CN117888476A - 一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于交通控制系统技术领域，尤其涉及一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，系统包括：在隧道出口区域设置识别区、控速区、引导区、引行区、提速区、解限区；设置在隧道出口区域的渐进视觉智能引行子系统；设置在隧道内部侧墙的渐进视觉安全引行线；设置在隧道外部两侧的渐进视觉安全引行护栏；设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏上的渐进视觉安全引行带；设置在隧道内部的智能安全预警提示子系统。本发明在隧道出口区域设置了安全引行结构，有利于提升驾驶员在行车过程中对位置、速度的判别感知能力，改善驾驶员在隧道附近区域行车过程中的视错觉，正确指引行驶方向，保障交通安全。
Description
技术领域
本发明属于交通控制系统技术领域，尤其涉及一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统。
背景技术
隧道是道路交通中的重要组成部分，但由于其特殊的环境条件，隧道出口往往成为交通事故的高发区域。驾驶员在驶出隧道时，常常面临着亮度变化、视野受限等问题，这可能导致驾驶行为不当，增加交通事故的风险。因此，如何提高隧道出口交通安全性，成为当前亟待解决的问题。
目前，一些隧道出口已经采取了各种安全措施，如设置交通标志、标线、照明设施等，以提高驾驶员的视觉感知和判断能力。然而，这些措施往往只能提供有限的视觉信息，不能很好地适应驾驶员在驶出隧道时的视觉变化，也无法根据实时的光照强度进行智能调整，因此其效果有限。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明提供了一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，在隧道出口区域设置了安全引行结构，有利于提升驾驶员在行车过程中对位置、速度的判别感知能力，改善驾驶员在隧道附近区域行车过程中的视错觉，正确指引行驶方向，保障交通安全。
为达到以上目的，本发明所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，系统包括：
在隧道出口区域设置的6个区段，包括位于隧道内部的识别区Q1、控速区Q2、引导区Q3，以及位于隧道外部的引行区Q4、提速区Q5、解限区Q6；
设置在隧道出口区域的渐进视觉智能引行子系统，包括光照强度检测器和渐进视觉安全引行环，通过光照强度检测器实时采集各个区段的光照强度数据，通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，缓解驾驶人的白洞和黑洞效应，渐进视觉安全引行环的亮度根据光照强度检测器实时测量的各个区段的亮度而定；
设置在隧道内部侧墙的渐进视觉安全引行线；
设置在隧道外部两侧的渐进视觉安全引行护栏；
设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏上的渐进视觉安全引行带，渐进视觉安全引行带通过实时调整不同的颜色长度对驾驶员起到安全提醒作用；
设置在隧道内部的智能安全预警提示子系统，包括地磁感应装置和智能警示信息牌；地磁感应装置用于检测来车的行驶车道、行驶速度，并识别车辆是否跟车过近、是否超速，智能警示信息牌用于提醒驾驶人跟车过近或超速。
所述的6个区段的划分方法为：基于驾驶人的生理特性和隧道的环境特性，对隧道出口区域进行区段划分，将隧道内部依次划分为识别区Q1、控速区Q2、引导区Q3，区段长度分别为L1、L2、L3；隧道外部依次划分为引行区Q4、提速区Q5、解限区Q6，区段长度分别为L4、L5、L6；隧道出口位于引导区Q3与引行区Q4之间，各个区段的长度设置为：
L1=0.25Vx内/3.6×Tr3/2+Lx1+Lx2+Lx3；
L2=（Vx内 2-0.25Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
L3=Vx内/3.6×（Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
L4=0.25Vx内/3.6×（Tr3/2+Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
L5=（Vx内 2-0.25Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
L6=（Vx外 2-Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
式中，Vx内、Vx外分别为隧道内部、外部限速值，单位km/h；Tr1为标志识读时间，单位s；Tr2为驾驶人反应时间，单位s；Tr3为驾驶人视觉明暗适应时间，单位s；a为安全加速度，单位m/s2；Lx1、Lx2、Lx3分别为坡度安全修正距离、路面材质安全修正距离以及弯道半径安全修正距离，单位m。
其中，识别区Q1是为了在此区段内驾驶人能够识别隧道出口的标牌上的信息，意识到需要作出反应；控速区Q2是为了让驾驶人到达区段末端时将车辆保持在一个安全车速；引导区Q3和引行区Q4是为了驾驶人在此区段之内保持驾驶行为不变，减少对车辆的操作；提速区Q5为了应对大多数驾驶人在出洞口时的加速行为，帮助驾驶人合理引导加速行为；解限区Q6是提示驾驶人解除隧道区域的禁止变道和速度限制。
所述的标志识读时间Tr1的取值范围是2.2-2.7s，驾驶人反应时间Tr2的取值范围是2.3-3.1s，驾驶人视觉明暗适应时间Tr3的取值范围是2.5-3.4s；安全加速度a的取值范围是0.8-1.1m/s2；
隧道出口为上坡段时，坡度安全修正距离Lx1取值为0，当为下坡段且纵坡度处于[0，1°）时，Lx1取值为8m；纵坡度处于[1°，2°）时，Lx1取值为15m；纵坡度处于[2°，3°）时，Lx1取值为20m；纵坡度处于[3°，4°]时，Lx1取值为24m；
当路面为水泥路面时，路面材质安全修正距离Lx2取值为31m；当路面为沥青路面时，Lx2取值为26m；弯道半径安全修正距离，取值为1.5s内隧道设计速度下的行驶距离。
本发明中，具体参数的数值或数值范围参照隧道出口安全方面的相关论文、国家公路、隧道设计标准，以及通过文献和公开数据库获取的驾驶人的生理特性、基于测绘或者公开资料获取的隧道环境特性等设定。
所述的光照强度检测器设置有6组，分别设置在隧道出口区域的6个区段中，每组包括3个光照强度检测器，每组光照强度检测器对应于各个区段分别命名为Q1s、Q2s、Q3s、Q4s、Q5s、Q6s，每组光照强度检测器实时采集的光照强度数据分别为THQ1s、THQ2s、THQ3s、THQ4s、THQ5s、THQ6s；
渐进视觉安全引行环设置在隧道出口区域的6个区段中以及隧道出口的洞口处，包括全环引行环、3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环；隧道出口的洞口处设置全环引行环，全环引行环为与隧道截面形状相适应的圆弧形结构，全环引行环的两侧依次设置有3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环，即为引导区Q3和引行区Q4中设置3/4引行环，控速区Q2和提速区Q5中设置1/2引行环，识别区Q1和解限区Q6中设置1/4引行环，3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环为从路面两侧向上延伸的环形结构，长度分别为全环引行环的3/4、1/2和1/4；各个引行环均采用LED灯带；
隧道内部引行环设置在隧道侧壁上，有利于驾驶员更好的明确洞口位置，更好的保持在当前车道行驶；隧道外部设置弧形立柱固定引行环，帮助驾驶人明确行驶位置，确保驾驶人在各个区段内合理控制车速。隧道外部的引行环在夜晚等光线较差情形下可以起到很好的效果。
渐进视觉安全引行环的亮度根据光照强度检测器实时测量的各个区段的亮度而定，通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，增强亮度TH增s表示为：
TH增s=（k×THbs-TH实）×TH修正s；
其中，TH增s为各个区段的增强亮度强度，单位cd/m2；THbs为隧道各个区段设计标准亮度强度，单位cd/m2；TH实为各个区段内光照强度检测器实际测量的光照数据，即为THQ1s、THQ2s、THQ3s、THQ4s、THQ5s、THQ6s，单位cd/m2；TH修正s为各个区段的增强照明强度系数，全环引行环处取值为1.4，3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环处分别取值为1.3、1.2、1.1。
所述的全环引行环的宽度为隧道直径的二十分之一，全环引行环、3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环的宽度按照1.414：1的比例依次递减。
所述的渐进视觉安全引行线设置在隧道内部的侧墙上，位于全环引行环至1/2引行环之间的渐进视觉安全引行线距离路面的高度为H1，宽度为H5；从1/2引行环至1/4引行环处，其距离路面的高度逐渐增加至H2，宽度逐渐减少至H3，并保持该高度H2和宽度H3从1/4引行环处向隧道内延伸；
其中，H1的取值范围是1.55-1.75m，H5的取值范围是2.55-3.05m，H2的取值范围是2.05-2.25m，H3的取值范围是1.55-2.05m，渐进视觉安全引行线的总高度即为H1+H5和H2+H3，并且H1+H5=H2+H3。
所述的渐进视觉安全引行护栏设置在隧道外部的公路两侧，在全环引行环至1/2引行环之间采用距离路面高度为H1的三波护栏板，三波护栏板的宽度为H5；在1/2引行环至1/4引行环之间采用距离路面高度逐渐增加至H2、宽度逐渐减少至H3的双波护栏板，并保持该高度H2和宽度H3从1/4引行环处向隧道外延伸；
渐进视觉安全引行护栏的总高度即为H1+H5和H2+H3，并且H1+H5=H2+H3。
所述的渐进视觉安全引行带设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏的边缘处，渐进视觉安全引行带采用LED灯带，并通过光照强度检测器实时检测的光照强度进行实时的颜色调控。
所述的渐进视觉安全引行带设置四个颜色，从隧道出口的洞口处向两侧依次设置为红色、橙色、浅黄色和绿色，各个颜色的设置长度为红色Lr、橙色为Lo、浅黄色为Ly、绿色则向隧道内或隧道外延伸，并能够实时调整各颜色的长度，调整方式为：
Lr=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ1s/THQ4s×Vx内；
Lo=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ2s/THQ1s×Vx内；
Ly=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ3s/THQ2s×Vx内；
式中，t为驾驶员反应时间，单位s（通常为0.4-1.0s）；φ2为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数（因轮胎、路面、制动等条件不同而异，计算停车视距一般按路面潮湿状态考虑）；u1为行驶速度，当隧道设计速度为80～120km/h时，u1取值为隧道设计速度的85%；当隧道设计速度为40～60km/h时，u1取值为隧道设计速度的90%；当隧道设计速度为20～30km/h时，u1取值为隧道设计速度的100%。
所述的地磁感应装置设置在隧道内底部，沿行车方向设置；智能警示信息牌设置在隧道内顶部，沿行车方向设置；
地磁感应装置用于检测来车的行驶车道、行驶速度，并识别车辆是否跟车过近、是否超速，其中跟车过近判定模型为：
Ts<（S2-S2）/（V2-V1）+Tr1+Tr2；
式中，Ts为跟车过近判定时间，单位s，该时间通过地磁感应装置检测获取，如果不等式成立则判定为跟车过近；S2为地磁感应装置检测到的前车距离隧道入口的距离，单位m，S1为地磁感应装置检测到的后车距离隧道入口的距离，单位m；V2为地磁感应装置检测到的前车行驶速度，单位m/s，V1为地磁感应装置检测到的后车行车速度，单位m/s。
超速判定模型为：
Vs>Vx内；
Vs为地磁感应装置检测到的车辆行驶速度，如果不等式成立则判定为车辆超速；
智能警示信息牌用于提醒驾驶人跟车过近或超速，其中智能警示信息牌与位于其前侧（即为相背于形成方向的一侧）的地磁感应装置之间的距离为L7：
L7=Vx内/3.6×（Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
当识别到跟车过近或超速时，智能警示信息牌通过文字报警，并且文字周边通过虚线边框闪烁报警，其中，当识别到跟车过近时，虚线边框为红色，并按照跟车过近行为闪烁频率F1判定模型进行闪烁报警：
Tj=（S2-S2）/（V2-V1）+Tr1+Tr2；
当0.8Tj<Ts<Tj，闪烁频率F1=4秒/次；当0.6Tj<Ts<0.8Tj，闪烁频率F1=3秒/次；当0.4Tj<Ts<0.6Tj，闪烁频率F1=2秒/次；Ts<0.4Tj，闪烁频率F1=1秒/次；
当识别到超速时，虚线边框为黄色，并按照超速行为闪烁频率F2判定模型进行闪烁报警：
当Vx内<Vs<1.05Vx内，闪烁频率F2=3秒/次；当1.05Vx内<Vs<1.15Vx内，闪烁频率F2=2秒/次；当1.15Vx内<Vs<1.25Vx内，闪烁频率F2=1秒/次；当1.25Vx内<Vs，闪烁频率F2=3秒/次。
本发明所具有的有益效果是：
本发明首先基于驾驶人的生理特性和隧道的环境特性对隧道出口区域进行了区段划分，并基于区段划分设置了光照强度检测器，检测隧道出口区域的光照度并能够通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，缓解驾驶人的白洞和黑洞效应；渐进视觉安全引行环、渐进视觉安全引行线、渐进视觉安全引行护栏和渐进视觉安全引行带的设置有利于提升驾驶员在行车过程中对位置、速度的判别感知能力，改善驾驶员在隧道出口附近区域行车过程中的视错觉，正确指引行驶方向，保障交通安全。
本发明基于渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏，设置了能够基于光照强度检测器采集的实时光照强度数据，来实时、智能调整渐进视觉安全引行带的各区段的颜色长度，从而合理引导驾驶人的驾驶行为，科学提升隧道出口区域的警示性，有效地提高道路交通的安全性。
本发明通过在隧道内部沿行车方向设置的地磁感应装置，可以对隧道内部来车的行驶车道和行驶速度进行实时监控，并通过智能警示信息牌，提醒驾驶人跟车过近或超速的危险驾驶行为，从而减少驾驶员在隧道出口区域的危险驾驶行为，实现隧道出口区域的智能引行。
附图说明
图1为本发明系统的框架示意图；
图2为本发明系统的平面结构示意图；
图3为本发明系统的立体结构示意图；
图4为本发明系统在隧道出口处的结构示意图；
图5为本发明渐进视觉安全引行线的结构示意图；
图6为本发明渐进视觉安全引行护栏的结构示意图；
图7为本发明智能警示信息牌的示意图，图7中的（a）为跟车过近时的警示示意图，图7中的（b）为超速时的警示示意图；图7中的（c）为同时存在跟车过近和超速时的警示示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1-图4所示，一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，系统包括：
在隧道出口区域设置的6个区段，包括位于隧道内部的识别区Q1、控速区Q2、引导区Q3，以及位于隧道外部的引行区Q4、提速区Q5、解限区Q6；
设置在隧道出口区域的渐进视觉智能引行子系统，包括光照强度检测器和渐进视觉安全引行环，通过光照强度检测器实时采集各个区段的光照强度数据，通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，缓解驾驶人的白洞和黑洞效应，渐进视觉安全引行环的亮度根据光照强度检测器实时测量的各个区段的亮度而定；
设置在隧道内部侧墙的渐进视觉安全引行线；
设置在隧道外部两侧的渐进视觉安全引行护栏；
设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏上的渐进视觉安全引行带，渐进视觉安全引行带通过实时调整不同的颜色长度对驾驶员起到安全提醒作用；
设置在隧道内部的智能安全预警提示子系统，包括地磁感应装置和智能警示信息牌；地磁感应装置用于检测来车的行驶车道、行驶速度，并识别车辆是否跟车过近、是否超速，智能警示信息牌用于提醒驾驶人跟车过近或超速。
其中，为了更简洁的体现本系统的结构设置，图2-图4中仅示出了部分光照强度检测器、地磁感应装置和智能警示信息牌，图2-图4中的箭头为行车方向。
6个区段的划分方法为：基于驾驶人的生理特性和隧道的环境特性，对隧道出口区域进行区段划分，将隧道内部依次划分为识别区Q1、控速区Q2、引导区Q3，区段长度分别为L1、L2、L3；隧道外部依次划分为引行区Q4、提速区Q5、解限区Q6，区段长度分别为L4、L5、L6；隧道出口位于引导区Q3与引行区Q4之间，各个区段的长度设置为：
L1=0.25Vx内/3.6×Tr3/2+Lx1+Lx2+Lx3；
L2=（Vx内 2-0.25Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
L3=Vx内/3.6×（Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
L4=0.25Vx内/3.6×（Tr3/2+Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
L5=（Vx内 2-0.25Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
L6=（Vx外 2-Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
式中，Vx内、Vx外分别为隧道内部、外部限速值，单位km/h；Tr1为标志识读时间，单位s；Tr2为驾驶人反应时间，单位s；Tr3为驾驶人视觉明暗适应时间，单位s；a为安全加速度，单位m/s2；Lx1、Lx2、Lx3分别为坡度安全修正距离、路面材质安全修正距离以及弯道半径安全修正距离，单位m。
标志识读时间Tr1的取值范围是2.2-2.7s，驾驶人反应时间Tr2的取值范围是2.3-3.1s，驾驶人视觉明暗适应时间Tr3的取值范围是2.5-3.4s；安全加速度a的取值范围是0.8-1.1m/s2；
隧道出口为上坡段时，坡度安全修正距离Lx1取值为0，当为下坡段且纵坡度处于[0，1°）时，Lx1取值为8m；纵坡度处于[1°，2°）时，Lx1取值为15m；纵坡度处于[2°，3°）时，Lx1取值为20m；纵坡度处于[3°，4°]时，Lx1取值为24m；
当路面为水泥路面时，路面材质安全修正距离Lx2取值为31m；当路面为沥青路面时，Lx2取值为26m；弯道半径安全修正距离，取值为1.5s内隧道设计速度下的行驶距离。
光照强度检测器设置有6组，分别设置在隧道出口区域的6个区段中，每组包括3个光照强度检测器，每组光照强度检测器对应于各个区段分别命名为Q1s、Q2s、Q3s、Q4s、Q5s、Q6s，每组光照强度检测器实时采集的光照强度数据分别为THQ1s、THQ2s、THQ3s、THQ4s、THQ5s、THQ6s；
渐进视觉安全引行环设置在隧道出口区域的6个区段中以及隧道出口的洞口处，包括全环引行环、3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环；隧道出口的洞口处设置全环引行环，全环引行环为与隧道截面形状相适应的圆弧形结构，全环引行环的两侧依次设置有3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环，即为引导区Q3和引行区Q4中设置3/4引行环，控速区Q2和提速区Q5中设置1/2引行环，识别区Q1和解限区Q6中设置1/4引行环，3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环为从路面两侧向上延伸的环形结构，长度分别为全环引行环的3/4、1/2和1/4；各个引行环均采用LED灯带；
渐进视觉安全引行环的亮度根据光照强度检测器实时测量的各个区段的亮度而定，通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，增强亮度TH增s表示为：
TH增s=（k×THbs-TH实）×TH修正s；
其中，TH增s为各个区段的增强亮度强度，单位cd/m2；THbs为隧道各个区段设计标准亮度强度，单位cd/m2；TH实为各个区段内光照强度检测器实际测量的光照数据，即为THQ1s、THQ2s、THQ3s、THQ4s、THQ5s、THQ6s，单位cd/m2；TH修正s为各个区段的增强照明强度系数，全环引行环处取值为1.4，3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环处分别取值为1.3、1.2、1.1。
全环引行环的宽度为隧道直径的二十分之一，全环引行环、3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环的宽度按照1.414：1的比例依次递减。
如图5所示，渐进视觉安全引行线设置在隧道内部的侧墙上，位于全环引行环至1/2引行环之间的渐进视觉安全引行线距离路面的高度为H1，宽度为H5；从1/2引行环至1/4引行环处，其距离路面的高度逐渐增加至H2，宽度逐渐减少至H3，并保持该高度H2和宽度H3从1/4引行环处向隧道内延伸；整个渐进视觉安全引行线设置为浅蓝色。
其中，H1的取值范围是1.55-1.75m，H5的取值范围是2.55-3.05m，H2的取值范围是2.05-2.25m，H3的取值范围是1.55-2.05m，渐进视觉安全引行线的总高度即为H1+H5和H2+H3，并且H1+H5=H2+H3。
如图6所示，渐进视觉安全引行护栏设置在隧道外部的公路两侧，在全环引行环至1/2引行环之间采用距离路面高度为H1的三波护栏板，三波护栏板的宽度为H5；在1/2引行环至1/4引行环之间采用距离路面高度逐渐增加至H2、宽度逐渐减少至H3的双波护栏板，并保持该高度H2和宽度H3从1/4引行环处向隧道外延伸；
渐进视觉安全引行护栏的总高度即为H1+H5和H2+H3，并且H1+H5=H2+H3。
渐进视觉安全引行护栏通过圆形立柱进行固定设置，圆形立柱中心间距设置为H4，H4的取值范围是0.6-0.8m。
如图5和图6所示，渐进视觉安全引行带设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏的边缘处（本实施例中设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏的顶部边缘），渐进视觉安全引行带采用LED灯带，并通过光照强度检测器实时检测的光照强度进行实时的颜色调控。
渐进视觉安全引行带设置四个颜色，从隧道出口的洞口处向两侧依次设置为红色、橙色、浅黄色和绿色，各个颜色的设置长度为红色Lr、橙色为Lo、浅黄色为Ly、绿色则向隧道内或隧道外延伸，并能够实时调整各颜色的长度，调整方式为：
Lr=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ1s/THQ4s×Vx内；
Lo=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ2s/THQ1s×Vx内；
Ly=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ3s/THQ2s×Vx内；
式中，t为驾驶员反应时间，单位s；φ2为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；u1为行驶速度，当隧道设计速度为80～120km/h时，u1取值为隧道设计速度的85%；当隧道设计速度为40～60km/h时，u1取值为隧道设计速度的90%；当隧道设计速度为20～30km/h时，u1取值为隧道设计速度的100%。
地磁感应装置设置在隧道内底部，沿行车方向设置（本实施例中，在隧道内部的区段中分别设置3组地磁感应装置，每组地磁感应装置的数量与车道的数量相适应，并分别设置在各个车道中）；智能警示信息牌设置在隧道内顶部，沿行车方向设置；
地磁感应装置用于检测来车的行驶车道、行驶速度，并识别车辆是否跟车过近、是否超速，其中跟车过近判定模型为：
Ts<（S2-S2）/（V2-V1）+Tr1+Tr2；
式中，Ts为跟车过近判定时间，单位s，如果不等式成立则判定为跟车过近；S2为地磁感应装置检测到的前车距离隧道入口的距离，单位m，S1为地磁感应装置检测到的后车距离隧道入口的距离，单位m；V2为地磁感应装置检测到的前车行驶速度，单位m/s，V1为地磁感应装置检测到的后车行车速度，单位m/s。
超速判定模型为：
Vs>Vx内；
Vs为地磁感应装置检测到的车辆行驶速度，如果不等式成立则判定为车辆超速；
智能警示信息牌用于提醒驾驶人跟车过近或超速，其中智能警示信息牌与位于其前侧的地磁感应装置之间的距离为L7：
L7=Vx内/3.6×（Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
当识别到跟车过近或超速时，智能警示信息牌通过文字报警，并且文字周边通过虚线边框闪烁报警，其中，如图7中的（a）所示，当识别到跟车过近时，虚线边框为红色，并按照跟车过近行为闪烁频率F1判定模型进行闪烁报警：
Tj=（S2-S2）/（V2-V1）+Tr1+Tr2；
当0.8Tj<Ts<Tj，闪烁频率F1=4秒/次；当0.6Tj<Ts<0.8Tj，闪烁频率F1=3秒/次；当0.4Tj<Ts<0.6Tj，闪烁频率F1=2秒/次；Ts<0.4Tj，闪烁频率F1=1秒/次；
如图7中的（b）所示，当识别到超速时，虚线边框为黄色，并按照超速行为闪烁频率F2判定模型进行闪烁报警：
当Vx内<Vs<1.05Vx内，闪烁频率F2=3秒/次；当1.05Vx内<Vs<1.15Vx内，闪烁频率F2=2秒/次；当1.15Vx内<Vs<1.25Vx内，闪烁频率F2=1秒/次；当1.25Vx内<Vs，闪烁频率F2=3秒/次。
如图7中的（c）所示，当同时出现跟车过近和超速时，通过红色虚线边框和黄色虚线边框同时进行闪烁报警。
Claims (10)
1.一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于，系统包括：
在隧道出口区域设置的6个区段，包括位于隧道内部的识别区Q1、控速区Q2、引导区Q3，以及位于隧道外部的引行区Q4、提速区Q5、解限区Q6；
设置在隧道出口区域的渐进视觉智能引行子系统，包括光照强度检测器和渐进视觉安全引行环，通过光照强度检测器实时采集各个区段的光照强度数据，通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，缓解驾驶人的白洞和黑洞效应，渐进视觉安全引行环的亮度根据光照强度检测器实时测量的各个区段的亮度而定；
设置在隧道内部侧墙的渐进视觉安全引行线；
设置在隧道外部两侧的渐进视觉安全引行护栏；
设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏上的渐进视觉安全引行带，渐进视觉安全引行带通过实时调整不同的颜色长度对驾驶员起到安全提醒作用；
设置在隧道内部的智能安全预警提示子系统，包括地磁感应装置和智能警示信息牌；地磁感应装置用于检测来车的行驶车道、行驶速度，并识别车辆是否跟车过近、是否超速，智能警示信息牌用于提醒驾驶人跟车过近或超速。
2.根据权利要求1所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的6个区段的划分方法为：基于驾驶人的生理特性和隧道的环境特性，对隧道出口区域进行区段划分，将隧道内部依次划分为识别区Q1、控速区Q2、引导区Q3，区段长度分别为L1、L2、L3；隧道外部依次划分为引行区Q4、提速区Q5、解限区Q6，区段长度分别为L4、L5、L6；隧道出口位于引导区Q3与引行区Q4之间，各个区段的长度设置为：
L1=0.25Vx内/3.6×Tr3/2+Lx1+Lx2+Lx3；
L2=（Vx内 2-0.25Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
L3=Vx内/3.6×（Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
L4=0.25Vx内/3.6×（Tr3/2+Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
L5=（Vx内 2-0.25Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
L6=（Vx外 2-Vx内 2）/25.92a+Lx1+Lx2+Lx3；
式中，Vx内、Vx外分别为隧道内部、外部限速值，单位km/h；Tr1为标志识读时间，单位s；Tr2为驾驶人反应时间，单位s；Tr3为驾驶人视觉明暗适应时间，单位s；a为安全加速度，单位m/s2；Lx1、Lx2、Lx3分别为坡度安全修正距离、路面材质安全修正距离以及弯道半径安全修正距离，单位m。
3.根据权利要求2所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的标志识读时间Tr1的取值范围是2.2-2.7s，驾驶人反应时间Tr2的取值范围是2.3-3.1s，驾驶人视觉明暗适应时间Tr3的取值范围是2.5-3.4s；安全加速度a的取值范围是0.8-1.1m/s2；
隧道出口为上坡段时，坡度安全修正距离Lx1取值为0，当为下坡段且纵坡度处于[0，1°）时，Lx1取值为8m；纵坡度处于[1°，2°）时，Lx1取值为15m；纵坡度处于[2°，3°）时，Lx1取值为20m；纵坡度处于[3°，4°]时，Lx1取值为24m；
当路面为水泥路面时，路面材质安全修正距离Lx2取值为31m；当路面为沥青路面时，Lx2取值为26m；弯道半径安全修正距离，取值为1.5s内隧道设计速度下的行驶距离。
4.根据权利要求2所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的光照强度检测器设置有6组，分别设置在隧道出口区域的6个区段中，每组包括3个光照强度检测器，每组光照强度检测器对应于各个区段分别命名为Q1s、Q2s、Q3s、Q4s、Q5s、Q6s，每组光照强度检测器实时采集的光照强度数据分别为THQ1s、THQ2s、THQ3s、THQ4s、THQ5s、THQ6s；
渐进视觉安全引行环设置在隧道出口区域的6个区段中以及隧道出口的洞口处，包括全环引行环、3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环；隧道出口的洞口处设置全环引行环，全环引行环为与隧道截面形状相适应的圆弧形结构，全环引行环的两侧依次设置有3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环，即为引导区Q3和引行区Q4中设置3/4引行环，控速区Q2和提速区Q5中设置1/2引行环，识别区Q1和解限区Q6中设置1/4引行环，3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环为从路面两侧向上延伸的环形结构，长度分别为全环引行环的3/4、1/2和1/4；各个引行环均采用LED灯带；
渐进视觉安全引行环的亮度根据光照强度检测器实时测量的各个区段的亮度而定，通过渐进视觉安全引行环增强各个区段内的亮度，增强亮度TH增s表示为：
TH增s=（k×THbs-TH实）×TH修正s；
其中，TH增s为各个区段的增强亮度强度，单位cd/m2；THbs为隧道各个区段设计标准亮度强度，单位cd/m2；TH实为各个区段内光照强度检测器实际测量的光照数据，即为THQ1s、THQ2s、THQ3s、THQ4s、THQ5s、THQ6s，单位cd/m2；TH修正s为各个区段的增强照明强度系数，全环引行环处取值为1.4，3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环处分别取值为1.3、1.2、1.1。
5.根据权利要求4所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的全环引行环的宽度为隧道直径的二十分之一，全环引行环、3/4引行环、1/2引行环和1/4引行环的宽度按照1.414：1的比例依次递减。
6.根据权利要求4所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的渐进视觉安全引行线设置在隧道内部的侧墙上，位于全环引行环至1/2引行环之间的渐进视觉安全引行线距离路面的高度为H1，宽度为H5；从1/2引行环至1/4引行环处，其距离路面的高度逐渐增加至H2，宽度逐渐减少至H3，并保持该高度H2和宽度H3从1/4引行环处向隧道内延伸；
其中，H1的取值范围是1.55-1.75m，H5的取值范围是2.55-3.05m，H2的取值范围是2.05-2.25m，H3的取值范围是1.55-2.05m，渐进视觉安全引行线的总高度即为H1+H5和H2+H3，并且H1+H5=H2+H3。
7.根据权利要求6所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的渐进视觉安全引行护栏设置在隧道外部的公路两侧，在全环引行环至1/2引行环之间采用距离路面高度为H1的三波护栏板，三波护栏板的宽度为H5；在1/2引行环至1/4引行环之间采用距离路面高度逐渐增加至H2、宽度逐渐减少至H3的双波护栏板，并保持该高度H2和宽度H3从1/4引行环处向隧道外延伸；
渐进视觉安全引行护栏的总高度即为H1+H5和H2+H3，并且H1+H5=H2+H3。
8.根据权利要求7所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的渐进视觉安全引行带设置在渐进视觉安全引行线和渐进视觉安全引行护栏的边缘处，渐进视觉安全引行带采用LED灯带，并通过光照强度检测器实时检测的光照强度进行实时的颜色调控。
9.根据权利要求8所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的渐进视觉安全引行带设置四个颜色，从隧道出口的洞口处向两侧依次设置为红色、橙色、浅黄色和绿色，各个颜色的设置长度为红色Lr、橙色为Lo、浅黄色为Ly、绿色则向隧道内或隧道外延伸，并能够实时调整各颜色的长度，调整方式为：
Lr=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ1s/THQ4s×Vx内；
Lo=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ2s/THQ1s×Vx内；
Ly=（u1×t/3.6）+u1 2/（254×φ2）+THQ3s/THQ2s×Vx内；
式中，t为驾驶员反应时间，单位s；φ2为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；u1为行驶速度，当隧道设计速度为80～120km/h时，u1取值为隧道设计速度的85%；当隧道设计速度为40～60km/h时，u1取值为隧道设计速度的90%；当隧道设计速度为20～30km/h时，u1取值为隧道设计速度的100%。
10.根据权利要求2所述的一种渐进视觉信息的隧道出口智能警示引行系统，其特征在于：所述的地磁感应装置设置在隧道内底部，沿行车方向设置；智能警示信息牌设置在隧道内顶部，沿行车方向设置；
地磁感应装置用于检测来车的行驶车道、行驶速度，并识别车辆是否跟车过近、是否超速，其中跟车过近判定模型为：
Ts<（S2-S2）/（V2-V1）+Tr1+Tr2；
式中，Ts为跟车过近判定时间，单位s，如果不等式成立则判定为跟车过近；S2为地磁感应装置检测到的前车距离隧道入口的距离，单位m，S1为地磁感应装置检测到的后车距离隧道入口的距离，单位m；V2为地磁感应装置检测到的前车行驶速度，单位m/s，V1为地磁感应装置检测到的后车行车速度，单位m/s；
超速判定模型为：
Vs>Vx内；
Vs为地磁感应装置检测到的车辆行驶速度，如果不等式成立则判定为车辆超速；
智能警示信息牌用于提醒驾驶人跟车过近或超速，其中智能警示信息牌与位于其前侧的地磁感应装置之间的距离为L7：
L7=Vx内/3.6×（Tr1+Tr2）+Lx1+Lx2+Lx3；
当识别到跟车过近或超速时，智能警示信息牌通过文字报警，并且文字周边通过虚线边框闪烁报警，其中，当识别到跟车过近时，虚线边框为红色，并按照跟车过近行为闪烁频率F1判定模型进行闪烁报警：
Tj=（S2-S2）/（V2-V1）+Tr1+Tr2；
当0.8Tj<Ts<Tj，闪烁频率F1=4秒/次；当0.6Tj<Ts<0.8Tj，闪烁频率F1=3秒/次；当0.4Tj<Ts<0.6Tj，闪烁频率F1=2秒/次；Ts<0.4Tj，闪烁频率F1=1秒/次；
当识别到超速时，虚线边框为黄色，并按照超速行为闪烁频率F2判定模型进行闪烁报警：
当Vx内<Vs<1.05Vx内，闪烁频率F2=3秒/次；当1.05Vx内<Vs<1.15Vx内，闪烁频率F2=2秒/次；当1.15Vx内<Vs<1.25Vx内，闪烁频率F2=1秒/次；当1.25Vx内<Vs，闪烁频率F2=3秒/次。
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