CN115223360A - 一种高速公路施工区预警系统及其方法 - Google Patents

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张虹霞
吴文静
李维宗
郭家举
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Abstract

本发明涉及高速公路施工区交通事故防范领域，具体涉及一种高速公路施工区预警系统及其方法。本发明能结合环境因素，对预警阈值进行调整，减少出现过早预警的情况，从而提高预警系统的有效性。

Description

一种高速公路施工区预警系统及其方法
技术领域
本发明涉及高速公路施工区交通事故防范领域，具体涉及一种高速公路施工区预警系统及其方法。
背景技术
高速公路经常需要在不中断交通的情况下进行施工作业。一般采用安全设施将施工区围挡起来，形成临时的隔离区域，供施工人员进行作业。通过施工牌、反光锥等安全设施的图案、文字信息，提示过往车辆减速慢行。在施工路段，车道数和车道宽度都会减少，要求车辆提前进行换道，易造成拥堵，甚至诱发交通事故。由于疲劳、分心等原因，驾驶人可能未及时察觉道路上摆放的警示标志，冲入施工区，造成施工人员、驾驶人的生命财产损失。
故针对高速公路施工区的预警系统得到发展。目前应用较广的车辆闯入预警算法为基于TTC碰撞时间指标的行车风险判别方法。TTC描述了某个时刻各车辆之间的相对时距。当TTC值越小，发生事故的风险越高。这种判断方法使用起来比较简单。但是TTC的值不一定适用于所有驾驶场景，对于施工区车辆闯入这种情况，使用与时距有关的单个TTC指标描述车辆闯入施工区的风险并不严谨，过早报警会向施工人员传递错误信息，过晚预警又会导致车辆闯入施工区，从而降低了预警系统的有效性。并且除了车辆自身的特性外，环境因素也会影响车辆闯入风险。
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高速公路施工区预警系统及其方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种高速公路施工区预警系统，包括毫米波雷达、交通检测设备、气象检测仪、工控机和报警设备；
工控机分别与毫米波雷达、交通检测设备、气象检测仪、报警设备电连接；
毫米波雷达用于采集施工区上游车辆的相对车速、相对距离和相对角度；
交通检测设备用于根据车辆长度识别车辆类型；
气象检测仪用于采集道路能见度水平及路面附着系数；
工控机用于根据毫米波雷达采集的车辆运动数据计算车辆的安全换道时间；工控机还用于控制报警设备报警；
报警设备用于对施工区人员进行报警。
一种高速公路施工区预警系统的预警方法，包括以下步骤：
步骤1，工控机根据毫米波雷达采集的车辆运动数据计算施工区车道上车辆的安全换道时间；
步骤2，工控机将车辆的安全换道时间与根据车辆类型、道路能见度水平及路面状态对应的安全换道时间阈值进行比较；
步骤3，根据比较结果和车辆是否换道离开施工区车道，判断车辆是否存在闯入施工区的风险；
步骤4，当车辆存在闯入施工区的风险，根据车辆的车速与最大减速度及车辆与施工区的距离判断车辆能否在施工区前安全距离外的位置停下；若车辆不能在施工区前安全距离外的位置停下，工控机控制报警设备对施工区人员进行报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：能结合环境因素，对预警阈值进行调整，减少出现过早预警的情况，从而提高预警系统的有效性。
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。
一种高速公路施工区预警系统，包括毫米波雷达、交通检测设备、气象检测仪、工控机和报警设备；
工控机分别与毫米波雷达、交通检测设备、气象检测仪、报警设备电连接；
毫米波雷达用于采集施工区上游车辆的相对车速、相对距离和相对角度，毫米波雷达设置于施工区。
交通检测设备用于根据车辆长度识别车辆类型；
气象检测仪用于采集道路能见度水平及路面附着系数；
工控机用于根据毫米波雷达采集的车辆运动数据计算车辆的安全换道时间；工控机还用于控制报警设备报警；
报警设备用于对施工区人员进行报警，提醒人员撤离施工区。
一种高速公路施工区预警系统的预警方法，包括以下步骤：
步骤1，工控机根据毫米波雷达采集的车辆运动数据计算施工区车道上车辆的安全换道时间；
车辆的安全换道时间
Figure BDA0003689100020000031
其中s为车辆与施工区的距离，v为车辆的速度。
步骤2，工控机将车辆的安全换道时间与根据车辆类型、道路能见度水平及路面状态对应的安全换道时间阈值进行比较；
道路能见度水平根据能见度距离划分为多个等级：能见度大于1000m为一级，能见度大于500m且小于或等于1000m为二级，能见度大于200m且小于或等于500m为三级，能见度大于100m且小于或等于200m为四级，能见度小于或等于100m为五级；
路面状态根据路面附着系数划分为多种路面状态：路面附着系数大于0.7为干燥清洁路面，路面附着系数大于0.4且小于或等于0.7为有水膜路面，路面附着系数大于0.1且小于或等于0.2为积雪路面，路面附着系数大于0.07且小于或等于0.15为结冰路面；
车辆类型根据车辆长度划分为两种车辆类型：车长小于6m的车辆为小车，车长大于或等于6m的车辆为大车；
安全换道时间阈值预先存储于工控机内，计算方法如下：
首先，预先采集在每种道路能见度水平及每种道路路面状态下靠近施工区的N个车辆的运动数据，以及车辆的车辆类型；
其次，计算每个车辆由施工区车道换道离开时间
Figure BDA0003689100020000041
其中si为车辆换道时与施工区的距离，vi为车辆换道时的速度，i＝1,2，…，N；
最后，以每种道路能见度水平及每种道路路面状态下小车的换道离开时间的最小值作为该道路能见度水平及道路路面状态下小车的安全换道时间阈值；以每种道路能见度水平及每种道路路面状态下大车的换道离开时间的最小值作为该道路能见度水平及道路路面状态下大车的安全换道时间阈值。
步骤3，根据比较结果和车辆是否换道离开施工区车道，判断车辆是否存在闯入施工区的风险；
当该车辆的安全换道时间大于安全换道时间阈值，则继续监测该车辆；当该车辆换道离开施工区车道时，安全换道时间大于安全换道时间阈值，则不存在闯入施工区的风险；
当该车辆的安全换道时间小于或等于安全换道时间阈值，则存在闯入施工区的风险。
步骤4，当车辆存在闯入施工区的风险，根据车辆的车速与最大减速度及车辆与施工区的距离判断车辆能否在施工区前安全距离外的位置停下；若车辆不能在施工区前安全距离外的位置停下，工控机控制报警设备对施工区人员进行报警。其中，安全距离为10m。安全距离越大则预警越保守。
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 (5)

1.一种高速公路施工区预警系统，其特征在于，包括毫米波雷达、交通检测设备、气象检测仪、工控机和报警设备；工控机分别与毫米波雷达、交通检测设备、气象检测仪、报警设备电连接；
毫米波雷达用于采集施工区上游车辆的相对车速、相对距离和相对角度；交通检测设备用于根据车辆长度识别车辆类型；气象检测仪用于采集道路能见度水平及路面附着系数；工控机用于根据毫米波雷达采集的车辆运动数据计算车辆的安全换道时间；工控机还用于控制报警设备报警；报警设备用于对施工区人员进行报警。
2.一种高速公路施工区预警系统的预警方法，基于权利要求1所述的高速公路施工区预警系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，工控机根据毫米波雷达采集的车辆运动数据计算施工区车道上车辆的安全换道时间；
步骤2，工控机将车辆的安全换道时间与根据车辆类型、道路能见度水平及路面状态对应的安全换道时间阈值进行比较；
步骤3，根据比较结果和车辆是否换道离开施工区车道，判断车辆是否存在闯入施工区的风险；
步骤4，当车辆存在闯入施工区的风险，根据车辆的车速与最大减速度及车辆与施工区的距离判断车辆能否在施工区前安全距离外的位置停下；若车辆不能在施工区前安全距离外的位置停下，工控机控制报警设备对施工区人员进行报警。
3.根据权利要求2所述的高速公路施工区预警系统的预警方法，其特征在于，步骤1的车辆的安全换道时间，具体的，安全换道时间
Figure FDA0003689100010000011
其中s为车辆与施工区的距离，v为车辆的速度。
4.根据权利要求2所述的高速公路施工区预警系统的预警方法，其特征在于，步骤2中的安全换道时间阈值，具体的，安全换道时间阈值预先存储于工控机内，计算方法如下：
首先，预先采集在每种道路能见度水平及每种道路路面状态下靠近施工区的N个车辆的运动数据，以及车辆的车辆类型；
其次，计算每个车辆由施工区车道换道离开时间
Figure FDA0003689100010000021
其中si为车辆换道时与施工区的距离，vi为车辆换道时的速度，i＝1,2，…，N；
最后，以每种道路能见度水平及每种道路路面状态下小车的换道离开时间的最小值作为该道路能见度水平及道路路面状态下小车的安全换道时间阈值；以每种道路能见度水平及每种道路路面状态下大车的换道离开时间的最小值作为该道路能见度水平及道路路面状态下大车的安全换道时间阈值。
5.根据权利要求2所述的高速公路施工区预警系统的预警方法，其特征在于，步骤3，具体的，当该车辆的安全换道时间大于安全换道时间阈值，则继续监测该车辆；当该车辆换道离开施工区车道时，安全换道时间大于安全换道时间阈值，则不存在闯入施工区的风险；当该车辆的安全换道时间小于或等于安全换道时间阈值，则存在闯入施工区的风险。
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