CN109872505A - 一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统及方法。本发明系统包括多个传感光缆终端盒、多个主控制器、多个无线传输模块、主控计算机以及光缆。本发明方法通过一定距离的间隔分区布设多个传感光缆终端盒；传感光缆终端盒产生的光波信号在两根振动传感光缆中同步传输、同步发送；采用传感光缆终端盒将光波信号转换为电信号并传输至主控制器，通过主控制器将电信号转换为数字信号，通过无线传输模块无线传输至主控计算机；主控计算机对接收的数字信号进行处理，并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位，进而确定事故位置。本发明可以达到及时响应救援，提高了高速公路的运营安全水平。

Description

一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统及方法

技术领域

本发明属于交通信息工程领域，具体涉及一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统及方法。

背景技术

近年来，我国的基础设施建设不断完善，高速公路作为我国交通基础设施的重要组成部分也得到了快速的发展。高速公路是国家道路网络的重要组成部分，在改善地区交通、提高出行服务等方面有显著作用，可解决不同地区间的交通问题。但由于高速公路自身的道路状况、设计线形、气候等因素影响，以及驾驶员自身安全意识淡薄，致使目前高速公路交通安全事故频发，据统计约有30％的交通事故是车辆因冲撞护栏后驶出行驶车道导致的。然而由于高速公路的自身的道路特点，一旦发生该类交通事故，事故地点难以得知，进而导致伤亡人员难以得到及时救治。因此需要为高速公路提供冲撞护栏事故报警服务。

目前高速公路为发现冲撞护栏事故所采取的措施主要有视频监控、公路巡逻、人工报警等。视频监控是对重点区域进行监控，难以实现全线的监控，且由专人负责多个区域监控，会由于人的主观原因而不易察觉；公路巡逻是由专业人员进行巡查，此种方法巡视周期长且需耗费大量的人力物力；人工报警是通过电话等通讯方式告知有关部门，但因高速公路车流量低等因素导致事故无法及时发现。

发明内容

本发明针对上述现状和存在的问题，提供一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统及方法，以解决高速公路冲撞护栏事故无法快速准确报警问题。

本发明系统的技术方案是一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统，其特征在于，包括：多个传感光缆终端盒、多个主控制器、多个无线传输模块、主控计算机以及光缆；

所述主控制器分别与所述的传感光缆终端盒、无线传输模块通过光缆依次连接；所述无线传输模块与所述主控计算机通过无线通信方式连接。

作为优选，通过L公里的间隔依次分区埋设N+1个传感光缆终端盒、N+1个主控制器、N+1个无线传输模块，将所埋设区域分为N个防区，N≥0且N为整数；

作为优选，所述光缆为将两根并联连接的振动传感光缆埋设于高速公路的防冲撞护栏下；

作为优选，所述传感光缆终端盒用于发送和检测转换光波信号，当高速公路行驶车辆冲撞护栏时，从而导致光波的光强发生变化，所述传感光缆终端盒通过检测分析光强变化，并将光信号转化为电信号，并传输至所述主控制器；

作为优选，所述主控制器将电信号转换为数字信号，并通过无线传输模块将无线传输至所述主控计算机；

作为优选，所述主控计算机对数字信号进行分析和处理来对冲撞事故进行防区定位，同时通过定位算法得到在该防区的具体位置，实现冲撞护栏事故的精准报警定位。

本发明方法的技术方案为一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过L公里的间隔分区布设N+1个传感光缆终端盒，将所布设区域分为N个防区，所述传感光缆终端盒以公里的间隔布设于高速公路的防冲撞护栏底部，多个传感光缆终端盒防区为防区1、2、3…N；

步骤2：传感光缆终端盒产生的光波信号在两根振动传感光缆中同步传输、同步发送；

步骤3：采用传感光缆终端盒将光波信号转换为电信号并传输至主控制器，通过主控制器将电信号转换为数字信号，通过无线传输模块无线传输至主控计算机；

步骤4：主控计算机对接收的数字信号进行处理，并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位，进而确定事故位置。

作为优选，步骤2中所述传感光缆终端盒产生的光波信号为：

第1传感光缆终端盒、第N+1传感光缆终端盒分别接收发送一组光信号，第1传感光缆终端盒、第2传感光缆终端盒、…、第N传感光缆终端盒均接收发送2组光信号，即第k传感光缆终端盒接收光信号sK_k-1,sK_k+1,同时发送光信号rK_k-1,rK_k+1。

其中，k为传感光缆终端盒的编号(2≤k≤N)，sK_k-1为传感光缆终端盒k-1向传感光缆终端盒k发送的光波信号，sK_k+1为传感光缆终端盒k+1向传感光缆终端盒k发送的光波信号，rK_k-1为传感光缆终端盒k向传感光缆终端盒k-1发送的光波信号，rK_k+1为传感光缆终端盒k向传感光缆终端盒k+1发送的光波信号；

所述光波信号分为车辆碰撞护栏振动信号和正常车辆行驶振动信号；

所述电信号分为车辆碰撞护栏电信号和正常车辆行驶电信号；

作为优选，步骤4中所述主控计算机对接收的数字信号进行处理为：

第k传感光缆终端盒无线传输数字信号E_kK_k+1,E_k-1K_k-1至主控计算机；

其中，数字信号E_kK_k+1为传感光缆终端盒k+1向传感光缆终端盒k发送的光波信号sK_k+1转化而成，E_k为防区k的标识，数字信号E_k-1K_k-1为传感光缆终端盒k-1向传感光缆终端盒k发送的光波信号sK_k-1转化而成，E_k-1为防区k-1的标识，(1≤k≤N+1)；

主控计算机通过峰值信号检测原理对一段时间内所传输的数字信号的电压峰值进行检测，所述原理如下：设该时间内所接收到的电压值分别为U₁,U₂…U_L,其中U₁<U₂<…<U_L，将所检测到的电压最大值U_ll∈[1,L]视作电压峰值U_m，当检测到数字信号的电压峰值U_m超出正常峰值阈值U时，进而判断发生冲撞事故并进行报警；

步骤4中所述并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位为：

若主控计算机检测到传感光缆终端盒k和传感光缆终端盒k+1处数字信号的电压峰值U_m超出正常峰值阈值U时，则判定第k个防区发生事故；

步骤4中所述进而确定事故位置为：

在确定冲撞事件的防区位置后，然后对其进行具体定位，其公式为：

其中，L为防区的长度，t为传感光缆终端盒N接收到碰撞光波信号的时间t₁和传感光缆终端盒N+1处所接收到碰撞光波信号的时间t₂之差，即t＝t₁-t₂，R为冲撞事件距传感光缆终端盒k的距离，v为光波的传播速度；

若无报警产生，则无冲撞事故发生。

本发明优点在于，本发明不影响高速公路护栏的日常维护，同时对高速公路冲撞事故实现报警，在车辆冲撞护栏时就能实现报警，可以达到及时响应救援，提高了高速公路的运营安全水平；无线传输模块具有无中继、传输速度快、传输距离长的优点，传感光纤具有反应灵敏、信号干扰小的优点，与采用视频监控、公路巡逻、人工报警等方式相比，本发明对人力依赖小，整个监控区域内布设的传感网络均无需人员值守，且响应及时。与同类型光纤报警设备相比，本发明的定位精准度高，对冲撞事件的位置判断精度小于50米，可以避免浪费救援时间。

本发明具有可扩展性和移植性，可在本发明的基础上进行扩展，也可与其它检测系统进行联动，提高现有高速公路的运营水平。

附图说明

图1：本发明方法流程图；

图2：高速公路冲撞护栏事故报警系统布设示意图。

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。

本发明的实施方式中以云雾高速为例，通过L公里的间隔分区布设N+1个传感光缆终端盒，传感光缆终端盒外置无线传输模块，传感光缆终端盒之间通过埋设于护栏下的光缆连接，并且通过无线传输模块将信息传至主控计算机中进行分析，最终实现高速公路车辆冲撞护栏事故的精准定位报警，以实现冲撞事故的及时处理和人员的及时救治。

如图1所示，本发明将传感光缆埋设于高速防撞护栏下，按照等间距的布设方式布设从入口到出口整段高速公路。本发明具体实施方式中系统的技术方案是一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统，其特征在于，包括：多个传感光缆终端盒、多个主控制器、多个无线传输模块、主控计算机以及光缆；

所述主控制器分别与所述的传感光缆终端盒、无线传输模块通过光缆依次连接；所述无线传输模块与所述主控计算机通过无线通信方式连接。

通过L公里的间隔依次分区埋设N+1个传感光缆终端盒、N+1个主控制器、N+1个无线传输模块，将所埋设区域分为N个防区，N≥0且N为整数；

所述光缆为将两根并联连接的振动传感光缆埋设于高速公路的防冲撞护栏下；

所述传感光缆终端盒用于发送和检测转换光波信号，当高速公路行驶车辆冲撞护栏时，从而导致光波的光强发生变化，所述传感光缆终端盒通过检测分析光强变化，并将光信号转化为电信号，并传输至所述主控制器；

所述主控制器将电信号转换为数字信号，并通过无线传输模块将无线传输至所述主控计算机；

所述主控计算机对数字信号进行分析和处理来对冲撞事故进行防区定位，同时通过定位算法得到在该防区的具体位置，实现冲撞护栏事故的精准报警定位。

所述多个传感光缆终端盒用选型均为IFP3800-IC，所述多个无线传输模块选型均为LET BC95，所述多个主控制器选型均为SINAUT MD720-3。

下面结合图1至图2，介绍本发明的实施方式。本发明实施方式的具体步骤为：

步骤1：通过L公里的间隔分区布设N+1个传感光缆终端盒，将所布设区域分为N个防区，所述传感光缆终端盒以公里的间隔布设于高速公路的防冲撞护栏底部，多个传感光缆终端盒防区为防区1、2、3…N；

步骤2：传感光缆终端盒产生的光波信号在两根振动传感光缆中同步传输、同步发送；

步骤2中所述传感光缆终端盒产生的光波信号为：

第1传感光缆终端盒、第N+1传感光缆终端盒分别接收发送一组光信号，第1传感光缆终端盒、第2传感光缆终端盒、…、第N传感光缆终端盒均接收发送2组光信号，即第k传感光缆终端盒接收光信号sK_k-1,sK_k+1,同时发送光信号rK_k-1,rK_k+1。

其中，k为传感光缆终端盒的编号(2≤k≤N)，sK_k-1为传感光缆终端盒k-1向传感光缆终端盒k发送的光波信号，sK_k+1为传感光缆终端盒k+1向传感光缆终端盒k发送的光波信号，rK_k-1为传感光缆终端盒k向传感光缆终端盒k-1发送的光波信号，rK_k+1为传感光缆终端盒k向传感光缆终端盒k+1发送的光波信号；

步骤3：采用传感光缆终端盒将光波信号转换为电信号并传输至主控制器，通过主控制器将电信号转换为数字信号，通过无线传输模块无线传输至主控计算机；

所述光波信号分为车辆碰撞护栏振动信号和正常车辆行驶振动信号；

所述电信号分为车辆碰撞护栏电信号和正常车辆行驶电信号；

步骤4：主控计算机对接收的数字信号进行处理，并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位，进而确定事故位置。

步骤4中所述主控计算机对接收的数字信号进行处理为：

第k传感光缆终端盒无线传输数字信号E_kK_k+1,E_k-1K_k-1至主控计算机；

其中，数字信号E_kK_k+1为传感光缆终端盒k+1向传感光缆终端盒k发送的光波信号sK_k+1转化而成，E_k为防区k的标识，数字信号E_k-1K_k-1为传感光缆终端盒k-1向传感光缆终端盒k发送的光波信号sK_k-1转化而成，E_k-1为防区k-1的标识，(1≤k≤N+1)；

主控计算机通过峰值信号检测原理对一段时间内所传输的数字信号的电压峰值进行检测，所述原理如下：设该时间内所接收到的电压值分别为U₁,U₂…U_L,其中U₁<U₂<…<U_L，将所检测到的电压最大值U_ll∈[1,L]视作电压峰值U_m，当检测到数字信号的电压峰值U_m超出正常峰值阈值U时，进而判断发生冲撞事故并进行报警；

步骤4中所述并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位为：

若主控计算机检测到传感光缆终端盒k和传感光缆终端盒k+1处数字信号的电压峰值U_m超出正常峰值阈值U时，则判定第k个防区发生事故；

步骤4中所述进而确定事故位置为：

在确定冲撞事件的防区位置后，然后对其进行具体定位，其公式为：

其中，L为防区的长度，t为传感光缆终端盒N接收到碰撞光波信号的时间t₁和传感光缆终端盒N+1处所接收到碰撞光波信号的时间t₂之差，即t＝t₁-t₂，R为冲撞事件距传感光缆终端盒k的距离，v为光波的传播速度；

若无报警产生，则无冲撞事故发生。

尽管本文较多地使用了多个传感光缆终端盒、多个主控制器、多个无线传输模块、主控计算机以及光缆等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统，其特征在于，包括：多个传感光缆终端盒、多个主控制器、多个无线传输模块、主控计算机以及光缆；

所述主控制器分别与所述的传感光缆终端盒、无线传输模块通过光缆依次连接；所述无线传输模块与所述主控计算机通过无线通信方式连接。

2.根据权利要求1所述的基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统，其特征在于，

通过L公里的间隔依次分区埋设N+1个传感光缆终端盒、N+1个主控制器、N+1个无线传输模块，将所埋设区域分为N个防区，N≥0且N为整数；

所述光缆为将两根并联连接的振动传感光缆埋设于高速公路的防冲撞护栏下；

所述传感光缆终端盒用于发送和检测转换光波信号，当高速公路行驶车辆冲撞护栏时，从而导致光波的光强发生变化，所述传感光缆终端盒通过检测分析光强变化，并将光信号转化为电信号，并传输至所述主控制器；

所述主控制器将电信号转换为数字信号，并通过无线传输模块将无线传输至所述主控计算机；

所述主控计算机对数字信号进行分析和处理来对冲撞事故进行防区定位，同时通过定位算法得到在该防区的具体位置，实现冲撞护栏事故的精准报警定位。

3.一种采用权利要求2所述的基于光纤微振动的高速公路护栏报警系统进行基于光纤微振动的高速公路护栏报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过L公里的间隔分区布设N+1个传感光缆终端盒，将所布设区域分为N个防区，所述传感光缆终端盒以公里的间隔布设于高速公路的防冲撞护栏底部，多个传感光缆终端盒防区为防区1、2、3…N；

步骤2：传感光缆终端盒产生的光波信号在两根振动传感光缆中同步传输、同步发送；

步骤3：采用传感光缆终端盒将光波信号转换为电信号并传输至主控制器，通过主控制器将电信号转换为数字信号，通过无线传输模块无线传输至主控计算机；

步骤4：主控计算机对接收的数字信号进行处理，并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位，进而确定事故位置。

4.根据权利要求3所述的基于光纤微振动的高速公路护栏报警方法，其特征在于，步骤2中所述传感光缆终端盒产生的光波信号为：

第1传感光缆终端盒、第N+1传感光缆终端盒分别接收发送一组光信号，第1传感光缆终端盒、第2传感光缆终端盒、…、第N传感光缆终端盒均接收发送2组光信号，即第k传感光缆终端盒接收光信号sK_k-1,sK_k+1,同时发送光信号rK_k-1,rK_k+1；

其中，k为传感光缆终端盒的编号(2≤k≤N)，sK_k-1为传感光缆终端盒k-1向传感光缆终端盒k发送的光波信号，sK_k+1为传感光缆终端盒k+1向传感光缆终端盒k发送的光波信号，rK_k-1为传感光缆终端盒k向传感光缆终端盒k-1发送的光波信号，rK_k+1为传感光缆终端盒k向传感光缆终端盒k+1发送的光波信号；

所述光波信号分为车辆碰撞护栏振动信号和正常车辆行驶振动信号；

所述电信号分为车辆碰撞护栏电信号和正常车辆行驶电信号。

5.根据权利要求3所述的基于光纤微振动的高速公路护栏报警方法，其特征在于，步骤4中所述主控计算机对接收的数字信号进行处理为：

第k传感光缆终端盒无线传输数字信号E_kK_k+1,E_k-1K_k-1至主控计算机；

其中，数字信号E_kK_k+1为传感光缆终端盒k+1向传感光缆终端盒k发送的光波信号sK_k+1转化而成，E_k为防区k的标识，数字信号E_k-1K_k-1为传感光缆终端盒k-1向传感光缆终端盒k发送的光波信号sK_k-1转化而成，E_k-1为防区k-1的标识，(1≤k≤N+1)；

主控计算机通过峰值信号检测原理对一段时间内所传输的数字信号的电压峰值进行检测，所述原理如下：设该时间内所接收到的电压值分别为U₁,U₂…U_L,其中U₁<U₂<…<U_L，将所检测到的电压最大值U_l l∈[1,L]视作电压峰值U_m，当检测到数字信号的电压峰值U_m超出正常峰值阈值U时，进而判断发生冲撞事故并进行报警；

步骤4中所述并依据防区的光波变化对冲撞事故进行防区定位为：

若主控计算机检测到传感光缆终端盒k和传感光缆终端盒k+1处数字信号的电压峰值U_m超出正常峰值阈值U时，则判定第k个防区发生事故；

步骤4中所述进而确定事故位置为：

在确定冲撞事件的防区位置后，然后对其进行具体定位，其公式为：

其中，L为防区的长度，t为传感光缆终端盒N接收到碰撞光波信号的时间t₁和传感光缆终端盒N+1处所接收到碰撞光波信号的时间t₂之差，即t＝t₁-t₂，R为冲撞事件距传感光缆终端盒k的距离，v为光波的传播速度；

若无报警产生，则无冲撞事故发生。