CN115331401B - 一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，通过对目标隧道进行通行效率监测，以此判断目标隧道是否存在拥堵，当判断目标隧道存在拥堵时，识别目标隧道中存在的滞留车辆，进而对各滞留车辆进行行车间距规范度和行车变道倾向度监测，以此分析各滞留车辆对应的行驶安全系数，同时一方面对目标隧道的拥堵时长进行预测，另一方面对目标隧道内的空气质量进行监测分析，从而根据监测分析结果进行拥堵行驶预警提示，实现了对高速公路长距离隧道隧道处于拥堵状态下车辆行驶安全的监测预警，克服了现有对高速公路长距离隧道中车辆行驶安全的监测预警方式存在适用场景局限的缺陷，有效保障了驾驶员的人身安全。

Description

一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统

技术领域

本发明涉及隧道车辆行驶安全预警技术领域，具体而言，是一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统。

背景技术

随着社会经济的发展,传统的公路运输已远不能满足人们对交通的需求,高速公路便应运而生。近年来,我国高速公路的建设已由平原微丘区向山岭重丘区推进，在这种情况下，隧道成为山区高速公路网中的重要组成部分，尤其是西部建设的高速路段内存在大量的超长隧道，而隧道由于特殊的行车环境,具有事故率高,事后处理困难等特点,隧道交通安全问题愈发突出，因此对高速公路长距离隧道中车辆行驶安全进行监测预警具有非常重要的现实意义。

鉴于隧道内自然采光较差，导致驾驶员在隧道内行驶时视线不佳，在这种情况下如果行驶速度还保持正常路段下的速度，就容易造成交通事故，且高速公路非隧道路段都是有应急车道的，只是隧道中没有，一旦发生交通事故，就会增加救援难度，鉴于上述目前对高速公路长距离隧道中车辆行驶安全的监测重点在于行驶是否超速，但这种监测预警方式只考虑到了隧道畅通状态下的行驶安全，忽略了隧道拥堵状态下的行驶安全，由于高速公路隧道存在限速，经过隧道时车辆都会减速行驶，这样以来后面的车会被前面低于限速的车辆压着，在车流量大的情况下，会造成后面的车流持续叠加，进而使得隧道处于拥堵状态，伴随着当前我国经济社会持续快速发展，机动车快速增长，特别是国家实行高速公路免费放假政策后，假期车流量急剧增加，进而使得隧道拥堵状态频繁出现，而在隧道处于拥堵状态时，由于隧道内通信信号较差，驾驶员无法通过手机导航获知拥堵时长，这就导致一些赶时间的驾驶员为了减少堵车的时间成本，常常会与前车保持较近的行车间距或者选择变道行驶，这些行车行为容易引发追尾、甚至车祸事故，一方面容易造成人身伤亡，另一方面加重了隧道的拥堵状态；另外车辆在拥堵状态中长时间的怠速行驶，必然增加废气的排放量，同时由于隧道内属于半封闭空间，隧道内停滞的车辆越多，使隧道内的温度上升越快，空气流通越差，这种情况致使废气久聚不散，在一定程度上加剧了隧道内空气质量的恶化，不利于驾驶员的身体健康，且隧道拥堵时长越长，给滞留在隧道内的驾驶员造成的身体健康影响越大。

综上可见，对隧道处于拥堵状态下的行驶安全进行监测预警是非常有必要的，而现有对高速公路长距离隧道中车辆行驶安全的监测预警方式存在适用场景局限，无法实现对隧道处于拥堵状态下车辆行驶安全监测预警的目的，从而难以有效保障驾驶员的人身安全。

发明内容

有鉴于现有技术的上述需求，本申请的目的在于提出一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，将高速公路长距离隧道处于拥堵状态作为车辆行驶安全的监测场景，由此解决现有技术中车辆行驶安全的监测预警方式存在适用场景局限，无法对隧道处于拥堵状态下车辆行驶安全监测预警的技术问题。

本发明提出的技术方案如下：

一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，包括：

目标隧道监测设备设置模块，用于在目标隧道内设置监测设备；

目标隧道车辆通行效率监测模块，用于利用监测设备中的地感线圈对目标隧道中车辆的通行效率进行监测；

目标隧道行驶拥堵判断模块，用于根据目标隧道中车辆的通行效率判断目标隧道是否存在拥堵；

分析数据库，用于存储目标隧道的限制行驶速度，存储目标隧道在畅通状态下的通行效率，并存储标准行驶安全系数和达标空气质量系数；

目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块，用于当判断目标隧道存在拥堵时，利用监测设备中的监控摄像头对目标隧道内存在的滞留车辆数量进行统计，并分析各滞留车辆对应的行驶安全系数；

目标隧道预测拥堵时长评估模块，用于对目标隧道的预测拥堵时长进行评估；

目标隧道拥堵状态空气质量监测模块，用于利用监测设备中的空气质量监测终端对目标隧道对应的各隧道段进行空气质量参数监测，其中空气质量参数包括温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度和TVOC浓度，得到目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数；

目标隧道拥堵行驶预警提示模块，用于利用监测设备中的预警提示器依据各滞留车辆对应的行驶安全系数、目标隧道的预测拥堵时长和各隧道段对应的空气质量系数进行拥堵行驶预警提示。

在进一步的技术方案中，所述监测设备包括若干地感线圈、若干监控摄像头、若干空气质量监测终端和若干预警提示器，其中监测设备的设置过程如下：

(1)获取目标隧道的长度，并将其等距离划分为若干隧道段，并对各隧道段进行编号；

(2)分别在各隧道段内设置监控摄像头、空气质量监测终端和预警提示器，并分别在各隧道段对应进入端的各车道地面设置地感线圈。

在进一步的技术方案中，所述利用监测设备中的地感线圈对目标隧道中车辆的通行效率进行监测，其具体监测方式如下：

通过各隧道段对应各车道地面内设置的地感线圈按照预设的监测时间段对各隧道段对应各车道中通行的车辆进行感应，并对通行车辆的移动速度进行测量；

将各隧道段在各监测时间段中各车道对应所有通行车辆的移动速度进行均值计算，得到各隧道段在各监测时间段中各车道对应通行车辆的平均移动速度，并将其与分析数据库中目标隧道的限制行驶速度进行对比，计算各隧道段在各监测时间段中各车道对应的车辆通行效率，其计算公式为

在进一步的技术方案中，所述根据目标隧道中车辆的通行效率判断目标隧道是否存在拥堵对应的具体判断方式为：

将各隧道段在各监测时间段中各车道对应的车辆通行效率与分析数据库中目标隧道在畅通状态下的通行效率进行对比，若某隧道段在某监测时间段中某车道对应的车辆通行效率小于目标隧道在畅通状态下的通行效率，则判断目标隧道存在拥堵，并将该隧道段记为拥堵隧道段，将该车道记为拥堵车道，将该监测时间段记为拥堵时间段。

在进一步的技术方案中，所述利用监测设备中的监控摄像头对目标隧道内存在的滞留车辆数量进行统计对应的具体操作方式为：识别拥堵隧道段的编号，进而在拥堵时间段启动拥堵隧道段对应的监控摄像头，由其对拥堵隧道段对应的拥堵车道进行拥堵状态图像采集，由此从采集的拥堵状态图像中统计拥堵隧道段对应拥堵车道中存在的滞留车辆数量。

在进一步的技术方案中，所述分析各滞留车辆对应的行驶安全系数具体参照如下步骤：

S1:将拥堵隧道段对应拥堵车道中存在的各滞留车辆依次编号为1,2,...,i,...,n；

S2:从拥堵隧道段对应拥堵车道的拥堵状态图像中提取各滞留车辆距离前车的行车间距和各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度；

S3:将拥堵隧道段对应拥堵车道的通行效率与预设的各种通行效率对应的安全行车间距进行匹配，从中匹配出拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距；

S4:将各滞留车辆距离前车的行车间距与拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距进行对比，通过行车间距规范度计算公式

得到各滞留车辆对应的行车间距规范度η_i，i表示为滞留车辆编号，i＝1,2,...,n,d_i表示为第i个滞留车辆距离前车的行车间距，d₀表示为拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距,e表示为自然常数；

S5:将各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度与预定义的正常直行状态下车身最大倾斜角度导入行车变道倾向度

得到各滞留车辆对应的行车变道倾向度σ_i，θ_i表示为第i个滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度，θ₀表示为正常直行状态下车身最大倾斜角度；

S6:基于各滞留车辆对应的行车间距规范度和行车变道倾向度统计各滞留车辆对应的行驶安全系数，其统计公式为

表示为第i个滞留车辆对应的行驶安全系数，A、B分别表示为行车间距规范度、行车变道倾向度对应的权重因子。

在进一步的技术方案中，所述对目标隧道的预测拥堵时长进行评估对应的具体评估过程如下：

从拥堵隧道段对应拥堵车道的拥堵状态图像中提取各滞留车辆位于拥堵车道的当前地理位置；

获取拥堵隧道段的长度，并结合各滞留车辆位于拥堵车道的当前地理位置获取各滞留车辆通过拥堵隧道段的移动距离；

基于各滞留车辆对应的移动速度及其通过拥堵隧道段的移动距离计算各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长；

将各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长进行相互对比，从中筛选出最大通行时长作为目标隧道的预测拥堵时长。

在进一步的技术方案中，所述目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数的获取方法如下：

将各隧道段对应的空气质量参数构成隧道段空气质量参数集合G_w＝{g_w1,g_w2,...,g_wj,...,g_wm}，g_wj表示为第j隧道段对应的空气质量参数，j表示为隧道段的编号，j＝1,2,...,m,w表示为空气质量参数，w＝r1或r2或r3或r4或r5，其中r1、r2、r3、r4、r5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度；

将隧道段空气质量参数集合与设定的各空气质量参数对应的适宜值进行对比，计算各隧道段对应的空气质量系数，其计算公式为

ψ_j表示为第j隧道段对应的空气质量系数，g_r1j、g_r2j、g_r3j、g_r4j、g_r5j分别表示为第j隧道段对应的温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度，g′_r1、g′_r2、g′_r3、g′_r4、g′_r5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度对应的适宜值，k1、k2、k3、k4、k5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度对应的比例系数，且k1+k2+k3+k4+k5＝1。

在进一步的技术方案中，所述利用监测设备中的预警提示器依据各滞留车辆对应的行驶安全系数、目标隧道的预测拥堵时长和各隧道段对应的空气质量系数进行拥堵预警提示对应的具体操作过程如下：

将各滞留车辆对应的行驶安全系数与分析数据库中标准行驶安全系数进行对比，若某滞留车辆对应的行驶安全系数小于标准行驶安全系数，则将该滞留车辆记为危险车辆，从中筛选出危险车辆，进而识别危险车辆的车牌号，此时启动拥堵隧道段对应的预警提示器，由其进行车辆行驶危险预警，同时将危险车辆的车牌号进行播报；

启动拥堵隧道段对应的预警提示器，由其将目标隧道的预测拥堵时长进行语音播报；

将目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数与分析数据库中达标空气质量系数进行对比，若某隧道段对应的空气质量系数小于达标空气质量系数，则将该隧道段记为污染隧道段，进而从中筛选出污染隧道段，并识别污染隧道段对应的编号，从而启动污染隧道段对应的预警提示器，由其进行空气污染预警。

在进一步的技术方案中，还包括目标隧道拥堵状态显示终端，用于在目标隧道的入口设置显示大屏，以此将目标隧道的拥堵状态和预测拥堵时长在目标隧道的入口显示大屏进行显示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明通过对目标隧道进行通行效率监测，并以此判断目标隧道是否存在拥堵，当判断目标隧道存在拥堵时，识别目标隧道中存在的滞留车辆，进而对各滞留车辆进行行车间距规范度和行车变道倾向度监测，以此分析各滞留车辆对应的行驶安全系数，与此同时一方面对目标隧道的拥堵时长进行预测，另一方面对目标隧道内的空气质量进行监测分析，从而根据监测分析结果进行拥堵行驶预警提示，实现了对高速公路长距离隧道隧道处于拥堵状态下车辆行驶安全的监测预警，克服了现有对高速公路长距离隧道中车辆行驶安全的监测预警方式存在适用场景局限的缺陷，不仅能够有效保障驾驶员的人身安全，还通过将目标隧道的拥堵时长进行预警播报大大安抚了驾驶员在拥堵状态中的烦躁情绪，同时最大限度避免了隧道拥堵状态的加剧，为隧道的畅通推动了进程。

2.本发明在进行拥堵行驶预警提示时，通过在隧道内均匀布设预警提示器，以此结合危险车辆和污染隧道段的发生位置，从而启动对应位置的预警提示器进行针对性预警，相对于对整条隧道进行预警，该预警方式更加能够体现预警的灵活性和目标性，便于被预警主体能够及时作出处理措施，避免出现处理延误，有利于提高处理效率，降低驾驶员出现危险的概率，为驾驶员的人身安全提供了危险状况的及时补救保障。

2.本发明还通过在隧道的入口设置显示大屏，以此将目标隧道的拥堵状态和预测拥堵时长在显示大屏上进行显示，便于将要进入隧道的车辆及时了解隧道内的状态，从而为将要进入隧道的车辆是否选择绕行提供了可靠的选择依据，从而最大限度减少了将要进入隧道的车辆盲目进入隧道带来的交通时间成本加剧。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明系统连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本发明提出了一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，包括目标隧道监测设备设置模块、目标隧道车辆通行效率监测模块、目标隧道行驶拥堵判断模块、分析数据库、目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块、目标隧道预测拥堵时长评估模块、目标隧道拥堵状态空气质量监测模块、目标隧道拥堵行驶预警提示模块和目标隧道拥堵状态显示终端，其中目标隧道监测设备设置模块分别与目标隧道车辆通行效率监测模块、目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块和目标隧道拥堵状态空气质量监测模块连接，目标隧道车辆通行效率监测模块与目标隧道行驶拥堵判断模块连接，目标隧道行驶拥堵判断模块与目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块连接，目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块与目标隧道预测拥堵时长评估模块连接，目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块、目标隧道预测拥堵时长评估模块和目标隧道拥堵状态空气质量监测模块均与目标隧道拥堵行驶预警提示模块连接，目标隧道预测拥堵时长评估模块与目标隧道拥堵状态显示终端连接，分析数据库分别与目标隧道车辆通行效率监测模块、目标隧道行驶拥堵判断模块和目标隧道拥堵行驶预警提示模块连接。

所述目标隧道监测设备设置模块用于在目标隧道内设置监测设备，所述监测设备包括若干地感线圈、若干监控摄像头、若干空气质量监测终端和若干预警提示器，其中监测设备的设置过程如下：

(1)获取目标隧道的长度，并将其等距离划分为若干隧道段，并对各隧道段进行编号；

(2)分别在各隧道段内设置监控摄像头、空气质量监测终端和预警提示器，并分别在各隧道段对应进入端的各车道地面设置地感线圈，其中空气质量监测终端包括温度传感器、PM2.5监测仪、气体流速仪、气体传感器和TVOC检测仪。

所述目标隧道车辆通行效率监测模块用于利用监测设备中的地感线圈对目标隧道中车辆的通行效率进行监测，其具体监测方式如下：

通过各隧道段对应各车道地面内设置的地感线圈按照预设的监测时间段对各隧道段对应各车道中通行的车辆进行感应，并对通行车辆的移动速度进行测量；

将各隧道段在各监测时间段中各车道对应所有通行车辆的移动速度进行均值计算，得到各隧道段在各监测时间段中各车道对应通行车辆的平均移动速度，并将其与分析数据库中目标隧道的限制行驶速度进行对比，计算各隧道段在各监测时间段中各车道对应的车辆通行效率，其计算公式为

在本发明的具体实施例中，上述对车辆通行效率的计算考虑到隧道处于畅通状态下车辆的行驶速度一般都接近隧道的限制行驶速度，此时隧道内车辆通行效率最高，而当隧道处于拥堵状态下时通行车辆的行驶速度就会迅速下降，其相对于隧道限制行驶速度差距会加大，从而导致车辆通行效率降低。

需要说明的是，上述提到的地感线圈就是一个振荡电路，它是这样构成的：在地面上先造出一个圆形的沟槽，直径大概1米，或是面积相当的矩形沟槽，再在这个沟槽中埋入两到三匝导线，这就构成了一个埋于地表的电感线圈，这个线圈是一个振荡电路的一部分，由它和电容组成振荡电路，其原则是振荡稳定可靠，这个振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，单片机就可以测量这个振荡器的频率了。当有大的金属物如汽车经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化，这个变化就作为汽车经过“地感线圈”的证实信号，同时这个信号的开始和结束之间的时间间隔又可以用来测量汽车的移动速度。

所述目标隧道行驶拥堵判断模块用于根据目标隧道中车辆的通行效率判断目标隧道是否存在拥堵，其具体判断方式为：

将各隧道段在各监测时间段中各车道对应的车辆通行效率与分析数据库中目标隧道在畅通状态下的通行效率进行对比，若某隧道段在某监测时间段中某车道对应的车辆通行效率小于目标隧道在畅通状态下的通行效率，则判断目标隧道存在拥堵，并将该隧道段记为拥堵隧道段，将该车道记为拥堵车道，将该监测时间段记为拥堵时间段。

所述分析数据库用于存储目标隧道的限制行驶速度，存储目标隧道在畅通状态下的通行效率，并存储标准行驶安全系数和达标空气质量系数。

所述目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块用于当判断目标隧道存在拥堵时，利用监测设备中的监控摄像头对目标隧道内存在的滞留车辆数量进行统计，其具体操作方式为：识别拥堵隧道段的编号，进而在拥堵时间段启动拥堵隧道段对应的监控摄像头，由其对拥堵隧道段对应的拥堵车道进行拥堵状态图像采集，由此从采集的拥堵状态图像中统计拥堵隧道段对应拥堵车道中存在的滞留车辆数量，并分析各滞留车辆对应的行驶安全系数，其具体参照如下步骤：

S1:将拥堵隧道段对应拥堵车道中存在的各滞留车辆依次编号为1,2,...,i,...,n；

S2:从拥堵隧道段对应拥堵车道的拥堵状态图像中提取各滞留车辆距离前车的行车间距和各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度；

S3:将拥堵隧道段对应拥堵车道的通行效率与预设的各种通行效率对应的安全行车间距进行匹配，从中匹配出拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距；

S4:将各滞留车辆距离前车的行车间距与拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距进行对比，通过行车间距规范度计算公式

得到各滞留车辆对应的行车间距规范度η_i，i表示为滞留车辆编号，i＝1,2,...,n,d_i表示为第i个滞留车辆距离前车的行车间距，d₀表示为拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距,e表示为自然常数，其中各滞留车辆距离前车的行车间距越小越容易造成追尾事故，而越大会降低通行效率，因此各滞留车辆距离前车的行车间距与拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距越接近，行车间距规范度越大，表明行车间距越规范；

S5:将各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度与预定义的正常直行状态下车身最大倾斜角度导入行车变道倾向度

得到各滞留车辆对应的行车变道倾向度σ_i，θ_i表示为第i个滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度，θ₀表示为正常直行状态下车身最大倾斜角度，其中各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度越大，其对应的行车变道倾向度越大，表明存在行车变道的倾向程度越高，这种情况越容易发生车祸等交通事故；

S6:基于各滞留车辆对应的行车间距规范度和行车变道倾向度统计各滞留车辆对应的行驶安全系数，其统计公式为

表示为第i个滞留车辆对应的行驶安全系数，A、B分别表示为行车间距规范度、行车变道倾向度对应的权重因子，其中行车间距规范度对行驶安全系数的影响为正影响，行车变道倾向度对行驶安全系数的影响为负影响。

所述目标隧道预测拥堵时长评估模块用于对目标隧道的预测拥堵时长进行评估，其具体评估过程如下：

从拥堵隧道段对应拥堵车道的拥堵状态图像中提取各滞留车辆位于拥堵车道的当前地理位置；

获取拥堵隧道段的长度，并结合各滞留车辆位于拥堵车道的当前地理位置获取各滞留车辆通过拥堵隧道段的移动距离；

基于各滞留车辆对应的移动速度及其通过拥堵隧道段的移动距离计算各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长，其计算公式为

将各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长进行相互对比，从中筛选出最大通行时长作为目标隧道的预测拥堵时长。

作为本发明的具体实施例，在对目标隧道的预测拥堵时长评估过程中，通过分析各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长，并以此作为评估依据，更加贴近实际拥堵状况，提高了评估结果的可靠度。

所述目标隧道拥堵状态空气质量监测模块用于利用监测设备中的空气质量监测终端对目标隧道对应的各隧道段进行空气质量参数监测，其中空气质量参数包括温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度和TVOC浓度，得到目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数，其具体获取方法如下：

将各隧道段对应的空气质量参数构成隧道段空气质量参数集合G_w＝{g_w1,g_w2,...,g_wj,...,g_wm}，g_wj表示为第j隧道段对应的空气质量参数，j表示为隧道段的编号，j＝1,2,...,m,w表示为空气质量参数，w＝r1或r2或r3或r4或r5，其中r1、r2、r3、r4、r5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度；

将隧道段空气质量参数集合与设定的各空气质量参数对应的适宜值进行对比，计算各隧道段对应的空气质量系数，其计算公式为

ψ_j表示为第j隧道段对应的空气质量系数，g_r1j、g_r2j、g_r3j、g_r4j、g_r5j分别表示为第j隧道段对应的温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度，g′_r1、g′_r2、g′_r3、g′_r4、g′_r5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度对应的适宜值，k1、k2、k3、k4、k5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度对应的比例系数，且k1+k2+k3+k4+k5＝1。

所述目标隧道拥堵行驶预警提示模块用于利用监测设备中的预警提示器依据各滞留车辆对应的行驶安全系数、目标隧道的预测拥堵时长和各隧道段对应的空气质量系数进行拥堵行驶预警提示，其具体操作过程如下：

将各滞留车辆对应的行驶安全系数与分析数据库中标准行驶安全系数进行对比，若某滞留车辆对应的行驶安全系数小于标准行驶安全系数，则将该滞留车辆记为危险车辆，从中筛选出危险车辆，进而识别危险车辆的车牌号，此时启动拥堵隧道段对应的预警提示器，由其进行车辆行驶危险预警，同时将危险车辆的车牌号进行播报；

启动拥堵隧道段对应的预警提示器，由其将目标隧道的预测拥堵时长进行语音播报；

将目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数与分析数据库中达标空气质量系数进行对比，若某隧道段对应的空气质量系数小于达标空气质量系数，则将该隧道段记为污染隧道段，进而从中筛选出污染隧道段，并识别污染隧道段对应的编号，从而启动污染隧道段对应的预警提示器，由其进行空气污染预警。

本发明实施例在进行拥堵行驶预警提示时，通过在隧道内均匀布设预警提示器，以此结合危险车辆和污染隧道段的发生位置，从而启动对应位置的预警提示器进行针对性预警，相对于对整条隧道进行预警，该预警方式更加能够体现预警的灵活性和目标性，便于被预警主体能够及时作出处理措施，避免出现处理延误，有利于提高处理效率，降低驾驶员出现危险的概率，为驾驶员的人身安全提供了危险状况的及时补救保障。

所述目标隧道拥堵状态显示终端用于在目标隧道的入口设置显示大屏，以此将目标隧道的拥堵状态和预测拥堵时长在显示大屏上进行显示。

本发明实施例还通过在隧道的入口设置显示大屏，以此将目标隧道的拥堵状态和预测拥堵时长在显示大屏上进行显示，便于将要进入隧道的车辆及时了解隧道内的状态，从而为将要进入隧道的车辆是否选择绕行提供了可靠的选择依据，从而最大限度减少了将要进入隧道的车辆盲目进入隧道带来的交通时间成本加剧。

本发明通过对目标隧道进行通行效率监测，并以此判断目标隧道是否存在拥堵，当判断目标隧道存在拥堵时，识别目标隧道中存在的滞留车辆，进而对各滞留车辆进行行车间距规范度和行车变道倾向度监测，以此分析各滞留车辆对应的行驶安全系数，与此同时一方面对目标隧道的拥堵时长进行预测，另一方面对目标隧道内的空气质量进行监测分析，从而根据监测分析结果进行拥堵行驶预警提示，实现了对高速公路长距离隧道隧道处于拥堵状态下车辆行驶安全的监测预警，克服了现有对高速公路长距离隧道中车辆行驶安全的监测预警方式存在适用场景局限的缺陷，不仅能够有效保障驾驶员的人身安全，还通过将目标隧道的拥堵时长进行预警播报大大安抚了驾驶员在拥堵状态中的烦躁情绪，同时最大限度避免了隧道拥堵状态的加剧，为隧道的畅通推动了进程。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于，包括：

目标隧道监测设备设置模块，用于在目标隧道内设置监测设备；

所述监测设备包括若干地感线圈、若干监控摄像头、若干空气质量监测终端和若干预警提示器，其中监测设备的设置过程如下：

(1)获取目标隧道的长度，并将其等距离划分为若干隧道段，并对各隧道段进行编号；

(2)分别在各隧道段内设置监控摄像头、空气质量监测终端和预警提示器，并分别在各隧道段对应进入端的各车道地面设置地感线圈；

目标隧道车辆通行效率监测模块，用于利用监测设备中的地感线圈对目标隧道中车辆的通行效率进行监测；

所述利用监测设备中的地感线圈对目标隧道中车辆的通行效率进行监测，其具体监测方式如下：

通过各隧道段对应各车道地面内设置的地感线圈按照预设的监测时间段对各隧道段对应各车道中通行的车辆进行感应，并对通行车辆的移动速度进行测量；

将各隧道段在各监测时间段中各车道对应所有通行车辆的移动速度进行均值计算，得到各隧道段在各监测时间段中各车道对应通行车辆的平均移动速度，并将其与分析数据库中目标隧道的限制行驶速度进行对比，计算各隧道段在各监测时间段中各车道对应的车辆通行效率，其计算公式为

目标隧道行驶拥堵判断模块，用于根据目标隧道中车辆的通行效率判断目标隧道是否存在拥堵；

分析数据库，用于存储目标隧道的限制行驶速度，存储目标隧道在畅通状态下的通行效率，并存储标准行驶安全系数和达标空气质量系数；

目标隧道拥堵状态车辆行驶安全监测分析模块，用于当判断目标隧道存在拥堵时，利用监测设备中的监控摄像头对目标隧道内存在的滞留车辆数量进行统计，并分析各滞留车辆对应的行驶安全系数；

目标隧道预测拥堵时长评估模块，用于对目标隧道的预测拥堵时长进行评估；

目标隧道拥堵状态空气质量监测模块，用于利用监测设备中的空气质量监测终端对目标隧道对应的各隧道段进行空气质量参数监测，其中空气质量参数包括温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度和TVOC浓度，得到目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数；

目标隧道拥堵行驶预警提示模块，用于利用监测设备中的预警提示器依据各滞留车辆对应的行驶安全系数、目标隧道的预测拥堵时长和各隧道段对应的空气质量系数进行拥堵行驶预警提示。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：所述根据目标隧道中车辆的通行效率判断目标隧道是否存在拥堵对应的具体判断方式为：

将各隧道段在各监测时间段中各车道对应的车辆通行效率与分析数据库中目标隧道在畅通状态下的通行效率进行对比，若某隧道段在某监测时间段中某车道对应的车辆通行效率小于目标隧道在畅通状态下的通行效率，则判断目标隧道存在拥堵，并将该隧道段记为拥堵隧道段，将该车道记为拥堵车道，将该监测时间段记为拥堵时间段。

3.根据权利要求2所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：所述利用监测设备中的监控摄像头对目标隧道内存在的滞留车辆数量进行统计对应的具体操作方式为：识别拥堵隧道段的编号，进而在拥堵时间段启动拥堵隧道段对应的监控摄像头，由其对拥堵隧道段对应的拥堵车道进行拥堵状态图像采集，由此从采集的拥堵状态图像中统计拥堵隧道段对应拥堵车道中存在的滞留车辆数量。

4.根据权利要求3所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：所述分析各滞留车辆对应的行驶安全系数具体参照如下步骤：

S1:将拥堵隧道段对应拥堵车道中存在的各滞留车辆依次编号为1,2,...,i,...,n；

S2:从拥堵隧道段对应拥堵车道的拥堵状态图像中提取各滞留车辆距离前车的行车间距和各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度；

S3:将拥堵隧道段对应拥堵车道的通行效率与预设的各种通行效率对应的安全行车间距进行匹配，从中匹配出拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距；

S4:将各滞留车辆距离前车的行车间距与拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距进行对比，通过行车间距规范度计算公式

得到各滞留车辆对应的行车间距规范度η_i，i表示为滞留车辆编号，i＝1,2,...,n,d_i表示为第i个滞留车辆距离前车的行车间距，d₀表示为拥堵隧道段对应拥堵车道的安全行车间距,e表示为自然常数；

S5:将各滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度与预定义的正常直行状态下车身最大倾斜角度导入行车变道倾向度

得到各滞留车辆对应的行车变道倾向度σ_i，θ_i表示为第i个滞留车辆的车身行驶方向与其所在车道的倾斜角度，θ₀表示为正常直行状态下车身最大倾斜角度；

S6:基于各滞留车辆对应的行车间距规范度和行车变道倾向度统计各滞留车辆对应的行驶安全系数，其统计公式为

表示为第i个滞留车辆对应的行驶安全系数，A、B分别表示为行车间距规范度、行车变道倾向度对应的权重因子。

5.根据权利要求3所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：所述对目标隧道的预测拥堵时长进行评估对应的具体评估过程如下：

从拥堵隧道段对应拥堵车道的拥堵状态图像中提取各滞留车辆位于拥堵车道的当前地理位置；

获取拥堵隧道段的长度，并结合各滞留车辆位于拥堵车道的当前地理位置获取各滞留车辆通过拥堵隧道段的移动距离；

基于各滞留车辆对应的移动速度及其通过拥堵隧道段的移动距离计算各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长；

将各滞留车辆通过拥堵隧道段的通行时长进行相互对比，从中筛选出最大通行时长作为目标隧道的预测拥堵时长。

6.根据权利要求1所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：所述目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数的获取方法如下：

将各隧道段对应的空气质量参数构成隧道段空气质量参数集合G_w＝{g_w1,g_w2,…,g_wj,…,g_wm}，g_wj表示为第j隧道段对应的空气质量参数，j表示为隧道段的编号，j＝1,2,...,m,w表示为空气质量参数，w＝r1或r2或r3或r4或r5，其中r1、r2、r3、r4、r5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度；

将隧道段空气质量参数集合与设定的各空气质量参数对应的适宜值进行对比，计算各隧道段对应的空气质量系数，其计算公式为

ψ_j表示为第j隧道段对应的空气质量系数，g_r1j、g_r2j、g_r3j、g_r4j、g_r5j分别表示为第j隧道段对应的温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度，g_r′₁、g_r′₂、g_r′₃、g_r′₄、g_r′5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度对应的适宜值，k1、k2、k3、k4、k5分别表示为温度、PM2.5浓度、空气流速、一氧化碳浓度、TVOC浓度对应的比例系数，且k1+k2+k3+k4+k5＝1。

7.根据权利要求1所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：所述利用监测设备中的预警提示器依据各滞留车辆对应的行驶安全系数、目标隧道的预测拥堵时长和各隧道段对应的空气质量系数进行拥堵预警提示对应的具体操作过程如下：

将各滞留车辆对应的行驶安全系数与分析数据库中标准行驶安全系数进行对比，若某滞留车辆对应的行驶安全系数小于标准行驶安全系数，则将该滞留车辆记为危险车辆，从中筛选出危险车辆，进而识别危险车辆的车牌号，此时启动拥堵隧道段对应的预警提示器，由其进行车辆行驶危险预警，同时将危险车辆的车牌号进行播报；

启动拥堵隧道段对应的预警提示器，由其将目标隧道的预测拥堵时长进行语音播报；

将目标隧道中各隧道段对应的空气质量系数与分析数据库中达标空气质量系数进行对比，若某隧道段对应的空气质量系数小于达标空气质量系数，则将该隧道段记为污染隧道段，进而从中筛选出污染隧道段，并识别污染隧道段对应的编号，从而启动污染隧道段对应的预警提示器，由其进行空气污染预警。

8.根据权利要求1所述的一种高速公路长距离隧道车辆行驶安全智能分析预警系统，其特征在于：还包括目标隧道拥堵状态显示终端，用于在目标隧道的入口设置显示大屏，以此将目标隧道的拥堵状态和预测拥堵时长在显示大屏上进行显示。

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