CN112211674A - 一种隧道轮廓标及隧道道路异常检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道轮廓标，包括壳体和电路板，壳体外装有发光模块或反光模块，电路板包括微控制器模块、无线通信模块、静止物体检测模块及环境参数检测模块；当检测到车道上有新增的静止物体存在时，对外发送包括物体存在信息；当检测到车道上有新增的静止物体存在且前后预设时间内未接收到车道前方隧道轮廓标的检测信号时，上传物体警报信息；当检测到的环境参数与周边隧道轮廓标的环境参数的变化超过预设条件时，上传消防警报信息。本发明有益效果在于隧道轮廓标在现有简易反光和发光的功能上增加了可以检测车道上物体功能以及消防检测功能，通过周边其他设备彼此的无线组网交互数据进行边缘计算，综合分析判断源头停车以及消防安全隐患，并上传警报信息。
Description
技术领域
本发明涉及交通安全设施领域，具体涉及一种隧道轮廓标及隧道道路异常检测系统。
背景技术
由于隧道内道路空间的封闭性,空间环境狭窄、光线变化大、视野不清，故而在隧道中往往会通过在内部墙壁上间隔若干距离设置隧道轮廓标来对驾驶员的视线进行诱导。隧道轮廓标作为一种其可以指示道路边界以及道路前进方向的交通安全设施，结构虽然较简单，但是作用却是非常大，每个隧道都会大量安装。现有的隧道轮廓标有两类，一类是普通的隧道轮廓标，其外壳为反光材质，可以在接收车辆的灯光时反射回去。另外一类是隧道光电轮廓标，在具有反光材质的基础上还自带LED发光元件，具有被动反光和主动发光的功能。但是无论哪种隧道轮廓标，其功能都显的比较单一的。
发明内容
为避免背景技术的不足之处，本发明提供一种隧道轮廓标，可固定在隧道墙壁或地面表面，可监测车道上是否存在新增的静止物体或车辆。
本发明提出的一种隧道轮廓标，固定在隧道墙壁或地面表面，包括发光模块或反光模块，还包括壳体以及设在壳体内的电路板，电路板包括微控制器模块以及与微控制器模块连接的无线通信模块、静止物体检测模块；静止物体检测模块用于检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体；当检测到车道上有新增的静止物体存在时，微控制器模块控制无线通信模块对外发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号。
进一步的，当静止物体检测模块检测到车道上有新增的静止物体存在，且无线通信模块前后预设时间内未接收到车道前方的隧道轮廓标发送的检测信号时，微控制器模块控制无线通信模块上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号。
进一步的，电路板还包括与微控制器模块连接的环境参数检测模块，环境参数检测模块用于检测周边环境的环境参数；微控制器模块控制无线通信模块对外发送包括环境参数和设备编号在内的环境数据；当检测到的环境参数与周边隧道轮廓标的环境参数的变化超过预设条件时，微控制器模块控制无线通信模块上传包括消防警报信息和设备编号在内的警报信号。
优选的，环境参数检测模块包括烟雾浓度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、易燃易爆气体检测模块、有毒气体检测模块中的至少一种。
优选的，静止物体检测模块为光电测距传感器模块，光电测距传感器模块通过多次采集到的距离值确定是否有静止物体存在；光电测距传感器模块为红外测距传感器模块或激光测距传感器模块或毫米波测距传感器模块。
另一优选的，静止物体检测模块为超声波收发模块，超声波收发模块通过多次采集到的超声波数据确定是否有静止物体存在；超声波数据包括持续的回波时间和与回波时间对应的回波强度值。
进一步的，电路板还包括与微控制器模块连接的车辆移动感应模块，车辆移动感应模块用于检测预设车道区域上是否有车辆进入静止状态；当检测到车道上有车辆进入静止状态时，微控制器模块控制静止物体检测模块启动检测。
优选的，车辆移动感应模块为热释电红外探测模块或光敏强度探测模块，热释电红外探测模块通过检测热释电感应的时间确定车辆是否进入静止；光敏强度探测模块通过检测光照强度变化确定车辆是否进入静止。
进一步的，电路板还包括与微控制器模块连接的紧急按钮模块，当检测到紧急按钮模块被按压时，微控制器模块控制无线通信模块上传求助警报信息和设备编号在内的警报信号。
本发明还提出了一种隧道道路异常检测系统，包括隧道轮廓标和数据平台；隧道轮廓标沿隧道方向间隔预设距离分布固定在隧道墙壁或地面表面；隧道轮廓标可检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体，当检测到车道上有新增的静止物体存在时，广播发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；隧道轮廓标可接收其他隧道轮廓标广播发送的检测信号，并通过比较设备编号来确定接收的检测信号来自车道前方或后方的隧道轮廓标；当隧道轮廓标检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方的隧道轮廓标的检测信号时，上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台；数据平台内存有隧道轮廓标的设备编号以及与设备编号对应的隧道位置信息；数据平台接收隧道轮廓标上传的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道轮廓标的所在位置并通知相关管理人员。
进一步的，还包括隧道提示装置，隧道提示装置安装于隧道入口或隧道内部；隧道提示装置接收数据平台或隧道轮廓标发送的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道轮廓标的所在位置，并通过语音或图像或信号灯方式提示后方的车辆驾驶员。
本发明隧道轮廓标的有益效果在于在现有简易反光和发光的功能上增加了可以检测预设车道区域上静止物体的功能以及环境参数检测的功能，使得本发明隧道轮廓标新增隧道道路异常检测的功能以及消防检测的功能，通过周边其他隧道轮廓标彼此的无线组网交互数据做边缘计算，综合分析判断引起道路异常或消防事故的源头物体或车辆，并上传警报信息至数据平台，数据平台根据警报信息迅速确定事发位置并通知相关管理人员。
附图说明
图1是本发明隧道轮廓标的安装示意图。
图2是实施例1隧道轮廓标的硬件模块组成示意图。
图3是实施例1隧道轮廓标的使用示意图。
图4是实施例2隧道道路异常检测系统的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1，参照附图1-3，一种隧道轮廓标100，包括壳体以及设在壳体内的电路板，壳体外设有LED发光模块或反光模块，电路板包括微控制器模块101以及与微控制器模块101连接的无线通信模块102、静止物体检测模块103；静止物体检测模块103用于检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体；当检测到车道上有新增的静止物体存在时，微控制器模块101控制无线通信模块102对外发送物体存在信息和设备编号在内的检测信号；当静止物体检测模块103检测到车道上有新增的静止物体存在，且无线通信模块102前后预设时间内未接收到车道前方隧道轮廓标100的检测信号时，微控制器模块101控制无线通信模块102上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号；通过比较设备编号可确定检测信号属于车道前方或后方的隧道轮廓标。本实施例中，无线通信模块102包括两种类型及用途不同的通信模块，一种是用于与同类设备之间的数据交互，优选无线射频收发模块；另一种是用于与数据平台之间的数据交互，可选用NB-IoT通信模块或GPRS通信模块或LoRa通信模块等，优选NB-IoT通信模块。
本实施例的隧道轮廓标100与现有的隧道轮廓标100安装方式相同，均是应用于公路隧道中，沿隧道方向间隔预设距离分布并固定安装在在隧道墙壁或地面表面，功能上同样具有反光和发光功能，用于在隧道内部指示道路轮廓提醒车辆驾驶员。在此基础上，本实施例的隧道轮廓标100还增加了可以检测预设车道区域上的静止物体的功能，本实施例中的静止物体以停车车辆举例。在检测到预设车道区域上有新增静止物体时，虽然隧道轮廓标100此时可以确定车道上有车辆停车，但是无法确定是该车辆是违法停车或是因堵车而停车；此时有两种选择，第一种选择是直接上传包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号至数据平台，这种选择的缺点在于当发生堵车或类似情况时，隧道沿路的所有隧道轮廓标100都会检测到物体存在并上传检测信号至数据平台，此时会增加了NB网络并发的压力，而且数据平台需要接收处理大量数据从而增加平台负担，同时还额外需要判断隧道内堵车的源头；本实施例采用的是第二种选择，即不直接上传检测信号至数据平台，而是先通过无线射频收发模块外发送检测信号给周边的其他隧道轮廓标100；当隧道轮廓标100检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方隧道轮廓标100的检测信号时，也即可以确定前方车道是通畅时，才会通过NB-IoT通信模块上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台，换句话说，第二种方式即使在堵车时最终也仅有一个且是第一个检测到物体的隧道轮廓标100才会上传警报信号至数据平台。至于隧道轮廓标100如何判断检测信号是否属于车道前方的隧道轮廓标100，可以通过比较本设备的设备编号与检测信号中的设备编号来确定接收的检测信号来自车道前方或后方隧道轮廓标100，这需要隧道轮廓标100在安装时沿车辆行进方向按顺序将设备编号由大到小或由小到大进行安装。
现有的隧道内有可能出现故障停车、违法停车或遗撒货物等情况，而这些情况在隧道内因视野原因不易被其他车辆及时发现，极易引发交通事故甚至进而引发二次交通事故。本发明通过改进现有功能单一的隧道轮廓标100，使其可采集数据检测车道上是否存在新增的静止物体或车辆，并通过信号范围内设备彼此的无线组网交互数据，使得隧道内的每一个隧道轮廓标100节点都是数据的采集者，同时也是数据的分析者，结合其他周围隧道轮廓标100的数据做边缘计算，综合分析判断为停车的源头处时才会上传警报信号。本实施例隧道轮廓标100可降低了NB网络并发的压力，减少数据平台接收的数据量和次数，同时提高了数据通讯的可靠性。
在高速公路隧道中，除了可能会发生车辆停车、遗撒货物等情况外，还有可能出现比如车辆自燃起火、爆炸等亟需处理的消防事故，而现有技术也无法及时监测到消防事故并上报消防部门，往往需要驾驶员或过往其他车辆的驾驶员主动电话报警，延误的可能性很大。为了解决这种隐患，本实施例隧道轮廓标100中的电路板还包括与微控制器模块101连接的环境参数检测模块105，环境参数检测模块105用于检测周边环境的环境参数；微控制器模块101控制无线通信模块102对外发送环境参数和设备编号在内的环境数据；当隧道轮廓标100检测到的环境参数与周边隧道轮廓标100的环境参数相比变化超过预设条件时，微控制器模块101控制NB-IoT通信模块上传包括消防警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台。环境参数检测模块105包括烟雾浓度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、易燃易爆气体检测模块、有毒气体检测模块中的至少一种，可分别检测烟雾浓度、温度、湿度、易燃易爆气体浓度、有毒气体浓度等环境参数。
本实施例中，静止物体检测模块103可以选择光电测距传感器模块或超声波收发模块，光电测距传感器模块通过检测到的距离确定是否有物体存在，当预设车道区域上没有物体存在时，要么无法获取的距离数据要么获取的距离数据很大，这取决于光电测距传感器模块的探头的安装角度和发射管的发射角度；光电测距传感器模块可选红外测距传感器模块或激光测距传感器模块或毫米波测距传感器模块。本实施例中静止物体检测模块103优选超声波收发模块，超声波收发模块通过检测到的超声波数据确定车道上是否有静止物体存在；超声波数据包括持续的回波时间和与回波时间对应的回波强度值。超声波收发模块相比光电测距传感器模块有几个优势：一是发射角度更大，可检测的预设车道区域范围更大；二是超声波收发模块除了根据反射回的超声波获取与最近物体的距离数据外，还可以检测反射回波的强度值也即回波强度值，当超声波发射器向某一物体发射超声波，超声波接收器收到反射回波时不停止计时，获得回波强度值和回波时间；由于超声波具有较大波束角，在波束角范围内的物体表面可能存在许多可反射超声波的反射点，反射点与超声波装置的距离有大有小，故随着回波时间的增加，超声波收发模块就可以持续检测到与回波时间对应的回波强度值；如果预设车道区域内没有车辆存在，那么在整个检测回波时间段内都不会出现一定强度的回波强度值（这与超声波探头的角度有关，如果预设检测范围不包括地面则检测时没有回波强度值）；而如果预设车道区域内有车辆存在，那么在某个回波时间段内均会有较强强度的回波强度值出现，该回波时间段内回波强度值的变化就是因为车辆或物体反射导致的；总的来说，相比光电测距传感器模块仅能获取距离这一数据去判断是否有物体或车辆存在，超声波收发模块可以根据检测到的持续的回波时间和与回波时间对应的回波强度值这些数据综合去判断是否有物体或车辆存在，判断更加全面、精准；三是超声波数据还进一步可以用于辅助判断高温、火焰以及烟雾等情况，高温和火焰会引起空气流动加剧进而造成多次超声波检测信号中同回波时间点对应的回波强度值剧烈上下波动，而烟雾会引起多次超声波检测信号中同回波时间点对应的回波强度值衰减出现。具体原理可详见专利CN111179561A（一种厨房点火监测及判断方法、厨房用火监测及判断方法）内容。
无论是光电测距传感器模块或超声波收发模块都是属于主动型检测模块，当隧道轮廓标100采用市电供电时，无需担忧功耗问题，但是当采用电池供电时，如果频繁启动检测则再多容量的电池也不够消耗，寿命太短。为了解决该问题，本实施例中电路板还包括与微控制器模块101连接的车辆移动感应模块104，车辆移动感应模块104用于检测预设车道区域上是否有车辆进入静止状态；当检测到车道上有车辆进入静止状态时，微控制器模块101控制静止物体检测模块103启动检测。本实施例中车辆移动感应模块104可选择热释电红外探测模块或光敏强度探测模块，热释电红外探测模块通过检测热释电感应的时间确定车辆是否进入静止；光敏强度探测模块通过检测光照强度变化确定车辆是否进入静止。热释电红外探测模块感应车辆的原理是：是热释电传感器中的核心元件即热释电探测元，它是在热释电晶体的两面镀上金属电极后，加电极化制成，相当于一个以热释电晶体为电介质的平板电容器。当它受到非恒定强度的红外光照射时，产生的温度变化导致其表面电极的电荷密度发生改变，从而产生热释电电流；运行中的车辆自身会产生热量并对外发射红外光，故而移动的车辆就可以被热释电红外探测模块检测到，由于隧道中车辆在正常行驶时速度很快，故而热释电红外探测模块要么在短时间内检测到车辆移动，要么就因为时间太短干脆检测不到；而当车辆在隧道中停车时，必定会由高速慢慢减速直到静止状态，在车辆停止位置对应的热释电红外探测模块，就可以检测到一段较长时间的红外信号，从而确定有车辆停留，当然仅根据红外无法准确判定是否有车辆停留，也有可能是因为其他原因的干扰，故而需要进一步的通过主动型的静止物体检测模块103来检测。光敏强度探测模块感应车辆的原理是：光敏强度探测模块可检测到隧道中光线强度，当没有车辆时光线强度保持稳定状态；而当车辆出现时，由于隧道内的车辆开着前照灯且必定是从远处开过来，故而光线强度是从一个稳定值逐渐增加然后突然衰减，如果光线强度增加后却在较长时间内没有衰减情况出现，则可能有车辆停留，当然同样的这种方法无法准确判定是否有车辆停留，也有可能是因为其他原因的干扰，故而需要进一步的通过主动型的静止物体检测模块103来检测。热释电红外探测模块或光敏强度探测模块都是被动型接收外界信号的电子元件，故而耗电很少，由通过耗电少的模块感应进而触发耗电多的模块，可以明显降低整体功耗，延长电池使用寿命。
再进一步，如果车辆因故障或事故而被迫停车，也需要及时上报信息，本实施例中电路板还包括与微控制器模块101连接的紧急按钮模块106，当检测到紧急按钮模块106被按压时，微控制器模块101控制无线通信模块102上传求助警报信息和设备编号在内的警报信号；通过触发紧急按钮模块106上传警报信息至数据平台，数据平台可将警报信息转发给相关管理人员，使相关管理人员尽快赶到现场处理事故并引导交通。
实施例2，参见附图4，一种隧道道路异常检测系统，包括隧道轮廓标100和数据平台200；隧道轮廓标100沿隧道方向间隔预设距离分布固定在隧道墙壁或地面表面；隧道轮廓标100可检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体，当检测到车道上有新增的静止物体存在时，广播发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；隧道轮廓标100可接收其他隧道轮廓标100广播发送的检测信号，并通过比较设备编号来确定接收的检测信号来自车道前方或后方隧道轮廓标100；当隧道轮廓标100检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方隧道轮廓标100的检测信号时，上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台200；数据平台200内存有隧道轮廓标100的设备编号以及与设备编号对应的隧道位置信息；数据平台200接收隧道轮廓标100上传的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道轮廓标100的所在位置并通知相关管理人员。
本实施例系统中的隧道轮廓标100的原理和技术效果可参照实施例1，此处不再赘述。本实施例系统数据平台200可根据隧道轮廓标100发送的警报信号迅速确定隧道内违法停车车辆或故障停车车辆的所在位置并通知相关管理人员进行处理。
在检测到停车或消防情况时，为了提醒过往车辆注意安全，避免产生二次事故，本实施例系统还包括隧道提示装置300，隧道提示装置300安装于隧道入口或隧道内部；隧道提示装置300接收数据平台200或隧道轮廓标100发送的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道轮廓标100的所在位置，并通过语音或图像或信号灯方式提示车辆驾驶员。隧道提示装置300可包括3类，一是隧道内的喇叭，可以语音提醒过往车辆驾驶员注意前方并在安全情况下更换车道；二是隧道入口的显示屏，可以直接图像提示前方路况，使隧道前的车辆驾驶员提前更换车道或避免进入事故隧道；三是类似与红绿灯的交通信号灯，可以提示过往车辆驾驶员可通行车道和不可通行车道。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。
Claims (11)
1.一种隧道轮廓标，固定在隧道墙壁或地面表面，包括发光模块或反光模块，其特征在于：还包括壳体以及设在壳体内的电路板，所述电路板包括微控制器模块以及与微控制器模块连接的无线通信模块、静止物体检测模块；所述静止物体检测模块用于检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体；当检测到车道上有新增的静止物体存在时，所述微控制器模块控制所述无线通信模块对外发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号。
2.根据权利要求1所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：当所述静止物体检测模块检测到车道上有新增的静止物体存在，且所述无线通信模块前后预设时间内未接收到车道前方的隧道轮廓标发送的检测信号时，所述微控制器模块控制所述无线通信模块上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号。
3.根据权利要求1所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述电路板还包括与微控制器模块连接的环境参数检测模块，所述环境参数检测模块用于检测周边环境的环境参数；所述微控制器模块控制所述无线通信模块对外发送包括环境参数和设备编号在内的环境数据；当检测到的环境参数与周边隧道轮廓标的环境参数的变化超过预设条件时，所述微控制器模块控制所述无线通信模块上传包括消防警报信息和设备编号在内的警报信号。
4.根据权利要求2所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述环境参数检测模块包括烟雾浓度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、易燃易爆气体检测模块、有毒气体检测模块中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述静止物体检测模块为光电测距传感器模块，所述光电测距传感器模块通过多次采集到的距离值确定是否有静止物体存在；所述光电测距传感器模块为红外测距传感器模块或激光测距传感器模块或毫米波测距传感器模块。
6.根据权利要求1所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述静止物体检测模块为超声波收发模块，所述超声波收发模块通过多次采集到的超声波数据确定是否有静止物体存在；超声波数据包括持续的回波时间和与回波时间对应的回波强度值。
7.根据权利要求1所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述电路板还包括与微控制器模块连接的车辆移动感应模块，所述车辆移动感应模块用于检测预设车道区域上是否有车辆进入静止状态；当检测到车道上有车辆进入静止状态时，所述微控制器模块控制所述静止物体检测模块启动检测。
8.根据权利要求7所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述车辆移动感应模块为热释电红外探测模块或光敏强度探测模块，所述热释电红外探测模块通过检测热释电感应的时间确定车辆是否进入静止；所述光敏强度探测模块通过检测光照强度变化确定车辆是否进入静止。
9.根据权利要求1所述的一种隧道轮廓标，其特征在于：所述电路板还包括与微控制器模块连接的紧急按钮模块，当检测到紧急按钮模块被按压时，所述微控制器模块控制所述无线通信模块上传求助警报信息和设备编号在内的警报信号。
10.一种隧道道路异常检测系统，其特征在于：包括隧道轮廓标和数据平台；
所述隧道轮廓标沿隧道方向间隔预设距离分布固定在隧道墙壁或地面表面；所述隧道轮廓标可检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体，当检测到车道上有新增的静止物体存在时，广播发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；所述隧道轮廓标可接收其他隧道轮廓标广播发送的检测信号，并通过比较设备编号来确定接收的检测信号来自车道前方或后方的隧道轮廓标；当所述隧道轮廓标检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方的隧道轮廓标的检测信号时，上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至所述数据平台；
所述数据平台内存有隧道轮廓标的设备编号以及与设备编号对应的隧道位置信息；所述数据平台接收所述隧道轮廓标上传的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道轮廓标的所在位置并通知相关管理人员。
11.根据权利要求10所述的一种隧道道路异常检测系统，其特征在于：还包括隧道提示装置，所述隧道提示装置安装于隧道入口或隧道内部；所述隧道提示装置接收所述数据平台或所述隧道轮廓标发送的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道轮廓标的所在位置，并通过语音或图像或信号灯方式提示后方的车辆驾驶员。
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|---|---|---|---|
| CN202011199465.6A CN112211674A (zh) | 2020-11-01 | 2020-11-01 | 一种隧道轮廓标及隧道道路异常检测系统 |
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ID=74057804
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| CN202011199465.6A Pending CN112211674A (zh) | 2020-11-01 | 2020-11-01 | 一种隧道轮廓标及隧道道路异常检测系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN112211674A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115144547A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-10-04 | 四川九通智路科技有限公司 | 基于物联网的隧道气体浓度检测方法、装置及电子设备 |
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2020
- 2020-11-01 CN CN202011199465.6A patent/CN112211674A/zh active Pending
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