CN110689722A - 一种公路路况检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种公路路况检测装置，包括多个光通信组件，光通信组件与控制中心通过总线连接；光通信组件包括分别设置在公路两侧护栏上的信号发射端和信号接收端；其中信号发射端发射固定波长的红外波长激光束调制信号，所述调制信号由信号接收端接收，并将其解调和编码，传送到控制中心；同一侧护栏上的属于不同光通信组件的信号发射端和信号接收端交替分布。本发明采用包括红外波段激光发射和接收模块的光通信组件部署在公路护栏两侧，成本低廉；可以实时检测精确的路况信息，并向控制中心传送，及时自动的向主管部门和/或沿线车辆的驾驶员发布，可以有效提高高速公路的安全性和使用效率，为每位高速交通参与者带来便捷。

Description

一种公路路况检测装置

技术领域

本发明属于自由空间光通信技术领域，涉及一种近距离自由空间光通信装置，尤其是用于快速感知公路路况并及时发布的一种公路路况检测装置。

背景技术

截至2018年底，我国高速公路总里程达到14.3万公里，同时机动车保有量也在不断攀升，截至2019年6月，我国机动车保有量达3.4亿辆。越来越多的机动车在高速公路上行驶，因此高速公路交通安全监测和路况信息实时收集显得非常重要。目前主要通过固定路段的交通监控设备拍摄和分析车流行驶状况，以及高速交管部门的移动巡逻车不定期动态分段上路巡视相结合的方式获取交通信息。但是以上的方法在时间和空间上存在监测延时。另一方面，在高速公路上的驾驶员获取路况信息的渠道主要有三方面：固定路段电子信息牌、新闻媒体(广播、手机端新闻等)和导航软件。其中，导航软件也是依赖于用户实时使用而检测车辆速度信息上传汇总得到的，如果在某路段使用者很少或者无线信号不好，将对路况判断的准确性造成较大影响。

发明内容

针对以上不足，本发明提出一种公路路况检测装置，可以应用在高速公路路况检测，主要包括安装于公路两侧护栏上的近距离自由空间光通信装置，通过实时检测车辆通过状态，获得该路段路况情况。并将路况情况实时发送至控制中心和/或安装在车辆上的接收器，解决了现有技术中难以实时自动检测路况并发布的问题。

本发明采用的技术方案是，一种公路路况检测装置，包括多个光通信组件，所述光通信组件与控制中心通过总线连接；所述光通信组件包括分别设置在公路两侧护栏上的信号发射端和信号接收端；所述信号发射端发射固定波长的红外波长激光束调制信号，所述调制信号由所述信号接收端接收，并将其解调和编码，传送到控制中心；同一侧护栏上的属于不同光通信组件的所述信号发射端和所述信号接收端交替分布。当公路上没有车辆通过时，信号发射端发出的光信号被信号接收端接收；有车辆通过时，信号发射端发出的信号被车辆遮挡，信号接收端接收到的信号功率为0，经过采样、译码等处理，得到可以反应路况的一系列脉冲。如上所述的多个光通信组件连续分布在一段公路的两侧护栏上，则可实现该段公路路况实时检测。

进一步的，所述信号发射端包括第一总线收发模块、第一主控模块和激光器驱动模块，所述第一总线收发模块通过总线与控制中心连接，用于获取来自控制中心的指令或向控制中心发送应答消息；所述第一主控模块的一端与所述第一总线收发模块连接，另一端与所述激光器驱动模块连接，用于将指令内容转换为调制信号，并由激光器发射出去。

进一步的，所述激光器发出的红外波长激光束调制信号为红外波段不可见激光。作为优选，所述激光器选用波长为1550nm、发射功率小于10mW的红外不可见激光器，符合I类激光器安全标准，对眼睛不产生伤害，也不会对司机视线造成干扰。同时该波长的红外波长激光束调制信号具有一定的发射角，可以覆盖对面护栏上的信号接收端。

进一步的，所述信号接收端包括光电转换模块、第二主控模块和第二总线收发模块，所述光电转换模块用于接收激光强度信号和所述调制信号，将调制信号解调；所述第二主控模块将所述激光强度信号和解调后的信号采样、解码，通过所述第二总线收发模块传回控制中心。

更进一步的，所述光电转换模块包括用于接收高频调制信号的光电二极管和用于感应激光强度的硅光电池，所述光电二极管位于所述硅光电池中央。

进一步的，还包括供电模块，用于为多个光通信组件供电。

更进一步的，所述供电模块位于护栏外侧，包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板为所述蓄电池充电，所述蓄电池向所述光通信组件供电。

进一步的，公路路况检测装置还包括车载接收器，安装在车辆两侧，所述车载接收器接收来自所述信号发射端的高频调制信号和激光强度信号，经过采样、解码后，向驾驶员播报路况。

进一步的，所述车载接收器包括第二光电转换模块、第三主控模块、车载播报模块和车辆信息模块，所述第二光电转换模块用于接收包含有路况信息的激光强度信号和高频调制信号，将高频调制信号解调；所述第三主控模块将所述激光强度信号和解调后的信号采样、解码，通过所述车载播报模块向驾驶员播报路况；所述车辆信息模块与所述第三主控模块连接，用于采集车辆行驶速度，使所述第三主控模块选择对高频调制信号或激光强度信号进行采样和解码。

进一步的，所述第二光电转换模块包括用于接收高频调制信号的光电二极管和用于感应激光强度的硅光电池，所述光电二极管位于所述硅光电池中央。

本发明采用包括红外波段激光发射和接收模块的光通信组件部署在公路护栏两侧，比起摄像头等电子监控设备成本明显下降；可以实时检测精确的路况信息，并向控制中心传送，及时自动的向主管部门和/或沿线车辆的驾驶员发布，可以有效提高高速公路的安全性和使用效率，为每位高速交通参与者带来便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公路路况检测装置实施例中连续分布在一侧公路护栏上的信号发射端和信号接收端示意图；

图2为图1实施例中安装在公路两侧护栏上的多个光通信组件位置示意图；

图3为光通信组件中的信号发射端结构示意图；

图4为光通信组件中的信号接收端结构示意图；

图5为图4实施例信号接收端的光电转换模块结构示意图；

图6为信号接收端在有车辆经过时接收到的信号强度和处理后的信号示意图；

图7为本发明另一实施例中车载接收器结构示意图；

图8为图7实施例中车载接收器的光电转换模块接收到的信号示意图；

附图标记说明：

1—护栏、2—护栏安装立柱、3—信号发射端、31—第一总线收发模块、32—第一主控模块、33—激光器驱动模块、4—信号接收端、41—光电转换模块、411—光电二极管、412—硅光电池、42—第二主控模块、43—第二总线收发模块、5—公路分道线、6—行驶车辆、7—车载接收器、71—第二光电转换模块、72—第三主控模块、73—车载播报模块、74—车辆信息模块、8—信号激光束、9—信号波形、10—车辆经过时的波形。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例是关于一种公路路况检测装置，包括多个光通信组件，每个光通信组件包括一个信号发射端3和一个信号接收端4，成对安装在公路两侧的护栏1上，同一侧护栏1上的属于不同光通信组件的信号发射端3和信号接收端4交替分布，实际安装情况如图1和图2所示。

信号发射端3发射固定波长的红外波长激光束调制信号，信号由公路对面护栏上对应的信号接收端4接收，并将其解调和编码，传送到控制中心。信号发射端3通过总线与该路段的控制中心连接，总线可以是以太网或RS485总线等。控制中心可以控制调制信号的内容和强度。

本实施例优选波长为1550nm的红外不可见激光器，控制发射功率在10mW以下，使其符合I类激光器的安全标准，对眼睛没有伤害，也不会对司机视线造成干扰。信号发送端3发射红外波长(1550nm)激光束调制信号，该信号具有一定的发散角，可以覆盖对面护栏上的信号接收端4。各光通信组件的信号发射端3以较短的间隔(例如1米)连续部署在高速公路的护栏上，形成栅状激光束。

如图3所示，在一些实施方式中，信号发射端3包括第一总线收发模块31、第一主控模块32和激光器驱动模块33。第一总线收发模块31与第一主控模块32双向通信连接，第一总线收发模块31通过总线与控制中心连接，用于获取来自控制中心的指令或向控制中心发送应答消息。第一主控模块32另一端与激光器驱动模块33连接，用于将指令内容转换为调制信号，并由激光器发射出去。

在一些实施方式中，信号接收端4包括光电转换模块41、第二主控模块42和第二总线收发模块43，上述模块的连接关系如图4所示。其中光电转换模块41用于感应激光强度和接收对应的信号发射端3发出的红外波长激光束调制信号，将所述调制信号进行解调。接着第二主控模块42将激光强度信号和解调后的信号采样、解码，通过第二总线收发模块43传回控制中心，同时第二主控模块42还可以通过第二总线收发模块43接收来自控制中心的指令进行状态监测或设置。

优选的，如图5所示，光电转换模块41由两部分组成，位于中心区域的是光电二极管411，用于接收高频调制信号并解调，确认是对端信号发射端发出。本实施例中采用PIN光电二极管或雪崩光电二极管。光电二极管411周围是硅光电池412，用于感应激光强度，转换后为低频电信号。

第二主控模块42将高频和低频电信号进行采样、解码并通过第二总线收发模块43传回控制中心。第二总线收发模块43与控制中心通过以太网或RS485总线等连接。

在一些实施方式中，本实施例描述的公路路况监测装置还包括供电模块，用于为多个光通信组件供电。优选的，供电模块位于护栏外侧，包括太阳能板和蓄电池，太阳能板白天为蓄电池充电，蓄电池向光通信组件提供稳定的电能，晚上则完全采用蓄电池中的电能。

本实施例的公路路况检测装置当没有车辆经过时，信号接收端4将收到恒定功率的激光束，当有车辆经过时，激光束被遮挡，因此信号接收端4的光电转换模块41将检测到激光束功率为0，如图6中10-1与10-2中间部分所示。在第二主控模块42中将信号取反，就可以得到图6中10-1A的脉冲信号，如果是多辆汽车连续通过，将会检测到10-1A、10-2A等一系列脉冲。图中横坐标为时间，纵坐标为信号强度。

道路畅通的情况下，控制中心将看到沿线每一个接收节点汇总的波形都是一系列间隔明显的窄脉冲信号。当某段路面出现车辆缓行时，控制中心将看到相应路段每一个接收节点汇总的波形都是一系列间隔很短的宽脉冲信号。当路面某个位置出现长时间高电平而两侧均为宽脉冲信号时，表示该位置有交通事故导致车辆缓行。当路面某个位置出现长时间高电平而两侧均为窄脉冲信号时，表示该位置有车辆在应急车道停放。当路面某段出现接收到的激光强度明显减弱时，表示该段位置出现了雨雪雾雹等影响能见度的天气……由于每个节点的地址是唯一的，因此当检测到上述特征时，可以自动锁定特征信号所在的具体位置，从而实现路况的自动化识别。

实施例二

除了实现公路路况的实时检测，一般还需要向驾驶员发布路况。跟现有技术中将实时路况上报控制中心再通过传统途径向驾驶员发布不同，本实施例是由光通信组件中的信号发射端3直接向该路段沿线驾驶员发布。

本实施例中的发布装置为车载接收器7，安装在车辆两侧。所述车载接收器7包括第二光电转换模块71、第三主控模块72、车载播报模块73和车辆信息模块74，连接关系如图7所示。与光通信组件的信号接收端4类似，车载接收器7的第二光电转换模块71用于接收护栏上的信号发射端3发出的激光强度信号和高频调制信号，将高频调制信号解调；第三主控模块72将所述激光强度信号和解调后的信号采样、解码，通过车载播报模块73向驾驶员播报路况。

车辆信息模块74用于采集车辆行驶速度，其连接汽车的OBD接口，通过车辆的CAN总线可以实时获取车辆的速度等信息。第三主控模块72根据车辆信息模块74采集到的车辆行驶速度，选择对高频调制信号或激光强度信号进行采样和解码。

因此，本实施例的技术方案除了包括实施例一所述的多个安装在公路两侧护栏上的光通信组件外，还包括上述结构的车载接收器7。向驾驶员发布实时路况的方式可以是通过实施例一中所述的结构，由信号接收端4将反应路况信息的信号传送到控制中心，控制中心再通过广播或向导航软件推送路况信息；采用本实施例的结构，则是由光通信组件的信号发射端3直接向车载接收器7发送信号，控制中心依然通过光通信组件的信号接收端4收集路况信息，但可以不承担发布消息的功能。当然，也可以上述两种发布方式同时使用，既通过控制中心实时发布路况，车辆同时也搭载车辆接收器7进行路况信息的直接接收。

本实施例装置中的车载接收器7工作方式如下：当遇到堵车或车辆缓行时，光电转换模块71中心的光电二极管将实时接收来自护栏发射模块3循环发送的前方路况信息，如图8的A波形所示，图中横坐标为时间，纵坐标为车辆速度。可以看到，9-1-1～9-1-N与9-2-1～9-2-N的信号波形完全一样，只是信号强度不同；当道路畅通，车速很快的时候，由于接收单个节点的信号时间很短，加上高速行驶时车身的振动，高频信号接收效果可能不理想，此时可以仅仅使用光电转换模块71的硅光电池检测激光强度。当车辆高速通过几十个发射节点，获得的信号强度如图8的B波形所示，而B波形的包络调制所携带的信息与A波形每一组高频信号是一样的，因此同样可以在高速行驶中获得相同的路况信息。两种信息接收方式的选择是根据车辆信息模块74提供的车辆行驶速度切换的。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (10)

1.一种公路路况检测装置，其特征在于，包括多个光通信组件，所述光通信组件与控制中心通过总线连接；

所述光通信组件包括分别设置在公路两侧护栏上的信号发射端和信号接收端；所述信号发射端发射固定波长的红外波长激光束调制信号，所述调制信号由所述信号接收端接收，并将其解调和编码，传送到控制中心；

同一侧护栏上的属于不同光通信组件的所述信号发射端和所述信号接收端交替分布。

2.根据权利要求1所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述信号发射端包括第一总线收发模块、第一主控模块和激光器驱动模块，所述第一总线收发模块通过总线与控制中心连接，用于获取来自控制中心的指令或向控制中心发送应答消息；所述第一主控模块的一端与所述第一总线收发模块连接，另一端与所述激光器驱动模块连接，用于将指令内容转换为调制信号，并由激光器发射出去。

3.根据权利要求2所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述激光器发出的红外波长激光束调制信号为红外波段不可见激光。

4.根据权利要求1所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述信号接收端包括光电转换模块、第二主控模块和第二总线收发模块，所述光电转换模块用于接收激光强度信号和所述调制信号，将调制信号解调；所述第二主控模块将所述激光强度信号和解调后的信号采样、解码，通过所述第二总线收发模块传回控制中心。

5.根据权利要求4所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述光电转换模块包括用于接收高频调制信号的光电二极管和用于感应激光强度的硅光电池，所述光电二极管位于所述硅光电池中央。

6.根据权利要求1所述的公路路况检测装置，其特征在于，还包括供电模块，用于为多个光通信组件供电。

7.根据权利要求6所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述供电模块位于护栏外侧，包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板为所述蓄电池充电，所述蓄电池向所述光通信组件提供电能。

8.根据权利要求1所述的公路路况检测装置，其特征在于，还包括车载接收器，安装在车辆两侧，所述车载接收器接收来自所述信号发射端的高频调制信号和激光强度信号，经过采样、解码后，向驾驶员播报路况。

9.根据权利要求8所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述车载接收器包括第二光电转换模块、第三主控模块、车载播报模块和车辆信息模块，所述第二光电转换模块用于接收包含有路况信息的激光强度信号和高频调制信号，将高频调制信号解调；所述第三主控模块将所述激光强度信号和解调后的信号采样、解码，通过所述车载播报模块向驾驶员播报路况；所述车辆信息模块与所述第三主控模块连接，用于采集车辆行驶速度，使所述第三主控模块选择对高频调制信号或激光强度信号进行采样和解码。

10.根据权利要求9所述的公路路况检测装置，其特征在于，所述第二光电转换模块包括用于接收高频调制信号的光电二极管和用于感应激光强度的硅光电池，所述光电二极管位于所述硅光电池中央。

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