CN111768652B - 一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置及方法，该装置包括：毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机，且毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机集成为一体化检测预警部件；毫米波雷达用于采集路面上行驶的车辆信息，湿度传感器用于采集空气湿度信息，单片机用于根据接收的路面上行驶的车辆信息和湿度信息，判断分流匝道岔口处是否存在车辆碰撞风险；激光发射器和高音喇叭作出相应预警。本发明利用雷达识别可能冲撞分流匝道岔口的车辆后，通过高音喇叭播报预警信息并利用激光强穿透力的特性实现全天候高效预警，大大降低车辆事故风险。

Description

一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置及方法
技术领域
本发明涉及道路交通安全技术领域，具体涉及一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置及方法。
背景技术
高速公路匝道是高速公路出口或入口靠右侧的一条道路(一般在150-200米)，通常是指一小段提供车辆进出主干线高速公路、高架道路、桥梁及行车隧道等邻近的辅路，或其他主干线的陆桥/斜道/引线连接道，以及集散道等之附属接驳路段。匝道的出现不可避免会伴随着岔口的产生，岔口(尤其是驶出主路的岔口)因其本身的位置特性不可避免地为高速行驶的车辆带来安全隐患。车辆因其车速过快及驾驶人分心，无法及时发现道路岔口的出现或因路线不熟悉无法及时选择准确的车道，最终撞上岔口引发交通事故。
现有针对岔口碰撞的措施主要通过布置防撞桶并在其周围布置反光材料。布置防撞桶旨在降低车辆发生撞击时的碰撞强度，但该措施无法避免事故发生，仅能在事故发生过程中降低车上人员的受伤程度，而反光材料用于帮助夜间行驶的驾驶员及时发现岔口做出反应，但仅在夜间有效。另有少部分措施通过安装于岔口的闪光灯，利用频闪的方式警示过往车辆，但该措施应用范围广泛，不局限于岔口，驾驶员往往不自觉忽略该信息，且不具有针对性，预警效果有限。故如何准确识别出存在冲撞匝道岔口的车辆，针对性的对其发布预警信息成为分流岔口交通安全亟待解决的问题。
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出一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置及方法，该装置可利用雷达识别可能冲撞分流匝道岔口的车辆后，通过高音喇叭播报预警信息并利用激光强穿透力的特性实现全天候高效预警，大大降低车辆事故风险。
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：
一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置，包括：毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机，且所述毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机集成为一体化检测预警部件；所述一体化检测预警部件安装于高速公路的匝道岔口处的标志牌上；
所述毫米波雷达，用于采集路面上行驶的车辆信息，并将其传输给单片机；
所述湿度传感器，用于采集空气湿度信息，并将其传输给单片机；
所述单片机，用于根据接收的路面上行驶的车辆信息和湿度信息，判断分流匝道岔口处是否存在车辆碰撞风险，并根据判断结果控制激光发射器和高音喇叭进行相应预警；
所述激光发射器和高音喇叭用于接收单片机传输的预警控制信号，并作出相应预警。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进在于：
进一步的，所述路面上行驶的车辆信息为车辆的车身长度、位置和车速。
进一步的，所述激光发射器朝向来车方向，用于形成激光隔离墙；
更进一步的，所述激光隔离墙在路面上形成与分流匝道岔口导流线相重合的隔离区域。
更进一步的，所述毫米波雷达的扫描半径为200m。
技术方案二：
一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，包括以下步骤：
步骤1，毫米波雷达实时采集道路中的车辆信息，湿度传感器实时获取当地湿度数据；其中，所述车辆信息为车辆的车身长度、车速、位置；
步骤2，选取敏感区域，根据车辆信息和湿度数据，判断敏感区域内的车辆是否存在碰撞风险，若是，对该车辆进行激光预警。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进在于：
进一步的，所述选取敏感区域具体为：以分流匝道岔口处标志牌的支撑杆为原点，垂直于车道方向为x轴，平行于车道方向为y轴，建立直角坐标系，则选取-2m<x<2m的区域为敏感区域。
进一步的，所述根据车辆信息和湿度数据，判断敏感区域内的车辆是否存在碰撞风险，具体为：
(a)将毫米波雷达获取的车辆位置信息转换为直角坐标系下的位置坐标；
(b)根据毫米波雷达实时采集的车身长度，判断车辆类型；
(c)根据车辆类型、车速v、直角坐标系下的车辆位置坐标(x，y)以及湿度数据，采用碰撞风险判断原则，判断敏感区内的车辆是否存在碰撞风险，若是，采用高音喇叭播报进行语音预警，同时激光发射器朝向来车方向形成激光隔离墙，以对风险车辆进行视觉预警。
进一步地，所述将毫米波雷达获取的车辆位置信息转换为直角坐标系下的位置坐标，具体为：以毫米波雷达所处位置为原点建立极坐标系，设检测到目标车辆的位置坐标为(ρ，θ)，则该目标车辆在直角坐标系中的位置坐标为(x，y)：
Figure BDA0002540072110000041
其中，ρ为极径，θ为极角。
进一步地，所述根据毫米波雷达实时采集的车身长度，判断车辆类型，具体为：
当车身长度L<7m时，判断车辆类型为轿车；
当车身长度L≥7m时，判断车辆类型为货车。
进一步地，所述碰撞风险判断原则为：
(1)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为轿车，车速v>110km/h，-2<x<-1m；或车辆为轿车，车速v>110km/h，1<x<2m,y<100m；
(2)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，100<y<150m；
(3)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<100m；
(4)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为货车，车速v>110km/h，-2<x<-1m；或车辆为货车，车速v>110km/h，1<x<2m,y<150m；
(5)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，150<y<200m；
(6)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<150m；
(7)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为轿车，车速v>110km/h，-2<x<-1m；或车辆为轿车，车速v>110km/h，1<x<2m,y<130m；
(8)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，130<y<180m；
(9)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<130m；
(10)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为货车，车速v>100km/h，-2<x<-1m；或车辆为货车，车速v>100km/h，1<x<2m,y<150m；
(11)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速v>100km/h，-1<x<1m，150<y<200m；
(12)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速80<v<100km/h，-1<x<1m,y<150m；
若敏感区域内的车辆满足以上任一条件，则判断其存在碰撞风险。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明针对高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞标志牌的问题，采用毫米波雷达获取即将驶过匝道岔口的车辆参数，结合当地地面条件，利用得到的数据制定碰撞风险判断原则，识别存在冲撞匝道岔口的车辆，并针对性的对其预警信息播报并利用激光强穿透力的特性设置激光隔离幕墙实现全天候高效预警，从而降低车辆事故风险。
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为本发明的一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置各部件位置示意图。
图2为本发明实施例中敏感区域示意图。
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，本发明提供一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置，包括：毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机，且所述毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机集成为一体化检测预警部件；所述一体化检测预警部件安装于高速公路的匝道岔口处的标志牌上；
所述毫米波雷达，用于采集路面上行驶的车辆信息，并将其传输给单片机；
所述湿度传感器，用于采集空气湿度信息，并将其传输给单片机；
所述单片机，用于根据接收的路面上行驶的车辆信息和湿度信息，判断分流匝道岔口处是否存在车辆碰撞风险，并根据判断结果控制激光发射器和高音喇叭进行相应预警；
所述激光发射器和高音喇叭用于接收单片机传输的预警控制信号，并作出相应预警。
上述实施例中，所述路面上行驶的车辆信息为车辆的车身长度、位置和车速。
上述实施例中，所述激光发射器朝向来车方向，用于形成激光隔离墙；所述激光隔离墙在路面上形成与分流匝道岔口导流线相重合的隔离区域。
上述实施例中，所述毫米波雷达的扫描半径为200m。
本发明还提供了一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，包括以下步骤：
步骤1，毫米波雷达实时采集道路中的车辆信息，湿度传感器实时获取当地湿度数据；其中，所述车辆信息为车辆的车身长度、车速、位置；
步骤2，选取敏感区域，根据车辆信息和湿度数据，判断敏感区域内的车辆是否存在碰撞风险，若是，对该车辆进行激光预警。
具体地，根据实际情况，为了减少计算量，只对有可能出现碰撞风险的区域进行监测。选取敏感区域具体为：以分流匝道岔口处标志牌的支撑杆为原点，垂直于车道方向为x轴，平行于车道方向为y轴，建立直角坐标系，则选取-2m<x<2m的区域为敏感区域。敏感区域如图2阴影部分所示。
进一步的，所述根据车辆信息和湿度数据，判断敏感区域内的车辆是否存在碰撞风险，具体为：
(a)将毫米波雷达获取的车辆位置信息转换为直角坐标系下的位置坐标；
具体为：以毫米波雷达所处位置为原点建立极坐标系，设检测到目标车辆的位置坐标为(ρ，θ)，则该目标车辆在直角坐标系中的位置坐标为(x，y)：
Figure BDA0002540072110000071
其中，ρ为极径，θ为极角。
(b)根据毫米波雷达实时采集的车身长度，判断车辆类型；根据外形尺
寸确定车型，此处将车型简化为轿车和火车，例如：当车辆长度小于7
米可初步确定为轿车，大于7米可确定为货车。此处的车型判断条件也
可以根据实际情况进行适应改变，也可以进行更为细致的车型划分。
(c)根据车辆类型、车速v、直角坐标系下的车辆位置坐标(x，y)以及湿度数据，采用碰撞风险判断原则，判断敏感区内的车辆是否存在碰撞风险，若是，采用高音喇叭播报进行语音预警，同时激光发射器朝向来车方向形成激光隔离墙，以对风险车辆进行视觉预警。
具体地，本发明中基于以下原理制定碰撞风险判断原则，本发明认为在当地相对湿度较大的情况下，路面附着系数较小，车辆操作极限较小，难以及时针对突发情况对车辆做出反应；当车辆为货车等体型较为庞大的车辆时，驾驶员难以及时针对风险调整车辆；当车辆车速较快时，制动距离相应较长，难以及时避开道路中的突发事件；当障碍物所处位置偏离行驶车辆的正前方角度越小，为了避开障碍物，车辆需要提供较大的转向角，从而引起侧向失稳或无法及时避开障碍物的情况；高速行驶的车辆距离障碍物越近，避开障碍物的可能性越小。故针对以上规律，可以认为当车辆满足以下条件时可确定为风险车辆：
具体的碰撞风险判断原则为：
(1)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为轿车，车速v>110km/h，-2<x<-1m；或车辆为轿车，车速v>110km/h，1<x<2m,y<100m；
(2)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，100<y<150m；
(3)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<100m；
(4)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为货车，车速v>110km/h，-2<x<-1m；或车辆为货车，车速v>110km/h，1<x<2m,y<150m；
(5)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，150<y<200m；
(6)在当地相对湿度小于90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<150m；
(7)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为轿车，车速v>110km/h，-2<x<-1m；或车辆为轿车，车速v>110km/h，1<x<2m,y<130m；
(8)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，130<y<180m；
(9)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<130m；
(10)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为货车，车速v>100km/h，-2<x<-1m；或车辆为货车，车速v>100km/h，1<x<2m,y<150m；
(11)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速v>100km/h，-1<x<1m，150<y<200m；
(12)在当地相对湿度达到90％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速80<v<100km/h，-1<x<1m,y<150m；
若敏感区域内的车辆满足以上任一条件，则判断其存在碰撞风险。
本发明中，将相对湿度小于90％视为没有下雨的情况，将相对湿度达到90％视为下雨的情况，即将天气状况分为无雨和有雨的情况，此处也可以根据实际试验进行其他相应的湿度划分。
本发明针对高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞岔口处标志牌或其他物体的问题，采用毫米波雷达获取即将驶过匝道岔口的车辆参数，结合当地地面条件，利用得到的数据制定碰撞风险判断原则，识别存在冲撞匝道岔口的车辆，并针对性的对其预警信息播报并利用激光强穿透力的特性设置激光隔离幕墙实现全天候高效预警，从而降低车辆事故风险。与传统的车辆内部预警方式相比，具有强制性，驾驶员不容易忽视该警示信息，且不用对每辆车进行改装，实施成本小，且应用广泛。
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)

1.一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置，其特征在于，包括：毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机，且所述毫米波雷达、湿度传感器、激光发射器、高音喇叭和单片机集成为一体化检测预警部件；所述一体化检测预警部件安装于高速公路的匝道岔口处的标志牌上；
所述毫米波雷达，用于采集路面上行驶的车辆信息，并将其传输给单片机；
所述湿度传感器，用于采集空气湿度信息，并将其传输给单片机；
所述单片机，用于根据接收的路面上行驶的车辆信息和湿度信息，判断分流匝道岔口处是否存在车辆碰撞风险，并根据判断结果控制激光发射器和高音喇叭进行相应预警；
所述判断分流匝道岔口处是否存在车辆碰撞风险的原则为：
(1)在当地相对湿度小于100％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为轿车，且车速v>110km/h，-2<x<-1m或1<x<2m,y<100m；
(2)在当地相对湿度小于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，100<y<150m；
(3)在当地相对湿度小于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<100m；
(4)在当地相对湿度小于100％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为货车，且车速v>110km/h，-2<x<-1m或1<x<2m,y<150m；
(5)在当地相对湿度小于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，150<y<200m；
(6)在当地无雨的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<150m；
(7)在当地相对湿度大于100％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为轿车，且车速v>110km/h，-2<x<-1m或1<x<2m,y<130m；
(8)在当地相对湿度大于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速v>110km/h，-1<x<1m，130<y<180m；
(9)在当地相对湿度大于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为轿车，且车速90<v<110km/h，-1<x<1m,y<130m；
(10)在当地相对湿度大于100％的情况下，当检测到敏感区域内的车辆为货车，且车速v>100km/h，-2<x<-1m或1<x<2m,y<150m；
(11)在当地相对湿度大于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速v>100km/h，-1<x<1m，150<y<200m；
(12)在当地相对湿度大于100％的情况下，当检测到敏感区域车辆为货车，且车速80<v<100km/h，-1<x<1m,y<150m；
若敏感区域内的车辆满足以上任一条件，则判断其存在碰撞风险；
所述激光发射器和高音喇叭用于接收单片机传输的预警控制信号，并作出相应预警；
其中，所述车辆信息为车辆的车身长度、位置和车速。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置，其特征在于，所述激光发射器朝向来车方向，用于形成激光隔离墙；所述激光隔离墙在路面上形成与分流匝道岔口导流线相重合的隔离区域。
3.根据权利要求1所述的一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警装置，其特征在于，所述毫米波雷达的扫描半径为200m。
4.一种高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，毫米波雷达实时采集道路中的车辆信息，湿度传感器实时获取当地湿度数据；其中，所述车辆信息为车辆的车身长度、车速、位置；
步骤2，选取敏感区域，根据车辆信息和湿度数据，判断敏感区域内的车辆是否存在碰撞风险，若是，对该车辆进行激光预警。
5.根据权利要求4所述的高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，其特征在于，所述选取敏感区域具体为：以分流匝道岔口处标志牌的支撑杆为原点，垂直于车道方向为x轴，平行于车道方向为y轴，建立直角坐标系，则选取-2m<x<2m的区域为敏感区域。
6.根据权利要求4所述的高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，其特征在于，所述根据车辆信息和湿度数据，判断敏感区域内的车辆是否存在碰撞风险，具体为：
(a)将毫米波雷达获取的车辆位置信息转换为直角坐标系下的位置坐标；
(b)根据毫米波雷达实时采集的车身长度，判断车辆类型；
(c)根据车辆类型、车速v、直角坐标系下的车辆位置坐标(x，y)以及湿度数据，采用碰撞风险判断原则，判断敏感区内的车辆是否存在碰撞风险，若是，采用高音喇叭播报进行语音预警，同时激光发射器朝向来车方向形成激光隔离墙，以对风险车辆进行视觉预警。
7.根据权利要求6所述的高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，其特征在于，所述将毫米波雷达获取的车辆位置信息转换为直角坐标系下的位置坐标，具体为：以毫米波雷达所处位置为原点建立极坐标系，设检测到目标车辆的位置坐标为(ρ，θ)，则该目标车辆在直角坐标系中的位置坐标为(x，y)：
Figure FDA0003555306520000041
其中，ρ为极径，θ为极角。
8.根据权利要求6所述的高速公路分流匝道岔口处车辆碰撞预警方法，其特征在于，所述根据毫米波雷达实时采集的车身长度，判断车辆类型，具体为：
当车身长度L<7m时，判断车辆类型为轿车；
当车身长度L≥7m时，判断车辆类型为货车。
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