CN109493628A - 一种用于高速公路状况监测的地下网络系统 - Google Patents

一种用于高速公路状况监测的地下网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，包括：基层监测平台，基层监测平台的数量为多个，用于监测高速公路各个路段的通行状况及环境状况；干路评估平台，干路评估平台设置在高速公路各条主干路上，用于接收基层监测平台传递的监测信息，并对每条干路的通行状况和环境状况做出评估；区域公路网总控平台，区域公路网总控平台用于接收区域内各个干路评估平台传递的评估结果，根据评估结果对区域内各条干路进行交通管理；供电平台，供电平台用于对系统内用电设施进行供电，该系统不仅能够有效的监测高速公路上的通行情况，还能够实时监测道路本身常见的结冰、积水、雨雾等情况，使得系统的监测更全面，且监测结果更精准。

Description

一种用于高速公路状况监测的地下网络系统
技术领域
本发明涉及高速公路领域，具体为一种用于高速公路状况监测的地下网络系统。
背景技术
高速公路属于高等级公路，高速公路指“能适应年平均昼夜小客车交通量为25000辆以上、专供汽车分道高速行驶、并全部控制出入的公路”。各国尽管对高速公路的命名不同，但都是专指有4车道以上、两向分隔行驶、完全控制出入口、全部采用立体交叉的公路。此外，有不少国家对部分控制出入口、非全部采用立体交叉的直达干线也称为高速公路。
一般来说，高速公路能适应120公里/小时或者更高的速度，路面有4个以上车道的宽度，中间设置分隔带，采用沥青混凝土或水泥混凝土高级路面，设有齐全的标志、标线、信号及照明装置；禁止行人和非机动车在路上行走，与其他线路采用立体交叉、行人跨线桥或地道通过。从定义可以看出，一般来讲高速公路应符合下列4个条件：(1)只供汽车高速行驶；(2)设有多车道、中央分隔带，将往返交通完全隔开；(3)设有立体交叉口；(4)全线封闭，出入口控制，只准汽车在规定的一些立体交叉口进出公路。
高速公路是全封闭、全立交的道路，在高速公路上运行的车辆行驶速度快，车流量大，它的理想特征是“安全、快速、高效、舒适、方便”。然而，随着交通需求的不断增长和拥挤、事故与污染的发生使得高速公路监控系统成为交通设施建设和管理部门关注的焦点。
现有的用于高速公路的状况监测系统通常是在高速公路上设置若干监测点，再结合GPS系统或道路监控系统来监测高速公路的通行情况，以确定道路的拥挤或事故点，从而快速处理相关问题。
但是，现有的用于高速公路状况监测系统存在以下缺陷：
(1)现有的高速公路状况监测系统大多只能监测道路的通行情况，来判断道路是否拥堵、是否发生交通事故等，但是对于道路本身的问题，如是否结冰、是否积水、是否有雾等，还需要另外检测，使得监测系统的监测不全面，不能快速、有效的反映高速公路常见的问题；
(2)现有的高速公路状况监测系统在监测道路的通行情况时，大多是采用GPS系统或道路监控系统，但是GPS系统和道路监控系统较容易受外界影响，使得监测的结果不准确，不能精准的反映道路实际通行情况；
(3)现有的高速公路状况监测系统大多是设置在路面以上，且为了更好的进行监测，需要设置多个监测点，但是这样会占用路面较多空间，影响车辆的通行。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，该系统不仅能够有效的监测高速公路上的通行情况，还能够实时监测道路本身常见的结冰、积水、雨雾等情况，使得系统的监测更全面，更有利于保障车辆的正常行驶，同时，该系统在监测道路通行情况时，能够使监测结果更精准，且不受外界环境的影响，能够更好的反映道路实际通行情况，此外，该系统所用设备大多设置在路面以下，能够有效的减少路面的占用空间，有利于车辆的通行，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，包括：
基层监测平台，所述基层监测平台的数量为多个，且分别设置在高速公路各条干路路面之下，用于监测高速公路各个路段的通行状况及环境状况，并通过网络传输协议将监测信息传递至干路评估平台；
干路评估平台，所述干路评估平台设置在高速公路各条主干路上，用于接收基层监测平台传递的监测信息，并对每条干路的通行状况和环境状况做出评估，最后通过网络传输协议将评估结果传递至区域公路网总控平台；
区域公路网总控平台，所述区域公路网总控平台用于接收区域内各个干路评估平台传递的评估结果，根据评估结果对区域内各条干路进行交通管理，并将道路信息通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统；
车载系统，所述车载系统安装在各个车辆上，用于接收区域公路网总控平台发布的道路通行、环境、拥堵、封闭信息；
路况显示系统，所述路况显示系统设置在高速公路各个路口，用于显示各个干路的通行、环境、拥堵、封闭情况；
供电平台，所述供电平台用于对系统内各个用电设施进行供电。
进一步地，所述基层监测平台包括压力传感器和温湿度传感器，所述温湿度传感器通过温湿度转换电路连接有信号调理电路，且信号调理电路通过模数转换电路连接有微处理器，所述微处理器通过温湿度收集模块连接有监测信息输送模块，且监测信息输送模块通过网络传输协议将收集的监测信息传递至干路评估平台。
进一步地，所述温湿度传感器能够通过温湿度转换电路将高速公路路面的温湿度信号转换为电压信号，再通过信号调理电路的滤波之后，能够通过模数转换电路将模拟信号转换为微处理器能够识别的数字信号，所述微处理器在对接收的数字信号进行处理、计算之后，能够判断该路段的积水、雨雾、结冰、团雾情况。
进一步地，所述压力传感器通过压力转换电路连接有滤波电路，且滤波电路连接有放大电路，所述放大电路连接有脉冲电路，所述微处理器连接有脉冲计数模块，且脉冲计数模块与脉冲电路连接，所述微处理器连接有时钟模块，且微处理器通过车辆通行频率收集模块与监测信息输送模块连接。
进一步地，当车辆在高速公路上行驶并经过监测装置时，车辆对压力传感器的瞬间压力能够转换为电压信号，并经过滤波、放大之后传递至脉冲电路，产生脉冲信号；
微处理器能够通过脉冲计数模块的脉冲计数电路对脉冲信号的个数进行统计，且每一个脉冲信号的产生均代表一辆车从监测装置上驶过；
通过单位时间内脉冲信号的个数能够判断该监测装置对应路段在单位时间内经过车辆的数量。
进一步地，当干路评估平台接收到相邻两个或相邻几个基层监测平台发来的单位时间内车辆通行数量的信息后，对其车辆通行数据进行比较；
若单位时间内，相邻路段通行车辆的数量差低于设定的阈值，则判断该干路通行顺畅；
若单位时间内，相邻路段通行车辆的数量差高于设定的阈值，则判断该干路拥堵。
进一步地，所述干路评估平台在接收到对应干路基层监测平台传递的环境监测信息后，通过环境数据对该干路适宜通行车辆数量进行评估，并将评估结果与实际通行情况通过网络传输协议传递至区域公路网总控平台。
进一步地，所述区域公路网总控平台在接收到区域内各个干路评估平台传递的评估结果后，将该区域不同干路的通行优劣情况划分为若干个等级，并通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统，若某个干路的环境情况、拥堵情况过于恶劣，则进行紧密封闭，禁止车辆继续驶入该干路，同时，将道路封闭情况通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统。
进一步地，所述网络传输协议采用低成本、低功耗、自组网的ZigBee协议。
进一步地，所述车载系统包括GPS导航仪、无线传输网络节点、语音单元和电源模块，所述GPS导航仪用于地图显示和导航，所述无线传输网络节点用于实现与网络传输协议的通信，所述语音单元用于语音导航、报警和提醒，所述电源模块用于车载系统的供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明不仅能够有效的监测高速公路上的通行情况，还能够实时监测道路本身常见的结冰、积水、雨雾等情况，使得系统的监测更全面，更有利于保障车辆的正常行驶；
(2)本发明在监测道路通行情况时，能够使监测结果更精准，且不受外界环境的影响，能够更好的反映道路实际通行情况；
(3)本发明所用设备大多设置在路面以下，能够有效的减少路面的占用空间，有利于车辆的通行。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的基层监测平台结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供了一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，包括基层监测平台、干路评估平台、区域公路网总控平台、车载系统、路况显示系统和供电平台，供电平台用于对系统内各个用电设施进行供电。
其中，基层监测平台的数量为多个，且分别设置在高速公路各条干路路面之下，用于监测高速公路各个路段的通行状况及环境状况，并通过网络传输协议将监测信息传递至干路评估平台，为了保证监测的可靠性，基层监测平台应均匀分布在各个道路上。
基层监测平台包括压力传感器和温湿度传感器，压力传感器和温湿度传感器可以安装在一块监测板上，且监测板与高速公路路面齐平，使得每个车辆经过时，均能接触到监测板，监测板的长度要足够长，接近每条车道的宽度，同时，由于基层监测平台设置在路面以下，能够有效的减少路面的占用空间，有利于车辆的通行。
温湿度传感器通过温湿度转换电路连接有信号调理电路，且信号调理电路通过模数转换电路连接有微处理器，微处理器通过温湿度收集模块连接有监测信息输送模块，且监测信息输送模块通过网络传输协议将收集的监测信息传递至干路评估平台。
网络传输协议采用低成本、低功耗、自组网的ZigBee协议，ZigBee协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化，Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术，主要用于近距离无线连接，它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
温湿度传感器能够通过温湿度转换电路将高速公路路面的温湿度信号转换为电压信号，再通过信号调理电路的滤波之后，能够通过模数转换电路将模拟信号转换为微处理器能够识别的数字信号，微处理器在对接收的数字信号进行处理、计算之后，能够判断该路段的积水、雨雾、结冰、团雾情况，现有的高速公路监测系统大多只能监测道路的通行情况，而本方案还能够实时监测道路本身常见的结冰、积水、雨雾等情况，使得系统的监测更全面，更有利于保障车辆的正常行驶。
压力传感器通过压力转换电路连接有滤波电路，且滤波电路连接有放大电路，放大电路连接有脉冲电路，微处理器连接有脉冲计数模块，且脉冲计数模块与脉冲电路连接，微处理器连接有时钟模块，且微处理器通过车辆通行频率收集模块与监测信息输送模块连接。
当车辆在高速公路上行驶并经过监测装置时，车辆对压力传感器的瞬间压力能够转换为电压信号，并经过滤波、放大之后传递至脉冲电路，产生脉冲信号。
微处理器能够通过脉冲计数模块的脉冲计数电路对脉冲信号的个数进行统计，且每一个脉冲信号的产生均代表一辆车从监测装置上驶过。
通过单位时间内脉冲信号的个数能够判断该监测装置对应路段在单位时间内经过车辆的数量，现有的高速公路监测系统中，判断道路通行情况的方式通常是GPS系统或道路监控系统，但是GPS系统和道路监控系统较容易受外界环境影响，当遇到恶劣天气等情况时，监测结果并不准确，因此不能精准的反映道路实际通行情况，而本方案通过将车辆行驶时对压力传感器产生的瞬间压力转换为脉冲信号，再对脉冲信号进行计数，能够精准的计算出单位时间内车辆通行的数量，使得监测的结果更精准，且不受外界环境的影响，能够更好的反映道路的实际通行情况。
干路评估平台设置在高速公路各条主干路上，用于接收基层监测平台传递的监测信息，并对每条干路的通行状况和环境状况做出评估，最后通过网络传输协议将评估结果传递至区域公路网总控平台。
当干路评估平台接收到相邻两个或相邻几个基层监测平台发来的单位时间内车辆通行数量的信息后，可以对其车辆通行数据进行比较。
若单位时间内，相邻路段通行车辆的数量差低于设定的阈值，则判断该干路通行顺畅；若单位时间内，相邻路段通行车辆的数量差高于设定的阈值，则判断该干路拥堵。
由于高速公路上车辆行驶的速度很高，且有最低行驶速度限制，因此在相邻两个路段，单位时间内通行的车辆数量不会有较大差别，当差别较大时，则可判断由于某种原因使得该路段出现拥堵，同时，由于每个基层监测平台均对应一个路段，因此能够快速的找到拥堵位置，从而快速的进行解决。
干路评估平台在接收到对应干路基层监测平台传递的环境监测信息后，通过环境数据对该干路适宜通行车辆数量进行评估，并将评估结果与实际通行情况通过网络传输协议传递至区域公路网总控平台。
在不同环境下，道路适宜通行车辆的数量均不同，在通过基层监测平台获取干路的环境信息后，能够快速的对道路所能容纳的车辆进行评估，并与实际通行车辆进行对比，判断每条干路的通行压力。
区域公路网总控平台用于接收区域内各个干路评估平台传递的评估结果，根据评估结果对区域内各条干路进行交通管理，并将道路信息通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统。
区域公路网总控平台在接收到区域内各个干路评估平台传递的评估结果后，将该区域不同干路的通行优劣情况划分为若干个等级，并通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统，划分等级的方式有多种，如A-F级，A级代表通行压力较低，F级代表通行压力较大，当车辆在即将进入某条干路前，可以根据车载系统接收的道路信息或路口的路况显示系统显示的道路信息进行选择，若打算行驶的干路较拥堵或环境较差，可以提前改变路径，选择另外一条道路行驶，能够避免道路拥堵的情况恶化，且能够节约时间。
若某个干路的环境情况、拥堵情况过于恶劣，则需进行紧密封闭，禁止车辆继续驶入该干路，同时，将道路封闭情况通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统，以便车主提前进行改道选择。
路况显示系统设置在高速公路各个路口，用于通过显示屏显示各个干路的通行、环境、拥堵、封闭情况，车载系统安装在各个车辆上，用于接收区域公路网总控平台发布的道路通行、环境、拥堵、封闭信息，使得车主在行驶时，能够提前获知道路情况，以便进行行驶选择。
车载系统包括GPS导航仪、无线传输网络节点、语音单元和电源模块，GPS导航仪用于地图显示和导航，无线传输网络节点用于实现与网络传输协议的通信，使得区域公路网总控平台发布的道路信息能够被车载系统接收，语音单元用于语音导航、报警和提醒，电源模块用于车载系统的供电。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于，包括：
基层监测平台，所述基层监测平台的数量为多个，且分别设置在高速公路各条干路路面之下，用于监测高速公路各个路段的通行状况及环境状况，并通过网络传输协议将监测信息传递至干路评估平台；
干路评估平台，所述干路评估平台设置在高速公路各条主干路上，用于接收基层监测平台传递的监测信息，并对每条干路的通行状况和环境状况做出评估，最后通过网络传输协议将评估结果传递至区域公路网总控平台；
区域公路网总控平台，所述区域公路网总控平台用于接收区域内各个干路评估平台传递的评估结果，根据评估结果对区域内各条干路进行交通管理，并将道路信息通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统；
车载系统，所述车载系统安装在各个车辆上，用于接收区域公路网总控平台发布的道路通行、环境、拥堵、封闭信息；
路况显示系统，所述路况显示系统设置在高速公路各个路口，用于显示各个干路的通行、环境、拥堵、封闭情况；
供电平台，所述供电平台用于对系统内各个用电设施进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述基层监测平台包括压力传感器和温湿度传感器，所述温湿度传感器通过温湿度转换电路连接有信号调理电路，且信号调理电路通过模数转换电路连接有微处理器，所述微处理器通过温湿度收集模块连接有监测信息输送模块，且监测信息输送模块通过网络传输协议将收集的监测信息传递至干路评估平台。
3.根据权利要求2所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述温湿度传感器能够通过温湿度转换电路将高速公路路面的温湿度信号转换为电压信号，再通过信号调理电路的滤波之后，能够通过模数转换电路将模拟信号转换为微处理器能够识别的数字信号，所述微处理器在对接收的数字信号进行处理、计算之后，能够判断该路段的积水、雨雾、结冰、团雾情况。
4.根据权利要求2所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述压力传感器通过压力转换电路连接有滤波电路，且滤波电路连接有放大电路，所述放大电路连接有脉冲电路，所述微处理器连接有脉冲计数模块，且脉冲计数模块与脉冲电路连接，所述微处理器连接有时钟模块，且微处理器通过车辆通行频率收集模块与监测信息输送模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于，包括：
当车辆在高速公路上行驶并经过监测装置时，车辆对压力传感器的瞬间压力能够转换为电压信号，并经过滤波、放大之后传递至脉冲电路，产生脉冲信号；
微处理器能够通过脉冲计数模块的脉冲计数电路对脉冲信号的个数进行统计，且每一个脉冲信号的产生均代表一辆车从监测装置上驶过；
通过单位时间内脉冲信号的个数能够判断该监测装置对应路段在单位时间内经过车辆的数量。
6.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于，包括：
当干路评估平台接收到相邻两个或相邻几个基层监测平台发来的单位时间内车辆通行数量的信息后，对其车辆通行数据进行比较；
若单位时间内，相邻路段通行车辆的数量差低于设定的阈值，则判断该干路通行顺畅；
若单位时间内，相邻路段通行车辆的数量差高于设定的阈值，则判断该干路拥堵。
7.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述干路评估平台在接收到对应干路基层监测平台传递的环境监测信息后，通过环境数据对该干路适宜通行车辆数量进行评估，并将评估结果与实际通行情况通过网络传输协议传递至区域公路网总控平台。
8.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述区域公路网总控平台在接收到区域内各个干路评估平台传递的评估结果后，将该区域不同干路的通行优劣情况划分为若干个等级，并通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统，若某个干路的环境情况、拥堵情况过于恶劣，则进行紧密封闭，禁止车辆继续驶入该干路，同时，将道路封闭情况通过网络传输协议传递至车载系统和路况显示系统。
9.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述网络传输协议采用低成本、低功耗、自组网的ZigBee协议。
10.根据权利要求1所述的一种用于高速公路状况监测的地下网络系统，其特征在于：所述车载系统包括GPS导航仪、无线传输网络节点、语音单元和电源模块，所述GPS导航仪用于地图显示和导航，所述无线传输网络节点用于实现与网络传输协议的通信，所述语音单元用于语音导航、报警和提醒，所述电源模块用于车载系统的供电。
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