CN210348788U - 节能型高速公路护栏撞击事件监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，包括壳体和电源组件，壳体内设有震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器；壳体外设有摄像头，摄像头的拍照像素为25‑35万像素；震动传感器的信号输出端、三轴加速度传感器的信号输出端、定位模块的信号输出端、摄像头的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接，三轴加速度传感器的受控端、定位模块的受控端分别与控制器的控制端连接，控制器经GPRS模块与外部无线网络通信连接；电源组件包括光伏电池板和蓄电池。本实用新型具备事故监测能力和护栏监测能力，并保持低水平能耗。

Description

节能型高速公路护栏撞击事件监测设备

技术领域

本实用新型涉及一种节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，属于高速公路安全设施技术领域。

背景技术

据发明人所知，如今机动车辆越来越多，交通事故的发生几率也越来越大。特别是在高速公路上，由于驾驶人员疲劳驾驶、超速、突发情况或外在环境大雾、暴雪、暴雨等恶劣天气影响等情况，极易导致车辆失控撞击护栏造成高速公路发生堵车、人员伤亡，甚至连环相撞等重大交通事故。如果发生交通事故后没有及时处理，往往会错失事故人员的抢救时间，也会带来二次事故的隐患。

目前高速公路针对危险事故的监测往往只是采用视频监控的方式，由人工查看监控视频或接到报警电话得知，这对于危险事故的处置并不及时，事故处理用时过长对现场高速的安全通畅带来了很大的隐患。因此，实现高速公路事故监测的主动化、系统化和智能化，是提高高速公路管理水平的重要举措。

经检索发现，申请号CN201010578694.9、申请公布号CN102063780A的中国发明专利申请，公开了一种了基于物联网技术的公路护栏撞击定位和报警系统及方法，该系统包括碰撞检测模块(主要为倾角传感器)，用于对护栏监测，确认是否有撞击事件发生；现场终端，用于监管多个碰撞检测模块，对辖区内的碰撞检测模块进行实时轮询，并将轮询信息发送给中心终端；中心终端，用于监管所有现场终端，对现场终端发送过来的信息进行处理，对撞击事件报警及定位；通信模块，用于负责各模块之间的信息传输。碰撞检测模块检测到有撞击事件发生，现场终端及时向中心终端发送信息报告由中心终端处理；否则，现场终端定期向中心终端报告无状况。此外，还包括还包括摄像机，对护栏监测，实时采集现场图像，当事故发生时，切换至事故现场影像，及时采集到事故现场的图像信息。然而，倾角传感器能耗较高，摄像机实时采集现场图像也会有不小的能耗，不利于整体方案在实际场景中的实施。

申请号CN201420425954.2、授权公告号CN204066327U的中国实用新型专利，公开了一种交通事故监测报警装置包括微控制器以及与微控制器连接的第一加速度传感器、第二加速度传感器和通信模块，第一加速度传感器和第二加速度传感器分别用于获取护栏振动的第一加速度值和第二加速度值，第一加速度传感器中设有第一设定值，并能够将第一加速度值与第一设定值比较，在第一加速度值大于第一设定值时，唤醒微控制器，微控制器中设有第二设定值，并能够将第二加速度值与第二设定值比较，在第二加速度值大于第二设定值时，启动通信模块发送报警信息。然而，该技术方案并不能检测出碰撞倾角，也不能给出现场图像，仍然存在改进的空间。

申请号CN201710953279.9、申请公布号CN107604853A的中国发明专利申请，公开了一种智能高速公路防护栏碰撞装置，安装于靠近车辆侧的高速公路的防护栏上，包括：装置本体、震动传感器、控制器、弹性连接部、碰撞板及电源装置；装置本体内具有中空腔，靠近车辆侧有传感器安装面；装置本体远离传感器安装面的侧与防护栏可拆卸连接；控制器安装在中空腔内；震动传感器安装在传感器安装面上与控制器连接；控制器与装置本体顶部安装的警示灯连接；弹性连接部沿着车辆碰撞方向布置且其一端连接装置本体；电源装置为震动传感器、控制器及警示灯供电；控制器与监控中心无线通信。然而，该技术方案并不能检测到碰撞事件的具体参数，仍然存在改进的空间。

实用新型内容

本实用新型目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，具备事故监测能力和护栏监测能力，不仅能监测撞击事件、测算撞击等级，还能抓拍现场照片，最后还能将数据信息报送至外部平台，同时还保持低水平能耗。

为了达到以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，包括壳体和电源组件，其特征是，所述壳体内设有震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器；所述壳体外设有摄像头，所述摄像头的拍照像素为25-35万像素；所述震动传感器的信号输出端、三轴加速度传感器的信号输出端、定位模块的信号输出端、摄像头的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接，所述三轴加速度传感器的受控端、定位模块的受控端分别与控制器的控制端连接，所述控制器经GPRS模块与外部无线网络通信连接；所述电源组件包括光伏电池板和蓄电池，所述光伏电池板与蓄电池电连接，所述蓄电池与震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器、摄像头分别电连接。

该结构中，壳体安装于外部的高速公路护栏上；震动传感器是通过内置滚珠的方式，通过滚珠的滚动进行信号触发，对护栏震动敏感，且待机耗电量极小，但其不足在于无法判断震动的幅度和能级；三轴加速度传感器可以获取传感器在x、y、z三个轴上的偏移及偏移的加速度，对护栏倾斜(变形)的角度和加速度测量精准，但其不足在于待机耗电量较大；将震动传感器与三轴加速度传感器相结合，以控制器进行控制，在平时以震动传感器监测护栏震动，并关闭三轴加速度传感器，当护栏被撞产生震动时，震动传感器即传出震动信号，此时同步开启三轴加速度传感器，测得护栏倾斜(变形)的角度和加速度(控制器或外部平台可依据这些数据按照事先经实体撞击测试分析得出的判断标准测算出事故的等级)，然后即关闭三轴加速度传感器，降低能耗。

定位模块可在控制器控制下定期开启测量定位数据，然后即关闭以降低能耗。

摄像头在控制器控制下平时关闭，当三轴加速度传感器输出信号被判断达到一定碰撞能级时或外部平台下发指令时，同步开启并以1秒间隔抓拍3-5张现场照片，然后即关闭以节省能耗；摄像头的拍照像素为25-35万像素，既不会使照片体积较大以致超出GPRS传输能力，又能满足看清现场情况的要求。

GPRS模块能耗低，在休眠状态下，最小电流仅为0.9mA；同时，控制器在平时需要向外部平台发送的数据量很小，GPRS模块的传输速率已足够胜任，只有在撞击事件发生时，需要多报送3-5张25-35万像素的照片，而这些照片的体积并不大，GPRS模块的传输速率仍能满足需求。

该结构以低能耗和高可靠性为设计核心，采用合适的部件，并施以匹配的控制策略，有效实现对高速公路护栏撞击事件的监测。

本实用新型还可以采用以下优选方案：

优选地，所述设备具有：在控制器控制下，开启震动传感器，关闭三轴加速度传感器，关闭摄像头的第一使用状态；

所述设备还具有：基于第一使用状态，在震动传感器发出震动信号时，控制器开启三轴加速度传感器并测定护栏倾斜或变形的角度和加速度，同时控制器据此判断碰撞能级，并在碰撞能级达到预设值时开启摄像头抓拍现场照片的第二使用状态；

所述设备还具有：基于第二使用状态，关闭三轴加速度传感器，关闭摄像头，以回到第一使用状态的过渡状态。

采用该优选方案，可进一步优化设备的工作状态，且仅在需要时开启三轴加速度传感器和摄像头，以维持低功耗运行。

优选地，所述设备还具有：在控制器控制下，间隔预设时间开启定位模块，并在测得定位数据后即关闭定位模块的定位状态；

所述设备还具有：控制器将信息数据经GPRS模块向外部无线网络发送，或者控制器经GPRS模块接收外部无线网络发来信息数据的通信状态。

更优选地，所述信息数据包括震动传感器、三轴加速度传感器、定位模块、摄像头发出的信息数据，控制器根据三轴加速度传感器测得数据测算出事故等级的信息数据，以及预设于控制器中的本设备编号。

采用以上优选方案，可进一步优化设备的工作状态，一方面可以定期监测定位情况，另一方面可以与外部通信，及时将各项信息数据上报。

优选地，所述壳体外还设有LED指示灯，所述LED指示灯与蓄电池电连接，所述LED指示灯的受控端与控制器的控制端连接。

采用该优选方案，可在外部平台控制下，将撞击事件附近1-2公里范围内的监测设备同步开启LED指示灯闪烁警示，并可通过灯光颜色渐进变化，提醒驾驶人员距离事故地点的距离，降低二次事故发生的概率。

优选地，所述光伏电池板支撑于壳体顶部，所述蓄电池安置于壳体内部。

更优选地，所述壳体支撑于外部高速公路护栏背离公路的侧面，所述光伏电池板位于外部高速公路护栏的上方，所述摄像头支撑于光伏电池板的上方。

采用以上优选方案，能更好地监测护栏撞击事件(震动及抓拍)，也能更好地实现光伏供电。

优选地，所述定位模块为GPS定位模块或北斗定位模块；所述控制器具有缓存储器。

优选地，所述壳体采用双层百叶窗结构，且符合IP55的防水防尘散热要求；所述蓄电池采用动力电池；所述壳体内设有内置开盖式的蓄电池安装结构。

优选地，所述壳体内还设有温湿度传感器、汽车尾气传感器、团雾传感器；所述温湿度传感器的信号输出端、所述汽车尾气传感器的信号输出端、所述团雾传感器的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接；所述温湿度传感器的受控端、所述汽车尾气传感器的受控端、所述团雾传感器的受控端分别与控制器的控制端连接；所述温湿度传感器、汽车尾气传感器、团雾传感器还分别与蓄电池电连接。

本实用新型具备事故监测能力和护栏监测能力，不仅能监测撞击事件、测算撞击等级，还能抓拍现场照片，最后还能将数据信息报送至外部平台，同时还保持低水平能耗，设备室外工作能力长达5年以上。此外，本实用新型还可具有扩展功能，如定时采集设备所在区域的温湿度、汽车尾气、团雾等数据以形成省内高速路况图。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例的结构示意图。简便起见，图中略去了蓄电池与除光伏电池板、控制器之外的其它部件的连接。

图2为本实用新型实施例的安装示意图。

图3为本实用新型实施例的抓拍图像示意图。

具体实施方式

实施例

如图1、图2所示，本实施例的节能型高速公路护栏05撞击事件监测设备，包括壳体01和电源组件，壳体01内设有震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器；壳体01外设有摄像头02，摄像头02的拍照像素为25-35万像素；震动传感器的信号输出端、三轴加速度传感器的信号输出端、定位模块的信号输出端、摄像头02的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接，三轴加速度传感器的受控端、定位模块的受控端分别与控制器的控制端连接，控制器经GPRS模块与外部无线网络通信连接。

电源组件包括光伏电池板03和蓄电池，光伏电池板03与蓄电池电连接，蓄电池与震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器、摄像头02分别电连接。光伏电池板03支撑于壳体01顶部(可采用折叠式设计)，蓄电池安置于壳体01内部。

壳体01外还设有LED指示灯04，LED指示灯04与蓄电池电连接，LED指示灯04的受控端与控制器的控制端连接。

壳体01支撑于外部高速公路护栏05背离公路的侧面，光伏电池板03位于外部高速公路护栏05的上方，摄像头02支撑于光伏电池板03的上方。

此外，震动传感器如Risym牌SW-520D型，三轴加速度传感器如BOSCH厂家的BMI160型、BMA253型，其它部件均为通用型市售品。

定位模块为GPS定位模块或北斗定位模块；控制器具有缓存储器。壳体01采用双层百叶窗结构，且符合IP55的防水防尘散热要求。蓄电池采用动力电池；壳体01内设有内置开盖式的蓄电池安装结构(图中未示)。

本实施例设备具有以下具体状态：

(1)循环的使用状态：

A.在控制器控制下，开启震动传感器，关闭三轴加速度传感器，关闭摄像头02的第一使用状态；

B.基于第一使用状态，在震动传感器发出震动信号时，控制器开启三轴加速度传感器并测定护栏倾斜或变形的角度和加速度，同时控制器据此判断碰撞能级，并在碰撞能级达到预设值时开启摄像头抓拍现场照片的第二使用状态；

C.基于第二使用状态，关闭三轴加速度传感器，关闭摄像头02，以回到第一使用状态的过渡状态。

(2)在控制器控制下，间隔预设时间开启定位模块，并在测得定位数据后即关闭定位模块的定位状态。

(3)控制器将信息数据经GPRS模块向外部无线网络发送，或者控制器经GPRS模块接收外部无线网络发来信息数据的通信状态。信息数据包括震动传感器、三轴加速度传感器、定位模块、摄像头02发出的信息数据，控制器根据三轴加速度传感器测得数据测算出事故等级的信息数据，以及预设于控制器中的本设备编号。

在传感器的具体选择上，通过对传感器的研究、方案的需求以及基于现场的经验分析，以下传感器无法用于本实用新型：(1)激光传感器，价格昂贵、耗电量大，无法满足方案需求。(2)拉线传感器，可监测范围最大可达百米，但设备昂贵，受室外环境影响较大，无法用于本实用新型。(3)位移传感器，对栏杆的变形和振幅测量精准，但对护栏的倾斜无法测量，同时存在现场施工麻烦、外形不够美观以及受室外环境影响较大的问题，无法用于本实用新型。

在通信模块的具体选择上，除GPRS模块外，室外通信模块主要为3G/4G模块，然而，3G/4G模块虽然上下行速率很高，但通讯耗电量很大，工作电流(功耗)约556mA，对电池的负荷压力大，如现场使用此种模式，则必须使用预埋基础立杆外挂光伏电池板方式以满足电量要求，因此无法用于本实用新型。

在摄像头的具体选择上，基于设备网络设计要求以及远程监控人员对现场的查看要求分析考量，25-35万像素的微型摄像头(分辨率如640*480)，即可达到两者的折中点，既能满足GPRS传输要求，也能看清现场的情况。效果图如图3所示。

此外，本实施例设备中还可做如下扩展(图中未示)：

壳体01内还设有温湿度传感器、汽车尾气传感器、团雾传感器，其信号输出端与控制器的信号输入端连接，其受控端与控制器的控制端连接，其还与蓄电池电连接。该温湿度传感器、汽车尾气传感器、团雾传感器仅在间隔预设时间开启，测量相应指标后即关闭；然后由控制器将测得数据发送至外部平台。

本实施例设备可满足如下需求：

(1)事故监测能力：

撞击监测：能实时侦测到监测范围内的护栏车辆撞击事件。

撞击能级：能测算机动车辆对护栏的撞击等级。

撞击抓拍：在撞击发生时，能以1秒间隔抓拍3-5张现场照片。

数据报送：支持将撞击的时间、地理位置、GPS定位、设备编号、抓拍图片报送至指定平台。

(2)护栏监测能力：

护栏方向：可监测护栏是否相较初始位置发生了倾斜，倾斜的角度是否已经超出了正常的波动范围，需要人工干预修正(如护栏变形扭曲或者护栏倒伏等)。

(3)设备性能要求：

撞击侦测能力：能实时侦测撞击事件和测算撞击等级。

续航能力：设备使用微型太阳能板和内置蓄电池供电，户外使用需支持长达3-5年。

复杂环境：设备具备在高速公路高温、高湿、大雨、大风等环境下可靠运行的能力。

(4)事故联动处置：

与远程监控平台联用后，可支持通过GIS地图方式展示设备的部署位置和设备的状态；支持事故信息的实时展示；支持事故可达范围内摄像头调焦监视。

与指挥调度平台联用后，可支持实时事故系统展示现场报送事故信息及图片；支持事故地点附近救援排障力量调度处置；支持事故可达范围内摄像头调焦监视。

与其它处置平台联用后，可支持实时事故系统展示现场报送事故信息及图片。

需要说明的是，本实施例的电气部件均由现有电子元器件构成。如果本实施例在实施过程中涉及了软件控制程序，则所涉及的软件控制程序均为成熟的现有技术产品，同时本实施例仅涉及对已有软件控制程序的使用，并不存在对软件控制程序本身的改进。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，包括壳体和电源组件，其特征是，所述壳体内设有震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器；所述壳体外设有摄像头，所述摄像头的拍照像素为25-35万像素；所述震动传感器的信号输出端、三轴加速度传感器的信号输出端、定位模块的信号输出端、摄像头的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接，所述三轴加速度传感器的受控端、定位模块的受控端分别与控制器的控制端连接，所述控制器经GPRS模块与外部无线网络通信连接；所述电源组件包括光伏电池板和蓄电池，所述光伏电池板与蓄电池电连接，所述蓄电池与震动传感器、三轴加速度传感器、GPRS模块、定位模块、控制器、摄像头分别电连接。

2.根据权利要求1所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述设备具有：在控制器控制下，开启震动传感器，关闭三轴加速度传感器，关闭摄像头的第一使用状态；

所述设备还具有：基于第一使用状态，在震动传感器发出震动信号时，控制器开启三轴加速度传感器并测定护栏倾斜或变形的角度和加速度，同时控制器据此判断碰撞能级，并在碰撞能级达到预设值时开启摄像头抓拍现场照片的第二使用状态；

所述设备还具有：基于第二使用状态，关闭三轴加速度传感器，关闭摄像头，以回到第一使用状态的过渡状态。

3.根据权利要求2所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述设备还具有：在控制器控制下，间隔预设时间开启定位模块，并在测得定位数据后即关闭定位模块的定位状态；

所述设备还具有：控制器将信息数据经GPRS模块向外部无线网络发送，或者控制器经GPRS模块接收外部无线网络发来信息数据的通信状态。

4.根据权利要求3所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述信息数据包括震动传感器、三轴加速度传感器、定位模块、摄像头发出的信息数据，控制器根据三轴加速度传感器测得数据测算出事故等级的信息数据，以及预设于控制器中的本设备编号。

5.根据权利要求1所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述壳体外还设有LED指示灯，所述LED指示灯与蓄电池电连接，所述LED指示灯的受控端与控制器的控制端连接。

6.根据权利要求1所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述光伏电池板支撑于壳体顶部，所述蓄电池安置于壳体内部。

7.根据权利要求6所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述壳体支撑于外部高速公路护栏背离公路的侧面，所述光伏电池板位于外部高速公路护栏的上方，所述摄像头支撑于光伏电池板的上方。

8.根据权利要求1所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述定位模块为GPS定位模块或北斗定位模块；所述控制器具有缓存储器。

9.根据权利要求1所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述壳体采用双层百叶窗结构，且符合IP55的防水防尘散热要求；所述蓄电池采用动力电池；所述壳体内设有内置开盖式的蓄电池安装结构。

10.根据权利要求1所述的节能型高速公路护栏撞击事件监测设备，其特征是，所述壳体内还设有温湿度传感器、汽车尾气传感器、团雾传感器；所述温湿度传感器的信号输出端、所述汽车尾气传感器的信号输出端、所述团雾传感器的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接；所述温湿度传感器的受控端、所述汽车尾气传感器的受控端、所述团雾传感器的受控端分别与控制器的控制端连接；所述温湿度传感器、汽车尾气传感器、团雾传感器还分别与蓄电池电连接。

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