CN111022123A - 一种隧道内车辆防剐蹭预警装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道内车辆防剐蹭预警装置和方法，该预警装置包括：3D激光雷达、距离传感器、无线通信数据处理模块、控制箱和距离警示灯，所述控制箱内设置有安全警示控制单元；通过建立隧道内每辆车的数据单元，实时的获知车辆外边沿与隧道侧壁的距离，进而可以动态监测每个车辆的实时车边距，达到准确预警的目的，从而有效地提高了隧道行车安全，避免车辆与隧道侧的剐蹭，降低事故风险，提高隧道运输效率。
Description
技术领域
本发明属于车辆主动安全技术领域，尤其涉及一种隧道内车辆防剐蹭预警装置和方法。
背景技术
当汽车在道路上行驶时，特别是在隧道行驶时，由于隧道内部环境灯光昏暗会经常造成驾驶员的视野不足，当车辆外侧与隧道边上距离较近时，行车会对隧道两侧的公共设施造成潜在的危害，甚至会造成车辆与隧道剐蹭的事故，造成车辆和道路公共设施的破坏，同时使得道路运输效率降低。因此，怎样有效减少车辆与隧道之间的剐蹭事故，成了隧道安全行车面临的亟待改善的问题。
发明内容
针对目前隧道行车存在的问题，本发明的目的在于提供一种隧道内车辆防剐蹭预警装置和方法，通过建立隧道内每辆车的数据单元，实时的获知车辆外边沿与隧道侧壁的距离，进而可以动态监测每个车辆的实时车边距，达到准确预警的目的，从而有效地提高了隧道行车安全，避免车辆与隧道侧的剐蹭，降低事故风险，提高隧道运输效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)一种隧道内车辆防剐蹭预警装置，包括：3D激光雷达、距离传感器、无线通信数据处理模块、控制箱和距离警示灯，所述控制箱内设置有安全警示控制单元；
所述3D激光雷达固定于车顶正中央，用于测量车辆的三维轮廓信息和点云数据，并将车辆三维轮廓信息和点云数据传输给无线通信数据处理模块；
所述距离传感器沿行车方向均匀布设于隧道两侧的侧壁上，用于测量车辆外边沿与隧道侧壁的实时距离，并将该实时距离传输给安全警示控制单元；
所述无线通信数据处理模块集成于3D激光雷达内，所述无线通信数据处理模块通过无线通信的方式与安全警示控制单元进行信息交互；
所述控制箱固定于隧道侧壁上，所述安全警示控制单元用于与进入隧道的车辆上的无线通信数据处理模块进行无线通信，并建立隧道内每个车辆的数据单元；
所述安全警示控制单元还用于根据每个3D激光雷达传输的车辆点云数据匹配对应的距离传感器，进而将接收的相应距离传感器的实时距离存储于该车辆的数据单元；并判断该车辆是否需要进行安全距离预警，输出预警信号给对应的距离警示灯；
所述安全警示控制单元还用于对当前车辆随机分配动态IP，并调取与当前车辆位置匹配且与当前车辆轮廓长度相当的距离传感器作为一组测距单元；每个数据单元内存储有对应测距单元测量的距离数据；
所述距离警示灯设置于隧道的侧壁上，且沿行车方向对应设置于每组所述距离传感器的前方，用于接收安全警示控制单元的预警信号，并进行相应预警。
进一步地，所述车辆的点云数据为车辆的位置坐标。
进一步地，所述3D激光雷达为高分辨率的固态激光雷达。
进一步地，所述距离警示灯为多色LED指示灯。
(二)一种隧道内车辆防剐蹭预警方法，基于上述隧道内车辆防剐蹭预警装置，包括以下步骤：
步骤1，实时获取隧道内车辆的三维轮廓信息、点云数据和车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离；
其中，所述三维轮廓信息包含车辆的三维形状和车辆的长、宽、高，所述点云数据为车辆的位置坐标；
步骤2，建立每个车辆与隧道内的安全警示控制单元之间的通信，然后建立隧道内每个车辆的数据单元；
步骤3，根据每个数据单元内车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离，判断对应车辆是否需要进行预警，若是，则进行相应预警。
进一步地，所述建立每个车辆与隧道内的安全警示控制单元之间的通信，具体为：在每个车辆上的无线通信数据处理模块与安全警示控制单元之间设置数据传输协议，通过该数据传输协议进行无线通信数据处理模块与安全警示控制单元之间的无线通信。
进一步地，所述建立隧道内每个车辆的数据单元，具体为：
首先，根据每个车辆的点云数据匹配出对应的距离传感器的位置，再根据每个车辆的三维轮廓信息选出对应的多个距离传感器，组成对应测距单元；
其次，对每个车辆随机分配动态IP，测距单元随着车辆动态IP的变化而相应变化；
最后，每个车辆的三维轮廓信息、点云数据、对应测距单元采集的车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离共同组成每个车辆的数据单元。
进一步地，所述判断对应车辆是否需要进行预警，具体为：
首先，选取每组测距单元采集的距离数据中的最小值作为对应车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离的最小值，即车辆的最小车边距Bsmin；
其次，根据车辆的最小车边距Bsmin计算车辆的安全距离指标：
其中，B为道路宽度，b为车辆宽度；
最后，判断车辆的安全距离指标是否大于设定的预警阈值的大小，若是，则判断为不需要进行预警，否则，判断为需要进行预警。
进一步地，所述相应预警为：设定不同等级的预警阈值，根据车辆的安全距离指标启动不同颜色的距离警示灯进行预警；
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过建立隧道内每个车辆的数据单元，实时的获知车辆外边沿与隧道侧壁的距离，进而可以动态监测每个车辆的实时车边距，达到准确预警的目的，从而有效地提高了隧道行车安全，避免车辆与隧道侧的剐蹭，降低事故风险，提高隧道运输效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的一种隧道内车辆防剐蹭预警装置的信号连接示意图；
图2为本发明的一种隧道内车辆防剐蹭预警装置示意图。
以上图中，1、3D激光雷达；2、距离传感器；3、无线通信数据处理模块；4、安全警示控制单元；5、距离警示灯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。
实施例1
参考图1-2，本发明的一种隧道内车辆防剐蹭预警装置，包括：3D激光雷达1、距离传感器2、无线通信数据处理模块3、控制箱和距离警示灯5，所述控制箱内设置有安全警示控制单元4；
所述3D激光雷达1固定于车顶正中央，用于测量车辆的三维轮廓信息和点云数据，并将车辆三维轮廓信息和点云数据通过RS485串口传输给无线通信数据处理模块3；
所述距离传感器2沿行车方向均匀布设于隧道两侧的侧壁上，用于测量车辆外边沿与隧道侧壁的实时距离，并将该实时距离通过RS485串口传输给安全警示控制单元4；
所述无线通信数据处理模块3集成于3D激光雷达1内，所述无线通信数据处理模块3通过无线通信的方式与安全警示控制单元4进行信息交互；
所述控制箱固定于隧道侧壁上，所述安全警示控制单元4用于与进入隧道的车辆上的无线通信数据处理模块3进行无线通信，并建立隧道内每个车辆的数据单元；
所述安全警示控制单元4还用于根据每个3D激光雷达1传输的车辆点云数据匹配对应的距离传感器2，进而将接收的相应距离传感器2的实时距离存储于该车辆的数据单元；并判断该车辆是否需要进行安全距离预警，输出预警信号给对应的距离警示灯5；
所述安全警示控制单元4还用于对当前车辆随机分配动态IP，并调取与当前车辆位置匹配且与当前车辆轮廓长度相当的距离传感器2作为一组测距单元；每个数据单元内存储有对应测距单元测量的距离数据；
所述距离警示灯5设置于隧道的侧壁上，且沿行车方向对应设置于每组所述距离传感器2的前方，用于接收安全警示控制单元4的预警信号，并进行相应预警。
以上过程中，所述车辆的点云数据为车辆的位置坐标。所述3D激光雷达1为Innoviz提供的高分辨率的固态激光雷达，其具体型号为InnovizPro。所述距离警示灯5为STC45多色LED指示灯。
实施例2
一种隧道内车辆防剐蹭预警方法，基于上述隧道内车辆防剐蹭预警装置，包括以下步骤：
步骤1，实时获取隧道内车辆的三维轮廓信息、点云数据和车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离；
其中，所述三维轮廓信息包含车辆的三维形状和车辆的长、宽、高，所述点云数据为车辆的位置坐标；
上述车辆的三维轮廓信息、点云数据由3D激光雷达采集，车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离由对应的距离传感器采集获得。
步骤2，建立每个车辆与隧道内的安全警示控制单元之间的通信，然后建立隧道内每个车辆的数据单元；包括以下子步骤：
2.1，在每个车辆上的无线通信数据处理模块与安全警示控制单元之间设置数据传输协议，通过该数据传输协议进行无线通信数据处理模块与安全警示控制单元之间的无线通信。
2.2，根据每个车辆的点云数据匹配出对应的距离传感器的位置，再根据每个车辆的三维轮廓信息选出对应的多个距离传感器，组成对应测距单元；
2.3，对每个车辆随机分配动态IP，测距单元随着车辆动态IP的变化而相应变化；
2.4，每个车辆的三维轮廓信息、点云数据、对应测距单元采集的车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离共同组成每个车辆的数据单元。
具体地，如图2所示，n个距离传感器为传感器1，传感器2，直到传感器n，隧道内车辆1，车辆2，直到车辆N分别由不同的传感器组成的测距单元进行车边距测量，对应得到车边距Bs1，Bs2，直到Bsn；
上述过程中，组成测距单元的距离传感器的数量m是当前车辆轮廓长度L与距离传感器均布安装距离的比值；上述m个距离传感器组成的测距单元会随着被分配IP的车辆向前推进，在车辆前进过程中，会有与车辆长度相当范围内的距离传感器组成的测距单元持续采集车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离Bs，测距单元采集到的距离数据会实时传递到安全警示控制单元，安全警示控制单元主要记录当前车辆长度尺寸内的测距单元所采集到的车辆与隧道壁之间的数据，该数据包含m个距离数据Bsi，(i＝1，2……m)。
步骤3，根据每个数据单元内车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离，判断对应车辆是否需要进行预警，若是，则进行相应预警。
具体包括以下子步骤：
3.1，选取每组测距单元采集的距离数据中的最小值作为对应车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离，即车辆的车边距Bsmin；
3.2，根据车辆的车边距Bsmin计算车辆的安全距离指标：
其中，B为道路宽度，b为车辆宽度；
3.3，判断车辆的安全距离指标是否大于设定的预警阈值的大小，若是，则判断为不需要进行预警，否则，判断为需要进行预警；
一般预警阈值设定为75％。不需要预警时，可以根据通常的交通规则，启动绿色警示灯。
3.4，作出相应预警：
设定不同等级的预警阈值，根据车辆的安全距离指标启动不同颜色的距离警示灯进行预警；
当车辆的安全距离指标落入[50％,75％]区间内时，开启低级安全预警对应的黄色灯；当车辆的安全距离指标小于50％时，开启高级安全预警对应的红色灯。通过定义的危险程度，对应启动当前车辆位置对应的测距单元前方对应的不同危险程度的LED警示灯，警示驾驶员调整车辆与隧道侧之间的距离。
本发明设计为了减少车辆与隧道之间的剐蹭事故，按照道路宽度定义规则，车道的宽度为3.75m，假若车辆正好行驶在道路中间，车辆纵向中轴线与道路中轴线重合，车辆处于理想行驶状况，此时车辆在宽度方向上左右两侧与道路内外侧之间的距离是一样的。侧重考虑车辆外侧与隧道之间的安全距离，定义车辆外侧与隧道距离传感器最小的距离Bsmin与理想情况下车辆外侧和隧道之间距离0.5(B-b)的比例作为警告阈值根据。
如图2所示，根据道路安全紧急程度分为3级，因此，对应的距离警示LED灯也分为三种颜色，根据紧急程度依次为红色、黄色和绿色。绿色代表车边距安全，黄色代表需要进行微调车边距，红色代表车辆与隧道侧壁距离很近，需要进行及时调整。根据颜色的不同隧道内侧的警示灯会提醒驾驶员相应的调整车辆行驶状态，从而主动的避免车辆与隧道侧之间的剐蹭，降低事故风险，实现隧道运输的安全与高效。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种隧道内车辆防剐蹭预警装置，其特征在于，包括：3D激光雷达、距离传感器、无线通信数据处理模块、控制箱和距离警示灯，所述控制箱内设置有安全警示控制单元；
所述3D激光雷达固定于车顶正中央，用于测量车辆的三维轮廓信息和点云数据，并将车辆三维轮廓信息和点云数据传输给无线通信数据处理模块；
所述距离传感器沿行车方向均匀布设于隧道两侧的侧壁上，用于测量车辆外边沿与隧道侧壁的实时距离，并将该实时距离传输给安全警示控制单元；
所述无线通信数据处理模块集成于3D激光雷达内，所述无线通信数据处理模块通过无线通信的方式与安全警示控制单元进行信息交互；
所述控制箱固定于隧道侧壁上，所述安全警示控制单元用于与进入隧道的车辆上的无线通信数据处理模块进行无线通信，并建立隧道内每个车辆的数据单元；
所述安全警示控制单元还用于根据每个3D激光雷达传输的车辆点云数据匹配对应的距离传感器，进而将接收的相应距离传感器的实时距离存储于该车辆的数据单元；并判断该车辆是否需要进行安全距离预警，输出预警信号给对应的距离警示灯；
所述安全警示控制单元还用于对当前车辆随机分配动态IP，并调取与当前车辆位置匹配且与当前车辆轮廓长度相当的距离传感器作为一组测距单元；每个数据单元内存储有对应测距单元测量的距离数据；
所述距离警示灯设置于隧道的侧壁上，且沿行车方向对应设置于每组所述距离传感器的前方，用于接收安全警示控制单元的预警信号，并进行相应预警。
2.根据权利要求1所述的隧道内车辆防剐蹭预警装置，其特征在于，所述3D激光雷达为高分辨率的固态激光雷达。
3.根据权利要求1所述的隧道内车辆防剐蹭预警装置，其特征在于，所述距离警示灯为多色LED指示灯。
4.一种隧道内车辆防剐蹭预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，实时获取隧道内车辆的三维轮廓信息、点云数据和车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离；
其中，所述三维轮廓信息包含车辆的三维形状和车辆的长、宽、高，所述点云数据为车辆的位置坐标；
步骤2，建立每个车辆与隧道内的安全警示控制单元之间的通信，然后建立隧道内每个车辆的数据单元；
步骤3，根据每个数据单元内车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离，判断对应车辆是否需要进行预警，若是，则进行相应预警。
5.根据权利要求4所述的隧道内车辆防剐蹭预警方法，其特征在于，所述建立每个车辆与隧道内的安全警示控制单元之间的通信，具体为：在每个车辆上的无线通信数据处理模块与安全警示控制单元之间设置数据传输协议，通过该数据传输协议进行无线通信数据处理模块与安全警示控制单元之间的无线通信。
6.根据权利要求4所述的隧道内车辆防剐蹭预警方法，其特征在于，所述建立隧道内每个车辆的数据单元，具体为：
首先，根据每个车辆的点云数据匹配出对应的距离传感器的位置，再根据每个车辆的三维轮廓信息选出对应的多个距离传感器，组成对应测距单元；
其次，对每个车辆随机分配动态IP，测距单元随着车辆动态IP的变化而相应变化；
最后，每个车辆的三维轮廓信息、点云数据、对应测距单元采集的车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离共同组成每个车辆的数据单元。
7.根据权利要求4所述的隧道内车辆防剐蹭预警方法，其特征在于，所述判断对应车辆是否需要进行预警，具体为：
首先，选取每组测距单元采集的距离数据中的最小值作为对应车辆外边沿与隧道侧壁之间的距离的最小值，即车辆的最小车边距Bsmin；
其次，根据车辆的最小车边距Bsmin计算车辆的安全距离指标：
其中，B为道路宽度，b为车辆宽度；
最后，判断车辆的安全距离指标是否大于设定的预警阈值的大小，若是，则判断为不需要进行预警，否则，判断为需要进行预警。
8.根据权利要求4所述的隧道内车辆防剐蹭预警方法，其特征在于，所述相应预警为：设定不同等级的预警阈值，根据车辆的安全距离指标启动不同颜色的距离警示灯进行预警；
当车辆的安全距离指标落入[50％，75％]区间内时，开启低级安全预警对应的黄色灯；当车辆的安全距离指标小于50％时，开启高级安全预警对应的红色灯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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