CN111325945A - 一种道路施工区安全预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路施工区安全预警装置，包括风险识别模块和预警模块；风险识别模块设置于施工区域前200米的路侧，包括毫米波雷达、单片机和4G通信模块；预警模块设置于施工区域内。还公开了一种道路施工区安全预警方法：根据获取的车辆的行驶轨迹，计算车辆在行驶轨迹内的平均加速度以及路程；然后根据车辆在当前时刻的位置，判断车辆所在的车道是否为施工所占用的车道；若是，再根据车辆的车型和行驶速度，判断车辆是否存在冲入施工区域的风险；若是，向施工区内的工作人员预警。本发明可在道路施工时提前检测到可能冲入施工区域的车辆，并将危险信息及时传递给施工人员，从而使施工人员能及时躲避风险，降低事故率。

Description

一种道路施工区安全预警装置及方法

技术领域

本发明涉及道路施工安全技术领域，具体涉及一种道路施工区安全预警装置及方法。

背景技术

现如今随着高速公路总里程的不断增加，对高速公路的施工维护必不可少。为最大程度的减小交通效率的影响，往往只对施工区域进行封闭，并利用路障引导过往车辆从正常车道通过。虽然存在有隔离警示标志等设施，但是由于过往车辆车速过快，驾驶员出现分心等原因，无法及时察觉道路上摆放的警示标志，从而冲入施工区域，对施工人员及驾驶员造成生命及财产损失。因此，从施工人员的角度出发，通过传感器识别可能存在冲入施工区域的车辆，并及时将危险信息传递给施工人员，以便其提前做好防范措施，为施工安全提供多重保障。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于一种道路施工区安全预警装置及方法，可在道路施工时提前检测到可能冲入施工区域的车辆，并将危险信息及时传递给施工人员，从而使施工人员能及时躲避风险，降低事故率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种道路施工区安全预警装置，包括风险识别模块和预警模块；其中，所述风险识别模块包括毫米波雷达、单片机和4G通信模块；

所述风险识别模块设置于施工区域前200米的路侧；

所述预警模块设置于施工区域内；

所述毫米波雷达的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接所述4G通信模块的输入端，所述4G通信模块通过无线连接所述预警模块的控制端。

技术方案二：

一种道路施工区安全预警方法，基于上述的道路施工区安全预警装置，包括以下步骤：

步骤1，在施工区域前设置好风险识别模块，并在所述风险识别模块中的单片机内预先存储施工所占用的车道信息；

步骤2，风险识别模块中的毫米波雷达采集道路上车辆的尺寸、速度、距离和所处的方向信息，获取车辆的行驶轨迹；

步骤3，获取道路上某一车辆的行驶轨迹，并计算该车辆在所述行驶轨迹内的平均加速度；

步骤4，根据车辆在当前时刻的位置，判断车辆所在的车道是否为施工所占用的车道；若是，继续步骤5；若不是，返回步骤3；

步骤5，根据车辆的车型和行驶速度，判断车辆是否存在冲入施工区域的风险；若是，通过4G通信模块向预警模块发送报警信息，预警模块向施工区内的工作人员预警。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进在于：

(1)步骤3包含以下子步骤：

子步骤3.1，以风险识别模块所设置的位置为原点，车道方向为y轴，垂直车道方向为x轴，建立空间二维直角坐标系；

子步骤3.2，获取道路上某一车辆的行驶轨迹，并计算该车辆在所述行驶轨迹内的平均加速度a_n，按照下式进行：

a_n＝(v′_n-v_n)/(t′_n-t_n)

其中，车辆在t_n时刻的位置为(x_n,y_n)，车速为v_n；在下一时刻t′_n的位置为(x′_n,y′_n)，车速为v′_n。

(2)步骤4中，所述根据车辆在当前时刻的位置，判断车辆所在的车道是否为施工所占用的车道，具体为：

首先计算车辆距离所述风险识别模块的纵向距离：

y_n＝d·cosα

其中，y_n为车辆距离风险识别模块中毫米波雷达的纵向距离，d为车辆距离毫米波雷达的距离，α为车辆与毫米波雷达的夹角；

然后根据车辆距离所述风险识别模块的横向距离，推算车辆在道路中所处的车道；

最后再判断车辆在道路中所处的车道是否为预先存储于单片机内部的施工所占用的车道。

(3)步骤5中，所述根据车辆的车型和行驶速度，判断车辆是否存在冲入施工区域的风险，具体为：

首先根据毫米波雷达所采集的车辆的尺寸，判断车辆的车型；

然后根据车辆的车型、车速以及与毫米波雷达的纵向距离，判断该车辆是否存在冲入施工区域的风险。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的道路施工区安全预警装置及方法通过实时监测道路中车辆的运行状态，及时识别出在施工区域所在车道行驶的车辆，并根据对该车辆进行实时监测的车型、速度、位置等信息，判断该车辆是否存在冲入施工区域的风险；若是，及时向施工区内的工作人员预警，从而使施工人员能及时躲避风险，降低了事故率。

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为本发明提供的道路施工区安全预警装置在施工区所在道路上布置的一种实施例的示意图；

图2为本发明提供的道路施工区安全预警方法中判断车辆是否存在冲入施工区域的风险的流程示意图。

以上图中：1行驶车辆，2风险识别模块，3施工占用车道，4正常车道，5预警模块，6施工区域。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

参考图1，本发明实施例提供一种一种道路施工区安全预警装置，包括风险识别模块和预警模块；其中，所述风险识别模块包括毫米波雷达、单片机和4G通信模块。毫米波雷达的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接所述4G通信模块的输入端，4G通信模块通过无线连接所述预警模块的控制端。

以上实施例中，风险识别模块设置于施工区域前200米的路侧；预警模块设置于施工区域内。

以上实施例中，预警模块包含无线传输模块和高音喇叭，无线传输模块用于接收4G通信模块所传输的预警信息，高音喇叭播放语音提醒，用于提醒施工区域内的工作人员注意避让风险车辆。

进一步的，本发明还提供了一种道路施工区安全预警方法，基于上述的道路施工区安全预警装置，包括以下步骤：

步骤1，在施工区域前200米设置好风险识别模块，并在所述风险识别模块中的单片机内预先存储施工所占用的车道信息。

步骤2，风险识别模块中的毫米波雷达采集道路上车辆的尺寸、速度、距离和所处的方向信息，获取车辆的行驶轨迹。

步骤3，获取道路上某一车辆的行驶轨迹，并计算该车辆在所述行驶轨迹内的平均加速度。

具体的，包含以下子步骤：

子步骤3.1，以风险识别模块所设置的位置为原点，车道方向为y轴，垂直车道方向为x轴，建立空间二维直角坐标系；

子步骤3.2，获取道路上某一车辆的行驶轨迹，并计算该车辆在所述行驶轨迹内的平均加速度a_n，按照下式进行：

a_n＝(v′_n-v_n)/(t′_n-t_n)

其中，车辆在t_n时刻的位置为(x_n,y_n)，车速为v_n；在下一时刻t′_n的位置为

(x′_n,y′_n)，车速为v′_n。

步骤4，根据车辆在当前时刻的位置，判断车辆所在的车道是否为施工所占用的车道；若是，继续步骤5；若不是，即车辆在正常车道上行驶，那么返回步骤3继续判断其他车辆。

参考图2，具体的：

首先计算车辆距离所述风险识别模块的纵向距离：

y_n＝d·cosα

其中，y_n为车辆距离风险识别模块中毫米波雷达的纵向距离，d为车辆距离毫米波雷达的距离，α为车辆与毫米波雷达的夹角；

然后根据车辆距离所述风险识别模块的纵向距离，推算车辆在道路中所处的车道；

最后再判断车辆在道路中所处的车道是否为预先存储于单片机内部的施工所占用的车道。

步骤5，根据车辆的车型和行驶速度，判断车辆是否存在冲入施工区域的风险。

具体的，参考图2，

(1)首先根据毫米波雷达所采集的车辆的尺寸，判断车辆的车型；

本发明实施例中，按照以下标准判断车辆的车型：当毫米波雷达所采集的车辆的长度L≤3.5m，判断该车辆为微型车辆；当3.5m<L≤7m，判断该车辆为轻型车辆；当7m<L≤10m，判断该车辆为中型车辆；当L>10m，判断该车辆为大型车辆。

(2)然后根据车辆的车型、车速以及与毫米波雷达的纵向距离，判断该车辆是否存在冲入施工区域的风险。

本发明实施例中，按照以下标准判断车辆是否存在冲入施工区域的风险：

当车辆为大型车辆，车速v_n超过100km/h且与毫米波雷达的纵向距离y_n<50m时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为大型车辆，车速v_n超过100km/h，且与毫米波雷达的纵向距离50m≤y_n<100m，且连续5个时间段内的加速度大于0，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为大型车辆，车速80<v_n≤100km/h，且与毫米波雷达的纵向距离50m≤y_n<100m，且连续5个时间段内的加速度大于2m/s²，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为轻、中型车辆，车速v_n超过120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离y_n<80m时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为轻、中型车辆，车速v_n超过120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离100m≤y_n<150m，且连续5个时间段内的加速度大于0时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为轻、中型车辆，车速90<v_n≤120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离80m≤y_n<120m，且连续5个时间段内的加速度大于2m/s²，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为微型车辆，车速v_n超过120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离y_n<100m时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险。

经过上述判断之后，若判断车辆存在冲入施工区域的风险，通过4G通信模块向预警模块发送报警信息，预警模块中的高音喇叭向施工区内的工作人员播放预警信息。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种道路施工区安全预警装置，其特征在于，包括风险识别模块和预警模块；其中，所述风险识别模块包括毫米波雷达、单片机和4G通信模块；

所述风险识别模块设置于施工区域前200米的路侧；

所述预警模块设置于施工区域内；

所述毫米波雷达的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接所述4G通信模块的输入端，所述4G通信模块通过无线连接所述预警模块的控制端。

2.根据权利要求1所述的道路施工区安全预警装置，其特征在于，所述预警模块包含无线传输模块和高音喇叭。

3.一种道路施工区安全预警方法，基于权利要求1所述的道路施工区安全预警装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在施工区域前设置好风险识别模块，并在所述风险识别模块中的单片机内预先存储施工所占用的车道信息；

步骤2，风险识别模块中的毫米波雷达采集道路上车辆的尺寸、速度、距离和所处的方向信息，获取车辆的行驶轨迹；

步骤3，获取道路上某一车辆的行驶轨迹，并计算该车辆在所述行驶轨迹内的平均加速度；

步骤4，根据车辆在当前时刻的位置，判断车辆所在的车道是否为施工所占用的车道；若是，继续步骤5；若不是，返回步骤3；

步骤5，根据车辆的车型和行驶速度，判断车辆是否存在冲入施工区域的风险；若是，通过4G通信模块向预警模块发送报警信息，预警模块向施工区内的工作人员预警。

4.根据权利要求3所述的道路施工区安全预警方法，其特征在于，步骤3包含以下子步骤：

子步骤3.1，以风险识别模块所设置的位置为原点，车道方向为y轴，垂直车道方向为x轴，建立空间二维直角坐标系；

子步骤3.2，获取道路上某一车辆的行驶轨迹，并计算该车辆在所述行驶轨迹内的平均加速度a_n，按照下式进行：

a_n＝(v'_n-v_n)/(t'_n-t_n)

其中，车辆在t_n时刻的位置为(x_n,y_n)，车速为v_n；在下一时刻t'_n的位置为(x'_n,y'_n)，车速为v'_n。

5.根据权利要求3所述的道路施工区安全预警方法，其特征在于，步骤4中，所述根据车辆在当前时刻的位置，判断车辆所在的车道是否为施工所占用的车道，具体为：

首先计算车辆距离所述风险识别模块的纵向距离：

y_n＝d·cosα

其中，y_n为车辆距离风险识别模块中毫米波雷达的纵向距离，d为车辆距离毫米波雷达的距离，α为车辆与毫米波雷达的夹角；

然后根据车辆距离所述风险识别模块的纵向距离，推算车辆在道路中所处的车道；

最后再判断车辆在道路中所处的车道是否为预先存储于单片机内部的施工所占用的车道。

6.根据权利要求3所述的道路施工区安全预警方法，其特征在于，步骤5中，所述根据车辆的车型和行驶速度，判断车辆是否存在冲入施工区域的风险，具体为：

首先根据毫米波雷达所采集的车辆的尺寸，判断车辆的车型；

然后根据车辆的车型、车速以及与毫米波雷达的纵向距离，判断该车辆是否存在冲入施工区域的风险。

7.根据权利要求6所述的道路施工区安全预警方法，其特征在于，所述根据毫米波雷达所采集的车辆的尺寸，判断车辆的车型，具体为：当毫米波雷达所采集的车辆的长度L≤3.5m，判断该车辆为微型车辆；当3.5m<L≤7m，判断该车辆为轻型车辆；当7m<L≤10m，判断该车辆为中型车辆；当L>10m，判断该车辆为大型车辆。

8.根据权利要求7所述的道路施工区安全预警方法，其特征在于，当车辆为大型车辆，车速v_n超过100km/h且与毫米波雷达的纵向距离y_n<50m时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为大型车辆，车速v_n超过100km/h，且与毫米波雷达的纵向距离50m≤y_n<100m，且连续5个时间段内的加速度大于0，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为大型车辆，车速80<v_n≤100km/h，且与毫米波雷达的纵向距离50m≤y_n<100m，且连续5个时间段内的加速度大于2m/s²，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为轻、中型车辆，车速v_n超过120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离y_n<80m时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为轻、中型车辆，车速v_n超过120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离100m≤y_n<150m，且连续5个时间段内的加速度大于0时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为轻、中型车辆，车速90<v_n≤120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离80m≤y_n<120m，且连续5个时间段内的加速度大于2m/s²，认为该车辆存在冲入施工区域的风险；

当车辆为微型车辆，车速v_n超过120km/h，且与毫米波雷达的纵向距离y_n<100m时，认为该车辆存在冲入施工区域的风险。

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