CN115862287A - 基于无线网络的高速公路主动占道预警系统 - Google Patents

Abstract

基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，属于光学领域，本发明为解决现有交通锥主动预警能力不足的问题。本发明包括哨兵节点和报警节点，报警节点设置于施工路段，哨兵节点设置于施工路段后方的正常通行路段且与报警节点相距D；所述哨兵节点设置于正常通行路段的道路两侧，对路面上车辆进行检测，当检测到有车辆驶入时，哨兵节点通过无线通信方式将车辆驶入信号发送至报警节点；所述报警节点，用于接收哨兵节点发送的车辆驶入信号，对现场施工人员进行现场报警，提醒现场施工人员后方有车辆驶入；所述报警节点，还用于将当前施工路段的位置数据上传至地图服务器，以通过地图服务器对驾驶员进行预警，标示施工路段位置信息和限速信息。

Description

基于无线网络的高速公路主动占道预警系统

技术领域

本发明属于道路交通领域。

背景技术

据交通部门数据统计，近年来由道路作业引起的交通事故频发。同时，由于道路施工，高速公路经常也会因为道路施工警示标识不明显，造成重大交通事件发生。如何减少道路施工引发的交通事故成为交通部门亟待解决的技术难题。

道路施工作业时，为保障道路工作者和车辆的安全性，往往采用传统的交通锥作为警示标志，当驾驶员发现交通锥时开始进行减速或避让，有效的减少了交通事件的发生。越来越多的智能化交通警示系统越来越多的应用于公路施工现场，高德公司研发了智能交通锥，通过在施工现场布设交通锥，智能交通锥与高德地图联动，实现了对施工现场的预警，有效减少了二次交通事件的发生。但这种交通锥依赖视觉的方法给驾驶员提供的反应距离有限，往往因交通预警的空间太小导致事故发生。另一方面，忙于道路作业的道路工作者往往处于被动状态，无法及时发现一些特殊的车辆行驶情况，而使高速公路作业人员置于危险之中。

为了解决这个问题，中国专利CN110941223A提供了一种智慧路锥系统，包括若干智慧路锥灯单元、控制终端、便携式报警装置和云平台多个系统组成，通过交通锥上设置的测速模块检测来车车速，一方面，发送该测速信息控制智慧路锥灯，路锥灯通过频闪和常亮为来车发布道路提示信息；另一方面，该车速信息用于判断来车是否具有恶意性，若车速超过阈值认为来车具有冲击区域的恶意性，则反馈控制系统并下达指令让每个施工人员配戴的便携式报警装置进行报警，以提醒施工人员撤离施工区域，这种智慧交通锥虽然有警示作用，但是留给施工人员的反应时间不足，无法保证工作人员在短短几秒内有效撤离。

因此，急需设计一款高速公路主动占道交通监测预警系统，给施工人员足够的反应时间，提高系统的主动预警能力。

发明内容

针对现有交通锥主动预警能力不足的问题，本发明提供一种基于无线网络的高速公路主动占道预警系统。

本发明所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，包括哨兵节点1和报警节点2，报警节点2设置于施工路段，哨兵节点1设置于施工路段后方的正常通行路段且与报警节点2相距D；

所述哨兵节点1设置于正常通行路段的道路两侧，对路面上车辆进行检测，当检测到有车辆驶入时，哨兵节点1通过无线通信方式将车辆驶入信号发送至报警节点2；

所述报警节点2，用于接收哨兵节点1发送的车辆驶入信号，对现场施工人员进行现场报警，提醒现场施工人员后方有车辆驶入；

所述报警节点2，还用于将当前施工路段的位置数据上传至地图服务器，以通过地图服务器对驾驶员进行预警，标示施工路段位置信息和限速信息。

优选地，哨兵节点1至少两个，正常通行路段的道路两侧各一个，报警节点2至少一个，布设于施工人员附近。

优选地，哨兵节点1和报警节点2设置于交通锥上，制作成智慧交通锥；或作为独立结构通过夹子夹持在高速公路波形防撞护栏上。

优选地，哨兵节点1包括一号处理器101、地磁传感器102、多普勒雷达103、一号无线通信模块104和一号电源模块105，地磁传感器102和多普勒雷达103冗余检测车输驶入信息，并发送给一号处理器101，一号处理器101通过一号无线通信模块104将车输驶入信息无线发送出去；一号电源模块105为哨兵节点1提供工作电源。

优选地，报警节点2包括二号处理器201、卫星定位模块202、4G模块203、声光报警模块204、二号无线通信模块205和二号电源模块206，二号处理器201通过二号无线通信模块205接收哨兵节点1发送的车输驶入信息，并通过声光报警模块204进行现场声光报警；

二号处理器201通过卫星定位模块202从北斗导航获取当前施工路段的位置信息，并通过4G模块203将该施工路段的位置信息上传至地图服务器；

二号电源模块206为报警节点2提供工作电源。

优选地，地图服务器为高德地图或百度地图。

优选地，哨兵节点1与报警节点2的距离D选择200m～1000m。

优选地，一号处理器101和二号处理器201以STM32F103为基础，其内核为ARM 32位的Cortex-M3。

优选地，地磁传感器102采用TMR2905线性传感器，多普勒雷达103采用MG5818P雷达探测模块。

优选地，一号无线通信模块104与二号无线通信模块205进行无线通信，均采用E220-400T22S LoRa无线串口模块。

本发明的有益效果：本发明提出的基于无线网络的高速公路主动占道预警系统分为“哨兵节点”和“报警节点”两类智慧交通锥，首先，智慧交通锥具有4G+定位功能。它通过北斗定位确定当前施工道路的位置并将数据上传至高德、百度等地图服务器。驾驶员在高德地图应用上可以提前了解路段正在施工的信息，包括位置信息和该路段的限速信息。提醒驾驶员减阻慢行。同时，本系统还具有对驶来车辆的监测与报警功能。将哨兵节点布设在公路施工前方200-1000米距离的道路两旁，对路面上车辆进行检测。当发现有车辆驶入施工路段时，“哨兵节点”通过无线通信方式传递车辆经过信号到布设于施工人员较近的报警接点中，“报警节点”通过声光报警器及时提醒道路施工人员后方有车辆驶入，让施工人员能够有充足的时间提前反应与避让。从而减少施工路段交通事件的发生。

附图说明

图1是本发明所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统的原理示意图；

图2是哨兵节点原理框图；

图3是报警节点原理框图；

图4是哨兵节点和报警节点的工作流程图，其中图4(a)为哨兵节点的工作流程图，图4(b)为报警节点的工作流程图；

图5是处理器的电路图；

图6是电源模块电路图，其中图6(a)为24V转12V，图6(b)为12V转5V，图6(c)为5V转3.3V；

图7是报警节点电路图；

图8是高德地图显示施工路段位置信息示例图。

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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，包括哨兵节点1和报警节点2，报警节点2设置于施工路段，哨兵节点1设置于施工路段后方的正常通行路段且与报警节点2相距D；哨兵节点1与报警节点2的距离D选择200m～1000m。参见图1所示。

所述哨兵节点1设置于正常通行路段的道路两侧，对路面上车辆进行检测，当检测到有车辆驶入时，哨兵节点1通过无线通信方式将车辆驶入信号发送至报警节点2；

所述报警节点2，用于接收哨兵节点1发送的车辆驶入信号，对现场施工人员进行现场报警，提醒现场施工人员后方有车辆驶入；

所述报警节点2，还用于将当前施工路段的位置数据上传至地图服务器，以通过地图服务器对驾驶员进行预警，标示施工路段位置信息和限速信息。地图服务器为高德地图或百度地图。

哨兵节点1至少两个，正常通行路段的道路两侧各一个。参见图2，哨兵节点1包括一号处理器101、地磁传感器102、多普勒雷达103、一号无线通信模块104和一号电源模块105，地磁传感器102和多普勒雷达103冗余检测车输驶入信息，并发送给一号处理器101，一号处理器101通过一号无线通信模块104将车输驶入信息无线发送出去；一号电源模块105为哨兵节点1提供工作电源。哨兵节点1有两种形式，其一，设置于普通交通锥上，使其成为智慧交通锥，摆放于地面上；其二，作为独立结构其体积很小，可通过夹子夹持在高速公路波形防撞护栏上，相对于现有专利CN110941223A，本发明系统体积小巧、组成简单和操作容易等优点，通过施工区前方200-1000米处的哨兵节点发出车辆输入报警信息，报警节点接收报警信息，通过声光报警(＞100分贝)方式提醒现场操作人员，无须每个施工人员都携带便携式报警装置，哨兵节点距离报警节点具有一定距离，可以让施工人员及时避让，保证现场作业安全，本发明设置哨兵节点的重要作用在于提供大裕量给施工人员，使其有充足时间撤离现场，避免安全事故。

报警节点2至少一个，布设于施工人员附近。一般情况下，报警节点2为多个，与哨兵节点1的设置形式相同，也分为两种形式，当以智慧交通锥形式出现时，以包绕的方式布设在施工现场周围，以独立小体积形式出现时，夹在高速公路波形防撞护栏上，参见图3，每个报警节点2包括二号处理器201、卫星定位模块202、4G模块203、声光报警模块204、二号无线通信模块205和二号电源模块206，二号处理器201通过二号无线通信模块205接收哨兵节点1发送的车输驶入信息，并通过声光报警模块204进行现场声光报警；二号处理器201通过卫星定位模块202从北斗导航获取当前施工路段的位置信息，并通过4G模块203将该施工路段的位置信息上传至地图服务器；二号电源模块206为报警节点2提供工作电源。

参见图5所示，一号处理器101和二号处理器201以STM32F103为基础，其内核为ARM32位的Cortex-M3。有丰富的外设接口，还有很好的功耗控制、具有卓越的连接性，是一款常用的嵌入式设备硬件平台。哨兵节点1主要实现功能是采集该节点外接的传感器数据，经过一号处理器101判断后，若需要发生无线通信，再将数据通过一号无线通信模块104中的LoRa芯片发送给报警节点2。

整个哨兵节点系统不同模块供电电压不同，由一号电源管理模块105为整个节点供电。节点电源管理模块如图6所示，首先系统节点支持宽电压输入，外部供电电源经稳压芯片LM2596后转为12V，12V经稳压芯片LM7805后转为5V为多普勒雷达103、地磁传感器102和Lora芯片供电，5V经稳压芯片AM1117后转为3.3V为处理器STM32供电。同理，报警节点的电源管理也类似，由二号电源管理模块206为整个节点供电。3.3V为二号处理器201供电，5V为二号无线通信模块205供电，12V为卫星定位模块202、4G模块203、声光报警模块204供电。

哨兵节点采用多普勒雷达和地磁传感器双传感器冗余设计，进行车辆检测，通过多普勒雷达和地磁传感器融合进行车辆驶入报警，避免误报。地磁传感器102采用TMR2905线性传感器。TMR2905采用了一个独特的推挽式惠斯通全桥结构设计，包含四个非屏蔽高灵敏度TMR传感器元件。当外加磁场沿平行于传感器敏感方向变化时，惠斯通全桥提供差分电压输出，并且该输出具有良好的温度稳定性。传感器的灵敏度为50mV/V/Oe，工作温度范围为-40 -125℃，有着宽的动态范围，较低的功耗，极低的磁滞和宽工作电压范围以及极低的本底噪声，广泛运用在微弱磁场检测、电流传感器和位置传感器中。地磁传感器及其外围电路设计如下图，TMR2905输出的差分信号首先经过一级跟随和放大，再经过二级跟随和放大后，传入处理器的A/D引脚进行判断。

多普勒雷达103采用MG5818P雷达探测模块，MG5818P是基于多普勒效应的雷达探测模块，通过天线发射高频电磁波并接收反射波，由此可判断覆盖区域是否存在移动物体，大量用于检测运动目标感应的场景。模块采用高性能5.8GHz微波雷达传感器，包含中频放大电路以及信号处理器，集成度高且生产一致性好，且整体尺寸较小。模块集成了核心校准算法，有效解决了同频干扰、带外阻塞以及环境干扰等问题。

一号无线通信模块104与二号无线通信模块205进行无线通信，均采用E220-400T22SLoRa无线串口模块。该模块具有多种传输方式，默认433.125MHz频段。传输距离更远，速度更快，功耗更低；支持空中唤醒、载波监听、通信密钥等功能，支持分包长度设定。

报警节点2的二号处理器201、电源管理模块206、二号无线传输模块205设计和哨兵节点1相同，报警节点2需要处理哨兵节点1的信息并进行报警，同时将该路段施工信息上传至高德云端，司机可在地图上看见相应标识，如图8所示。报警节点外接声光报警模块204，当接收到哨兵节点1发射的车辆驶入信号后，二号处理器通过GPIO引脚控制继电器闭合，从而控制声光报警模块204报警，参见图7所示。

系统软件流程图参见图4所示，哨兵节点进行初始化后，在双传感器采集数据达到了车辆经过的触发条件，则经无线传输模块LoRa发送车辆经过信号至报警节点；报警节点上电后，通过定位模块上传路段施工信息，并Lora处于接收状态，在接收到哨兵无线传输模块发送的数据后，并控制声光报警器发出警报。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (10)

1.基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，包括哨兵节点(1)和报警节点(2)，报警节点(2)设置于施工路段，哨兵节点(1)设置于施工路段后方的正常通行路段且与报警节点(2)相距D；

所述哨兵节点(1)设置于正常通行路段的道路两侧，对路面上车辆进行检测，当检测到有车辆驶入时，哨兵节点(1)通过无线通信方式将车辆驶入信号发送至报警节点(2)；

所述报警节点(2)，用于接收哨兵节点(1)发送的车辆驶入信号，对现场施工人员进行现场报警，提醒现场施工人员后方有车辆驶入；

所述报警节点(2)，还用于将当前施工路段的位置数据上传至地图服务器，以通过地图服务器对驾驶员进行预警，标示施工路段位置信息和限速信息。

2.根据权利要求1所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，哨兵节点(1)至少两个，正常通行路段的道路两侧各一个，报警节点(2)至少一个，布设于施工人员附近。

3.根据权利要求1或2所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，哨兵节点(1)和报警节点(2)设置于交通锥上，制作成智慧交通锥；或作为独立结构通过夹子夹持在高速公路波形防撞护栏上。

4.根据权利要求3所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，哨兵节点(1)包括一号处理器(101)、地磁传感器(102)、多普勒雷达(103)、一号无线通信模块(104)和一号电源模块(105)，地磁传感器(102)和多普勒雷达(103)冗余检测车输驶入信息，并发送给一号处理器(101)，一号处理器(101)通过一号无线通信模块(104)将车输驶入信息无线发送出去；一号电源模块(105)为哨兵节点(1)提供工作电源。

5.根据权利要求4所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，报警节点(2)包括二号处理器(201)、卫星定位模块(202)、4G模块(203)、声光报警模块(204)、二号无线通信模块(205)和二号电源模块(206)，二号处理器(201)通过二号无线通信模块(205)接收哨兵节点(1)发送的车输驶入信息，并通过声光报警模块(204)进行现场声光报警；

二号处理器(201)通过卫星定位模块(202)从北斗导航获取当前施工路段的位置信息，并通过4G模块(203)将该施工路段的位置信息上传至地图服务器；

二号电源模块(206)为报警节点(2)提供工作电源。

6.根据权利要求5所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，地图服务器为高德地图或百度地图。

7.根据权利要求1所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，哨兵节点(1)与报警节点(2)的距离D选择200m～1000m。

8.根据权利要求5所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，一号处理器(101)和二号处理器(201)以STM32F103为基础，其内核为ARM 32位的Cortex-M3。

9.根据权利要求4所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，地磁传感器(102)采用TMR2905线性传感器，多普勒雷达(103)采用MG5818P雷达探测模块。

10.根据权利要求5所述基于无线网络的高速公路主动占道预警系统，其特征在于，一号无线通信模块(104)与二号无线通信模块(205)进行无线通信，均采用E220-400T22SLoRa无线串口模块。

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