CN112037514A - 基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线系统及控制方法 - Google Patents

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高鹏飞
赵新
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Abstract

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统及控制方法，包括若干在收费站各个通道路面上沿道路方向嵌入式铺设安装的发光标线设备，发光标线设备之间通过预埋线路连入与服务器通讯的网关，所述服务器通过网关给每一个发光标线设备分配一个ID地址，且所述服务器中包括用于控制所述发光标线设备定时开启的定时器，网关建立一个ZigBee网络并将所有连入网关的发光标线设备加入至ZigBee网络；所述发光标线设备包括埋入至地面开槽中、用于设置光源的标线盒，标线盒上可拆卸的设置有透明盖板，所述发光标线设备安装在路面上时所述透明盖板表面与路面齐平，所述标线盒内还设置有至少1个三轴地磁感应器。

Description

基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线系统及控制 方法
技术领域
本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线系统及控制方法。
背景技术
传统的道路交通标线是指以规定的线条、箭头、文字、立面标记、突起路标或其他导向装置，划于路面或其他设施上，用以管制引导交通和分散交通流的设施，它将道路的种种固定基础情报传达给车辆和行人，特别是对驾驶员尤为重要。
道路交通标线主要划设于道路表面，经受日晒雨淋，风雪冰冻，遭受车辆的冲击磨耗，因此对其性能有严格的要求：首先要求干燥时间短，操作简单，以减少交通干扰；其次要求反射能力强，色彩鲜明，反光度强，使白天、夜晚都有良好的能见度；第三，应具有抗滑性和耐磨性，以保证行车安全和使用寿命。
传统的道路交通标线为固定不变的涂料标线，但是随着国民经济与科技的飞速发展和人民生活的不断提高，人们对于智慧智能交通的需求日益增加，从而出现了智慧标线的技术，智慧标线则是基于道路标线的基础增加智慧智能设计配套，纳入“智慧城市”建设。
在现有技术中，如公开号为CN110106802A，公开时间为2019年8月9日，名称为“一种基于地埋LED光源的道路标线系统及智慧道路”的中国发明专利文献，公开了一种基于地埋LED光源的道路标线系统，包括设置在路面的一个或多个道路标线，以及一个控制装置，每个所述道路标线包括多个道路标线模块，每个所述道路标线模块由一个或多个LED道路标线灯组成，所述控制装置与每个所述道路标线模块连接，控制所述道路标线模块中的LED道路标线灯以一发光模式发光。
但是现有技术这种发光标线的技术方案，仅是依靠将标线模块化并加入光源实现发光功能，对于智慧交通而言其功能和技术还是太简单，并不能完全满足智能交通设备信息采集、显示以及控制互联的功能。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本发明旨在于提供一种基于ZigBee技术、运用在高速公路收费站通道、可以通过通断控制照明开闭以及通过颜色改变起到通道通断提示的无线发光标线。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统，其特征在于：包括若干在收费站各个通道路面上沿道路方向嵌入式铺设安装的发光标线设备，发光标线设备之间通过预埋线路连入与服务器通讯的网关，所述服务器通过网关给每一个发光标线设备分配一个ID地址，且所述服务器中包括用于控制所述发光标线设备定时开启的定时器，网关建立一个ZigBee网络并将所有连入网关的发光标线设备加入至ZigBee网络，Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，Zigbee过去又称为“HomeRF Lite”和“FireFly”技术, 统一称为Zigbee技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用；所述发光标线设备包括埋入至地面开槽中、用于设置光源的标线盒，标线盒上可拆卸的设置有透明盖板，所述发光标线设备安装在路面上时所述透明盖板表面与路面齐平，所述标线盒内还设置有至少1个三轴地磁感应器，如RM3100高精度三轴地磁传感器。
优选地，所述标线盒为外侧带有散热、内侧带有加强筋的金属质壳体，金属外壳，经测试，可有效载重50t。
而所述透明盖板为底部经过打磨、对穿过的光源有雾化作用的透明PC塑料材质盖板，盖子底部经过特殊打磨，可有效雾化灯光，整体发光更加均匀。
所述光源为若干颗发光颜色和发光亮度可调的高亮雾状RGB三色LED。
基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始化步骤，将发光标线设备、网关和服务器以及其相互之间的协议栈初始化；
具体的，所述初始化步骤中，将网关建立的ZigBee网络的射频初始化；将三轴地磁感应器初始化，读取当前地磁偏置值；将发光标线设备中的光源进行自检及初始化；
算法主要集中在地磁，因此，所述将三轴地磁感应器初始化、读取当前地磁偏置值，具体的，是通过100Hz采样频率控制三轴地磁感应器采集地磁3S，即300组数据，然后进行均值滤波，计算出当前地磁偏置。
地磁车辆检测步骤，服务器通过网关控制发光标线设备中的三轴地磁传感器按照设定的工作频率采集三轴地磁数据，服务器的单片机通过网关读取每一个三轴地磁传感器采集的三轴地磁数据，并计算出三轴地磁数据对应的磁场强度B0，将磁场强度与设定的参考阈值Bst比较，若检测到同一个通道内的发光标线设备的三轴地磁传感器、在一个工作周期内磁场强度超过参考阈值的次数之和超过设定次数N，则判定为检测到车辆接近并通过，并将判定结果通过网关上传至服务器；
收费站联动步骤，服务器根据所述地磁车辆检测步骤的判定结果，分析具体是哪一个通道中有车辆接近并通过，并建立服务器与该通道的联动，服务器调取该条通道上的所有机电设备信息并分析出该条通道是开启还是关闭、是人工通道还是ETC通道，并根据分析结果通过网关向该条通道上的发光标线设备发送光源启闭、光源颜色和显示信息的工作指令。
所述地磁车辆检测步骤中，计算出三轴地磁数据对应的磁场强度B0，具体的，由于地磁位于铁壳内，所以三轴地磁传感器在静态条件下的偏置值也很高，因此为了能够检测到车辆接近并通过，就需要进行如下处理：在内存中创建包含固定数量元素的队列，三轴地磁传感器每采集一次地磁数据就把该数据追加到队列的末尾，并对应将队列中的第一个元素删除，这样就形成了一个包含固定数量元素的动态数据窗口，且每更新一个元素，就对整个动态数据窗口进行正态分布排序，并将前后两次得到的动态数据窗口求差，到车辆接近并通过时的干扰造成的磁场强度B0。
所述收费站联动步骤中，服务器分析出该条通道是开启还是关闭、是人工通道还是ETC通道后，还需要检测当前系统是否开启时间控制，具体的，若时间控制已开启、且当前时间处于白天时段，或者时间控制未开启，则服务器不向所述发光标线设备发送控制指令；若时间控制已开启、且当前时间出于夜间时段，则服务器向所述发光标线设备发送工作指令，比如平台到达每天晚上6:00开启灯光，每个早上6:30关闭。与收费站设备的联动是指，根据收费站灯光的颜色（红或绿）来显示当前车道是否可用。
进一步的，还包括光强度感应检测，通过设置在道路上的、用于检测环境光光照强度的光敏感应装置监测当前环境光强，若时间控制未开启，则服务器调取所述光敏感应装置监测到的当前环境光强并与设定的光强阈值进行比较；若当前环境光强超过光强阈值则服务器不向所述发光标线设备发送控制指令，否则，服务器向所述发光标线设备发送控制指令。
有益效果：
与现有技术方案相比，本发明所提供的这种技术方案，基于带有三轴地磁传感器的发光标线设备，一方面能够作为地面的引导标记、另一方面可以利用磁感应变化数据来对应得到车辆是否接近并通过，并根据发光标线设备所在道路信息以及其他相关机电设备的信号信息准确的判定当前是哪一个通道有车辆过来，以及当前道路是人工还是ETC，甚至是当前光照条件是否符合发光标线设备启动照明指示功能，以便服务器针对性的指定标线的控制策略，比如当自然光照条件不佳、需要发光标线设备亮起为出入车辆导向时，若判断当前车辆朝向已开启的ETC闸口行驶，则发光标线设备亮起绿色光源、且显示ETC字样。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
图1为本发明控制方法逻辑关系示意图；
图2为本发明地磁车辆检测逻辑示意图；
图3为本发明收费站联动逻辑示意图。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
本实施例公开了一种基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统，包括若干在收费站各个通道路面上沿道路方向嵌入式铺设安装的发光标线设备，发光标线设备之间通过预埋线路连入与服务器通讯的网关，所述服务器通过网关给每一个发光标线设备分配一个ID地址，且所述服务器中包括用于控制所述发光标线设备定时开启的定时器，网关建立一个ZigBee网络并将所有连入网关的发光标线设备加入至ZigBee网络，Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，Zigbee过去又称为“HomeRF Lite”和“FireFly”技术, 统一称为Zigbee技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用；所述发光标线设备包括埋入至地面开槽中、用于设置光源的标线盒，标线盒上可拆卸的设置有透明盖板，所述发光标线设备安装在路面上时所述透明盖板表面与路面齐平，所述标线盒内还设置有至少1个三轴地磁感应器，如RM3100高精度三轴地磁传感器。
本实施例这种技术方案，基于带有三轴地磁传感器的发光标线设备，一方面能够作为地面的引导标记、另一方面可以利用磁感应变化数据来对应得到车辆是否接近并通过，并根据发光标线设备所在道路信息以及其他相关机电设备的信号信息准确的判定当前是哪一个通道有车辆过来，以及当前道路是人工还是ETC，甚至是当前光照条件是否符合发光标线设备启动照明指示功能，以便服务器针对性的指定标线的控制策略，比如当自然光照条件不佳、需要发光标线设备亮起为出入车辆导向时，若判断当前车辆朝向已开启的ETC闸口行驶，则发光标线设备亮起绿色光源、且显示ETC字样。
优选地，所述标线盒为外侧带有散热、内侧带有加强筋的金属质壳体，金属外壳，经测试，可有效载重50t；而所述透明盖板为底部经过打磨、对穿过的光源有雾化作用的透明PC塑料材质盖板，盖子底部经过特殊打磨，可有效雾化灯光，整体发光更加均匀；所述光源为若干颗发光颜色和发光亮度可调的高亮雾状RGB三色LED。
实施例2
对应上述基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统的控制方法，包括初始化步骤、地磁车辆检测步骤和收费站联动步骤，基于带有三轴地磁传感器的发光标线设备，一方面能够作为地面的引导标记、另一方面可以利用磁感应变化数据来对应得到车辆是否接近并通过，并根据发光标线设备所在道路信息以及其他相关机电设备的信号信息准确的判定当前是哪一个通道有车辆过来，以及当前道路是人工还是ETC，甚至是当前光照条件是否符合发光标线设备启动照明指示功能，以便服务器针对性的指定标线的控制策略，比如当自然光照条件不佳、需要发光标线设备亮起为出入车辆导向时，若判断当前车辆朝向已开启的ETC闸口行驶，则发光标线设备亮起绿色光源、且显示ETC字样。
具体的，所述初始化步骤，将发光标线设备、网关和服务器以及其相互之间的协议栈初始化；
而优选地，所述初始化步骤中，将网关建立的ZigBee网络的射频初始化；将三轴地磁感应器初始化，读取当前地磁偏置值；将发光标线设备中的光源进行自检及初始化；算法主要集中在地磁，因此，所述将三轴地磁感应器初始化、读取当前地磁偏置值，具体的，是通过100Hz采样频率控制三轴地磁感应器采集地磁3S，即300组数据，然后进行均值滤波，计算出当前地磁偏置。
所述地磁车辆检测步骤，服务器通过网关控制发光标线设备中的三轴地磁传感器按照设定的工作频率采集三轴地磁数据，服务器的单片机通过网关读取每一个三轴地磁传感器采集的三轴地磁数据，并计算出三轴地磁数据对应的磁场强度B0，将磁场强度与设定的参考阈值Bst比较，若检测到同一个通道内的发光标线设备的三轴地磁传感器、在一个工作周期内磁场强度超过参考阈值的次数之和超过设定次数N，则判定为检测到车辆接近并通过，并将判定结果通过网关上传至服务器；
进一步，所述地磁车辆检测步骤中，计算出三轴地磁数据对应的磁场强度B0，具体的，由于地磁位于铁壳内，所以三轴地磁传感器在静态条件下的偏置值也很高，因此为了能够检测到车辆接近并通过，就需要进行如下处理：在内存中创建包含固定数量元素的队列，三轴地磁传感器每采集一次地磁数据就把该数据追加到队列的末尾，并对应将队列中的第一个元素删除，这样就形成了一个包含固定数量元素的动态数据窗口，且每更新一个元素，就对整个动态数据窗口进行正态分布排序，并将前后两次得到的动态数据窗口求差，到车辆接近并通过时的干扰造成的磁场强度B0。
所述收费站联动步骤，服务器根据所述地磁车辆检测步骤的判定结果，分析具体是哪一个通道中有车辆接近并通过，并建立服务器与该通道的联动，服务器调取该条通道上的所有机电设备信息并分析出该条通道是开启还是关闭、是人工通道还是ETC通道，并根据分析结果通过网关向该条通道上的发光标线设备发送光源启闭、光源颜色和显示信息的工作指令。
优选地，所述收费站联动步骤中，服务器分析出该条通道是开启还是关闭、是人工通道还是ETC通道后，还需要检测当前系统是否开启时间控制，具体的，若时间控制已开启、且当前时间处于白天时段，或者时间控制未开启，则服务器不向所述发光标线设备发送控制指令；若时间控制已开启、且当前时间出于夜间时段，则服务器向所述发光标线设备发送工作指令，比如平台到达每天晚上6:00开启灯光，每个早上6:30关闭。与收费站设备的联动是指，根据收费站灯光的颜色（红或绿）来显示当前车道是否可用。
进一步的，还包括光强度感应检测，通过设置在道路上的、用于检测环境光光照强度的光敏感应装置监测当前环境光强，若时间控制未开启，则服务器调取所述光敏感应装置监测到的当前环境光强并与设定的光强阈值进行比较；若当前环境光强超过光强阈值则服务器不向所述发光标线设备发送控制指令，否则，服务器向所述发光标线设备发送控制指令。

Claims (10)

1.基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统，其特征在于：包括若干在收费站各个通道路面上沿道路方向嵌入式铺设安装的发光标线设备，发光标线设备之间通过预埋线路连入与服务器通讯的网关，所述服务器通过网关给每一个发光标线设备分配一个ID地址，且所述服务器中包括用于控制所述发光标线设备定时开启的定时器，网关建立一个ZigBee网络并将所有连入网关的发光标线设备加入至ZigBee网络；所述发光标线设备包括埋入至地面开槽中、用于设置光源的标线盒，标线盒上可拆卸的设置有透明盖板，所述发光标线设备安装在路面上时所述透明盖板表面与路面齐平，所述标线盒内还设置有至少1个三轴地磁感应器。
2.如权利要求1所述的基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统，其特征在于：所述标线盒为外侧带有散热、内侧带有加强筋的金属质壳体。
3.如权利要求1或2所述的基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统，其特征在于：所述透明盖板为底部经过打磨、对穿过的光源有雾化作用的透明PC塑料材质盖板。
4.如权利要求1或2所述的基于ZigBee技术的高速路收费站通道无线发光标线系统，其特征在于：所述光源为若干颗发光颜色和发光亮度可调的高亮雾状RGB三色LED。
5.基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始化步骤，将发光标线设备、网关和服务器以及其相互之间的协议栈初始化；
地磁车辆检测步骤，服务器通过网关控制发光标线设备中的三轴地磁传感器按照设定的工作频率采集三轴地磁数据，服务器的单片机通过网关读取每一个三轴地磁传感器采集的三轴地磁数据，并计算出三轴地磁数据对应的磁场强度B0，将磁场强度与设定的参考阈值Bst比较，若检测到同一个通道内的发光标线设备的三轴地磁传感器、在一个工作周期内磁场强度超过参考阈值的次数之和超过设定次数N，则判定为检测到车辆接近并通过，并将判定结果通过网关上传至服务器；
收费站联动步骤，服务器根据所述地磁车辆检测步骤的判定结果，分析具体是哪一个通道中有车辆接近并通过，并建立服务器与该通道的联动，服务器调取该条通道上的所有机电设备信息并分析出该条通道是开启还是关闭、是人工通道还是ETC通道，并根据分析结果通过网关向该条通道上的发光标线设备发送光源启闭、光源颜色和显示信息的工作指令。
6.如权利要求5所述的基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于：所述初始化步骤中，将网关建立的ZigBee网络的射频初始化；将三轴地磁感应器初始化，读取当前地磁偏置值；将发光标线设备中的光源进行自检及初始化。
7.如权利要求6所述的基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于：具体的，是通过100Hz采样频率控制三轴地磁感应器采集地磁3S，即300组数据，然后进行均值滤波，计算出当前地磁偏置。
8.如权利要求5所述的基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于：所述地磁车辆检测步骤中，计算出三轴地磁数据对应的磁场强度B0，具体的，在内存中创建包含固定数量元素的队列，三轴地磁传感器每采集一次地磁数据就把该数据追加到队列的末尾，并对应将队列中的第一个元素删除，这样就形成了一个包含固定数量元素的动态数据窗口，且每更新一个元素，就对整个动态数据窗口进行正态分布排序，并将前后两次得到的动态数据窗口求差，到车辆接近并通过时的干扰造成的磁场强度B0。
9.如权利要求5所述的基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于：所述收费站联动步骤中，服务器分析出该条通道是开启还是关闭、是人工通道还是ETC通道后，还需要检测当前系统是否开启时间控制，具体的，若时间控制已开启、且当前时间处于白天时段，或者时间控制未开启，则服务器不向所述发光标线设备发送控制指令；若时间控制已开启、且当前时间出于夜间时段，则服务器向所述发光标线设备发送工作指令。
10.如权利要求9所述的基于ZigBee技术的高速路出入口无线发光标线控制方法，其特征在于：还包括光强度感应检测，通过设置在道路上的、用于检测环境光光照强度的光敏感应装置监测当前环境光强，若时间控制未开启，则服务器调取所述光敏感应装置监测到的当前环境光强并与设定的光强阈值进行比较；若当前环境光强超过光强阈值则服务器不向所述发光标线设备发送控制指令，否则，服务器向所述发光标线设备发送控制指令。
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