高速公路区间信号预警系统
本发明属于智能运输系统(ITS)领域,特别涉及高速公路自动控制事件信号预警系统。
80年代后期,发达国家为了共同解决所面临的道路交通日益拥挤,路网通行能力适应不了交通量急剧增长需求的问题,开始大规模地进行智能化交通运输管理系统的试验研究。日本的ITS研究起步较早,已有实用产品投入市场,譬如,已有20万辆小汽车(1995年为止)装备了路导器(交通信息服务装置)。美国的ITS研究起步较晚,1991年才开始投资进行开发研究,但发展迅速。目前世界上已经形成美国、欧洲、日本三大研究基地,分别在各自的ITS America、ERTICO(European Road Transport Telematics ImplementationCoordinattion Organnization)和VERTIS(Vehicle,Road and TrafficIntelligence Society)的协调指挥下,进行着各具特色的研究。
由于ITS正处于开发试验阶段,其功能和规模不断发展扩大,对其构成的描述也不尽相同。以美国为例,ITS开发项目可分为七类,与本发明有关的系统简述如下:
1.先进的驾驶信息系统ADIS(Advanced Driver Information
System)
该系统向用户提供有关出行信息,改善交通需求管理。将该系统与ATMS系统结合起来,驾驶员就可以通过车载计算机和无线通讯获得各种交通信息(道路条件、交通状况、服务设施位置以及导游信息等)。驾驶员可利用车载定位导航系统(GPS)在车载计算机上给出出发点和目的地,车载计算机与控制中心进行双向通讯,可根据实时交通信息自动选择出最佳行驶路线,避开交通拥挤和堵塞。这个系统提高了人们的出行能力和安全系数,合理选择出行方式和路线,从而使路网上的交通流获得平衡分配,减少交通拥挤和阻塞,还可促进高占有率车辆的使用,从而提高运输效率。
2.先进的车辆控制系统AVCS(Advanced Vehicle Control System)
AVCS的目的是开发帮助驾驶员实行自动车辆控制的各种技术,从而使汽车行驶安全、高效。AVCS领域包括对驾驶员的警告和帮助,避免与障碍物相撞等自动驾驶技术。实际上,AVCS具有最长期的潜在效益,同时也对汽车工程、电子工程等部门提出了最大的挑战。
3.先进的乡村交通系统ARTS(Advanced Rural Transport System)
该系统包括为驾驶员和事故受害者提供援助的无线紧急呼救系统,不利道路和交通环境的实时警告系统,以及有关驾驶员服务设施和旅游路线、景点等信息系统。
4.自动高速公路系统AHS(Automated Highway System)
该系统包括车辆自动导航和控制,交通管理自动化,以及事故处理自动化。
总之,以上所有系统旨在尽量收集公路车流信息,并集中反馈于交通监控指挥中心,便于对车辆调度、分流、实施监控等等。但没有一个系统专门做到当高速公路主干道上有小事件发生(如某车车速太慢——低于最低限速或因故障临时停车),通过自动系统即时对后方来车给予提前警告,使其减速并观察清楚后再采取措施。有些虽然也可以达到类似目的,但要通过全球广位定位卫星(GPS)及车载计算机、路导器等来实现,推广起来难度较大。
本发明的目的在于通过对高速公路自动进行信号管理,对偶发性、临时性的小事件能够及时对后方一定距离内行驶车辆提前发出警告信号,提醒后方车辆注意减速,避免追尾等恶性大事件的发生。
为达到上述目的,本发明的技术方案为:发明一种高速公路区间信号预警系统,其特征在于:该信号预警系统的检测器S1端子接收到上一级检测器发送的信号,经接口传递至CPU,CPU发出指令给电源管理,使调制调解振荡器得电开始振荡,通过红外发射二极管向路面发射调制后的红外信号,可分为以下3种状态:
a.当车辆正常通过时,红外接受二极管在CPU的限定时间内收到反射回来的红外调制信号,经放大、整形、滤波电路至CPU,使脉冲发生器发出检测脉冲,经F1传到下一级检测器完成车辆正常通过的检测;
b.当车辆滞留在区间内或车速过慢,在限定时间内未能到达该检测点,CPU收不到来自红外接收二极管并经放大、滤波、整形电路的信号,CPU发出指令信号给串脉冲发生器,使所述串脉冲发生器发出短串计数脉冲,经定向二极管,经由S3端子发送给上游的检测报警器,至上游检测器由F3进入触发器门电路,触发器翻转后产生两路信号:一路使节拍器开始工作,带动LED点阵以同样节拍点亮,发出告警信号;另一路使门电路开启,经减数后的其余脉冲经由门电路通过,后经S3输送到下一级报警器电路;
c.当超车情况发生在检测点时,所述检测器的红外接受二极管对位置重叠的车辆将只收到一个车辆通过信号,CPU经与由S1收到的检测信号比较,认为少了一个车辆检测信号,即可发生误报警,下级检测器将检测到多出一个车辆检测信号,即通过S2发出纠错信号,经由F2进入上游检测器的CPU停止报警信号的发出。
本发明的优点是:适应我国国情及高速公路智能运输管理系统的实际,使用本发明,可大幅度减少汽车追尾连环相撞事故的发生,并可在雨、雾、雪天气时,一般不必关闭高速公路,在夜间及黄昏、凌晨视线不好时,更能发挥本系统作用,使行车速度及安全性大大提高。
下面结合附图对本发明进行详细的描述:
图1为本发明所涉及检测器的电路方框图;
图2为本发明所涉及检测报警器的电路方框图;
图3为图1、2的外形示意图;
图4为本发明所涉及的系统工作示意图;
图5、6、7、8为本发明所涉及的检测器及检测报警器的工作程序流程图。
本发明将高速公路分为若干个区间,每个检测区间100m左右。每个区间与下一区间的交接点安置一个主动调制式红外线检测器。当有汽车通过时,汽车车体将检测器发射的调制红外线反射回来一部分,由检测器的另一红外线二极管接收该信号,完成车辆通过检测。
本发明在于利用图1和图2电路,组成高速公路区间信号管理的基本单元,具体工作原理说明如下:
图1与图2的虚线以下部分完全相同,图2增加了虚线上半部分的电源2、触发器门电路3、计数门电路12、节拍器18和超高亮LED点阵14组成闪光报警电路。
图1与图2虚线下半部构成检测器电路,其工作原理如下:一.车辆正常(车速度>50Km/h)通过时的工作流程:
图1经由S1接收来自上一级检测器的信号脉冲,经接口9转换电平后,进入CPU 5,CPU 5发出指令给电源管理电路1,使调制调解振荡器3加电起振。此振荡信号使红外发射二极管4向路面发射调制后的红外线调制信号,等待车辆通过。在CPU 5限定的时间内(若限速<50Km/h,此时间为7.2秒,可编程自定),有车辆通过,红外接收二极管6接收到车体反射回来的红外信号,经放大、滤波、整形电路7,给CPU 5信号脉冲,CPU 5发出指令信号给脉冲输出器8,令其输出信号脉冲经F1传至下一级检测器的S1端子,继续依次传递,完成车辆正常通过的检测工作。二.车辆非正常通过时(车速<50Km/h或在区间内滞留)的工作流程:
检测器(图1、图2)S1端子接收到上一级检测器发送的信号,经接口9传递至CPU 5,CPU 5发出指令给电源管理1,使调制调解振荡器3得电开始振荡,红外发射二极管4向路面发射调制后的红外信号,如果车辆滞留在区间内或车速过慢,在限定时间内(7.2秒)未能到达该检测点,CPU 5得不到来自红外接收二极管6接受并经放大、滤波、整形电路7的信号,CPU 5发出指令信号给串脉冲发生器10,令其发出短串计数脉冲(假设为每2秒发出一次,一次发出10个脉冲,占用时间为60-80ms),经定向二极管11,经由S3发送给上游的检测器及检测报警器(图1或图2),若经过图1,直接由F3进入,S3送出;若图2,则由F3进入触发器门电路13,触发器门电路13接收的脉冲令触发器的翻转,其翻转后产生两路信号:一路,使节拍器18开始工作,以1-2Hz低频率工作,带动LED点阵14以同样节拍点亮,发出报警信号;另一路,使门电路13开启,经减数运算其余脉冲经由门电路通过,后经S3输送到下一级报警器电路,由于每经过一个报警器(图2)经过一次减数运算,故检测器发出的串脉冲刚好能使上游5个报警器同时工作。设每个报警器间隔200米,报警区间可达1000米,警告后方来车。直到慢速车(<50Km/h)或滞留车通过检测器(图1或图2),红外接收二极管6收到车辆反射的红外线信号并经放大、滤波、整形电路7将信号传给CPU 5,CPU 5发出指令给脉冲输出器8,令其发出检测脉冲至下一级检测器(图1或图2),依次传递。同时CPU5经延时1-5秒后发出指令使串脉冲发生器10停止发送脉冲。
三.当车辆在该区间内停留时间过长(可设定为5分钟左右)时的工作流程:此时检测器发出串脉冲超过5分钟时,CPU 5再发出指令,令长串脉冲发生器17产生长串脉冲(假设该脉冲数为2000个,产生间隔为每5秒发出一次,每次占时0.5秒),该长串脉冲经由定向二极管11经由S4端子输出,至下一级的F4端子进入的信号经由计数门电路12,经过减数(每经过一个触发门电路,脉冲数减少1-10个),最后传到交通控制中心,经过自动换算,在指示屏上显示出某某公里处,有报警情况发生。四.有可能产生误报的原因及纠正的工作流程:
当一个区间(100米左右)内有两辆或几辆车正常通过时,有可能发生超车情况,如果超车点恰好位于检测点时,两车并肩,横向位置重叠,红外接收管6可能只收到一次脉冲信号,从而因为少了一辆车的脉冲信号,使CPU 5误判为可能有车没有通过或滞留于该区间,从而使串脉冲发生器10发出误报信号,但是,两车并肩不可能一直持续下去,一般在100-400米内大多分开,从而使下游检测器中的红外接收二极管6多接收一个车辆通过信号。在这种情况下,该CPU5就向上游检测器发出纠错脉冲信号,该信号经由S2输出到上游检测器的F2输入端子,经由F2进入CPU 5,若CPU 5与串脉冲发生器10工作在报警状态,则该脉冲令CPU 5发出指令,使串脉冲发生器10停止工作,报警信号消失。若CPU 5与串脉冲发生器处于非报警状态,则该串脉冲经由CPU 5减数后,由接口9、再经过S2输出至下一级检测器,每经过一级检测器,脉冲数减少几个,一般搜寻至第3-5个检测器,脉冲信号消失。五、多辆车同时通过一个区间时的工作流程:
若一个区间内有多辆车(一般不超过3辆),起点检测器将连续发出多次脉冲信号经由F1输出至下游检测器,下游检测器将对这多个信号所允许的限定时间进行累加,在累加时间内,若多辆车都通过,仍判为正常,与(一)所描述情况相同,若累加时间内少了一辆车的脉冲接收信号,与(二)所描述情况相同。
图5-8是图1、2的程序流程简要说明。其微处理器采用预先固化的程序格式。
图5为车辆是否正常通过的程序流程图。步骤501,CPU处在待命状态,随时检测是否收到上一级检测器发来的检测脉冲,如果收到检测脉冲,进入步骤502并发出指令,使振荡器及红外发光二级管工作,启动步骤503进行时间判别运算,判别收到本身接受红外二级管的车辆通过信号与接受到上一级检测信号的时间是否大于事先预定的限定时间(如7.2秒),如果小于限定时间,启动步骤505,向下一级检测器传出检测脉冲,同时停止本身振荡器的工作;如果大于限定时间,启动步骤504,直至接受到车辆通过信号,再进入步骤505。
图6为同一区间内有多辆车同时通过时的程序流程图,步骤601在第一个检测脉冲的限定时间内又收到第二个上一级传来的检测脉冲,进入步骤603进行时间相加运算,即将第一个检测脉冲的剩余限定时间与第二个检测脉冲的限定时间相加,在累加时间内收到自身红外二级管的信号是否与上一级传来的检测脉冲数相符。若相符,启动步骤605,依收到自身红外二级管的信号顺序向下一级检测器发出检测脉冲,最后一个检测脉冲发出后,再停止振荡器的工作;若不符合,启动步骤604,发出计数串脉冲,直到收到相符合的自身红外二级管的检测信号,再进入步骤605。
图7是自动纠错、减少误报率的程序流程图。步骤701自动判别收到的上一级检测脉冲与收到的自身红外二级管的检测信号是否相符。若多出若干个脉冲,启动步骤702向上级检测器发出纠错脉冲,上级检测器收到纠错脉冲后启动步骤703,判断自身是否处在报警状态;若处在报警状态则启动步骤705,停止报警脉冲的发出,若不处在报警状态则经减数运算后使纠错脉冲继续向上一级检测器搜索,直至纠错脉冲减数为零。
图8是上传至交通指挥中心的程序流程图。步骤801判断检测器处在报警状态,启动步骤802,判断报警时间是否大于限定时间(如5-10分钟),若大于限定时间则启动步骤804,发出长串计数脉冲传至上一级检测器,经计数门电路减数运算,继续依次向上游传递,直到指挥中心的计算机上,显示出某某公里处有事件发生,若不大于限定时间,进入步骤803,不发出长串计数脉冲。