CN108961745A - 一种高速公路行驶预警系统和方法 - Google Patents

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CN108961745A CN201810611837.8A CN201810611837A CN108961745A CN 108961745 A CN108961745 A CN 108961745A CN 201810611837 A CN201810611837 A CN 201810611837A CN 108961745 A CN108961745 A CN 108961745A
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王宗钰
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Abstract

本发明公开了一种高速公路行驶预警系统和方法。本发明技术方案通过重点车辆预警装置和普通车辆预警装置向后台数据处理系统发送各自的卫星定位数据，由后台数据处理系统确定重点车辆之间以及重点车辆和普通车辆之间的距离、相对速度是否满足预警条件而向重点车辆预警装置和普通车辆预警装置分别发送相应的预警信息，进而实现了提前警示可能出现危险以提前避免可能出现的危险，提高高速公路的行车安全的目的。本发明利用移动互联网等信息技术，实现了实时连续跟踪、监测车辆行驶状态，实现了基于预警场景实时辨识的超视距行车预警功能，可有效地降低高速公路碰撞与追尾等交通事故的发生。

Description

一种高速公路行驶预警系统和方法
技术领域
本发明涉及高速公路安全保障领域，特别涉及一种高速公路行驶预警系统和方法。
背景技术
我国高速公路通车总里程已超12万公里，连接全国地级行政中心、城镇人口超过20万的中等及以上城市、重要交通枢纽和重要边境口岸。随着高速公路通车里程的不断增长和网络布局的不断优化，客货运输周转量增长迅猛，其中大型客、货运输车辆和危险品运输车辆占比增长迅速，而且随着电商经济蓬勃发展，大型货物运输交通量将持续快速增长。
另据统计，高速公路发生的重大交通事故，其中大型客货运输车辆引发的事故占比远高于其保有量占汽车总量的比例。为切实加强道路运输车辆动态监管工作，预防和减少道路交通运输事故，交通运输部、公安部、安全生产监督总局、工业和信息化部等四部委联合发文(交运发〔2011〕80号)，要求所有旅游包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆(简称“两客一危”车辆)安装使用具有行驶记录功能的卫星定位装置。
卫星定位装置符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》(JT/T794-2011)，并接入全国重点营运车辆联网联控系统。通过“两客一危”车辆上安装的卫星定位装置，运政部门或相关运输企业可实时监控车辆的行驶位置与行驶速度等信息，当这类车辆发生超速行驶、疲劳驾驶等道路交通安全违法行为时，能够及时依法查处，从而规范“两客一危”车辆的驾驶行为。
尽管依据规定，“两客一危”车辆安装所车载卫星定位终端在降低“两客一危”车辆交通事故方面起到了积极作用，但高速公路客货运输安全形势仍然十分严峻，重特大交通事故时有发生，其中大型客、货运输车辆的互相碰撞、小轿车追尾大型车等类型的事故所占比例很高。因此，目前这种局限于“两客一危”车辆的监管方法与系统存在以下缺点：
第一，目前安装于“两客一危”车辆的车载卫星定位终端，其实时数据交互能力差，与高速公路现有的交通监控系统间难以实现实时的数据通信，“两客一危”车辆之间、“两客一危”车辆与普通车辆(如普通小轿车)之间在某一时刻可能会出现相互影响的行驶状态，也就是产生追尾或碰撞的潜在风险在某一时刻会升高，而目前技术对此类移动型风险难以实现连续跟踪与监测，更做不到提前预警和超视距预警。
第二，不在“两客一危”范畴的大型货运车辆行驶在高速公路上同样也可能是一类潜在的移动型风险源，由于未安装车载卫星定位终端，对其难以实时跟踪、监测。
第三，高速公路行驶安全受天气等环境因素影响大，目前技术对行驶环境变化的动态调整能力弱，如果高速公路某局部路段出现短时异常气象时不能迅速做出响应，不利于行驶安全的管理。
第四，目前的用于“两客一危”车辆的监管技术侧重于执法服务的应用，安全行驶的实时预警功能弱。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高速公路行驶预警系统和方法，以及时提醒高速公路上的重点车辆和普通车辆，以提前避免可能出现的危险，提高高速公路的行车安全。
本申请的技术方案是这样实现的：
一种高速公路行驶预警系统，包括重点车辆预警装置、普通车辆预警装置和后台数据处理系统；其中，
所述重点车辆预警装置放置于行驶在高速公路的重点车辆上，用于存储所述重点车辆的车辆信息数据，定期获取所述重点车辆的卫星定位数据，通过移动通信网络与所述后台数据处理系统进行数据通信，以向所述后台数据处理系统上传所述重点车辆的卫星定位数据，并且从所述后台数据处理系统获得第一预警信息数据，以对所述重点车辆中的人员进行提醒；
所述普通车辆预警装置放置于行驶在高速公路的普通车辆上，用于存储所述普通车辆的车辆信息数据，定期获取所述普通车辆的卫星定位数据，通过移动通信网络与所述后台数据处理系统进行数据通信，以向所述后台数据处理系统上传所述普通车辆的卫星定位数据，并且从所述后台数据处理系统获得第二预警信息数据，以对所述普通车辆中的人员进行提醒；
所述后台数据处理系统通过所述移动通信网络获取所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据，根据所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据确定所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据，并将所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则通过所述移动通信网络向所述重点车辆预警装置和所述普通车辆预警装置分别发出所述第一预警信息数据和所述第二预警信息数据。
进一步，所述重点车辆预警装置包括微处理器单元、卫星定位采集单元、近场通信NFC单元、移动通信单元、字符音频转换TTS单元和电池与无线充电单元；其中，
所述微处理器单元与所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元连接，以协调和控制所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元的工作时序和状态；
所述卫星定位采集单元用于采集所述重点车辆的卫星定位数据；
所述移动通信单元用于通过所述移动通信网络向所述后台数据处理系统上传所述重点车辆的卫星定位数据，并从所述后台数据处理系统获得所述第一预警信息数据；
所述NFC单元，用于存储所述重点车辆的车辆信息数据；
所述TTS单元用于将所述第一预警信息数据转换为音频信息进行播放；
所述电池与无线充电单元电连接于所述微处理器单元、所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元，以向所述微处理器单元、所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元供电并进行无线充电。
进一步，所述普通车辆预警装置包括具有卫星定位功能并能够利用所述移动通信网络进行通信的智能移动终端。
进一步，所述后台数据处理系统包括数据通信单元、卫星定位数据处理单元和风险识别与预警信息生成单元；其中，
所述数据通信单元，用于通过所述移动通信网络获取所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据，并将所述第一预警信息数据和第二预警信息数据分别下发至所述重点车辆预警装置和所述普通车辆预警装置；
所述卫星定位数据处理单元，用于将所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据通过交通地理地图进行匹配并结合路网拓扑数据，获得所述重点车辆的高速公路行驶路径编码、所述普通车辆的高速公路行驶路径编码、所述重点车辆的位置速度数据和所述普通车辆的位置速度数据；
所述风险识别与预警信息生成单元，用于将所述重点车辆的位置速度数据和所述普通车辆的位置速度数据进行比对以确定是否满足所述预警条件，如果满足，则生成所述第一预警信息数据和第二预警信息数据。
进一步，所述后台数据处理系统还包括路网拓扑数据库、重点车辆行驶信息数据库和普通车辆行驶信息数据库；其中，
所述路网拓扑数据库用于保存所述路网拓扑数据，其中，所述路网拓扑数据为带有交通地理信息的高速公路道路连通关系的描述数据；
所述重点车辆行驶信息数据库用于存储所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据；
所述普通车辆行驶信息数据库用于存储所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据。
进一步，所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据包括所述重点车辆的高速公路行驶路径编码、位置速度数据和车辆类型；
所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据包括所述普通车辆的高速公路行驶路径编码、位置速度数据和车辆类型。
进一步，所述重点车辆的位置速度数据包括所述重点车辆的位置数据和速度数据；
所述普通车辆的位置速度数据包括所述普通车辆的位置数据和速度数据；
所述预警条件包括：
所述重点车辆和所述普通车辆之间的距离是否小于第一设定阈值；
所述重点车辆和所述普通车辆之间的速度差是否大于第二设定阈值；
所述第一预警信息数据包括所述重点车辆和所述普通车辆之间的距离小于所述第一设定阈值和/或所述重点车辆和所述普通车辆之间的速度差大于所述第二设定阈值；
所述第二预警信息数据包括所述普通车辆和所述重点车辆之间的距离小于所述第一设定阈值和/或所述普通车辆和所述重点车辆之间的速度差大于所述第二设定阈值。
进一步，所述高速公路行驶预警系统还包括第一NFC通信与处理设备和第二NFC通信与处理设备；其中，
所述第一NFC通信与处理设备位于高速公路入口收费站，用于激活所述重点车辆预警装置，并将所述重点车辆的重点车辆的车辆信息数据写入所述重点车辆预警装置；
所述第二NFC通信与处理设备位于高速公路出口收费站，用于读取所述重点车辆预警装置中的所述重点车辆的重点车辆的车辆信息数据。
进一步，所述重点车辆包括大型客车、大型货车、危险品运输车和需要监管的特定车辆；
所述普通车辆包括除重点车辆以外的在高速公路行驶的其它车辆。
一种高速公路行驶预警方法，包括：
在高速公路入口收费站处将重点车辆的车辆信息数据存储于重点车辆上的重点车辆预警装置；
所述重点车辆预警装置将所述重点车辆的车辆信息数据通过移动通信网络上传至后台数据处理系统以保存；
在高速公路入口收费站处启动普通车辆上的普通车辆预警装置，所述普通车辆预警装置将所述普通车辆的车辆信息数据通过移动通信网络上传至后台数据处理系统以保存；
在所述重点车辆在所述高速公路行驶期间，所述重点车辆预警装置定期获取所述重点车辆的卫星定位数据，并通过移动通信网络向所述后台数据处理系统上传所述重点车辆的卫星定位数据；
在所述普通车辆在所述高速公路行驶期间，所述普通车辆预警装置定期获取所述普通车辆的卫星定位数据，并通过移动通信网络向所述后台数据处理系统上传所述普通车辆的卫星定位数据；
所述后台数据处理系统接收到所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据后，根据所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据确定所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据，并将所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则通过所述移动通信网络向所述重点车辆预警装置和所述普通车辆预警装置分别发出第一预警信息数据和第二预警信息数据；
所述重点车辆预警装置接收到所述第一预警信息数据后，对所述重点车辆中的人员进行提醒；
所述普通车辆预警装置接收到所述第二预警信息数据后，对所述普通车辆中的人员进行提醒。
从上述方案可以看出，本发明的高速公路行驶预警系统和方法，利用移动互联网等信息技术，实现了实时连续跟踪、监测车辆行驶状态，实现了基于预警场景实时辨识的超视距行车预警功能，可有效地降低高速公路碰撞与追尾等交通事故的发生。
本发明实施例利用移动互联网等信息技术实现了对高速公路上行驶车辆(特别是重点车辆)的连续跟踪、监测，实现了行驶车辆间行驶状态信息的动态交互，进而实现了基于预警场景辨识的超视距预警，实时向处于预警场景中的行驶车辆自动发送场景相关的个性化语音预警信息，使得司机可以提前采取措施，规避风险。
本发明中专用的重点车辆预警装置具有兼容ISO14443协议的数据存储与通信功能，支持在现有高速公路收费及管理模式下以发放-收回的流转方式循环重复使用，显著降低了使用成本；同时由于不需要在车辆上预装，可以更灵活地适应管理需求。
本发明的高速公路行驶预警系统通过专用的重点车辆预警装置和智能移动终端的安全预警APP应用连续实时采集重点车辆和普通车辆的行驶路径位置与行车速度等数据，可以补充传统交通量检测设备因布设密度低使得采集数据空间分布稀疏的不足，在此基础上可以扩展相应的数据增值服务。
附图说明
图1为本发明实施例的高速公路行驶预警系统示意图；
图2为本发明实施例中的重点车辆预警装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中的后台数据处理系统的结构示意图；
图4为本发明实施例的高速公路行驶预警方法流程图；
图5为本发明实施例中重点车辆预警装置的车辆移动风险监测与行驶安全预警处理流程图；
图6为本发明实施例中智能终端的车辆移动风险监测与行驶安全预警处理流程图；
图7为本发明实施例中后台系统的车辆移动风险监测与行驶安全预警处理流程图；
图8为本发明实施例中相随两辆重点车辆慢超车场景S(i)和快超车场景S(ii)示意图；
图9为本发明实施例中普通车辆超车重点车辆车队场景S(iii)示意图；
图10为本发明实施例中普通车辆特殊路段超车重点车辆场景S(iv)示意图；
图11为本发明实施例中夜间或雨雪雾等恶劣天气普通车辆超车重点车辆场景S(v)示意图；
图12为重点车辆特殊路段超速行驶预警场景S(vi)示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例的高速公路行驶预警系统，包括重点车辆预警装置1、普通车辆预警装置2和后台数据处理系统3。其中，重点车辆预警装置1放置于行驶在高速公路的重点车辆上，用于存储重点车辆的车辆信息数据，定期获取重点车辆的卫星定位数据，通过移动通信网络与后台数据处理系统3进行数据通信，以向后台数据处理系统3上传重点车辆的卫星定位数据，并且从后台数据处理系统3获得第一预警信息数据，以对重点车辆中的人员进行提醒。普通车辆预警装置2放置于行驶在高速公路的普通车辆上，用于存储普通车辆的车辆信息数据，定期获取普通车辆的卫星定位数据，通过移动通信网络与后台数据处理系统3进行数据通信，以向后台数据处理系统3上传普通车辆的卫星定位数据，并且从后台数据处理系统3获得第二预警信息数据，以对普通车辆中的人员进行提醒。后台数据处理系统3通过移动通信网络获取重点车辆的卫星定位数据和普通车辆的卫星定位数据，根据重点车辆的卫星定位数据和普通车辆的卫星定位数据确定重点车辆在高速公路的行驶数据和普通车辆在高速公路的行驶数据，并将重点车辆在高速公路的行驶数据和普通车辆在高速公路的行驶数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则通过移动通信网络向重点车辆预警装置1和普通车辆预警装置2分别发出第一预警信息数据和第二预警信息数据。
图2示出了本发明实施例中的重点车辆预警装置1的结构。如图2所示，重点车辆预警装置1包括微处理器单元11、卫星定位采集单元12、NFC(Near Field Communication，近场通信)单元13、移动通信单元14、TTS(Text To Speech，字符音频转换)单元15和电池与无线充电单元16。其中，微处理器单元11与卫星定位采集单元12、NFC单元13、移动通信单元14和TTS单元15连接，以协调和控制卫星定位采集单元12、NFC单元13、移动通信单元14和TTS单元15的工作时序和状态。卫星定位采集单元12用于采集重点车辆的卫星定位数据。移动通信单元14用于通过移动通信网络向后台数据处理系统3上传重点车辆的卫星定位数据，并从后台数据处理系统3获得第一预警信息数据。NFC单元13用于存储重点车辆的车辆信息数据。TTS单元15用于将第一预警信息数据转换为音频信息进行播放。电池与无线充电单元16电连接于微处理器单元11、卫星定位采集单元12、NFC单元13、移动通信单元14和TTS单元15，以向微处理器单元11、卫星定位采集单元12、NFC单元13、移动通信单元14和TTS单元15供电并进行无线充电。
本发明实施例中，普通车辆预警装置2包括具有卫星定位功能并能够利用移动通信网络进行通信的智能移动终端。例如基于安卓系统、苹果系统、windows系统的手机、平板电脑等。这种智能移动终端中内置了卫星定位采集单元，能够实现卫星定位功能，因此只需在本发明的精神和指导下开发相应的APP软件运行于这种智能移动终端即可实现普通车辆预警装置2的功能，作为普通车辆预警装置2来使用。
图3示出了本发明实施例中的后台数据处理系统3的结构。如图3所示，后台数据处理系统3包括数据通信单元31、卫星定位数据处理单元32和风险识别与预警信息生成单元33。其中，数据通信单元31用于通过移动通信网络获取重点车辆的卫星定位数据和普通车辆的卫星定位数据，并将第一预警信息数据和第二预警信息数据分别下发至重点车辆预警装置1和普通车辆预警装置2。卫星定位数据处理单元32用于将重点车辆的卫星定位数据和普通车辆的卫星定位数据通过交通地理地图进行匹配并结合路网拓扑数据，获得重点车辆的高速公路行驶路径编码、普通车辆的高速公路行驶路径编码、重点车辆的位置速度数据和普通车辆的位置速度数据。风险识别与预警信息生成单元33用于将重点车辆的位置速度数据和普通车辆的位置速度数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则生成第一预警信息数据和第二预警信息数据。
本发明实施例中，后台数据处理系统3还包括路网拓扑数据库34、重点车辆行驶信息数据库35和普通车辆行驶信息数据库36。其中，路网拓扑数据库34用于保存路网拓扑数据，其中，路网拓扑数据为带有交通地理信息的高速公路道路连通关系的描述数据。重点车辆行驶信息数据库35用于存储重点车辆在高速公路的行驶数据。普通车辆行驶信息数据库36用于存储普通车辆在高速公路的行驶数据。
本发明实施例中，重点车辆在高速公路的行驶数据包括重点车辆的高速公路行驶路径编码、位置速度数据和车辆类型；普通车辆在高速公路的行驶数据包括普通车辆的高速公路行驶路径编码、位置速度数据和车辆类型。
本发明实施例中，重点车辆的位置速度数据包括重点车辆的位置数据和速度数据；普通车辆的位置速度数据包括普通车辆的位置数据和速度数据。
预警条件包括：重点车辆和普通车辆之间的距离是否小于第一设定阈值；以及，重点车辆和普通车辆之间的速度差是否大于第二设定阈值。
第一预警信息数据包括重点车辆和普通车辆之间的距离小于第一设定阈值和/或重点车辆和普通车辆之间的速度差大于第二设定阈值；第二预警信息数据包括普通车辆和重点车辆之间的距离小于第一设定阈值和/或普通车辆和重点车辆之间的速度差大于第二设定阈值。
由于重点车辆有可能是在进入高速公路时进行指定的，因此，在一个具体实施例中，重点车辆预警装置1是在高速公路中专用的设备，因此对于重点车辆预警装置1需要在高速公路入口与所指定的重点车辆进行绑定，并在高速公路出口解绑定。基于此，本发明的一个具体实施例中，高速公路行驶预警系统还包括第一NFC通信与处理设备和第二NFC通信与处理设备。其中，第一NFC通信与处理设备位于高速公路入口收费站，用于激活重点车辆预警装置1，并将重点车辆的重点车辆的车辆信息数据写入重点车辆预警装置1。第二NFC通信与处理设备位于高速公路出口收费站，用于读取重点车辆预警装置1中的重点车辆的重点车辆的车辆信息数据，这样可以进一步与重点车辆进行比对，避免重点车辆的车辆信息数据出现问题。
另外，因为采用了NFC通信，则可以利用本发明实施例进一步将重点车辆的在高速公路上的行驶路线数据记录于重点车辆预警装置1，并在高速公路出口收费站由第二NFC通信与处理设备读取该重点车辆的在高速公路上的行驶路线数据记录，并基于此确定重点车辆的高速公路收费金额。
本发明实施例中，重点车辆可包括大型客车、大型货车、危险品运输车和需要监管的特定车辆等；
普通车辆可包括除重点车辆以外的在高速公路行驶的其它车辆，例如普通私家车、出租车、公务车等。
本发明实施例还提供了一种高速公路行驶预警方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤A1、在高速公路入口收费站处将重点车辆的车辆信息数据存储于重点车辆上的重点车辆预警装置；
步骤A2、重点车辆预警装置将重点车辆的车辆信息数据通过移动通信网络上传至后台数据处理系统以保存；
步骤B1、在高速公路入口收费站处启动普通车辆上的普通车辆预警装置，普通车辆预警装置将普通车辆的车辆信息数据通过移动通信网络上传至后台数据处理系统以保存；
步骤A3、在重点车辆在高速公路行驶期间，重点车辆预警装置定期获取重点车辆的卫星定位数据，并通过移动通信网络向后台数据处理系统上传重点车辆的卫星定位数据；
步骤B2、在普通车辆在高速公路行驶期间，普通车辆预警装置定期获取普通车辆的卫星定位数据，并通过移动通信网络向后台数据处理系统上传普通车辆的卫星定位数据；
步骤C、后台数据处理系统接收到重点车辆的卫星定位数据和普通车辆的卫星定位数据后，根据重点车辆的卫星定位数据和普通车辆的卫星定位数据确定重点车辆在高速公路的行驶数据和普通车辆在高速公路的行驶数据，并将重点车辆在高速公路的行驶数据和普通车辆在高速公路的行驶数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则通过移动通信网络向重点车辆预警装置和普通车辆预警装置分别发出第一预警信息数据和第二预警信息数据；
步骤D、重点车辆预警装置接收到第一预警信息数据后，对重点车辆中的人员进行提醒；
步骤E、普通车辆预警装置接收到第二预警信息数据后，对普通车辆中的人员进行提醒。
上述方法中，步骤A1、步骤A2、步骤A3主要由重点车辆预警装置端来执行，而步骤B1、步骤B2主要由普通车辆预警装置端来执行。因为，重点车辆和普通车辆在大多数时候并非在非常接近的时间内进入高速公路，并且重点车辆和普通车辆大多数情况下行进路线也并非相同，而仅仅在某一区间路段相遇，因此，本发明实施例中，步骤A1、步骤A2和步骤A3与步骤B1和步骤B2之间没有必然的相互关系。而步骤C中，是通过后台数据处理系统对高速公路中的重点车辆和普通车辆之间距离进行监控，当发现重点车辆在高速公路的行驶数据和普通车辆在高速公路的行驶数据之间满足预警条件时，重点车辆和普通车辆之间才形成可能出现一定危险的相互关系，此时，即步骤C中触发预警条件后才将可能会出现危险的重点车辆和普通车辆联系在一起，并在随后的步骤D和步骤E中分别向该重点车辆和普通车辆分别发出各自的预警信息数据(即第一预警信息数据和第二预警信息数据)以进行相应的提醒，使得重点车辆驾驶员和普通车辆驾驶员能够注意到彼此，并采取行动而互相远离至相对安全的区域。以上说明为本发明实施例的主要部分，以下再次结合附图，对本发明的高速公路行驶预警系统和方法实施例进行进一步说明，以对上述说明进行更进一步的补充。
本发明实施例的高速公路行驶预警系统由重点车辆预警装置、运行行驶安全预警APP的移动智能终端(即普通车辆预警装置)和后台数据处理系统(以下简称后台系统)构成，可参见图1所示。重点车辆预警装置由微处理器单元、卫星定位采集单元、NFC单元(其可以含有SE安全模块)、移动通信单元、TTS单元和电池与无线充电单元组成，可参见图2所示。
其中，微处理器单元负责协调与控制卫星定位采集单元、NFC单元、移动通信单元、TTS单元和电池与无线充电单元的工作时序与状态，包括：控制重点车辆预警装置的工作状态、休眠状态的切换；控制卫星定位采集单元定时采集重点车辆，如大型客(货)运输车辆、危险品运输车辆及需要监管的特定车辆等重点车辆的行驶位置与速度等数据；控制移动通信单元完成与后台系统的数据通信；与NFC单元交换数据完成交通管理与行驶路径等数据在NFC单元中的存储；控制电池与无线充电单元的直流供电输出。
卫星定位采集单元在微处理器单元的控制下完成对行驶中的重点车辆的卫星定位数据的采集；移动通信单元在微处理器单元的控制下通过移动通信网络完成向后台系统上传所采集的卫星定位数据和接收后台系统下发的安全行驶预警指令、超速记录指令等。
NFC单元完成与兼容ISO14443协议的高速公路收费车道或(移动)执法站的非接触IC卡读写器(即NFC设备的非接触IC卡读写器)之间的数据交换，包括完成高速公路行驶管理相关的入、出口收费站、车型、车辆汽车牌照、车辆行驶记录等数据。
TTS单元完成将后台系统接收的行驶监测指令转换为音频信息播放的功能。
电池与无线充电单元完成为其它各单元供电和当电池欠电压时通过无线方式对电池进行充电管理的功能。
在一个具体实施例中，普通车辆预警装置采用移动智能终端，其中安装有移动智能终端行驶安全预警APP。移动智能终端行驶安全预警APP(以下简称“安全预警APP”)是运行于移动智能终端(如智能手机)的能够实现行驶安全预警功能的程序。安全预警APP运行后，智能手机定时采集普通车辆(如小汽车)的行驶位置与速度等数据，通过移动通信网络完成向后台系统上传采集的卫星定位数据，同时接收后台系统下发的安全行驶预警指令文件，解析并播放预警音频文件，警示驾驶员及时采取措施规避碰撞、追尾等事故的发生。
后台系统由数据通信单元、卫星定位数据处理单元、风险识别与预警信息生成单元、重点车辆行驶信息数据库、普通车辆行驶信息数据库、路网拓扑数据库等构成，如图3所示。
其中，数据通信单元负责通过移动通信网络接收重点车辆预警装置上传的重点行驶车辆卫星定位数据和安装有安全预警APP的移动智能终端(以下简称智能终端)上传的普通车辆卫星定位数据，并向重点车辆预警装置和智能终端下发移动风险预警指令与超速记录指令。
卫星定位数据处理单元负责将数据通信单元接收的卫星定位数据(包括重点车辆预警装置上传的和智能终端上传的)，通过交通地理地图匹配获取对应的高速公路行驶道路编码与行驶位置及车速等数据，并对应更新重点车辆行驶信息实时数据库、普通车辆行驶信息实时数据库。
风险识别与预警信息生成单元根据卫星定位数据处理单元的输出与车辆行驶信息实时数据库(包括重点车辆行驶信息数据库和普通车辆行驶信息数据库)的记录，计算重点车辆之间、重点车辆与普通车辆之间的行驶路径距离以及彼此间的行驶速度差等，据此监测与识别移动风险场景，当达到预警场景的预警阈值时，访问车辆行驶信息实时数据库(包括重点车辆行驶信息数据库和普通车辆行驶信息数据库)，获得该预警场景所涉及的预警车辆(即将要发送预警信息数据的车辆)的车辆类型与预警指令推送对象集合，并生成相应的个性化移动风险预警指令，输出给数据通信单元并由后者完成预警指令的个性化推送下发。
重点车辆行驶信息数据库和普通车辆行驶信息数据库以唯一标识重点车辆预警装置和智能终端中的安全预警APP的注册动态ID为索引，存储重点车辆和普通车辆行驶信息的实时数据，包括车辆行驶道路编码、行驶位置、当前行驶速度、车辆类型(监管类型，可根据高速公路运管需求确定)等信息。
路网拓扑数据库存储带有交通地理信息的高速公路道路连通关系的描述数据。
重点车辆预警装置在高速公路入口收费站的收费车道从待机状态转入工作状态，由收费员或管理员发放给将驶入高速公路的大型客、货运输车、“危险品”运输车和根据运管需求需长期或临时监管的特定车辆等(为叙述方便，本发明实施例中该类车辆称为重点车辆，以区别于普通社会车辆，如普通小客车，后者在本发明实施例中称作普通车辆)。重点车辆驶入高速公路后，随车的重点车辆预警装置完成与后台系统的注册获取唯一动态标识ID后，启动定时器定时采集重点车辆的卫星定位数据并上传后台系统，同时侦听后台系统下发的移动风险预警指令与超速记录指令。若收到移动风险预警指令，则将指令中的字符型语音数据转换成音频信号播放，警示驾驶员正确操作并提前采取措施规避风险；若收到超速记录指令，则将指令中的超车记录数据存入装置的NFC单元。重点车辆从出口收费站驶离高速公路时，出口收费车道系统读取装置中的NFC单元存储的行驶路径数据，据此完成该车辆的相关管理工作，重点车辆预警装置向后台系统上传行驶结束信息数据，随后从工作状态转入待机状态，并由收费员或管理员收回以备循环重复使用。处理流程参见图5所示的重点车辆预警装置实施例流程图。
普通车辆在即将驶入高速公路时，由车辆驾驶员启动运行移动智能终端(如智能手机)上预装的安全预警APP，安全预警APP首先在后台系统上为本次行驶进行注册，完成注册获得唯一动态标识ID后，安全预警APP启动定时采集车辆的行驶卫星定位数据并上传后台系统，同时侦听后台系统下发的移动风险预警指令。若收到指令，解析提取指令中预警信息音频文件并播放，警示驾驶员提前采取措施规避风险。普通车辆从出口收费站驶离高速公路时，后台系统下发行驶结束指令，安全预警APP关闭退出运行。处理流程可参见见图6所示的智能终端的车辆移动风险监测与行驶安全预警处理流程图。
后台系统侦听重点车辆预警装置与智能终端上传数据信息。接收到重点车辆预警装置或智能终端上传的数据信息后：若上传数据信息为重点车辆预警装置或智能终端在后台系统的注册数据，则为该重点车辆预警装置或智能终端生成一个动态识别码ID并下发给该重点车辆预警装置或智能终端；若上传数据为重点车辆预警装置上传的卫星定位数据，则通过交通地理地图匹配并结合路网拓扑数据库，获得该重点车辆预警装置所在重点车辆的当前行驶道路与路径位置等数据，创建(首次上传卫星定位数据)或更新重点车辆行驶信息数据库记录；若为智能终端上传的卫星定位数据，类似于上述处理过程，若该智能终端所在的普通车辆行驶在高速公路网内，则创建(首次上传卫星定位数据)更新普通车辆行驶信息数据库记录，若已驶离高速公路则后台系统下发关闭安全预警APP的指令，并删除普通车辆行驶信息；根据即时获取的重点车辆行驶信息数据、普通车辆行驶信息数据与数据库中最新的车辆行驶信息数据记录，计算重点车辆之间、重点车辆与普通车辆之间的行驶路径距离，并结合彼此的行驶速度差，进行移动风险预警识别，若达到某一预警场景阈值，则创建该预警场景所涉及车辆的预警指令推送对象集合，并根据车辆类型与场景生成相应的预警指令并下发给该预警场景所涉及车辆，警示重点车辆驾驶员、普通车辆驾驶正确驾驶，提前采取措施规避风险。
若重点车辆预警装置上传“结束行驶”的数据信息，则后台系统删除重点车辆行驶信息数据库中该重点车辆预警装置或智能终端的动态ID所对应的记录数据；类似地，若根据智能终端上传的卫星定位数据，判断智能终端所在普通车辆已驶离高速公路网内，则后台系统向该智能终端下发关闭安全预警APP指令，同时删除普通车辆行驶信息数据库中该安全预警APP的动态ID所对应的记录数据。处理流程可参见图7的后台系统车辆移动风险监测与行驶安全预警处理流程图。
本发明实施例中，重点车辆预警装置始终处于以下两种状态之一：
(I)行驶工作态；
(II)非行驶待机态。
重点车辆预警装置的两种状态的切换通过其中的NFC单元与不同类型的车道非接触IC卡读写器间完成数据交换实现，其中非接触IC卡读写器为现有高速公路收费系统的非接触IC卡读写器；数据交换所涉及入出口收费站编号、入出口车道编号、入出口收费员或管理员工号、汽车牌照号、车型及车重等信息均由现有高速公路收费系统得到。
为保证重点车辆预警装置与非接触IC卡间数据交换的实现，其中的NFC单元在现有的收费管理系统上已完成初始化发行认证(此工作与非接触IC卡在投入使用前的初始化发行类似，不再赘述)。
为便于描述本发明的实现过程，假定重点车辆预警装置处于非行驶待机态。
步骤1：激活重点车辆预警装置并完成在后台系统上的登录注册。
重点车辆预警装置从非行驶待机态被激活切换到行驶工作态并完成在后台系统的登录注册过程如下：
a.重点车辆s从高速公路的A收费站的第a条入口收费车道驶入高速公路时，该车道的收费员或管理员将重点车辆预警装置s(表示第s个重点车辆预警装置，，以下简称装置s)置于支持ISO14443协议的非接触IC卡读写器上(目前我国高速公路收费车道非接触IC卡采用的协议基本都是ISO14443A)，装置s的NFC单元天线处于非接触IC卡读写器天线的电磁场有效范围时(NFC有效通讯距离约10cm)，电磁场感应激活装置s的NFC处理单元，与非接触IC卡读写器建立符合ISO14443协议(13.56MHz)的通信链路。
b(i).车道控制管理系统通过非接触IC卡读写器将确定重点车辆s在高速公路上行驶路径所需的起点收费站编码(该编号在该收费站所属高速公路网内是唯一的)、当前时间以及与高速公路通行计费及通行管理等相关的信息，存入装置s的NFC单元中。
b(ii).若重点车辆s为临时性监管车辆，如应急抢险或救援时临时征用的社会车辆，则收费员或管理员通过车道控制管理系统将该重点车辆s的规定行驶路径信息存入装置s的NFC单元。
c.上述信息传输与存储操作完成并验证成功后，装置s的NFC单元向微处理器单元发送信号，微处理器单元收到信号后从待机状态转入工作状态，微处理器单元控制卫星定位采集单元、移动通信单元处于上电工作状态。此时装置s从非行驶待机态转入行驶工作态。收费员或管理员将装置s发给将驶入高速公路的重点车辆s的驾驶员。
步骤1’：运行智能移动终端所安装的安全预警APP应用。
普通车辆v在驶入高速公路时运行安装于智能移动终端v(如智能手机，以下简称终端v)的安全预警APP。
步骤2：侦听重点车辆预警装置上传数据与后台系统下发指令，完成重点车辆预警装置的激活注册。
a.装置s的移动通信单元上电工作后，注册移动通信网络基站。将注册成功的移动通信网络信息、移动通信单元的IMEI(International Mobile Equipment Identity，国际移动设备识别码)识别码、装置s的标识码、车牌照信息、行驶车辆类型(特定监管车辆类型)、特定车辆监管信息信息等发送给后台系统。
b.后台系统的数据通信单元侦听重点车辆预警装置上传数据，如接收到装置s上传的注册信息数据，则根据注册信息数据生成装置s的身份识别码IDs(用于唯一识别装置s以及其所在的重点车辆s)，并将此身份识别码IDs通过移动通信网络下发给装置s。
c.装置s的移动通信单元接收到后台系统下发的指令，由微处理器单元对下发指令进行解析，提取出身份识别码IDs，通过内部接口将IDs存储于装置s的NFC单元中。
d.后台系统的数据通信单元侦听重点车辆预警装置上传数据，如接收到装置s上传卫星定位数据信息，则输出给后台系统的卫星定位数据处理单元，转到步骤4、步骤5完成重点车辆卫星定位数据处理与移动风险监测与预警等处理。
e.后台系统的数据通信单元侦听重点车辆预警装置上传数据，如接收到装置s上传“行驶结束”数据信息，则输出给后台系统的风险识别与预警信息生成单元，转到步骤7完成装置s行驶结束的相关等处理。
f.后台系统的数据通信单元侦听到后台系统有指令要下发到装置s，则经移动通信网络将指令下发给装置s。
步骤2’：侦听智能移动终端上传数据与后台系统下发指令，完成智能移动终端的启动运行注册。
a.终端v的安全预警APP启动运行后，将终端v的IMEI识别码与当前时间数据信息发送给后台系统。
b.后台系统的数据通信单元根据终端v上传的上述信息生成终端v的身份识别码IDv(用于唯一识别该终端v以及其所在的普通车辆v)，并将此身份识别码IDv通过移动通信网络下发给终端v。
c.后台系统的数据通信单元侦听终端v上传数据，如接收到终端v上传卫星定位数据信息，则输出给后台系统的卫星定位数据处理单元，转到步骤4、步骤5完成普通车辆v卫星定位数据处理与移动风险预警等处理。
d.后台系统的数据通信单元侦听到后台系统有指令要下发到终端v，则经移动通信网络将该指令下发给终端v。
步骤3：重点车辆预警装置启动采集定时器，采集重点车辆的卫星定位数据并上传后台系统。
携带装置s的重点车辆s从收费站A进入高速公路后，通过步骤2在后台系统完成注册后，启动采集定时器，定时间隔为N秒(时间间隔N秒可由后台系统通过协议指令设置，N的取值范围例如1～500)。当定时间隔到后，装置s的微处理器单元通过内部通信接口读取卫星定位采集单元的卫星定位信息(含经纬度、速度、海拔高度)，即重点车辆s的定位信息，微处理器单元通过内部通信接口将卫星定位信息连同当前时间Ti、装置s的身份识别码IDs发送给移动通信单元，经移动通信网络上传到后台系统。
步骤3’：智能移动终端的安全预警APP启动采集定时器，定时采集普通车辆的卫星定位数据并上传后台系统。
携带终端v的车辆v从收费站A进入高速公路后，通过步骤2’在后台系统完成注册后，终端v上运行的安全预警APP启动采集定时器，定时间隔为N秒(时间间隔N秒可由后台系统通过协议指令设置)。当定时时间到后，安全预警APP读取智能移动终端v的卫星定位信息(含经纬度、速度、海拔高度)，即车辆v的定位信息，连同当前时间Ti、终端v的身份识别码IDv给移动通信网络上传到后台系统。
步骤4：后台系统处理重点车辆预警装置上传的重点车辆行驶卫星定位数据。
a.后台系统的数据通信单元接收装置s上传的信息，解析提取出重点车辆s的经纬度定位数据、行驶速度数据。
b.后台系统的卫星定位数据处理单元，通过高速公路网所对应的交通地理地图，与卫星定位数据匹配，并结合高速公路网拓扑数据库，获得该装置s所在重点车辆s的行驶信息数据，即将重点车辆s的经纬度定位数据转换为Ti时刻所行驶的高速公路道路R_N(Ti)(R_N(Ti)表示Ti时刻重点车辆s行驶的高速公路在路网内的编号)以及相对路径位置P(Ti)信息(P(Ti)为重点车辆s沿行驶方向在Ti时刻的行驶位置与编号为R_N(Ti)的高速公路起点位置(即0公里桩号)的距离)。
若接收的数据为装置s首次上传的卫星定位数据，则根据上传数据的动态ID，在重点车辆行驶信息数据库中为装置s创建新的记录。若接收的数据为装置s定时上传的卫星定位数据，则根据上传数据的动态ID更新重点车辆行驶信息数据库中的相应记录。
若接收的数据为装置s上传的“行驶结束”信息数据，则转到步骤7。
步骤4’：后台系统处理智能移动终端上传的普通车辆行驶卫星定位数据。
a.后台系统的数据通信单元接收终端v上传的信息，解析提取出普通车辆v的经纬度定位数据、行驶速度数据。
b.后台系统的卫星定位数据处理单元，通过高速公路网所对应的交通地理地图，与卫星定位数据匹配，查询高速公路网拓扑数据库，获得该终端v所在普通车辆v的行驶信息数据，即将普通车辆v的经纬度定位数据转换为在Ti时刻所行驶的高速公路道路R_N(Ti)(R_N(Ti)表示Ti时刻普通车辆v行驶的高速公路在路网内的编号)以及相对路径位置P(Ti)信息(P(Ti)是普通车辆v沿行驶方向在Ti时刻的行驶位置与编号为R_N(Ti)的高速公路起点位置(即0公里桩号)的距离)。
若接收的数据为终端v首次上传的卫星定位数据，则根据上传数据的动态ID，在普通车辆行驶信息数据库中为终端v创建新的记录。若接收的数据为终端v定时上传的卫星定位数据，则根据上传数据的动态ID更新普通车辆行驶信息数据库中的相应记录。
若接收的卫星定位数据通过交通地理地图数据匹配，查询高速公路网拓扑数据库没找到所对应的高速公路道路，则判断终端v所在普通车辆v已驶离高速公路网，则转到步骤7。
步骤5：后台系统车辆移动风险监测与行驶安全预警场景识别处理。
a.后台系统的风险识别与预警信息生成单元根据每间隔N秒获得的重点车辆、普通车辆即时行驶信息数据与重点车辆行驶信息数据库、普通车辆行驶信息数据库记录，对车辆行驶风险进行监测，识别安全行驶预警场景，生成安全预警指令：
根据即时获取的重点车辆行驶信息数据和普通车辆行驶信息数据与数据库中最新车辆行驶信息数据记录，计算重点车辆之间、重点车辆与普通车辆之间的行驶路径距离，并结合彼此的行驶速度差，进行移动风险预警识别，若达到某一预警场景阈值，则创建该预警场景涉及车辆的预警指令推送对象集合，并根据车辆类型与场景生成相应的预警指令并下发，警示重点车辆、普通车辆驾驶员正确驾驶，提前采取措施规避风险。
S(i).如图8所示，重点车辆s1、重点车辆s2在Tj时刻的行驶位置分别为Ps1(Tj)、Ps2(Tj)，行驶速度分别为Vs1(Tj)、Vs2(Tj)，若Vs2(Tj)-Vs1(Tj)≤Vd(S(i))，|Ps1(Tj)-Psn(Tj)|≤D(S(i))，则说明相随两辆重点车辆s1、重点车辆s2中，后车s2的行驶速度大于前车s1的行驶速度，且两车的行驶速度差异不大，即行驶速度差小于等于设定值Vd(S(i))，而此时两车的行驶位置差即相随两车的行驶车距小于等于设定值D(S(i))。
此场景对应于两辆车况相近的重点车辆(如两辆载有货物重量相近的大型货车、两辆大型客车等)相随行驶，后车速度快于前车，但不显著，因此后车不能快速超载前车，整个超车过程持续时间长，此场景为本发明实施例的一种基本预警场景。
行驶速度差阈值Vd(S(i))为一设定值，该值可根据行驶时段(白天、夜间)、天气(雨、雪、雾)由后台系统进行动态调整；类似的，行驶路径距离阈值D(S(i))为一设定值，可根据两车的平均车速、行驶时段(白天、夜间)、天气(雨、雪、雾)、行驶路段路况由后台系统进行动态调整。
这种场景下，当上游方向有速度较快车辆行驶时，若其前方有某一重点车辆试图变换车道超车，或重点车辆间的则可能造成追尾。
S(ii).再次参见图8所示，重点车辆s1、重点车辆s2在Tj时刻的行驶位置分别为Ps1(Tj)、Ps2(Tj)，行驶速度分别为Vs1(Tj)、Vs2(Tj)，若Vs2(Tj)-Vs1(Tj)≥Vd(S(ii))，|Ps1(Tj)-Psn(Tj)|≤D(S(ii))，说明相随两辆重点车辆s1、重点车辆s2中，后车s2的行驶速度显著大于前车s1的行驶速度，即行驶速度差大于等于设定值，而此时两车的行驶位置差即相随两车的行驶车距小于等于设定值D(S(ii))。
此场景对应于两辆行驶条件差异较大的重点车辆(如前车为满载重物的大型货车、后车为大型客车或轻载、空载的大型货车等)相随行驶，后车速度显著快于前车，表明后车将超越前车行驶。由于两车的行驶速度差大，若发生追尾事故造成损失大，此场景是本发明实施例的一种基本预警场景。
场景S(ii)的预警阈值D(S(ii))>场景S(i)的预警阈值D(S(i))。
行驶速度差阈值Vd(S(ii))为一设定值，该值可根据行驶时段(白天、夜间)、天气(雨、雪、雾)由后台系统进行动态调整；类似的，行驶路径距离阈值D(S(ii))为一设定值，可根据速度差值、行驶时段(白天、夜间)、天气(雨、雪、雾)、行驶路段路况由后台系统进行动态调整。
S(iii).如图9所示，在晴朗白天的某一时刻Tj，重点车辆s1、重点车辆s2、…、重点车辆sn(n≥2，即两辆以上重点车辆)的行驶位置分别为Ps1(Tj)、Ps2(Tj)、…、Psn(Tj)，(为说明方便，设s1与sn分别为头车与尾车)，若|Ps1(Tj)-Psn(Tj)|≤Ds(S(iii)，即在Tj时刻，重点车辆s1、重点车辆s2、…、重点车辆sn(n≥2)在高速公路某一局部路段形成车队相随形成；若此时上游方向有普通车辆快速行驶，即Vv1(Tj)-Vsn(Tj)≥Vd(S(iii))，且|Pv1(Tj)-Psn(Tj)|≤Dv(S(iii)，即此时普通车队与重点车辆车队间的行驶位置差(行驶路径距离)小于等于设定值Dv(S(iii)。
此场景对应于在高速公路某局部路段两辆以上的重点车辆成车队行驶，速度相差不大，此时行驶方向上游有快速驶来的普通车辆(如五座以下小汽车)，在较短一个未来时刻，普通车辆将超车重点车辆车队，若此在这过程中，重点车辆车队中某辆车(也可能是某几辆)变换车道超车行驶，而其行驶速度远低于上游驶来的普通车辆，这样发生追尾事故的风险较高。此场景是本发明实施例的一种基本预警场景。
由于车辆的行驶位置的采集周期为N秒，因此在Tj时刻可能有多辆普通车辆与重点车辆车队的行驶路径距离小于等于设定值，即|Pvm(Tj)-Psn(Tj)|≤Dv(S(iii)(m≥2)。
行驶速度差阈值Vd(S(iii))为一设定值，该值可根据行驶路段路况、该路段相应时段的动态交通量由后台系统进行动态调整；类似的，车队排队长度阈值Ds(S(iii)为一设定值，可根据车队平均车速、该路段相应时段的动态交通量、行驶路段路况由后台系统进行动态调整；同理，行驶路径距离阈值Dv(S(iii)为一设定值，可根据速度差值、该路段相应时段的动态交通量、行驶路段路况由后台系统进行动态调整。
S(iv).如图10所示，重点车辆s1在Tj时刻的行驶位置为Ps1(Tj)，若此时上游方向有普通车辆快速行驶，即Vv1(Tj)-Vs1(Tj)≥Vd(S(iv))，且|Pv1(Tj)-Ps1(Tj)|≤Dv(S(iv)，即此时普通车辆与重点车辆间的行驶位置差(行驶路径距离)小于等于设定值Dv(S(iv)。
此场景对应于高速公路某一曲率半径较小的弯道段，有一辆以上的重点车辆已驶入或驶过该路段的弯道段，此时行驶方向上游有普通车辆尚未驶入弯道段，普通车辆驾驶员很难通过视觉观察得知前方有车辆行驶，普通车辆车速显著高于前方的重点车辆的车速；例如前方重点车辆为速度较慢的重载大型货车，上游的普通车辆为快速行驶的小汽车，在较短一个未来时刻，普通车辆将驶入弯道段，这样发生追尾事故的风险较高。此场景是本发明实施例的一种基本预警场景。
此场景还对应于高速公路某一纵坡较大的路段，有一辆以上的重点车辆已驶过纵坡的爬坡路段，此时行驶方向上游有普通车辆快速驶来，纵坡遮挡使普通车辆驾驶员很难通过视觉观察得知前方有车辆行驶，普通车辆车速显著高于前方的重点车辆车速；这种情形下同样发生追尾事故的风险较高。
由于车辆的行驶位置的采集周期为N秒，因此在Tj时刻可能有多辆普通车辆与重点车辆车队的行驶路径距离小于等于设定值，即|Pvm(Tj)-Psn(Tj)|≤Dv(S(iv)(m≥2)。
行驶速度差阈值Vd(S(iv))为一设定值，该值可根据行驶时段(白天、夜间)、天气(雨、雪、雾)由后台系统进行动态调整；行驶路径距离阈值Dv(S(iv)为一设定值，可根据速度差值、行驶时段(白天、夜间)、天气(雨、雪、雾)、行驶路段路况由后台系统进行动态调整。
S(v).如图11所示，在夜间或雨、雪、雾等能见度较低的某一时刻Tj，重点车辆s1的行驶位方向上游方向有普通车辆快速行驶，即Vv1(Tj)-Vs1(Tj)≥Vd(S(v))，且|Pv1(Tj)-Ps1(Tj)|≤Dv(S(v)，即此时普通车辆与重点车辆间的行驶位置差(行驶路径距离)小于等于设定值Dv(S(v)。
此场景对应于夜间或雨、雪、雾等能见度较低的时段，在高速公路行驶车辆的驾驶员视线受环境因素影响下降，视认距离与晴朗白天时相比明显缩短。这种情况下，不同于场景S(iii)，即使重点车辆在某一路段没有成车队行驶，当行驶方向上游有普通车辆快速驶来，即重点车辆与普通车辆的速度差达到设定值且行驶路径距离小于等于设定值时，发生追尾事故的风险较高。此场景是本发明实施例的一种基本预警场景。
由于车辆的行驶位置的采集周期为N秒，因此在Tj时刻可能有多辆普通车辆与重点车辆车队的行驶路径距离小于等于设定值，即|Pvm(Tj)-Psn(Tj)|≤Dv(S(v)(m≥2)。
行驶速度差阈值Vd(S(v))为一设定值，该值可根据行驶时段能见度、行驶路段动态交通量、行驶路段路况由后台系统进行动态调整；行驶路径距离阈值Dv(S(v)为一设定值，可根据速度差值、能见度、行驶路段路况由后台系统进行动态调整。
S(vi).如图12所示，在某一时刻Tj重点车辆s1的行驶于高速公路某一特殊路段，行驶速度大于该路段当前限速值，即Vs1(Tj)>Vd(S(vi))。
此场景对应于重点车辆行驶于高速公路某一特殊路段，如连续弯道路、连续上坡、下坡路段、特/长大隧道、大跨度桥和事故易发路段，在上述路段行驶时，如重点车辆行驶速度超过当前该路段的动态限速值，则发生事故的风险较高。此场景是本发明实施实例的一种基本预警场景。
不同于道路设计时设计限速值，阈值Vd(S(vi))可根据当前时段该路段的重点车辆类型、能见度、动态交通量、该路段路况由后台系统动态调整。根据该时段、该路段的具体行车情况，不同类型的重点车辆对应的限速阈值可以分别设定相应限速值，如大型客车、重载大型货车、危化品运输车可能有不同的限速预警阈值。
S(vii).在某一时段(Tj,Tk)(Tk>Tj)重点车辆s1的行驶于高速公路连续下坡路段，行驶速度大于该路段当前限速值，即Vs1(Tj～Tk)>Vd(S(vii))，且行驶速度持续增加，即Vs1(Tk)>…>Vs1(Tj)。
此场景对应于重点车辆行驶于高速公路某一连续长下坡路段，重载大型货车连续刹车制动，若制动失效，在连续下坡路段其行驶速度将持续增加，这种情形下发生事故的风险高。此场景是本发明实施例的一种基本预警场景。
不同于道路设计时设计限速值，阈值Vd(S(vii))可根据当前时段该路段的能见度、动态交通量、该路段路况由后台系统动态调整。
S(viii).上述S(i)～S(vii)的基本预警场景的组合预警场景，在出现组合预警场景时，对应的阈值取相关基本预警场景中所涉及阈值中的最小值。
若基本预警场景S(i)～S(vii)及组合预警场景出现，则根据预警场景类型，对该预警场景中所涉及的重点车辆、普通车辆预警指令推送集合分别发出相应预警指令：
YJ(i).对处于场景S(i)～S(ii)中的重点车辆的前车(沿行驶方向前方车辆)下发“后方有车辆驶来，注意避让，小心追尾”的语音字符指令。对后车(沿行驶方向后方车辆)下发“注意前方车辆，谨慎驾驶，避免碰撞”的语音字符指令。
YJ(ii).对处于场景S(iii)～S(v)中的重点车辆下发“后方有车辆驶来，注意避让，小心追尾”，对于行驶方向后方的普通车辆下发“前方有大型车辆，减速慢行，避免碰撞”语音音频文件指令。
YJ(iii).对处于场景S(vi)中的重点车辆下发“该路段限速╳╳，减速慢行，谨慎驾驶”的语音字符指令+超速记录指令。
YJ(iv).对处于场景S(vii)中的重点车辆下发“超速行驶，请减速，前方╳公里有避险车道”的语音字符指令加超速记录指令。
YJ(v).对处于组合预警场景的重点车辆与普通车辆，按组合方式，选择相对应的基本预警场景预警指令进行下发。
步骤6：重点车辆预警装置侦听接收后台系统指令，完成指令处理。
a.装置s侦听到后台系统有指令下发，装置s接收后台系统指令，对指令进行解析，提取指令数据，根据指令类型进行相应处理。
b(i).若指令类型为语音字符指令，则装置s将后台系统下发的语音字符信息通过内部接口发送给TTS单元，TTS单元将指示引导字符信息合成为音频信号，送入扬声器播放，提醒重点车辆s的驾驶员选择正确的行驶行为。
b(ii).若指令类型为语音字符指令加超速记录指令，对于语音字符指令，装置s的处理同b(i)，对于超速记录指令，装置s解析出指令中包含的行驶位置、该行驶位置动态限速值、重点车辆s的实际车速、发生时间等信息，通过内部接口写入NFC单元；
b(iii).若指令类型为行驶限速警示指令，装置s将后台系统下发的行驶限速警示字符信息通过内部接口发送给TTS单元，TTS单元将行驶限速警示字符信息合成为音频信号，送入扬声器播放，通知重点车辆s的驾驶员减速行驶。
步骤6’：，智能移动终端侦听接收后台系统指令，完成指令处理。
a.普通车辆上的智能移动终端(如智能手机)的安全预警APP侦听到后台系统有指令下发，若接收后台系统下发的语音音频文件指令，则对指令进行解析；
b.提取指令中的语音音频文件，调用播放程序进行播放，提醒普通车辆s的驾驶员选择正确的行驶行为。
步骤7：车辆驶离高速公路，重点车辆预警装置转入非行驶待机状态。
a.当重点车辆s进入收费站B的出口车道(将从该出口车道驶出高速公路)，该车道的收费员或操作员收回在收费站A发给重点车辆s的装置s，将装置s置于非接触IC卡读写器上，车道控制系统可从装置s的NFC单元读取重点车辆s的行驶信息(如超速记录)，根据此信息完成重点车辆s的管理工作。
b.装置s向后台系统上传行驶结束数据信息；同时装置s的NFC单元通过内部接口通知处理单元装置s已完成对重点车辆s的行驶监测，微处理器单元关闭NFC单元、卫星定位采集单元、移动通信单元、TTS单元，使装置s转入非行驶待机状态。
c.后台系统的卫星定位数据处理单元接收到装置s上传的行驶结束数据信息后；从重点车辆行驶信息数据库中删除该装置s的动态ID所对应的行驶信息记录。
步骤7’：普通车辆驶离高速公路，安全预警APP退出应用。
a.当普通车辆v从收费站B的出口车道驶出高速公路后，后台系统的卫星定位数据处理单元根据终端v上传的卫星定位数据判断所在普通车辆v已驶出高速公路，后台系统的移动风险场景识别与预警指令生成单元向终端v下发“关闭安全预警APP”指令。
b.后台系统的卫星定位数据处理单元从普通车辆行驶信息数据库中删除该终端v的动态ID所对应的行驶信息记录。
c.终端v接收到后台系统下发的“关闭安全预警APP”指令后，执行关闭程序退出并退出应用。
本发明的高速公路行驶预警系统和方法，利用移动互联网等信息技术，实现了实时连续跟踪、监测车辆行驶状态，实现了基于预警场景实时辨识的超视距行车预警功能，可有效地降低高速公路碰撞与追尾等交通事故的发生。
本发明实施例利用移动互联网等信息技术实现了对高速公路上行驶车辆(特别是重点车辆)的连续跟踪、监测，实现了行驶车辆间行驶状态信息的动态交互，进而实现了基于预警场景辨识的超视距预警，实时向处于预警场景中的行驶车辆自动发送场景相关的个性化语音预警信息，使得司机可以提前采取措施，规避风险。
本发明中专用的重点车辆预警装置具有兼容ISO14443协议的数据存储与通信功能，支持在现有高速公路收费及管理模式下以发放-收回的流转方式循环重复使用，显著降低了使用成本；同时由于不需要在车辆上预装，可以更灵活地适应管理需求。
本发明的高速公路行驶预警系统通过专用的重点车辆预警装置和智能移动终端的安全预警APP应用连续实时采集重点车辆和普通车辆的行驶路径位置与行车速度等数据，可以补充传统交通量检测设备因布设密度低使得采集数据空间分布稀疏的不足，在此基础上可以扩展相应的数据增值服务。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高速公路行驶预警系统，其特征在于：
包括重点车辆预警装置、普通车辆预警装置和后台数据处理系统；其中，
所述重点车辆预警装置放置于行驶在高速公路的重点车辆上，用于存储所述重点车辆的车辆信息数据，定期获取所述重点车辆的卫星定位数据，通过移动通信网络与所述后台数据处理系统进行数据通信，以向所述后台数据处理系统上传所述重点车辆的卫星定位数据，并且从所述后台数据处理系统获得第一预警信息数据，以对所述重点车辆中的人员进行提醒；
所述普通车辆预警装置放置于行驶在高速公路的普通车辆上，用于存储所述普通车辆的车辆信息数据，定期获取所述普通车辆的卫星定位数据，通过移动通信网络与所述后台数据处理系统进行数据通信，以向所述后台数据处理系统上传所述普通车辆的卫星定位数据，并且从所述后台数据处理系统获得第二预警信息数据，以对所述普通车辆中的人员进行提醒；
所述后台数据处理系统通过所述移动通信网络获取所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据，根据所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据确定所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据，并将所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则通过所述移动通信网络向所述重点车辆预警装置和所述普通车辆预警装置分别发出所述第一预警信息数据和所述第二预警信息数据。
2.根据权利要求1所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述重点车辆预警装置包括微处理器单元、卫星定位采集单元、近场通信NFC单元、移动通信单元、字符音频转换TTS单元和电池与无线充电单元；其中，
所述微处理器单元与所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元连接，以协调和控制所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元的工作时序和状态；
所述卫星定位采集单元用于采集所述重点车辆的卫星定位数据；
所述移动通信单元用于通过所述移动通信网络向所述后台数据处理系统上传所述重点车辆的卫星定位数据，并从所述后台数据处理系统获得所述第一预警信息数据；
所述NFC单元，用于存储所述重点车辆的车辆信息数据；
所述TTS单元用于将所述第一预警信息数据转换为音频信息进行播放；
所述电池与无线充电单元电连接于所述微处理器单元、所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元，以向所述微处理器单元、所述卫星定位采集单元、所述NFC单元、所述移动通信单元和所述TTS单元供电并进行无线充电。
3.根据权利要求1所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述普通车辆预警装置包括具有卫星定位功能并能够利用所述移动通信网络进行通信的智能移动终端。
4.根据权利要求1所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述后台数据处理系统包括数据通信单元、卫星定位数据处理单元和风险识别与预警信息生成单元；其中，
所述数据通信单元，用于通过所述移动通信网络获取所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据，并将所述第一预警信息数据和第二预警信息数据分别下发至所述重点车辆预警装置和所述普通车辆预警装置；
所述卫星定位数据处理单元，用于将所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据通过交通地理地图进行匹配并结合路网拓扑数据，获得所述重点车辆的高速公路行驶路径编码、所述普通车辆的高速公路行驶路径编码、所述重点车辆的位置速度数据和所述普通车辆的位置速度数据；
所述风险识别与预警信息生成单元，用于将所述重点车辆的位置速度数据和所述普通车辆的位置速度数据进行比对以确定是否满足所述预警条件，如果满足，则生成所述第一预警信息数据和第二预警信息数据。
5.根据权利要求4所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述后台数据处理系统还包括路网拓扑数据库、重点车辆行驶信息数据库和普通车辆行驶信息数据库；其中，
所述路网拓扑数据库用于保存所述路网拓扑数据，其中，所述路网拓扑数据为带有交通地理信息的高速公路道路连通关系的描述数据；
所述重点车辆行驶信息数据库用于存储所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据；
所述普通车辆行驶信息数据库用于存储所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据。
6.根据权利要求5所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据包括所述重点车辆的高速公路行驶路径编码、位置速度数据和车辆类型；
所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据包括所述普通车辆的高速公路行驶路径编码、位置速度数据和车辆类型。
7.根据权利要求4所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述重点车辆的位置速度数据包括所述重点车辆的位置数据和速度数据；
所述普通车辆的位置速度数据包括所述普通车辆的位置数据和速度数据；
所述预警条件包括：
所述重点车辆和所述普通车辆之间的距离是否小于第一设定阈值；
所述重点车辆和所述普通车辆之间的速度差是否大于第二设定阈值；
所述第一预警信息数据包括所述重点车辆和所述普通车辆之间的距离小于所述第一设定阈值和/或所述重点车辆和所述普通车辆之间的速度差大于所述第二设定阈值；
所述第二预警信息数据包括所述普通车辆和所述重点车辆之间的距离小于所述第一设定阈值和/或所述普通车辆和所述重点车辆之间的速度差大于所述第二设定阈值。
8.根据权利要求2所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述高速公路行驶预警系统还包括第一NFC通信与处理设备和第二NFC通信与处理设备；其中，
所述第一NFC通信与处理设备位于高速公路入口收费站，用于激活所述重点车辆预警装置，并将所述重点车辆的重点车辆的车辆信息数据写入所述重点车辆预警装置；
所述第二NFC通信与处理设备位于高速公路出口收费站，用于读取所述重点车辆预警装置中的所述重点车辆的重点车辆的车辆信息数据。
9.根据权利要求1所述的高速公路行驶预警系统，其特征在于：
所述重点车辆包括大型客车、大型货车、危险品运输车和需要监管的特定车辆；
所述普通车辆包括除重点车辆以外的在高速公路行驶的其它车辆。
10.一种高速公路行驶预警方法，包括：
在高速公路入口收费站处将重点车辆的车辆信息数据存储于重点车辆上的重点车辆预警装置；
所述重点车辆预警装置将所述重点车辆的车辆信息数据通过移动通信网络上传至后台数据处理系统以保存；
在高速公路入口收费站处启动普通车辆上的普通车辆预警装置，所述普通车辆预警装置将所述普通车辆的车辆信息数据通过移动通信网络上传至后台数据处理系统以保存；
在所述重点车辆在所述高速公路行驶期间，所述重点车辆预警装置定期获取所述重点车辆的卫星定位数据，并通过移动通信网络向所述后台数据处理系统上传所述重点车辆的卫星定位数据；
在所述普通车辆在所述高速公路行驶期间，所述普通车辆预警装置定期获取所述普通车辆的卫星定位数据，并通过移动通信网络向所述后台数据处理系统上传所述普通车辆的卫星定位数据；
所述后台数据处理系统接收到所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据后，根据所述重点车辆的卫星定位数据和所述普通车辆的卫星定位数据确定所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据，并将所述重点车辆在所述高速公路的行驶数据和所述普通车辆在所述高速公路的行驶数据进行比对以确定是否满足预警条件，如果满足，则通过所述移动通信网络向所述重点车辆预警装置和所述普通车辆预警装置分别发出第一预警信息数据和第二预警信息数据；
所述重点车辆预警装置接收到所述第一预警信息数据后，对所述重点车辆中的人员进行提醒；
所述普通车辆预警装置接收到所述第二预警信息数据后，对所述普通车辆中的人员进行提醒。
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