CN205302653U - 基于nfc的高速公路异常事件预警装置 - Google Patents

Abstract

基于NFC的高速公路异常事件预警装置，包括有手机客户端，其特征在于，手机客户端与NFC标签相连；手机客户端与上位机相连，上位机通过预警装置节点通过3G或4G网络与预警、诱导信息发布装置相连；上位机还通过交换机与高速交警端、消防端及医院端相连；接受手机客户端发送指令来控制预警灯和防雾灯的亮灭，同时打开控制声音提示信息和LED屏显信息，提示高速路上的车辆前方发生交通事故，诱导车辆安全通行；具有结构简单、预警效果好的特点。

Description

基于NFC的高速公路异常事件预警装置

技术领域

本实用新型属于高速公路预警技术领域，具体涉及一种基于NFC的高速公路异常事件预警装置。

背景技术

进入21世纪以来我国高速公路进入一个飞速发展时期，截止2013年，通车总里程已达104468公里，是世界上规模最大的高速公路系统。高速公路也已经成为衡量一个国家交通现代化的重要标志。高速公路的发展有效的促进了我们国家经济的发展，保障了我们国家的安全和社会稳定。

但是近年来伴随着我们国家人民生活水平的提高，小汽车产业和交通事业的飞速发展，不可避免使高速公路车流量越来越大，同时由于过量的交通拥挤导致交通事故频繁发生，尤其是近年来重特大恶性事故比例较大，事故处理难度大，这给高速公路管理者带来了诸多困扰，而且给国家和社会也带来了不必要的损失。以陕西省为例，2012年陕西高速公路发生交通事故1107起，死亡306人，直接经济损失1850万元人民币。其中发生一次死亡3至9人的交通事故18起，高速公路范围内就发生8起。可见高速公路发生的交通事故所占比重也在逐年增加。高速公路由于车辆运行速度较快，车流量大，加上路面封闭，空间有限，一旦发生事故，堵塞车辆难以及时疏散，极易形成拥堵。更由于交通事故处理不及时，极易引发二次事故，引发车辆碰撞连锁反应。

目前，我们国家的高速公路监控的日常管理模式主要有以下几种，一种依赖于传统的电话报警信息，但是经常由于报警人对于事故具体地理位置不确定，造成交警和救援车辆缓慢到达事发地，严重影响了处理事故的效率。另外一种主要依赖于监控设备采集到高速公路一些视频、数据，这种处理方式通常是由人工监控，而人工面对海量的数据和视频，有时候也是无从下手，同样影响高速公路异常事件的效率。那么如何快速、准确的检测交通异常事件产生的时间、地点，对后续车辆进行及时的预警和诱导变得尤为重要。

高速公路异常事件预警系统的发展现状;

在高速公路异常事件预警系统研究方面，西方发达国家发展较早。科学家们把在ITS方面的研究成果，最先应用于高速公路的日常管理中，对于高速公路管理过程中异常事件的预警监测，从而保证高速公路的正常通过性。另外，在工程实践中成功应用包括恶劣天气预警系统、对在线位移监控系统和异常事件监测处理系统，这些系统能够对高速公路自身和周边环境进行实时的检测和预警。

与西方发达国家相比，中国在高速公路交通安全预警系统建设方面一直比较落后，有关高速公路交通事故预警系统的关键技术理论研究内容也少之又少。下面是最近几年国内关于交通事故预警系统研究的一些研究成果。

2004年，胡铁红的高速公路追尾及侧向碰撞预警系统模型的研究成果展示了一种新型车辆防撞报警系统；2005年，邵祖峰将道路交通安全预警技术引入到城市交通管理中的理论方法，设计了城市道路交通安全预警的指标体系与计算方法，论文绘制了预警指标信号图和预警危机对策，但预警技术不成熟；2006年，宇仁德等将高速公路安全预警系统划分为危机判定、道路交通预估预测、道路交通安全评价和报警4个子系统，在综合分析预警相关理论的基础上，提出建立预警系统的结构框架和建设步骤；2007年，王初的博士论文《公路路域生态环境安全评价与预警研究》也提出了一些对于路域生态环境分析，针对预警系统提出一些指标，但没有提出具体预警方案；2010年，赵勇的《高速公路交通异常事件预警系统研究》提出了一种基于RFID技术和控制器局域网的预警系统模型和具体架构，分析了系统的工作原理及关键技术。2011年，吴建霞的硕士论文《基于台风天气的高速公路安全预警系统研究》就特殊天气下对行车安全的主要影响气象因子，分析特殊天气下对高速公路行车安全产生的影响，构建了基于台风天气下的车辆不发生侧滑为目标的相互作用模型预警系统。2011年，温惠英、张文标的《基于离散选择分析的山区公路安全预警系统研究》论文，通过采用离散选择分析方法建立了道路交通状态检测的判断模型以及分路段交通预警模型，最终建立了基于山区公路安全预警系统。

国家高技术研究发展863计划也启动了一些关于高速公路交通事故预警系统的研究，包括高速公路交通事故影响传播分析与控制项目，启动《综合交通运输系统与安全技术》专题，主要针对综合交通资源优化配置、智能化交通控制、交通安全预警救援与保障、综合交通运输信息资源共享及协同服务等关键技术进行布局。最近山东大学研究的高速公路事故预警系统，也是为保障高速公路行车安全而设置的装置，装置由发射端和接收端组成。发射端持续发出激光，接收端收到信号则一切正常。若大雾使能见度降低到一定限度，就阻隔激光致使接收端收不到信号，接受端立即自动点亮黄色警示灯并发出警示音，要求司机减速至合理速度，以预防连环相撞事件发生。另外，接受端还可将路况信息通过有线或无限通讯手段及时反馈给交通指挥中心，供交通指挥中心参考指挥行车，但此项目尚处于研发状态当中，迟迟得不到实际的应用。

综上所述，中国的高速公路交通安全预警理论研究起步较晚，关于交通的预警理论研究虽有开展，但研究内容形式单一，完整的预警系统理论尚未形成，对预警系统的实施方案也很少涉及，大部分方案也没有被应用于工程实践中。目前阶段对于高速公路的安全研究主要是包括从山区公路、生态、气象等对公路安全预警系统的研究，对于高速公路安全预警系统尚未从交通流理论角度开始研究。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于NFC的高速公路异常事件预警装置，具有结构简单、预警效果好的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于NFC的高速公路异常事件预警装置，包括有手机客户端，手机客户端与NFC标签相连；手机客户端与上位机相连，上位机通过预警装置节点通过3G或4G网络与预警、诱导信息发布装置相连；上位机还通过交换机与高速交警端、消防端及医院端相连。

所述的预警、诱导信息发布装置包括有继电器电路，继电器电路通过一NPN三极管与继电器电路相连；继电器电路的输出端分别与预警灯和诱导灯相连。

所述的继电器电路的信号A1端与单片机的PA1口相连。

所述的继电器电路的信号A1端与NPN三极管之间设有电阻R1。

所述的预警装置节点与上位机之间通过串口电路相连，串口电路主要用于实现RS232电平电路与TTL电平电路的相互转换；具体电路连接信号RX和TX分别与单片机的PS0和PS1相连接，RS2和RS3分别与上位机的串口接收端RXD和串口发送端TXD相连接；预警灯和诱导灯均为交流220V供电，电源接通，则预警灯和诱导灯闪亮，通过继电器的吸合和断开来实现预警灯和诱导灯电源的接通和断开；其中，信号A1与单片机STC15F2K61S2的PA1口相连接，通过一个NPN的三极管控制继电器的吸合和断开，最终实现预警信息和诱导信息的发布。当单片机无作用时，无信号A1输入到三极管中，基极与发射极之间没有电位差，所有三极管没导通，集电极输出电压为0，因此集电极输出到继电器时，继电器断开，LED两端之间没有形成电位差，LED不亮。当有作用时，单片机输出信号A1到三极管，三极管基极与发射极之间有电压，三极管导通，集电极输出电压，继电器导通。LED两端形成电位差，LED常亮。

所述的NFC标签采用NXPNTAG203芯片，该芯片读写时间：1-2毫秒，其存储容量：144字节，可以读写次数100,000次，读写距离：0-3cm，数据保存大于10年，NFC芯片尺寸：直径25mm（天线）。

本实用新型的有益效果是：

高速公路异常事件预警系统中的预警装置模块主要目标：一是通过接受上位机发送指令来控制预警灯和防雾灯的亮灭，同时打开控制声音提示信息和LED屏显信息，提示高速路上的车辆前方发生交通事故，诱导车辆安全通行。同时，预警装置还根据上位机的需要来打开视频监控查看事发地的交通状况，并向服务器发送视频信息。

揭示高速公路异常事件预警系统的原理、过程、以及在系统中采用的NFC通信技术和基于手机开发的应用程序；

降低系统的开发成本，不要改变目前高速公路的运行机制；

高速公路异常事件预警系统系统的高效和稳定性，快速、准确的检测交通异常事件产生的时间、地点，加快预警速度。

本实用新型在预警信息和诱导信息的发布方面，采用了预警灯、防雾灯、摄像装置、声音发布、LED显示装置等信息发布装置，可以进一步引入以更有效、更友好的方式向交通参与者提供预警信息和诱导信息。

在预警系统中能够增加模块以便多部门人员协同工作，比如交通警察、保险、消防、医疗部门联合处理事故，提高事故处理效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的继电器连接电路示意图。

图3为本实用新型串口电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

本实施例的手机客户端采用三星I9250手机，9250的电池部分自带了NFC的芯片。

参见图1，基于NFC的高速公路异常事件预警装置，包括有手机客户端1，手机客户端与NFC标签2相连；手机客户端与上位机3相连，上位机通过预警装置节点4通过3G或4G网络与预警、诱导信息发布装置5相连；上位机还通过交换机6与高速交警端7、消防端8及医院端9相连。

所述的预警、诱导信息发布装置包括有继电器电路，继电器电路通过一NPN三极管与继电器电路相连；继电器电路的输出端分别与预警灯和诱导灯相连。

所述的继电器电路的信号A1端与单片机的PA1口相连。

所述的继电器电路的信号A1端与NPN三极管之间设有电阻R1。

所述的预警装置节点与上位机之间通过串口电路相连，串口电路主要用于实现RS232电平电路与TTL电平电路的相互转换；具体电路连接（如图2所示）信号RX和TX分别与单片机的PS0和PS1相连接，RS2和RS3分别与上位机的串口接收端RXD和串口发送端TXD相连接。预警灯和诱导灯均为交流220V供电，电源接通，则预警灯和诱导灯闪亮，通过继电器的吸合和断开来实现预警灯和诱导灯电源的接通和断开。其中，信号A1与单片机STC15F2K61S2的PA1口相连接，通过一个NPN的三极管控制继电器的吸合和断开，最终实现预警信息和诱导信息的发布。当单片机无作用时，无信号A1输入到三极管中，基极与发射极之间没有电位差，所有三极管没导通，集电极输出电压为0，因此集电极输出到继电器时，继电器断开，LED两端之间没有形成电位差，LED不亮。当有作用时，单片机输出信号A1到三极管，三极管基极与发射极之间有电压，三极管导通，集电极输出电压，继电器导通。LED两端形成电位差，LED常亮。

所述的预警装置节点分布于高速公路10一侧，环境嘈杂，需要对语音信号进行功率放大。本实用新型采用并行控制方式，录放8段语音，分别用于刷卡操作、事件地点和时间等信息的语音提示，通过单片机STC15F2K61S2的IO口控制APR9600的录放音操作。

所述的NFC标签采用NXPNTAG203芯片。该芯片读写时间：1-2毫秒，其存储容量：144字节，可以读写次数100,000次，读写距离：0-3cm，数据保存大于10年，NFC芯片尺寸：直径25mm（天线）。

参见图2，预警和诱导信息发布模块由继电器电路、预警灯和诱导灯组成，主要用于预警信息和诱导信息的发布。预警灯和诱导灯均为交流220V供电，电源接通，则预警灯和诱导灯闪亮。本实用新型通过继电器的吸合和断开来实现预警灯和诱导灯电源的接通和断开。继电器电路如图1所示。图1中，信号A1与单片机STC15F2K61S2的PA1口相连接，通过一个NPN的三极管控制继电器的吸合和断开，最终实现预警信息和诱导信息的发布。

参见图3，预警装置节点通过通过串口电路与上位机进行数据和命令传输，串口电路主要用于实现RS232电平标准与TTL电平标准的相互转换。

在供电方面，由于本系统分离电路模块较多，为了降低各模块间的电源干扰，采用各模块独立供电的方式。根据各电路模块的电源要求，具体是将交流220V经开关电源转换为直流12V，直流12V再经稳压芯片转换为直流5V。

高速公路异常事件预警系统中的预警装置模块：通过接受手机客户端发送指令来控制预警灯和防雾灯的亮灭，同时打开控制声音提示信息和LED屏显信息，提示高速路上的车辆前方发生交通事故，诱导车辆安全通行。同时，预警装置还根据上位机的需要来打开视频监控查看事发地的交通状况，并向服务器发送视频信息。

高速公路交通异常事件预警系统是在高速公路上，当人们进入高速公路时，通过NFC手机刷卡，记录起始信息以及个人信息，在发生交通异常事件时，由事件当事人或目击者通过手机标签触发Android软件，向预警系统中心（服务器端）快速的发送事件相关位置和信息，高速公路预警系统中心对事件信息进行分析处理，确定事件的应急管理方案,如参与救援的部门、救援通道、交通管制措施、异常事件信息发布内容及范围等。并向相关预警装置节点发送预警信息，借鉴铁路信号灯的工作原理，通过对事件相关信息的处理，控制安装在高速公路沿线的预警灯和防雾灯的开启和关闭。

Claims (6)

1.基于NFC的高速公路异常事件预警装置，包括有手机客户端，其特征在于，手机客户端与NFC标签相连；手机客户端与上位机相连，上位机通过预警装置节点通过3G或4G网络与预警、诱导信息发布装置相连；上位机还通过交换机与高速交警端、消防端及医院端相连。

2.根据权利要求1所述的基于NFC的高速公路异常事件预警装置，其特征在于，所述的预警、诱导信息发布装置包括有继电器电路，继电器电路通过一NPN三极管与继电器电路相连；继电器电路的输出端分别与预警灯和诱导灯相连。

3.根据权利要求2所述的基于NFC的高速公路异常事件预警装置，其特征在于，所述的继电器电路的信号A1端与单片机的PA1口相连。

4.根据权利要求2所述的基于NFC的高速公路异常事件预警装置，其特征在于，所述的继电器电路的信号A1端与NPN三极管之间设有电阻R1。

5.根据权利要求1所述的基于NFC的高速公路异常事件预警装置，其特征在于，所述的预警装置节点与上位机之间通过串口电路相连，串口电路主要用于实现RS232电平电路与TTL电平电路的相互转换；具体电路连接信号RX和TX分别与单片机的PS0和PS1相连接，RS2和RS3分别与上位机的串口接收端RXD和串口发送端TXD相连接；信号A1与单片机STC15F2K61S2的PA1口相连接，通过一个NPN的三极管控制继电器的吸合和断开。

6.根据权利要求1所述的基于NFC的高速公路异常事件预警装置，其特征在于，所述的NFC标签采用NXPNTAG203芯片；该芯片读写时间：1-2毫秒，其存储容量：144字节，可以读写次数100,000次，读写距离：0-3cm，数据保存大于10年，NFC芯片尺寸：直径25mm。