CN111341118A - 一种在特大桥上对团雾进行预警的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在特大桥上对团雾进行预警的系统，包括监测模块、处理器和预警模块；监测模块包含多个监测装置，每个监测装置包含湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头；多个监测装置分别沿山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸；处理器设置在特大桥上；预警模块分别设置在特大桥的出入口两端。本发明还公开了一种利用上述在特大桥上对团雾进行预警的系统进行预警方法。本发明通过对特大桥周围的大气进行实时监测，实现对特大桥上出现团雾的精准预测，以能见度为主要依据参数，根据能见度大小进行分级预警，有效保障了车辆的行驶安全。

Description

一种在特大桥上对团雾进行预警的系统和方法

技术领域

本发明涉及公路交通事故预防技术领域，具体涉及一种在特大桥上对团雾进行预警的系统和方法。

背景技术

团雾一般不是在特大桥上产生的。在山区，特大桥上的团雾基本上是从其它地方飘过来的。团雾外视线良好，团雾内一片朦胧。团雾区域性强、预测预报难，尤其是在高速公路上，团雾会导致能见度的突然变化，对高速公路交通安全极具危害性，容易酿成重大交通事故。团雾是由于地面辐射冷却，使贴近地面的空气变冷、饱和比湿下降导致水汽凝结而形成的。团雾的形成需要两个主要条件，一是低层水汽充沛、空气湿度大，二是昼夜温差大且风小。天气晴好时不易出现团雾。

在特大桥路段上出现，一旦有团雾出现，驾驶员很难做出反应，严重时可能会产生车辆连环相撞的严重交通事故，给人民生命财产安全造成了严重的威胁。

目前，对大雾的监测主要是依靠判断能见度的大小。利用能见度监测摄像头、湿度传感器、光照传感器、风速传感器以及判断障碍物的可视性来监测大气，达到对团雾预警的目的。现有的团雾预警方法主要分为两大类：一类是车载的团雾预警装置，二是公路监控摄像头。目前，车载团雾预警装置还没有普及，几乎没有车辆安装这种装置，主要原因是其工作可靠性低，安装成本较高。公路监控摄像头安装于公路两侧，出现团雾时能够有效监测，但无法对路段外正朝向特大桥路段飘过来的团雾进行监测和预计。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种在特大桥上对团雾进行预警的系统，可对特大桥周围的大气进行监测，实现对团雾的精准预测，对团雾所造成的灾害进行及时的预测和预防的目的，有效保障车辆行驶安全。

本发明的另一个目的在于提供一种利用上述在特大桥上对团雾进行预警的系统进行预警方法，可以自动化控制预警系统，对驾驶员安全通过特大桥进行有效预警。

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：

一种在特大桥上对团雾进行预警的系统，包括：监测模块、处理器和预警模块；所述监测模块包含多个监测装置，每个所述监测装置包含湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头；

多个所述监测装置分别沿山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸；

所述处理器设置在特大桥上；

所述预警模块分别设置在特大桥的出入口两端；

所述湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头的输出端分别连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述预警模块的输入端。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进在于：

优选的，在特大桥两岸布置的监测装置的数量相等。

优选的，相邻的两个监测装置分别布置在峡谷两岸。

优选的，所述监测装置通过固定支座设置于特大桥两岸，且所述固定支座的高度接近所述特大桥的桥面高度。

进一步优选的，所述能见度监测摄像头通过旋转底座设置在所述固定支座上。

更进一步优选的，所述旋转底座的旋转角度为360°。

优选的，所述预警模块包含信号灯、显示屏和广播。

技术方案二：

一种在特大桥上对团雾进行预警的方法，基于上述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，包括以下步骤：

步骤1，多个监测装置同时采集湿度数据和光照数据；

步骤2，处理器每隔t₁时间采集一次多个监测装置所获取的湿度数据和光照数据；计算每个监测装置所采集的单位时间内的湿度变化率，并根据预先设置的湿度阈值，将所述湿度变化率分为有团雾产生趋势的等级A1和没有团雾产生趋势的等级B1；

将每个监测装置所获取的光照数据根据预先设置的光照阈值分为有团雾产生趋势的等级A2和没有团雾产生趋势的等级B2；

步骤3，当第i个监测装置监测到有团雾产生趋势时，第i个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器开始采集能见度信息和风速风向信息；

根据采集到的能见度信息，将能见度按照对交通的影响程度进行分级；

并根据所采集到的风速风向数据，计算团雾到达桥面所需的时间；

其中，i为沿山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸的监测装置的编号，取正整数，且从靠近特大桥向远离特大桥，编号i的取值依次增大；

步骤4，在步骤3进行的同时，第i-1个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器也开始采集能见度信息和风速风向信息；并与步骤3相同，根据采集到的能见度信息将能见度进行分级，根据采集到的风速风向数据，计算团雾到达桥面所需的时间；

依次类推，各个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器依次开始工作；

步骤5，处理器以第i个监测装置的所采集的数据为依据，控制预警模块进行预警，并以第i-1个监测装置所采集的数据动态修正预警策略，直到团雾飘过特大桥或团雾在特大桥之前消失。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的在特大桥上对团雾进行预警的系统对特大桥周围的大气进行实时监测，实现对特大桥上出现团雾的精准预测，以能见度为主要依据参数，根据能见度大小采取分级预警策略，帮助驾驶员克服团雾或者浓雾中的驾驶困难，及时预防了团雾所造成的灾害，有效保障了车辆的行驶安全。

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为本发明提供的在特大桥上对团雾进行预警的系统的一种实施例的系统原理示意图；

图2为本发明提供的在特大桥上对团雾进行预警的系统中监测模块的结构示意图；

图3为本发明提供的在特大桥上对团雾进行预警的系统中监测装置的布置示意图。

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在特大桥上对团雾进行预警的系统，包括：监测模块、处理器、预警模块、数据存储模块和远程控制中心。

其中，所述监测模块包含多个监测装置，每个所述监测装置包含湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头。

多个所述监测装置分别沿山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸。

所述处理器和数据存储模块设置在特大桥上。

所述预警模块分别设置在特大桥的出入口两端。

所述湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头的输出端分别连接所述数据存储模块的输入端，所述数据存储模块的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述预警模块的输入端。

以上实施例中，监测装置在特大桥两岸布置的数量相等。

以上实施例中，相邻的两个监测装置分别布置在峡谷两岸。

参考图2，本实施例中，监测装置为20个，沿着山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸，桥两侧各设置10个；并且，相邻的两个监测装置分别布置在峡谷两岸，桥两侧的监测装置从靠近特大桥向远离特大桥依次排列。

本实施例中，将桥左侧的监测装置从靠近特大桥向远离特大桥依次记为L1、L2、…、L10，将桥右侧的监测装置从靠近特大桥向远离特大桥依次记为R1、R2、…、R10。

需要说明的是，相邻两个监测装置的横向距离相等，本实施例中设置为500m，即桥两侧的监测装置(L1、L2、…、L10和R1、R2、…、R10)依次到大桥的垂直距离为500*i，其中，i＝1,2，...，10。

参考图3，以上实施例中，监测装置通过固定支座布置在特大桥两岸，且固定支座的高度接近特大桥的桥面高度。其中，固定支座上固定一个竖立的固定杆，长度约4米，将监测装置安装在固定杆上。固定支座和固定杆具有一定的强度和一定的防护，保证在不同环境下能正常工作，同时可以满足维修和保养条件。

需要说明的是，以上实施例中，能见度监测摄像头采用TSINGGENCE能见度监测摄像头，每个监测装置中安装一个，安装在监测装置的顶部距地面四米的位置，并安装在具有360°旋转功能的底座上，能见度监测摄像头工作时，旋转底座的转速为0.5r/min。

需要说明的是，以上实施例中，湿度传感器采用SHT15湿度传感器，作为测量环境湿度的器件。湿度传感器是一款电容性湿度敏感原件，具有测量范围宽，精度高等特性，可识别0.03％想到湿度变化，精度达到2％。每个监测装置上安装一个，安装位置据地面两米。

需要说明的是，以上实施例中，光照传感器采用PO188光电集成光照传感器，暗电流小，低照度响应、灵敏度高、电流随光照增强成线性变化。同样每个监测装置上安装一个，安装位置距地面3米。

需要说明的是，以上实施例中，风速传感器为电流型风速风向一体化传感器EC-8SX，每个监测装置上安装一个，安装位置距地面3.5米。

需要说明的是，以上实施例中，处理器为STM32W18处理器。处理器安装在特大桥上的环境条件较好的位置。

需要说明的是，以上实施例中，预警模块采用两组由信号灯、显示屏和广播组成的预警装置，安装在特大桥出入口两端各500米处。信号灯要求能发出红光、绿光、黄色光，能够按照不同频率闪烁。显示屏的选取要满足四十米处的可视能力。

需要说明的是，以上实施例提供的系统内各个设备之间的通信可以采用有线同轴电缆，保证其可靠性；电力可以由特大桥供电系统提供。

本发明提供的在特大桥上对团雾进行预警的系统最大程度上节省了人力，大部分时间处于自动控制状态。也可在系统中增加数据存储器，数据存储器可以设置于所述特大桥上，将处理器处理后的数据存储于数据存储器中，数据存储器和远程控制中心无线连接，必要时，交管人员可以通过远程控制中心，对本发明所提供的系统进行控制。对即将进入特大桥或已经在特大桥上行驶时的车辆进行有效预警，保障车辆的行驶安全。

此外，本发明实施例还提供了利用上述在特大桥上对团雾进行预警的系统进行预警方法，包括以下步骤：

步骤1，多个监测装置同时采集湿度数据和光照数据，处理器每隔t₁时间采集一次多个监测装置所获取的湿度数据和光照数据；

计算每个监测装置单位时间内的湿度变化率，并根据预先设置的湿度阈值，将湿度变化率分为等级A1和B1；其中，等级A1表示湿度变化率为正且变化幅度超过湿度阈值，有团雾产生趋势；等级B1表示表示湿度变化率为负或幅值变化程度小，没有团雾产生趋势；

设置光照阈值，将每个监测装置所获取的光照数据分为等级A2和B2；其中，等级A2表示有团雾产生趋势，等级B2表示没有团雾产生趋势；

步骤2，当第i个监测装置监测到有团雾产生趋势时，即满足A1A2，A1B2或B1A2时，第i个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器开始每隔t₂时间采集一次能见度信息和风速风向信息；

处理器根据采集到的能见度信息，将能见度按照对交通的影响程度进行分级，具体为：当能见度>1km，为等级F3；当500m<能见度≤1km，为等级E3；当200m<能见度≤500m，为等级D3；当100m<能见度≤200m，为等级C3；当能见度50m<能见度≤100m，为等级B3；当能见度≤50m，为等级A3；等级F3到A3表示团雾对交通的影响程度由小至大。

当所采集到的风向到特大桥中心的连线夹角小于90°时，认为风向可以将团雾吹到特大桥上；因此，处理器根据所采集到的风速风向数据，计算团雾到达桥面所需的时间；

步骤3，同时，第i-1个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器开始采集能见度信息和风速风向信息；并按照步骤2的分级规则，根据采集到的能见度信息，将能见度进行分级；根据采集到的风速风向数据，计算团雾到达桥面所需的时间；当某一个监测装置采集的能见度等级为最低级时，即当能见度等级为F3时，处理器控制该监测装置的能见度测量摄像头和风速风向传感器停止工作，处理器不向预警模块发送信息。

步骤4，处理器以第i个监测装置所采集的数据为依据，控制预警模块开始工作，并以第i-1个监测装置所采集的数据来动态地修正预警策略，直到团雾飘过特大桥或团雾在特大桥之前消失。

步骤5，预警模块接收到处理发送的预警信息后，根据能见度的分级将预警信号分为不同等级，对特大桥上的驾驶人进行不同程度的预警。具体如下：

处理器获取的团雾影响程度等级为A3时，处理器控制预警模块中的警示灯红灯闪烁，频率快，特大桥封闭或对车辆采取20％的限速，播报团雾到达特大桥的时间；当等级为B3时，警示灯红灯闪烁，频率慢，40％的限速，播报团雾到达时间；当为等级C3时，警示灯黄灯闪烁，60％的限速，播报团雾到达时间；当为等级D3时，警示灯黄灯常亮，80％的限速，播报团雾到达时间；当为等级E3时，警示灯黄灯常亮，90％的限速,播报团雾到达时间；当为等级F3时，警示灯绿灯常亮。

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 (10)

1.一种在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，包括：监测模块、处理器和预警模块；所述监测模块包含多个监测装置，每个所述监测装置包含湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头；

多个所述监测装置分别沿山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸；

所述处理器设置在特大桥上；

所述预警模块分别设置在特大桥的出入口两端；

所述湿度传感器、光照传感器、风速风向传感器和能见度监测摄像头的输出端分别连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述预警模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，在特大桥两岸布置的监测装置的数量相等。

3.根据权利要求1所述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，相邻的两个监测装置分别布置在峡谷两岸。

4.根据权利要求1所述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，所述监测装置通过固定支座设置于特大桥两岸。

5.根据权利要求4所述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，所述能见度监测摄像头通过旋转底座设置在所述固定支座上。

6.根据权利要求1所述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，所述预警模块包含信号灯、显示屏和广播。

7.一种在特大桥上对团雾进行预警的方法，基于权利要求1所述的在特大桥上对团雾进行预警的系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，多个监测装置同时采集湿度数据和光照数据；

步骤2，处理器每隔t₁时间采集一次多个监测装置所获取的湿度数据和光照数据；计算每个监测装置所采集的单位时间内的湿度变化率，并根据预先设置的湿度阈值，将所述湿度变化率分为有团雾产生趋势的等级A1和没有团雾产生趋势的等级B1；

将每个监测装置所获取的光照数据根据预先设置的光照阈值分为有团雾产生趋势的等级A2和没有团雾产生趋势的等级B2；

步骤3，当第i个监测装置监测到有团雾产生趋势时，第i个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器开始采集能见度信息和风速风向信息；

根据采集到的能见度信息，将能见度按照对交通的影响程度进行分级；

并根据所采集到的风速风向数据，计算团雾到达桥面所需的时间；

其中，i为沿山区峡谷方向均匀布置在特大桥两岸的监测装置的编号，取正整数，且从靠近特大桥向远离特大桥，编号i的取值依次增大；

步骤4，在步骤3进行的同时，第i-1个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器也开始采集能见度信息和风速风向信息；并与步骤3相同，根据采集到的能见度信息将能见度进行分级，根据采集到的风速风向数据，计算团雾到达桥面所需的时间；

依次类推，各个监测装置中的能见度监测摄像头和风速风向传感器依次开始工作；

步骤5，处理器以第i个监测装置的所采集的数据为依据，控制预警模块进行预警，并以第i-1个监测装置所采集的数据动态修正预警策略，直到团雾飘过特大桥或团雾在特大桥之前消失。

8.根据权利要求7所述的在特大桥上对团雾进行预警的方法，其特征在于，步骤3中，所述当第i个监测装置监测到有团雾产生趋势，具体为，当湿度变化率等级为A1，光照等级为A2；或湿度变化率等级为A1，光照等级为B2；或湿度变化率等级为B1光照等级为A2时。

9.根据权利要求7所述的在特大桥上对团雾进行预警的方法，其特征在于，步骤3中，所述根据采集到的能见度信息，将能见度按照对交通的影响程度进行分级，具体为：当能见度>1km，为等级F3；当500m<能见度≤1km，为等级E3；当200m<能见度≤500m，为等级D3；当100m<能见度≤200m，为等级C3；当能见度50m<能见度≤100m，为等级B3；当能见度≤50m，为等级A3；等级F3到A3表示团雾对交通的影响程度由小至大。

10.根据权利要求9所述的在特大桥上对团雾进行预警的方法，其特征在于，步骤5中，所述处理器以第i个监测装置的所采集的数据为依据，控制预警模块进行预警，具体为：根据第i个监测装置的能见度等级，进行分级预警。

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