CN110047290A - 高速公路养护及事故处理安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速公路养护及事故处理安全预警系统，该系统包括通过无线连接的预警安全锥桶系统、智慧作业服系统和终端管理系统；本发明的高速公路养护及事故处理安全预警系统具有信息预先获知的特点，可提醒作业人员迅速撤离施工或事故处理现场，作业人员可以提前获知路面信息，进而保障人身安全。

Description

高速公路养护及事故处理安全预警系统

技术领域

本发明属于道路作业预警技术领域，提出一种高速公路养护及事故处理安全预警系统。

背景技术

现今的高速公路养护管理工作中，通常仅用普通的反光锥桶做临时的隔离区，这只能起到视觉警示作用，而受天气、噪音、疲劳驾驶、违章超车甚至酒后驾车等复杂因素的影响，易导致司机忽视锥桶，撞上路中间正在作业的道路养护人员，安全情况不容乐观，遭受意外伤害的几率大大增加，典型的高速公路施工情况如图1所示。据美国国家作业区安全信息清算中心及美国死亡事故分析报告系统的统计，平均每年养护作业区交通事故死亡821人，占总死亡人数的2.09％。我国公安部交通管理局尚未建立针对养护作业区交通事故的统计制度，仅国内一些学者以具体的养护作业工程为研究对象，相关研究结果表明，高速公路养护作业区事故严重程度高于非施工期，死亡人数与受伤人数比最高为0.58，约是非施工期的1.54倍，施工期间发生的事故起数平均为非施工期的2.7倍，最高达7.2倍。

因此，亟待研发一种高速公路上的养护人员安全预警和事故处理系统，保障养护人员和驾驶员的人身安全。

发明内容

本发明提供一种高速公路养护及事故处理安全预警系统，解决现有技术中的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提出的方案如下：

高速公路养护及事故处理安全预警系统，包括通过无线连接的预警安全锥桶系统、智慧作业服系统和终端管理系统；

所述预警安全锥桶系统包括锥桶主体，在锥桶主体上设置供电模块和主控芯片，主控芯片连接数据采集模块、无线通讯模块和警报灯；所述供电模块包括稳压模块、光伏板和锂离子电池，稳压模块与光伏板和锂离子电池连接；所述数据采集模块包括MPU6050姿态传感器、超声波测距模块和红外激光传感器；所述无线通讯模块为Lora模块；

所述智慧作业服系统包括作业服主体，作业服主体上设置供电模块和主控芯片，主控芯片连接通信模块、GPS定位模块、警报模块、保护模块和控制模块；所述供电模块包括稳压模块、薄膜光伏板和锂离子电池，稳压模块与薄膜光伏板和锂离子电池连接；所述通信模块包括Lora模块和NB-IOT模块；所述保护模块为安全气囊系统，安全气囊系统通过自动控制或手动控制启动。

进一步的，所述预警安全锥桶系统的警报灯包括4个高亮蓝色LED灯。

进一步的，所述智慧作业服系统的警报系统包括震动马达、红蓝LED灯和蜂鸣器。

进一步的，所述预警安全锥桶系统的主控芯片选用MCU51控制板；智慧作业服系统的主控芯片选用STM32核心板。

进一步的，所述终端管理系统为智能手机。

上述系统的预警方法包括如下步骤：

步骤1，通过超声波测距模块检测机动车与锥桶主体的间距，实现一二三等级的预警；

步骤2，采用超声波测距传感器、MPU6050姿态传感器或红外激光传感器，在不同的场景下检测锥桶主体的姿态、车距、以及机动车进入的安全范围；

步骤3，当超声波测距传感器、MPU6050姿态传感器或红外激光传感器信号出现异常时，锥桶主体上的MCU51单片机通过无线通信模块将信息传送到作业人员穿戴的智慧作业服系统上以及其他预警安全锥桶系统，智慧作业服发出光、声、振动提醒，督促作业人员迅速撤离施工现场，如果作业人员未撤离，智慧作业服系统启动保护装置对作业人员进行人身保护；

步骤4，同时通过GPS模块读取当前作业现场的位置信息，通过NB-I oT模块给公路养护管理中心发送报警信息和作业现场的位置信息，实现管理中心实时掌握施工的情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的高速公路养护及事故处理安全预警系统具有信息预先获知的特点，可提醒作业人员迅速撤离施工或事故处理现场；本发明通过道路安全物联网解决方案，作业人员可以提前获知路面信息，进而保障人身安全。

2.本发明的高速公路养护及事故处理安全预警系统具有自动化管理的特点，公路养护及事故处理安全预警系统采用手动启动、自动检测于一体，利用姿态传感器检测锥形桶的状态，一旦锥形桶的倾角发生变化(也就是锥形桶倒下时)会及时将预警信息发送给工作人员；当锥形桶正常放置时，系统会自动取消提醒。

3.本发明的高速公路养护及事故处理安全预警系统具有安全可靠的特点，作业人员所着本项目设计的智慧作业服，不仅可以提前提醒工作人员撤离，而且如果遇到紧急情况来不及撤离，衣服里设计的“安全气囊”可以进一步减少作业人员的损伤。

4.本发明的高速公路养护及事故处理安全预警系统具有绿色环保的特点，整个检测系统采用光伏板进行供电，将太阳能转换为电能储存在蓄电池中或直接给主控板供电，蓄电池也可通过放电给主控板进行供电，符合生态文明、绿色环保的理念。

附图说明

图1为高速公路施工情况图；

图2为本发明的工作原理示意图；

图3为本发明的系统组成框架图；

图4为本发明的预警安全锥桶系统组成框图；

图5为本发明的预警安全锥桶内部结构示意图；

图6为本发明的安全锥桶倾角示意图：

图7为本发明的红外安全锥桶工作示意图；

图8为本发明的智慧工作服系统组成框图；

图9为本发明的智慧工作服系统内部结构示意图；

图10为本发明的终端管理系统功能示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

参见图2-图10所示的一种高速公路养护及事故处理安全预警系统：

该系统包括预警安全锥桶系统、智慧作业服系统和终端管理系统；所述的预警安全锥桶系统是由供电模块、主控芯片、数据采集模块、无线通讯模块和警报灯组成；所述的智慧作业服系统是由供电模块、主控芯片、通信模块、GPS定位模块、警报模块、保护模块和控制模块等组成；

终端管理系统为智能手机，智能手机结合地图应用，生成APP管理软件；

预警安全锥桶系统的供电模块包括稳压模块、光伏板和锂离子电池，稳压模块将光伏板和锂离子电池连接，组成可靠、方便、环保的能源装置；

预警安全锥桶系统的主控芯片为MCU51控制板和智慧工作服系统的主控芯片为STM32核心板；

预警安全锥桶系统的数据采集模块包括姿态传感器MPU6050、超声波测距模块、激光对射光电开关(红外传感器)等，通过各类传感器对锥桶周围的数据进行采集；

预警安全锥桶系统的无线通讯模块为Lora模块，该模块将当前锥桶的数据信息发送给其他锥桶和智慧作业服；

预警安全锥桶系统的警报灯包括4个高亮蓝色LED灯，通过强光的闪烁警报，以达到警示的目的；

智慧作业服系统的供电模块采用与预警安全锥桶系统同样的供电方式，不同的是采用的光伏板为薄膜光伏板，适用于人身穿戴；

智慧作业服系统的通信模块包括无线传输模块Lora和NB-IOT窄带宽物联网通讯，无线传输模块Lora是用来接收锥桶发送的信息以提醒作业人员，NB-IOT窄带宽物联网通讯是当安全事故发生后，此模块将施工路段的位置发送给公路养护管理中心；

智慧作业服系统的GPS定位模块采集施工路段位置信息，将信息发送给智能手机的APP管理软件，及时告知公路养护管理中心当前施工路段的相关信息；

智慧作业服系统的警报系统包括震动马达、红蓝LED灯和蜂鸣器，通过触觉、视觉和听觉对施工人员进行警醒警示；

智慧作业服系统的保护模块主要为“安全气囊”，其控制模式包括系统自动控制以及手动控制两种方式；

智慧作业服系统上还设置有控制按键，控制按键是控制整个系统的开关与警报的停止以及简单功能的设置。

下面介绍本发明高速公路养护及事故处理安全预警系统的使用过程：

具体实施步骤为：

步骤1，通过超声波测距检测机动车与锥桶的间距，

(1-1)、当机动车与安全锥桶的距离小于10cm时，预警等级为三级；

(1-2)、当机动车碰撞倒一个锥桶时，预警等级为二级；

(1-3)、当机动车碰撞倒多个(两个或两个以上)时，预警等级为一级；

步骤2，采用MPU6050姿态传感器实时检测锥桶的姿态；

(2-1)、在MPU6050中利用陀螺仪传感器测角度，实时监测锥桶姿态；

(2-2)、当检测出锥桶倾角大于10°时，MPU6050立即将低电平信号发送给MCU51单片机；

(2-3)、当现场条件不足以放置连续的锥桶时，采用红外传感器进行范围检测，有车进入施工区域时，阻挡红外传感器发出的红外信号时，立即向MCU51发出电平信号；

步骤3，当锥桶姿态出现异常时，锥桶上的MCU51单片机通过无线通信模块将信息传送到作业人员穿戴的智慧服上的STM32F103控制板以及其他锥桶的MCU51控制板上，智慧服会发出光、声、振动等提醒，督促作业人员迅速撤离施工现场，如果未撤离，智慧作业服会启动保护装置对作业人员进行人身保护；

(3-1)、当MCU51接收到MPU6050发送的低电平时，MCU51将进入报警中断函数；

(3-2)、MCU51中断函数打开Lora通讯，向其他所有的Lora发送报警信息；

(3-3)、其中智慧工作服接收到Lora发送过来的信息，使STM32F103进入中断函数打开LED、蜂鸣器、振动电机的控制信号引脚，控制LED闪烁、蜂鸣器警发出笛声、振动电机高频振动；其他MCU51接收到Lora的报警信息，控制LED灯闪烁；

(3-4)、MCU51中断程序中不断检测外部开关，若工作人员没及时撤离，可按此开关，使程序控制安全紧急气囊快速打开，保护工作人员的安全；

步骤4，同时通过GPS模块读取当前作业现场的位置信息，通过NB-IoT模块给公路养护管理中心发送报警信息和作业现场的位置信息，实现管理中心第一时间掌握现场的情况。

(3-1)、GPS接收机接收到的信号经过误差处理后得到当前施工路段的位置信息；并将信息通过STM32F103处理器传输给NB-IoT模块；

(3-2)、NB-IoT联接管理平台下发命令时，携带参数expireTime(简称TTL，表示最大缓存时间)。

expireTime＝0：命令立即下发。

expireTime>0：命令缓存下发。

将NB-IoT参数设置为expireTime＝0；NB-IoT模块通过GSM网络给公路养护管理中心发送位置以及报警信息，再将位置信息传给所连接的设备,管理中心服务器接收到GPS的经纬度信息时，调用地图应用API接口实时的将作业现场位置信息显示到智能手机的APP上。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.高速公路养护及事故处理安全预警系统，其特征在于：包括通过无线连接的预警安全锥桶系统、智慧作业服系统和终端管理系统；

所述预警安全锥桶系统包括锥桶主体，在锥桶主体上设置供电模块和主控芯片，主控芯片连接数据采集模块、无线通讯模块和警报灯；所述供电模块包括稳压模块、光伏板和锂离子电池，稳压模块与光伏板和锂离子电池连接；所述数据采集模块包括MPU6050姿态传感器、超声波测距模块和红外激光传感器；所述无线通讯模块为Lora模块；

所述智慧作业服系统包括作业服主体，作业服主体上设置供电模块和主控芯片，主控芯片连接通信模块、GPS定位模块、警报模块、保护模块和控制模块；所述供电模块包括稳压模块、薄膜光伏板和锂离子电池，稳压模块与薄膜光伏板和锂离子电池连接；所述通信模块包括Lora模块和NB-IOT模块；所述保护模块为安全气囊系统，安全气囊系统通过自动控制或手动控制启动。

2.根据权利要求1所述的高速公路养护及事故处理安全预警系统，其特征在于：所述预警安全锥桶系统的警报灯包括4个高亮蓝色LED灯。

3.根据权利要求1或2所述的高速公路养护及事故处理安全预警系统，其特征在于：所述智慧作业服系统的警报系统包括震动马达、红蓝LED灯和蜂鸣器。

4.根据权利要求3所述的高速公路养护及事故处理安全预警系统，其特征在于：所述预警安全锥桶系统的主控芯片选用MCU51控制板；智慧作业服系统的主控芯片选用STM32核心板。

5.根据权利要求4所述的高速公路养护及事故处理安全预警系统，其特征在于：所述终端管理系统为智能手机。

6.根据权利要求5所述高速公路养护及事故处理安全预警系统，其特征在于：

所述系统的预警方法包括如下步骤：

步骤1，通过超声波测距模块检测机动车与锥桶主体的间距，实现一二三等级的预警；

步骤2，采用超声波测距传感器、MPU6050姿态传感器或红外激光传感器，在不同的场景下检测锥桶主体的姿态、车距、以及机动车进入的安全范围；

步骤3，当超声波测距传感器、MPU6050姿态传感器或红外激光传感器信号出现异常时，锥桶主体上的MCU51单片机通过无线通信模块将信息传送到作业人员穿戴的智慧作业服系统上以及其他预警安全锥桶系统，智慧作业服发出光、声、振动提醒，督促作业人员迅速撤离施工现场，如果作业人员未撤离，智慧作业服系统启动保护装置对作业人员进行人身保护；

步骤4，同时通过GPS模块读取当前作业现场的位置信息，通过NB-IoT模块给公路养护管理中心发送报警信息和作业现场的位置信息，实现管理中心实时掌握施工的情况。