CN205621280U - 一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统，包括路况信息采集系统、中央处理器系统、车距确认系统及警示信息显示系统；所述路况信息采集系统采集信号传输到中央处理器系统，中央处理器系统分别与车距确认系统及预警显示系统连接。本实用新型有利于保护驾驶者行车安全和减少交通事故，保障交通安全。

Description

一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统

技术领域

本实用新型涉及交通安全领域，具体涉及一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统。

背景技术

目前的高速公路安全距离警示系统多为汽车自带防护系统，车辆通过超声波、雷达等非接触式传感器检测车辆周围环境，如果检测到与其他车辆距离过近，且自身车速过高，则警示系统采取相应制动控制，以最大程度降低驾驶人伤害。但这种车辆安全距离警示系统为被动式安全防护系统，即车辆要在就将发生碰撞时警示系统才生效，如果碰撞距离和速度超出警示系统的控制范围，驾驶人不可避免的受到伤害。另外主动式安全防护系统，该类系统多为实时采集道路环境信息，通过远程传输把路况天气信息传给监控中心，监控中心处理并生成警示信息，然后将警示信息通过多媒体渠道发布出去，驾驶员必须在进入复杂路段之前查询好道路状况信息，或则在特定时段收听特定的电台了解道路状况。这种预报系统存在着实时信息被滞后传播，以及驾驶员获取信息不方便等问题。

传统车距确认标志上的文字由反光漆或反光膜制作，在夜间、多雨、大雾等复杂天气状况下车辆需要开启大灯才能看清，传统车距确认标准存在可视距离短，不易引起司机注意等缺点。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统，包括路况信息采集系统、中央处理器系统、车距确认系统及警示信息显示系统；所述路况信息采集系统采集信号传输到中央处理器系统，中央处理器系统分别与车距确认系统及警示信息显示系统连接。

所述路况信息采集系统包括采集道路车流视频的摄像头模块或雷达测速模块、采集道路环境信息的光照传感器及温湿度传感器，每条车道安装一个摄像头模块或雷达测速模块，具体安装在龙门架下梁，且位于路面正上方，所述光照传感器及温湿度传感器安装在龙门架右上方。

所述中央处理器系统包括依次连接的信息处理模块及无线发送模块。

所述警示信息显示系统包括相互连接的显示屏驱动控制模块及用于显示车辆当速度、安全速度及安全距离的LED显示屏组。

所述车距确认系统由四组无线接收与控制模块及四组车距确认显示屏构成。

无线接收与控制模块由GPRS接收器、51单片机处理器、行驱动器和列驱动器构成，具体为，GPRS接收器接到无线发送模块的数据时，传输给51单片机处理器，51单片机处理器处理成行列信号来驱动车距确认显示屏。

中央处理器系统接收路况采集系统采集的视频信号，获得车速及车型信息，中央处理器系统接收温湿度传感器和光照传感器检测环境状况，获取天气状况信息，数据处理后输出安全速度及安全车距信息。

所述安全速度的计算公式为：

V_safe＝n₁m₁V_design

m₁＝x₁y₁+x₂y₂+x₃y₃

式中V_safe——车辆的安全行驶速度；n₁——车型影响系数；m₁——天气状况影响系数；

V_design—道路设计行车速度；x₁—温度影响系数；y₁—道路环境温度值；x₂—湿度影响系数；y₂—道路环境湿度值；x₃—光照影响系数；y₃—道路环境光照值；

安全距离计算公式如下：

$L_{safe}=v_{0}t+n_1{n}_2{s}_0+\frac{{v_0}^2}{2m_1{m}_2{a}_c}$

式中L_safe—安全距离；v₀—车辆当前行驶速度；t—驾驶员制动反应时间和车辆制动起作用时间；n₁—车型影响系数；n₂—车型影响系数对车辆最短间距影响折换系数；m₁—天气状况影响系数；m₂—天气状况影响系数对安全距离影响折换系数；s₀—车辆最短间距；a_c—车辆标准制动加速度。

所述摄像头模块采集实时车流视频，视频存储周期为5帧，超过5帧则删除前一帧图像。

所述四组车距确认显示屏显示的内容分别为“车距确认/前方200米”、“0m”、“50m”及“100m”。

本实用新型所涉及的警示装置为主动式安全防护，当车辆处于非安全驾驶情况下，警示系统显示警示信息，这些信息一部分是车辆当前速度信息，用于提醒司机不要超速行驶，另一部分是建议的安全速度和安全距离，提示司机安全驾驶。

本实用新型的有益效果：

本实用新型可以应用在高速公路等道路场所，特别是山区高速公路，因山区高速公路多处于气候条件复杂地带。本实用新型能有效监控高速公路的车辆运行状况和天气状况，并将两者信息结合计算，推荐安全速度和安全车距，提醒驾驶员安全驾驶，减少交通事故，保障道路安全。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统结构示意图；

图2是本实用新型的结构连接示意图；

图3是本实用新型无线接收与控制模块的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图2所示，一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统，包括路况信息采集系统、中央处理器系统、车距确认系统及警示信息显示系统；所述路况信息采集系统采集信号传输到中央处理器系统，中央处理器系统分别与车距确认系统及警示信息显示系统连接。

所述路况信息采集系统包括采集道路车流视频的摄像头模块或雷达测速模块、采集道路环境信息的光照传感器及温湿度传感器，每条车道安装一个摄像头模块或雷达测速模块，具体安装在龙门架下梁，且位于路面正上方，所述光照传感器及温湿度传感器安装在龙门架右上方。

所述摄像头模块：使用摄像头模块采集道路车流视频，通过串行总线发送给中央处理器系统。图2中c表示Camera或者CMOS传感器，选用奥尼公司生产的酷睿HD1080P摄像头，该摄像头采用CMOS传感器，Realtek rts5822型号芯片，具备30帧/秒录制视频，具备夜间自动调节功能，在夜间、雨天等复杂天气条件下也识别出车辆。

光照传感器：光照传感器利用光电转换模块，将光照强度值转化为电压值，再经调理电路和AD转换后将此电压值进行数字输出给中央处理器系统。本系统选用云辉GY-30数字光照传感器，光照度范围为0-65535 lx。

温湿度传感器：采用盛世瑞恩生产的SHT11数字温湿度传感器，采集环境中的温度、相对湿度信息，通过一个高性能8位单片机处理后输出数字量，通过单总线数据格式与中央处理器系统通讯。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接，测湿精度±3.0％RH，有效范围0％RH-100％RH，测温精度±0.4℃，有效范围-40℃-100℃，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

本实施例中，如图1所示，在常出现复杂天气的路段设置安全速度与距离警示系统。在单向道路上方安装龙门架，对应每条车道在龙门架下梁上安装摄像头模块获取道路车流信息，在龙门架上安装大型LED显示屏并使用钢架加固，在龙门架右上角安装光照传感器、温湿度传感器、信息处理模块、无线发送模块等电子元器件，在龙门架下游200米安装第一个车距确认显示屏，依次间隔200米、50米、50米安装第二个、第三、第四个车距确认显示屏。摄像头模块实时获取道路车流量，在夜间会开启照明辅助设备。光照传感器实时监测环境中光照强度，反映路段是处于白天、黑夜、阴天等信息，温湿度传感器实时监测空气中温湿度，反映道路环境所处于晴天、雨天等信息。

所述警示信息显示系统包括相互连接的显示屏驱动控制模块及用于显示车辆当速度、安全速度及安全距离的LED显示屏组。

显示屏驱动控制模块对来自信息处理模块的行驱动信号进行功率驱动，对列信号进行列驱动，点亮显示屏相应LED器件。LED显示屏最大亮度达到6000流明，所用椭圆形LED管芯的水平发光角度最少达120度，显示屏的画面刷新频率要达到240帧/秒以上，换帧频率要达到60帧/秒以上，使显示屏在3米至200米有很好的可视体验。LED显示屏组显示内容为车辆当前速度、安全速度和安全距离。

所述车距确认系统由四组用于接收天气状况信息的无线接收与控制模块及四组车距确认显示屏构成，所述车距确认系统与信息处理模块的数据传输通过GPRS网络实现，还可以通过WiFi、ZigBee、3G、4G等无线网络实现。

如图3所示，无线接收与控制模块由GPRS接收器、51单片机处理器、TTL转232电平模块、LED屏驱动板组成，对来自信息处理模块的天气状况信息进行处理，调节LED显示屏亮度。车距确认显示屏显示内容分别为“车距确认前方200米”、“0m”、“50m”、“100m”。GPRS接收器选用华为公司生产的GTM900C无线通信模块，支持AT指令，通过UART接口与外部通信。51单片机处理器选用宏晶科技生产的STC12C5A60S型号单片机，该单片机有双UART及ISP串口，36个通用I/O口，端口资源丰富。TTL转232电平模块采用CH340芯片，将单片机的TTL电平转换为LED屏驱动板的232电平。LED屏驱动板选用金威公司FK系列控制板，该驱动板可以支持驱动多种型号LED屏幕。LED显示屏是由发光二极管组成的516×516点阵LED数码显示屏。

中央处理器系统接收路况采集系统采集的视频信号，获得车速及车型信息，中央处理器系统接收温湿度传感器和光照传感器检测环境状况，获取天气状况信息，获得安全速度及安全车距信息，包括依次连接的信息处理模块及无线发送模块。

选用三星公司的32位精简指令集微处理器S3C2440A，基于ARM嵌入式系统开发中央处理器系统。中央处理器系统对来自信息采集系统的数据进行分析处理和发送给车距确认系统及预警显示系统。对来自摄像头模块的视频，进行视频处理和图像识别得出被检测车辆的速度信息。视频处理采用关键帧提取技术进行处理，即实时采集道路车流量视频，进行灰度处理后判断是否有车辆在检测范围出现，如有，再提取该帧图像以及前后两帧图像进行图像处理，计算出车辆速度和判断车型大小，对没有车辆出现在检测范围内的图像不进行保留和处理，增强信息处理的高效性。对来自光照传感器、温湿度传感器的数据进行处理分析，判断当前天气状况，并结合车辆速度信息和车型信息，计算车辆在该路段行驶的安全距离与安全速度。中央处理器系统将车辆速度信息、安全距离、安全速度传输给预警显示系统和将天气状况信息通过无线发送模块传输给车距确认系统。

中央处理器系统接收摄像头模块采集的实时车流视频，视频储存周期为5帧，超过5帧则删除前一帧图像，对这5帧图像进行处理，判断是否有车辆，如有就利用灰度检测带方法判断车辆车速和车型。

安全速度计算公式如下：

V_safe＝n₁m₁V_design

m₁＝x₁y₁+x₂y₂+x₃y₃

式中V_safe——车辆的安全行驶速度；

n₁——车型影响系数；

m₁——天气状况影响系数；

V_design——道路设计行车速度；

x₁——温度影响系数；

y₁——道路环境温度值；

x₂——湿度影响系数；

y₂——道路环境湿度值；

x₃——光照影响系数；

y₃——道路环境光照值。

安全距离计算公式如下：

$L_{safe}=v_{0}t+n_1{n}_2{s}_0+\frac{{v_0}^2}{2m_1{m}_2{a}_c}$

式中L_safe——安全距离；

v₀——车辆当前行驶速度；

t——驾驶员制动反应时间和车辆制动起作用时间，取1.5s；

n₁——车型影响系数；

n₂——车型影响系数对车辆最短间距影响折换系数；

m₁——天气状况影响系数；

m₂——天气状况影响系数对安全距离影响折换系数；

s₀——车辆最短间距，取5m；

a_c——车辆标准制动加速度，取7m/s²。

信息处理模块与多个LED显示屏连接方法与联合控制方式。信息处理模块根据天气状况，调整下游多个LED显示屏的显示亮度。

本实用新型通过传感器及时获取车速、车型和道路环境信息，综合处理后得出路段的安全车速和安全距离，驱动大显示屏告知驾驶员在当前路段应该保持的安全车速和安全距离。警示系统联动控制下游车距确认电子标志牌，并结合不同天气状况动态调节显示屏亮度，给以驾驶员最佳观察视觉体验。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于高速公路的安全速度与距离警示系统，其特征在于，包括路况信息采集系统、中央处理器系统、车距确认系统及警示信息显示系统；所述路况信息采集系统采集信号传输到中央处理器系统，中央处理器系统分别与车距确认系统及警示信息显示系统连接；

所述路况信息采集系统包括采集道路车流视频的摄像头模块或雷达测速模块、采集道路环境信息的光照传感器及温湿度传感器，每条车道安装一个摄像头模块或雷达测速模块，具体安装在龙门架下梁，且位于路面正上方，所述光照传感器及温湿度传感器安装在龙门架右上方；

所述中央处理器系统包括依次连接的信息处理模块及无线发送模块；

所述警示信息显示系统包括相互连接的显示屏驱动控制模块及用于显示车辆当速度、安全速度及安全距离的LED显示屏组；

所述车距确认系统由四组无线接收与控制模块及四组车距确认显示屏构成。

2.根据权利要求1所述的安全速度与距离警示系统，其特征在于，无线接收与控制模块由GPRS接收器、51单片机处理器、行驱动器和列驱动器构成，具体为，GPRS接收器接到无线发送模块的数据时，传输给51单片机处理器，51单片机处理器处理成行列信号来驱动车距确认显示屏。