CN112735139A - 一种用于普通公路安全隐患排查的装置和方法 - Google Patents

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赵晨
史聪灵
刘国林
张琼
任飞
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伍彬彬
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Abstract

本发明涉及一种用于普通公路安全隐患排查的装置和方法，属于公路交通安全技术领域。所述排查装置安装在检测车辆上，包括第一信息感知模块、第二信息感知模块、数据采集仪、数据存储单元和微型计算机，其中第一信息感知模块经数据采集仪分别连接至数据存储单元和微型计算机，第二信息感知模块也分别连接至数据存储单元和微型计算机，数据存储单元和微型计算机之间还相互进行数据传输。所述排查方法包括不同的工作模式，在不同路段采用不同的检测方法，对各种被测对象有不同的侧重，从而实现对最不安全因素的准确提取，可适应不同道路环境因素下的工作要求。本发明在工作时不影响正常的道路交通秩序，不产生新的不安全因素。

Description

一种用于普通公路安全隐患排查的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于普通公路安全隐患排查的装置和方法，属于公路交通安全技术领域，特别属于公路交通事故预防技术领域。
背景技术
随着公路建设事业繁荣发展，公路安全问题也日渐突出，每年因道路交通事故死亡的人数有数万人，其中机动车人违法是交通事故的主要原因，除了人为原因，实际道路因素也在其中占了很大的比重。有关统计表明二级及二级以下公路上的交通事故占中国事故总数的百分70％，山区公路上发生交通事故的概率远大于平原地区，其中急弯、陡坡、连续下坡、长下坡、视距不良、路侧险要、人车混行、标志标线缺损路段是事故的高发路段，这些路段为公路安全行车埋下了隐患，驾驶员稍不留意就会发生交通事故。针对以上存在的问题，需要采取措施对公路环境、路况及辅助设备中存在的安全隐患进行排查，采集相关信息并能及时向上反馈，协助公路管理部门完成对公路安全隐患的排查任务。
现有的人工检测方法速度慢、精度差、效率低、需交通管制，在实时性、灵活性和安全性等方面存在严重不足。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有高效率、高精度、高实时性的基于检测车辆的普通公路安全隐患排查装置和方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于普通公路安全隐患排查的装置，所述装置安装在检测车辆上，包括第一信息感知模块、第二信息感知模块、数据采集仪、数据存储单元和微型计算机，其中所述第一信息感知模块经所述数据采集仪分别连接至数据存储单元和微型计算机，所述第二信息感知模块也分别连接至数据存储单元和微型计算机，所述数据存储单元和微型计算机之间还相互进行数据传输；
所述第一信息感知模块包括陀螺仪、加速度传感器、力矩和转角传感器和车速传感器；所述车速传感器、陀螺仪、加速度传感器分别安装在靠近检测车辆重心的车辆底板处，力矩和转角传感器安装在检测车辆方向盘处；
所述第二信息感知模块包括视频采集摄像头和视频识别分析服务器，其中所述视频采集摄像头连接至数据存储单元，同时还经视频识别分析服务器连接至微型计算机；所述视频采集摄像头设有多个，分别安装在所述检测车辆的头部和侧方。
基于所述装置的普通公路安全隐患排查方法，包括：
1)在普通路段的双向单车道，由检测车辆完成双向两车道的检测，分别记录该路段中直道和弯道个数，将直道和弯道按照检测顺序分别标号为Z1、Z2、…、Zn和W1、W2、…、Wn，按照标号的分组记录各路段的检测数据并存入数据存储单元中；其中各路段的检测数据包括：设计速度与实际车速的差值，所述差值随时间的变化梯度和驾驶员视野数据；设定速度差阈值，将各路段设计速度与实际车速的差值大于该速度差阈值记为ZnSn或WnSn,表示第n段直道或弯道的第n个不合格点，同时记录造成该不合格点的原因；
2)在普通路段的双向多车道，除按普通路段的双向单车道的检测方法检测同时，完成换道检测；换道检测包括记录速度连续性数据、车辆姿态数据和换道视野数据；
3)在临水临崖路段，检测车辆通过视频采集摄像头完成对临水临崖道路一侧或两侧驾驶员视野数据、护栏完好程度进行收集，判断两侧峡谷、沟壑和河流存在的安全风险；
4)在连续弯道和急弯路段，由检测车辆完成车辆过弯时的行驶姿态、车辆横纵加速度大小及横纵加速度波动大小的采集，通过测得力矩和转角完成车辆在弯道行驶的操纵稳定性检测；
5)在长下坡路段，由检测车辆采集该路段检测车辆俯仰角、车速和加速度；
6)在乡村道路，检测车辆通过视频采集摄像头记录路段沿线建筑物、绿化带及突出地形对驾驶员视野产生的影响。
进一步的，普通路段的双向单车道造成不合格点的原因包括检测过程中的突发情况、道路缺陷和行人横穿马路。
进一步的，在普通路段的双向多车道换道检测中，以检测车从最内侧车道以一定时间间隔依次换至最外侧车道，再由最外侧车道依次换至最内侧车道为一次标准换道检测，换道次数按照检测顺序记为H1、H2、…、Hn。
进一步的，在普通路段的双向多车道的换道检测中，车辆姿态数据由加速度传感器和陀螺仪获取，速度由车速传感器获取。
进一步的，普通路段的双向单车道中驾驶员视野数据和普通路段的双向多车道换道视野数据检测均通过视频采集摄像头采集。
进一步的，在连续弯道和急弯路段，分别通过加速度传感器和陀螺仪采集车辆过弯时的行驶姿态、车辆横纵加速度大小及横纵加速度波动大小；通过力矩和转角传感器测得力矩和转角。
进一步的，在长下坡路段，通过陀螺仪采集车辆俯仰角，通过车速传感器采集车速，通过加速度传感器采集加速度。
进一步的，在普通公路的各路段，均通过视频采集摄像头对各种交通标志、指示灯、安全设施的可视性和完好程度进行获取采集，同时对路面出现的损坏情况、路基路面状况和排水设施进行采集，并由视频识别分析服务器进行分析判断。
进一步的，在临水临崖路段、连续弯道和急弯路段、在长下坡路段及乡村道路，检测车辆均以相应路段的最高限速通过。
本发明的有益效果如下：
本发明克服了现有的人工检测方法速度慢、精度差、效率低、需交通管制的问题，同时克服了现有人工检测方法实时性、灵活性和安全性不足的问题。本发明通过制定不同的工作模式，在不同路段采用不同的检测方法对各种被测对象有不同的侧重，从而实现对最不安全因素的准确提取，可适应不同道路环境因素下的工作要求。本发明在工作时不影响正常的道路交通秩序，不产生新的不安全因素。
附图说明
图1为所述用于普通公路安全隐患排查的装置结构示意图；
图2为所述用于普通公路安全隐患排查的装置系统工作原理示意图；
其中，1-视频采集摄像头，11-第一摄像头，12-第二摄像头，13-第三摄像头，2-视频识别分析服务器，3-数据采集仪，4-车速传感器，5-加速度传感器，6-陀螺仪，7-力矩和转角传感器，8-微型计算机，9-数据存储单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种用于普通公路安全隐患排查的装置，如图1和图2所示，所述装置安装在检测车辆上，包括第一信息感知模块、第二信息感知模块、数据采集仪3、数据存储单元9和微型计算机8，其中所述第一信息感知模块经所述数据采集仪3分别连接至数据存储单元9和微型计算机8，所述第二信息感知模块也分别连接至数据存储单元9和微型计算机8，所述数据存储单元9和微型计算机8之间还相互进行数据传输；
所述第一信息感知模块包括陀螺仪6、加速度传感器5、力矩和转角传感器7和车速传感器4；所述车速传感器4、陀螺仪6、加速度传感器5分别安装在靠近检测车辆重心的车辆底板处，力矩和转角传感器7安装在检测车辆方向盘处；
所述第二信息感知模块包括视频采集摄像头1和视频识别分析服务器2，其中所述视频采集摄像头1连接至数据存储单元9，同时还经视频识别分析服务器2连接至微型计算机8；所述视频采集摄像头1设有多个，分别安装在所述检测车辆的头部和侧方。本实施例中，视频采集摄像头设有四个，其中第一摄像头11设置在检测车辆头部顶侧，第二摄像头12设置在检测车辆头部近方向盘处，第三摄像头13和第四摄像头(图中未示出)设置在检测车辆的两侧。
其中，视频采集摄像头1为广角摄像头，能够看清车道两侧20米内的物体，采集视频格式为720p,60帧。
视频识别分析服务器2选用DS-6102HF/B智能视频分析服务器。
所述数据采集仪3为多通道数据采集仪，采用IPEhub2型数据采集仪。
车速传感器4为非接触式车速传感器，采用SPEEDBOX GPS车速传感器，具有体积小、精度高、功耗低等特点，在工作时可以数字化输出信号，能够对制动事件触发输入。
加速度传感器5为三轴向超低频加速度传感器，采用美国Endevco35_B3传感器。
陀螺仪6采用SPATI-A12电子陀螺仪，该电子陀螺仪能够准确测量车身侧倾角、俯仰角、侧向加速度、横摆角速度等重要物理量，用于评估车辆姿态。
力矩和转角传感器7采用KISTLER方向盘扭矩角度传感器。
微型计算机8是整个装置的大脑，负责控制协调各设备的工作，所示微型计算机采用PC机，使用USB接口连接IPEhub2型数据采集仪和DS-6102HF/B智能视频分析服务器，由专业工作人员在PC机上使用相应软件对采集到的数据进行分析。
数据存储单元9为大容量数据存储器。
所述排查装置各设备之间通信采用CAN总线通信方法。
本发明所述排查装置系统搭载在检测车辆上，随着检测车辆的运动，动态的采集检测各路段的道路环境、路况以及道路沿线设备的完好程度等信息，将所采集到的数据信息存储下来，完成路段检测任务之后，由专业工作人员对数据进行分析处理，找出道路上存在的隐患，由公路管理部门进一步采取措施，完成修复工作。
本发明利用车载道路安全隐患排查装置，完成对道路不安全因素的提取。所述排查方法工作时，要求车上最少有5名工作人员，包括拥有丰富驾驶经验的驾驶员2人、技术人员2人、安全员1人。驾驶员负责高质量的完成驾驶任务，技术人员负责设备维护、使用仪器数据采集、分析整理报告，安全员负责保障安全行车、设备安全以及后勤保障。在每次工作之前，技术人员根据已有的被测路段道路环境信息和检测准则制定出相应的检测计划，并在之后的检测工作中严格执行。
原则上，所述排查方法工作时不影响正常的道路交通秩序，不产生新的不安全因素。受公路类型、环境等因素的影响，该排查方法需要制定不同的工作模式，以适应不同环境因素下的工作要求。另外在不同路段，对各种被测对象有不同的侧重，以实现对最不安全因素的准确提取。
我国除高速公路之外的普通公路，被划分为一级公路、二级公路、三级公路和四级公路，我们这里将普通公路按照检测要求分为几类：普通路段(普通直道和弯道)、临水临崖路段、特殊弯道(急弯和大弯)、长坡、乡村道路。本发明要求在不同路段采用不同的检测方法。
公路线形作为公路工程的基础部分，线性质量将直接影响到行车安全。车辆的行驶状态亦可以反映公路线形的质量，而车辆行驶状态最直观的表征就是速度，所以速度连续性可以在一定程度上反映线形连续性。理论上，设计所采用的指标值在阈值范围内，则认为该设计可以保证安全行车。同样道路的视距也可以反应公路线性的优劣，综上所述，本发明选取车辆运行速度协调性、运动动力学连续性(加速度特性)和视距三个指标来对公路几何线性的速度连续性进行评价。
对于急弯陡坡、横纵坡、长下坡的安全性可以利用车辆在道路上的行驶姿态来评价。特别的，汽车在弯道处的操纵稳定性可以评价弯道的安全性。
对于视距不良、临水临崖路面的安全性可以通过视频采集装备收集道路两侧和前方的视距、有效观测角度等信息。对于道路沿线交通标志线、各种信号标志的缺损以及人车混行的情况，使用视频识别系统对相应的要素进行提取判断。
另外，汽车的行驶安全不仅受道路条件的影响，同样也受天气条件的影响。在天气条件恶劣的情况下，一些路段其安全性会大幅降低，例如路面积水、部分时间段的视线不良。为此所述安全隐患排查装置要求能够在大多数天气条件下完成检测任务，再根据不同环境和道路条件，进行相应的检测任务。
基于所述排查装置的普通公路安全隐患排查方法，具体包括：
1)在普通路段的双向单车道，检测车辆分别以此路段设计的最高车速、75％最高限速、50％最高限速，完成双向两车道的检测任务，重复两次。分别记录该路段中直道和弯道个数，将直道和弯道按照检测顺序分别标号为Z1、Z2、…、Zn和W1、W2、…、Wn，按照标号的分组记录各路段的检测数据并存入数据存储单元中；其中各路段的检测数据包括：设计速度与实际车速的差值，所述差值随时间的变化梯度和驾驶员视野数据；设定速度差阈值，将各路段设计速度与实际车速的差值大于该速度差阈值记为ZnSn或WnSn,表示第n段直道或弯道的第n个不合格点，同时记录造成该不合格点的原因，包括：检测过程中的突发情况、道路缺陷和行人横穿马路造成驾驶员不得以减速的情况，或道路缺陷导致的设计速度与实际车速的偏差。其中速度差随时间变化的梯度，每两秒采集一次并存储起来。驾驶员视野数据包括驾驶员最远可视距离、驾驶员两侧视野、道路上的标识、标线和指示灯安装位置的合理性和完好程度。
所述车速信息通过车速传感器获取、数据采集仪收集。驾驶员视野信息通过第二摄像头12获取，道路上标识、标线和指示灯信息由第一摄像头11采集，视频识别分析服务器对摄像头采集的视频信息进行分析处理。
2)在普通路段的双向多车道，主要检测方法与普通路段的双向单车道检测方法相同，在完成各车道重复两次检测的同时，完成换道检测。在换道检测中，以检测车从最内侧车道以一定时间间隔依次换至最外侧车道，再由最外侧车道依次换至最内侧车道为一次标准换道检测，各路段根据实际情况设置相应的换道次数，换道次数按照检测顺序记为H1、H2、…、Hn。
换道检测包括记录速度连续性数据、车辆姿态数据和换道视野数据，车辆姿态数据由加速度传感器和陀螺仪获取，速度由车速传感器获取。
3)在临水临崖路段，检测车辆优选以该路段设计的最高速度，在最外侧车道重复检测两次，完成对临水临崖道路一侧或者两侧的驾驶员的视野、护栏完好程度等信息进行收集，判断两侧峡谷、沟壑和河流存在的安全风险。为了能够全面准确地评价临水临崖路段两侧安全性，应充分考虑不同场景下的驾驶情况。在交通流密度较大时，检测车不能以设计速度进行检测，这种情况下要求检测车尽量沿着外侧车道，外侧车轮靠近车道线，低速通过检测路段。在交通流密度小时，检测车按照此路段设计速度，尽量沿着车道中央，通过检测路段。驾驶员视野信息通过第二摄像头12采集，车辆距离外侧峡谷评价信息由第三摄像头13和第四摄像头采集，护栏等辅助设施完好程度信息由第一摄像头11采集，视频识别分析服务器完成对各摄像头采集视频的分析处理。
4)在连续弯道和急弯路段，此路段主要完成车辆在弯道行驶的操纵稳定性检测。检测车辆优选以弯道设计的最高车速，完成对该路段的重复性检测。主要检测数据为通过加速度传感器和陀螺仪采集车辆过弯时的行驶姿态、车辆横纵加速度大小及横纵加速度波动大小，通过测得力矩和转角测得力矩和转角从而完成车辆在弯道行驶的操纵稳定性检测。
5)在长下坡路段，检测车辆以该路段设计的最高车速，完成重复性检测。主要采集该路段检测车辆俯仰角、车速和加速度数据。
其中，通过陀螺仪采集车辆俯仰角，通过车速传感器采集车速，通过加速度传感器采集加速度。
为了利用车辆俯仰角来较准确地评价道路坡度，利用车速和时间的乘积获取整个坡道地长度，此路段检测要求驾驶员能够控制车辆匀速平稳地通过，避免不必要地车辆加减速。同时严格监测车辆的制动系统，包括制动系统的响应能力和制动器温度。
6)在乡村道路，检测车辆以该路段设计的最高车速，完成重复性检测。主要检测道路沿线建筑物、绿化带、突出地形是否对驾驶员视野产生影响。
乡村道路单车道居多，各种机动车混行、人车混行情况突出，对相关信息提取也是该路段检测的重点，采用第一摄像头和视频识别分析服务器对相关信息进行提取。
上述检测方法是各路段检测的着重点，在整个检测过程中，要对各种交通标志、指示灯、安全设施等的可视性和完好程度完成检测，通过视频采集(第一摄像头)和视频分析获取相关评价数据。对于路面出现的损坏情况，通过第三和第四摄像头进行采集分析。要求系统各种检测数据在数据存储器中存储起来，后期进行分析判断，也可以在检测过程中由工作人员利用计算机进行分析处理。
为了方便后期对数据的处理和分析，各摄像头采集的视频将通过视频识别分析服务器剪辑处理，合并为一个具有三个动画场景的视频，在各动画的右上角标注出各路段检测数据随时间的变化，由视频识别分析服务器采集到的道路标识和标线及其评价结果同样反应在视频中，方便工程人员更直观地了解各路段的检测结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于普通公路安全隐患排查的装置，其特征在于，所述装置安装在检测车辆上，包括第一信息感知模块、第二信息感知模块、数据采集仪、数据存储单元和微型计算机，其中所述第一信息感知模块经所述数据采集仪分别连接至数据存储单元和微型计算机，所述第二信息感知模块也分别连接至数据存储单元和微型计算机，所述数据存储单元和微型计算机之间还相互进行数据传输；
所述第一信息感知模块包括陀螺仪、加速度传感器、力矩和转角传感器和车速传感器；所述车速传感器、陀螺仪、加速度传感器分别安装在靠近检测车辆重心的车辆底板处，力矩和转角传感器安装在检测车辆方向盘处；
所述第二信息感知模块包括视频采集摄像头和视频识别分析服务器，其中所述视频采集摄像头连接至数据存储单元，同时还经视频识别分析服务器连接至微型计算机；所述视频采集摄像头设有多个，分别安装在所述检测车辆的头部和侧方。
2.基于权利要求1所述装置的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，包括：
1)在普通路段的双向单车道，由检测车辆完成双向两车道的检测，分别记录该路段中直道和弯道个数，将直道和弯道按照检测顺序分别标号为Z1、Z2、…、Zn和W1、W2、…、Wn，按照标号的分组记录各路段的检测数据并存入数据存储单元中；其中各路段的检测数据包括：设计速度与实际车速的差值，所述差值随时间的变化梯度和驾驶员视野数据；设定速度差阈值，将各路段设计速度与实际车速的差值大于该速度差阈值记为ZnSn或WnSn,表示第n段直道或弯道的第n个不合格点，同时记录造成该不合格点的原因；
2)在普通路段的双向多车道，除按普通路段的双向单车道的检测方法检测同时，完成换道检测；换道检测包括记录速度连续性数据、车辆姿态数据和换道视野数据；
3)在临水临崖路段，检测车辆通过视频采集摄像头完成对临水临崖道路一侧或两侧驾驶员视野数据、护栏完好程度进行收集，判断两侧峡谷、沟壑和河流存在的安全风险；
4)在连续弯道和急弯路段，由检测车辆完成车辆过弯时的行驶姿态、车辆横纵加速度大小及横纵加速度波动大小的采集，通过测得力矩和转角完成车辆在弯道行驶的操纵稳定性检测；
5)在长下坡路段，由检测车辆采集该路段检测车辆俯仰角、车速和加速度；
6)在乡村道路，检测车辆通过视频采集摄像头记录路段沿线建筑物、绿化带及突出地形对驾驶员视野产生的影响。
3.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，普通路段的双向单车道造成不合格点的原因包括检测过程中的突发情况、道路缺陷和行人横穿马路。
4.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，在普通路段的双向多车道换道检测中，以检测车从最内侧车道以一定时间间隔依次换至最外侧车道，再由最外侧车道依次换至最内侧车道为一次标准换道检测，换道次数按照检测顺序记为H1、H2、…、Hn。
5.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，在普通路段的双向多车道的换道检测中，车辆姿态数据由加速度传感器和陀螺仪获取，速度由车速传感器获取。
6.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，普通路段的双向单车道中驾驶员视野数据和普通路段的双向多车道换道视野数据检测均通过视频采集摄像头采集。
7.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，在连续弯道和急弯路段，分别通过加速度传感器和陀螺仪采集车辆过弯时的行驶姿态、车辆横纵加速度大小及横纵加速度波动大小；通过力矩和转角传感器测得力矩和转角。
8.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，在长下坡路段，通过陀螺仪采集车辆俯仰角，通过车速传感器采集车速，通过加速度传感器采集加速度。
9.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，在普通公路的各路段，均通过视频采集摄像头对各种交通标志、指示灯、安全设施的可视性和完好程度进行获取采集，同时对路面出现的损坏情况、路基路面状况和排水设施进行采集，并由视频识别分析服务器进行分析判断。
10.根据权利要求2所述的普通公路安全隐患排查方法，其特征在于，在临水临崖路段、连续弯道和急弯路段、在长下坡路段及乡村道路，检测车辆均以相应路段的最高限速通过。
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