道内的车辆驶入匝道入口加速车道范围内，其车载单元也会收到感应控制单元发射的测试信号，从而开始工作直至驶离该区域范围。

进一步地，所述综合控制器根据以下六种情况给出不同的安全提示信息：

①若收到主线车道内车辆车载单元的反馈信号，但未收到匝道内车辆车载单元的反馈信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“合流区域，谨慎驾驶”的安全提示信息；

②若收到匝道内车辆车载单元的反馈信号，但未收到主线车道内车辆车载单元的反馈信号，也未收到地感线圈的感应信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“请充分加速后驶入主线”的安全提示信息；

③若收到匝道内车辆车载单元的反馈信号以及地感线圈的感应信号，但未收到主线车道内车辆车载单元的反馈信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“请充分加速后从虚线位置驶入主线”的安全提示信息，并由车载单元在车内发起警报；

④若同时收到主线车道以及匝道内车辆车载单元的反馈信号，而未收到地感线圈的感应信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“匝道来车，谨慎驾驶”的安全提示信息，同时通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“注意主线来车，对方车速...”的安全提示信息；

⑤若同时收到主线车道和匝道内车辆车载单元的反馈信号以及地感线圈的感应信号，且主线车道与匝道内车辆的速度差小于10km/h，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“车辆汇入，对方车速...”的安全提示信息，同时通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“注意主线来车，对方车速...”的安全提示信息；

⑥若同时收到主线车道和匝道内车辆车载单元的反馈信号以及地感线圈的感应信号，而主线车道与匝道内车辆的速度差大于等于10km/h且主线车辆位于匝道车辆后方，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“匝道车辆低速汇入，谨防追尾，对方车速...”的安全提示信息，同时通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“当前车速低，请充分加速，主线车速...”的安全提示信息，并由车载单元在车内发起警报。

与现有技术相比，本发明安全提醒系统可根据主线和匝道来车情况以及主线和匝道汇入车辆的车速对互通式立交入口区域内相关车辆提供安全提醒和安全警告(以期为互通式立交入口车辆驶入主线进行安全提醒，对未充分加速就驶入主线的驾驶员提供安全警告)，辅助车辆在以合适的车速安全合流，保障驾驶员在互通式立交入口的行车安全。

附图说明

图1为本发明安全提醒系统的结构示意图。

图2为本发明系统中地感线圈和Zigbee模块的埋设布置示意图。

图中：1～2—车辆，3—主线ZigBee模块，4—匝道ZigBee模块，5—地感线圈，51—虚线地感线圈，52—实线地感线圈，6—独立电源，7—综合控制器，8—车辆1Zigbee模块，9—车辆1速度传感器，10—车辆1声光输出模块，11—车辆2Zigbee模块，12—车辆2速度传感器，13—车辆2声光输出模块。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统，包括车辆1、车辆2、主线ZigBee模块3、匝道ZigBee模块4、地感线圈5、独立电源6、综合控制器7、车辆1Zigbee模块8、车辆1速度传感器9、车辆1声光输出模块10、车辆2Zigbee模块11、车辆2速度传感器12、车辆2声光输出模块13，其中：

主线ZigBee模块3、匝道ZigBee模块4、地感线圈5、独立电源6、综合控制器7构成路侧预埋系统，路侧预埋系统由独立电源6提供电力。车辆1Zigbee模块8、车辆1速度传感器9、车辆1声光输出模块10构成车辆1车载系统，车辆2Zigbee模块11、车辆2速度传感器12、车辆2声光输出模块13构成车辆2车载系统，车载系统由车载电源提供电力。

主线ZigBee模块3和匝道ZigBee模块4分别与综合控制器7信号连接，独立电源6与综合控制器7电性连接，地感线圈5与综合控制器7信号连接，主线ZigBee模块3通过无线信号与车辆1ZigBee模块10实现通信，匝道ZigBee模块4通过无线信号与车辆2ZigBee模块11实现通信，车辆1速度传感器9和车辆1声光输出模块10分别与车辆1Zigbee模块8连接，车辆2速度传感器12和车辆2声光输出模块13分别与车辆2Zigbee模块11连接。

车载系统向路侧预埋系统传输本车速度，并接收来自路侧预埋系统的安全提示信号，通过车载系统的声光输出模块10和13向驾驶员发布安全提示；路侧预埋系统分别接收来自主线和匝道车辆车载系统发出的车速信息，同时接收地感线圈5的感应信号，以判断匝道车辆是否汇入主线，经综合控制器7处理后，通过路侧ZigBee模块向车辆ZigBee模块8和11发送安全提示信号。

如图2所示，主线Zigbee模块3预埋于主线与匝道合流鼻前200m至加速车道终点范围内主线外侧行车道右侧，每间隔10m布设一处；匝道ZigBee模块4埋设于入口匝道加速车道范围内匝道右侧土路肩，每间隔10m布设一处。地感线圈5埋设于匝道加速车道范围内匝道左侧行车道边线位置，用于检测匝道车辆是否汇入主线，其中地感线圈5分为虚线地感线圈51和实线地感线圈52。

路侧预埋系统实时向过往车辆发射信号，车载系统检测到路侧预埋系统发射的信号后开始工作，并向路侧系统实时反馈车辆速度。路侧预埋系统则根据主线和匝道是否有来车、主线和匝道车辆速度以及地感线圈5检测到的匝道车辆是否汇入主线等信息给出相应安全提示信息。

当主线车辆1检测到主线ZigBee模块3发射的信号时，车辆1车载系统开始工作，同时向主线ZigBee模块3反馈车辆1的速度，主线ZigBee模块3将接收到的车速信息传输给综合控制器7；当匝道车辆2检测到匝道ZigBee模块4发射的信号时，车辆2车载系统开始工作，同时向匝道ZigBee模块4反馈车辆2的速度，匝道ZigBee模块4将接收到的车速信息传输给综合控制器7。由综合控制器7根据匝道与主线来车情况、匝道车辆是否汇入主线、以及匝道与主线车辆相对速度向驾驶员输出相应安全合流提示信息。

当主线车辆1行驶至合流鼻前200m时，开始接收到主线ZigBee模块3发射的信号并开始工作，直至驶离合流区域；同样地，当匝道车辆2行驶至加速车道范围时，开始接收到匝道ZigBee模块4发射的信号并开始工作，直至驶离合流区域。

若路侧预埋系统接收到主线车辆1信号，但未接收到匝道车辆2信号，综合控制器7向主线ZigBee模块3输出提示信息“合流区域，谨慎驾驶”，并将这一信息发射给车辆1ZigBee模块8，通过车辆1声光输出模块10向驾驶员声音提示“合流区域，谨慎驾驶”。

若路侧预埋系统接收到匝道车辆2信号，未接收到主线车辆1信号，且未接收到地感线圈52信号，则通过车辆2声光输出模块13向驾驶员声音提示“请充分加速后驶入主线”。

若路侧预埋系统接收到匝道车辆2信号，未接收到主线车辆1信号，且接收到地感线圈52信号，则通过车辆2声光输出模块13向驾驶员发出“滴、滴、滴”警报声，并声音提示“请充分加速后从虚线位置驶入主线”。

若路侧预埋系统同时接收到主线车辆1和匝道车辆2信号，且未接收到地感线圈5信号，综合控制器7向主线车辆1驾驶员输出提示信息“匝道来车，谨慎驾驶”，并向车辆2车载系统传递主线车辆1车速和相应安全提示信息，通过车辆2声光输出模块13向驾驶员声音提示“注意主线来车，对方车速***”。

若路侧预埋系统同时接收到主线车辆1和匝道车辆2信号，且接收到地感线圈5信号：此时若车辆1与车辆2速度差小于10km/h，则综合控制器7向主线车辆1驾驶员输出提示信息“车辆汇入，对方车速***”，向匝道车辆2驾驶员输出提示信息“注意主线车辆，对方车速***”。

若路侧预埋系统同时接收到主线车辆1和匝道车辆2信号，且接收到地感线圈5信号：此时若车辆1与车辆2速度差大于10km/h，且检测到主线车辆1位于匝道车辆2后方，则综合控制器7向主线车辆1驾驶员输出提示信息“匝道车辆低速汇入，谨防追尾，对方车速***”，向匝道车辆2驾驶员发出“滴、滴、滴”警报声并声音提示“车速低，请充分加速，主线车速***”。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于车路协同的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：包括车载单元和感应控制单元；所述车载单元安装于车辆内部，用于接收来自感应控制单元发射的测试信号并向其反馈车辆速度信息；所述感应控制单元预埋于主线与匝道的交汇处，以不断地向周边发射测试信号，根据车载单元的反馈信号判断主线和匝道是否有来车，同时利用地感线圈检测匝道是否有车辆汇入主线，进而结合车辆速度信息给出相应的安全提示信息发送给相关车辆的车载单元，车载单元根据安全提示信息启动声光报警提醒车内的驾驶员。

2.根据权利要求1所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：所述车载单元包括车载电源、车辆ZigBee模块、声光输出模块以及速度传感器，车辆ZigBee模块分别与声光输出模块和速度传感器连接；其中，所述速度传感器用于实时采集车辆的速度信息；所述车辆Zigbee模块与感应控制单元通过无线通讯连接，若其接收到来自感应控制单元发射的测试信号后将速度传感器采集到的车辆速度信息反馈给感应控制单元，同时接收来自感应控制单元发出的安全提示信息并转送给声光输出模块；所述声光输出模块根据安全提示信息启动声光报警提醒车内的驾驶员；所述车载电源用于为车载单元内各功能组件提供工作电源。

3.根据权利要求1所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：所述感应控制单元包括独立电源、地感线圈、综合控制器以及路侧ZigBee模块，综合控制器分别与地感线圈和路侧ZigBee模块连接；其中，所述地感线圈用于检测匝道是否有车辆汇入主线，若检测到匝道有车辆汇入主线，则发送感应信号至综合控制器；所述路侧ZigBee模块与车载单元通过无线通讯连接，用于不断地向周边发射测试信号，接收车载单元反馈的车辆速度信息并转送给综合控制器；所述综合控制器根据地感线圈提供的感应信号以及路侧ZigBee模块接收到的反馈信号，进而结合车辆速度信息给出相应的安全提示信息并通过路侧ZigBee模块发送给相关车辆的车载单元；所述独立电源用于为感应控制单元内各功能组件提供工作电源。

4.根据权利要求3所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：所述路侧ZigBee模块包括主线ZigBee模块和匝道ZigBee模块，所述主线ZigBee模块埋设于主线与匝道合流鼻前200m范围内的主线外侧车道右边沿上，每间隔10m布设一处；所述匝道ZigBee模块埋设于匝道入口加速车道范围内的匝道右侧土路肩上，每间隔10m布设一处。

5.根据权利要求4所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：所述主线ZigBee模块与主线车道内车辆的车载单元进行无线通讯，所述匝道ZigBee模块与匝道内车辆的车载单元进行无线通讯。

6.根据权利要求3所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：所述地感线圈埋设于匝道入口加速车道范围内的匝道左侧车道边线上，位于主线与匝道合流鼻前的地感线圈采用实线标记，位于主线与匝道合流鼻后的地感线圈采用虚线标记。

7.根据权利要求1所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：主线车道内的车辆驶入主线与匝道合流鼻前200m范围内，其车载单元会收到感应控制单元发射的测试信号，从而开始工作直至驶离该区域范围；同样，匝道内的车辆驶入匝道入口加速车道范围内，其车载单元也会收到感应控制单元发射的测试信号，从而开始工作直至驶离该区域范围。

8.根据权利要求3所述的互通式立交入口安全提醒系统，其特征在于：所述综合控制器根据以下六种情况给出不同的安全提示信息：

①若收到主线车道内车辆车载单元的反馈信号，但未收到匝道内车辆车载单元的反馈信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“合流区域，谨慎驾驶”的安全提示信息；

②若收到匝道内车辆车载单元的反馈信号，但未收到主线车道内车辆车载单元的反馈信号，也未收到地感线圈的感应信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“请充分加速后驶入主线”的安全提示信息；

③若收到匝道内车辆车载单元的反馈信号以及地感线圈的感应信号，但未收到主线车道内车辆车载单元的反馈信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“请充分加速后从虚线位置驶入主线”的安全提示信息，并由车载单元在车内发起警报；

④若同时收到主线车道以及匝道内车辆车载单元的反馈信号，而未收到地感线圈的感应信号，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“匝道来车，谨慎驾驶”的安全提示信息，同时通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“注意主线来车，对方车速...”的安全提示信息；

⑤若同时收到主线车道和匝道内车辆车载单元的反馈信号以及地感线圈的感应信号，且主线车道与匝道内车辆的速度差小于10km/h，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“车辆汇入，对方车速...”的安全提示信息，同时通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“注意主线来车，对方车速...”的安全提示信息；

⑥若同时收到主线车道和匝道内车辆车载单元的反馈信号以及地感线圈的感应信号，而主线车道与匝道内车辆的速度差大于等于10km/h且主线车辆位于匝道车辆后方，则综合控制器通过路侧ZigBee模块向主线车道内对应车辆的车载单元发送关于“匝道车辆低速汇入，谨防追尾，对方车速...”的安全提示信息，同时通过路侧ZigBee模块向匝道内对应车辆的车载单元发送关于“当前车速低，请充分加速，主线车速...”的安全提示信息，并由车载单元在车内发起警报。