CN216562061U - 一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，包括雷达、告警装置和控制器，所述雷达设置在检测路段一侧，所述告警装置设置在隧道外且距离隧道入口一定距离，所述雷达和所述告警装置分别与所述控制器连接，所述检测路段为从隧道入口向隧道出口方向延伸一段距离的路段；所述雷达用于获取检测路段上车辆的行驶速度，所述控制器用于将所述雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当所述雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述告警装置发出告警信息。本实用新型能够提醒后车驾驶人提前做好应对准备，避免发生意外，大大降低了交通事故的发生。

Description

一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统

技术领域

本实用新型属于交通技术领域，具体涉及一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统。

背景技术

通过高速公路隧道入口时，驾驶人视觉需要进行明暗转换，这种频繁的短时转换势必会带来视觉疲劳，当隧道内靠近入口的路段存在停止的故障车辆或车辆低速行驶时，极易发生后车在不知情的情况下不减速，导致追尾事故的发生。目前，交通部门在隧道入口处以设置警示牌为主，很少采取主动预防措施，且在恶劣天气如大雨、大雪环境下，警示装置的可靠性大幅下降，交通事故发生概率大大提高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，能够提醒后车驾驶人提前做好应对准备，避免发生意外，大大降低了交通事故的发生。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，包括雷达、告警装置和控制器，所述雷达设置在检测路段一侧，所述告警装置设置在隧道外且距离隧道入口一定距离，所述雷达和所述告警装置分别与所述控制器连接，所述检测路段为从隧道入口向隧道出口方向延伸一段距离的路段；所述雷达用于获取检测路段上车辆的行驶速度，所述控制器用于将所述雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当所述雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述告警装置发出告警信息。

进一步地，还包括按照一定间隔沿检测路段延伸方向设置在检测路段上的若干测速地感线圈，每个所述测速地感线圈均标定有其距离隧道入口的距离，每个所述测速地感线圈用于获取检测路段上车辆的行驶速度，所述控制器用于将测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述告警装置发出告警信息，所述告警信息包括该测速地感线圈距离隧道入口的距离。

进一步地，还包括摄像头，所述摄像头设置在检测路段上方，所述摄像头与所述控制器连接，所述摄像头用于获取检测路段交通状况；所述告警装置包括显示屏，当所述雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述显示屏显示所述摄像头获取的检测路段交通状况，以及显示所述告警信息包括该测速地感线圈距离隧道入口的距离。

进一步地，所述告警装置还包括警示灯，当所述雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述警示灯显示红灯信号。

进一步地，所述摄像头还用于获取检测路段上故障车辆的车牌信息，所述控制器还用于将所述摄像头获取的检测路段上故障车辆的车牌信息发送到接收终端。

进一步地，检测路段上沿检测路段延伸方向每间隔四米设置一个测速地感线圈。

进一步地，所述预设安全速度阈值为10km/h。

进一步地，所述控制器为单片机。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，通过雷达获取检测路段上车辆的行驶速度，通过控制器将雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，控制器控制告警装置发出告警信息，告警装置设置在隧道外且距离隧道入口一定距离。可见，通过本实用新型的方案设计，当隧道内发生不安全交通状况时，能够提前及时的告知即将进入隧道的车辆驾驶人员提前做好应对准备，避免发生意外，大大降低了交通事故的发生，工程实现简易可行，成本较低，同时也具备良好的自动性与智能性，在现如今“智慧交通”的发展大背景下具有较为广阔的应用前景。

进一步地，按照一定间隔在检测路段上设置了若干测速地感线圈，每个测速地感线圈均标定有其距离隧道入口的距离，通过每个测速地感线圈获取检测路段上车辆的行驶速度，通过控制器将测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，通过控制器控制告警装置发出告警信息，告警信息包括该测速地感线圈距离隧道入口的距离。也就是说，利用标定有具体位置的测速地感线圈能够准确的得到故障车辆距离隧道入口的距离，因此可以做出更加精确的预警。

进一步地，在检测路段上方设置有摄像头，摄像头与控制器连接，通过摄像头获取检测路段交通状况，告警装置包括显示屏，当雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，通过控制器控制显示屏显示摄像头获取的检测路段交通状况，以及显示告警信息包括该测速地感线圈距离隧道入口的距离。利用视频直观的将隧道内的状况展示给隧道外的驾驶人员，从心理上能够更好的起到警示作用。

进一步地，在检测路段上方设置有隧道水位监测摄像头，摄像头与控制器连接，通过摄像头获取隧道水位标尺线，当水位标尺线超过某一阈值时，通过控制器控制显示屏显示摄像头获取的检测路段的水深状况，同时显示告警信息。利用视频直观的将隧道内的积水状况展示给隧道外的驾驶人员，阻止驾驶人员涉水通过该隧道，同样能够更好的起到警示作用。

进一步地，结合人眼对颜色的敏感程度，大多数驾驶员看到红色信号灯时，会条件反射感知到危险信息迅速减速行驶，因此，告警装置还包括警示灯，当雷达获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，通过控制器控制警示灯显示红灯信号，警示效果更好。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统的原理框图；

图3为故障车基于与雷达检测关系图；

图4为测速地感线圈埋设图；

图5为故障车辆停靠测速地感线圈示意图；

图6为某一实施例故障车辆检测告警系统原理图。

1-雷达；2-告警装置；201-显示屏；202-警示灯；3-测速地感线圈；4-摄像头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

作为本实用新型的某一具体实施方式，结合图1和图2所示，一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，包括雷达1、告警装置2和控制器，雷达1设置在检测路段一侧，告警装置2设置在隧道外且距离隧道入口一定距离，雷达1和告警装置2分别与控制器连接，检测路段为从隧道入口向隧道出口方向延伸一段距离的路段；雷达1用于获取检测路段上车辆的行驶速度，控制器用于将雷达1获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当雷达1获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，控制器用于控制告警装置2发出告警信息。优选的，预设安全速度阈值为10km/h。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，还包括按照一定间隔沿检测路段延伸方向设置在检测路段上的若干测速地感线圈3，优选的，检测路段上沿检测路段延伸方向每间隔四米设置一个测速地感线圈3。每个测速地感线圈3均标定有其距离隧道入口的距离，每个测速地感线圈3用于获取检测路段上车辆的行驶速度，控制器用于将测速地感线圈3获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当测速地感线圈3获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，控制器用于控制告警装置2发出告警信息，告警信息包括该测速地感线圈3距离隧道入口的距离。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，还包括摄像头4，摄像头4设置在检测路段上方，摄像头4与控制器连接，摄像头4用于获取检测路段交通状况；告警装置2包括显示屏201，当雷达1获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈3获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，控制器用于控制显示屏201显示摄像头4获取的检测路段交通状况，以及显示告警信息包括该测速地感线圈3距离隧道入口的距离。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，告警装置2还包括警示灯202，当雷达1获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈3获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，控制器用于控制警示灯202显示红灯信号。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，摄像头4还用于获取检测路段上故障车辆的车牌信息，控制器还用于将摄像头4获取的检测路段上故障车辆的车牌信息发送到接收终端。

下面对本实用新型做更加详细具体的解释说明。

(一)检测路段距离确定

设定车辆进入隧道入口时速度为V(大多数高速隧道一般限速为80km/h)，将驾驶员行车进入隧道口到发现“障碍物”后制动停车的总距离称为检测路段L，汽车停车后与障碍物之间的距离称为安全距离S，通过调整“障碍物”距隧道口的距离可实际测得多组可反应距离的数值，最后进行大数据分析选取合理的估计值即组为检测路段的距离。

检测路段与以下几个参量存在关联：驾驶员进入隧道口暗适应时间t₁、驾驶员发现前方故障的反应时间t₂、制动器对车轮的制动力矩M_τ、与地面制动力相关的汽车制动器摩擦副间的摩擦力矩M_j、轮胎与路面间的摩擦力矩M_f、车轮半径r以及汽车重量m，同时考虑到实际行驶时光线强弱、空气湿度、驾驶员心情等不确定因素会对实验结果造成误差，设定综合修正系数α，得到如下公式：

其中α＝1.1012。

根据隧道实际情况，选择合适变量的值代入公式中计算即可即可计算得出检测路段距离。

(二)故障车辆检测定位分析

1、基于雷达测速检测故障车辆

(1)雷达测速原理

雷达测速主要是利用多普勒效应对道路上的车辆进行实时车速检测，雷达结构主要包含天线、发射机、接收机、信号处理机等元器件。其中发射机产生射频信号，天线将射频信号辐射到空间，接收回波信号，回波信号经雷达接收天线，到达接收机，经接收机处理后，送给信号处理机进行处理，当目标与雷达之间存在相对速度时，接收到的回波信号的载频相对于发射信号的载频会产生一个频移，即频率差，表示为：Δf＝f_r-f_t；其中f_r为回波信号的频率，f_t为雷达发射信号的频率。结合隧道环境将公式调整为：

其中v为当前路况的车速，

为雷达发射的电波方向与车辆运行方向之间的交角，如图3所示。

(2)雷达测速检测故障车

雷达能够准确收到该检测路段上车辆传送回来的回波信号，进而得出检测路段上通行车辆的实时速度，再将速率信息通过雷达模块输入给单片机，单片机负责判断检测路段上行驶车辆的速度v是否低于安全速度阈值，若低于安全速度阈值，则将该信息设定为危险信息，即隧道内极有可能存在故障车辆。在高速行驶情况下，当车速低于10km/h时极易发生追尾等交通事故，可将安全速度阈值拟定为10km/h。

2、基于测速地感线圈检测故障车辆位置

(1)测速地感线圈检测原理

测速地感线圈测速系统是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，如图4所示。其传感器为埋设在路面下方切槽中的环形线圈，通过变压器接到被恒流源支持的调谐回路中。有源环形线圈负责构成LC调谐回路的电感部分，环形线圈和电容组成振荡电路，并在线圈周围的空间产生电磁场。当有较大金属物如汽车经过时，空间介质将发生变化，进而引起了振荡频率的短暂提升与电感值的急剧减少。这个变化现象即可作为汽车经过地感线圈的证实信号，同时这个信号的开始和结束之间的时间间隔又可以用来测量汽车的移动速度。实验表明：不同型号车辆通过时，电感值的变化程度有所差异，但总体变化区间为[0.012,0.034]。基于这一结论，设计外接回路，当测速地感线圈测得车辆移动速度低于安全速度阈值时，回路开始工作并准确反馈出事故车辆的位置信息。

(2)测速地感线圈检测故障车辆方案

测速地感线圈的检测方案如图5所示。在隧道检测路段隧道入口处埋入测速地感线圈，其后每隔4米铺设一个测速地感线圈，直至检测路段结束。每个测速地感线圈自成一个回路，回路中连有四位二进制加法器，其中每个加法器根据测速地感线圈距离隧道口的距离连接合适的引脚，使其可以通过数码管准确汇报故障车辆距隧道口的距离。当隧道检测路段存在故障车辆时，其所对应位置的测速地感线圈回路自动连通，进而锁定故障车的位置。

3、基于图像采集识别技术提取故障车辆车牌信息

可以通过隧道口顶部附近的摄像头提取车辆车牌信息，比如基于神经网络算法提取车辆牌照信息技术，可以将提取算法代码写入单片机，可实现对图像数据的判读分析，单片机通过摄像头模块得到车辆照片，通过神经网络算法提取车牌信息，即可获得故障车辆车牌及其所在位置信息。

4、基于图像采集识别技术提取隧道内水位信息

同样，可在隧道口顶部专门安装专用摄像装置对准采用水位告警标尺，探测当前对到积水深度，并将积水深度信息与单片机互联，实时传送至警告显示屏上，为隧道外车辆提供隧道内部水位情况，杜绝外部车辆涉水进入。

(三)告警提示系统设计

1、告警装置到隧道口的距离分析

若隧道检测路段存在故障车辆，后车在进入隧道前应接收到危险信号，进而预先减速慢行，选择合理的告警装置布设距离既可以给车辆提供足够的距离减速，又不会使车辆因过早降速造成交通阻塞或产生追尾等事故。设定公路限速为V，正常情况下车辆的停车视距为l₁，告警装置到隧道口的距离为S，驾驶人的反应时间为t₁，车辆安全减速的加速度为a_μ，修正系数为β，得到：S＝V×t₁+(V²/2a_μ)-l₁，其中β＝1.0379。根据《公路工程技术标准》，停车视距和货车停车视距对照如表1、表2所示。

表1高速公路、一级公路停车视距和货车停车视距对照表

设计车速(km/h)	120	100	80	60
					停车视距(m)	210	160	110	75
货车停车视距(m)	245	180	125	85

表2二、三、四级公路停车视距和货车停车视距对照表

设计车速(km/h)	80	60	40	30	20
						停车视距(m)	110	75	40	30	20
货车停车视距(m)	125	85	50	35	20

2、告警装置

(1)显示屏提示装置

当单片机接收到故障车辆位置信息时，其通过显示屏模块，将故障车辆位置信息以及提醒减速信息显示在屏幕上。

据数据调查显示，驾驶人在高速公路上行车时，精神高度集中，多数年轻驾驶员大多时间都正视前方，故可能会忽略道路两侧的字幕提醒装置。基于上述现象，设置了视频提醒装置。当单片机接收到危险信号，屏幕迅速接通并将接收到隧道内的摄像头拍摄画面信息传入显示屏上，因而可以清楚的显示出隧道内的实时状况，以供驾驶人了解隧道内的交通状况。

(2)信号灯提示

结合人眼对颜色的敏感程度，大多数驾驶员看到红色信号灯时，会条件反射感知到危险信息迅速减速行驶。基于这一特征，实验将告警装置布设位置处安装信号灯装置。若隧道内无事故车辆时，信号灯呈现绿色，但当单片机接收到危险信号时，回路迅速控制信号灯变红。

(3)基于车联网的告警提示

现代车辆上的车载设备通过无线通信技术，对信息网络平台中的所有车辆动态信息进行有效利用，在车辆运行中提供不同的功能服务。基于这一技术，当单片机接收到故障车辆的牌照信息时，利用其无线传输模块立即上传到网络后台服务器端，网络后台服务器端处理得到该车辆所处的隧道路段所处位置地理经纬度、时间等信息，并将预警信息发送到该路段上即将进入隧道的车辆的车载中央处理单元，提醒司机提前做好减速准备。

图6为某一实施例原理示意图，故障车辆检测定位系统和告警系统通过单片机一体联动工作达到效果，检测装置通过雷达进行故障车辆的状态检测并通过持续雷达反射波进一步确认故障情况，并根据故障判断结果进一步获取故障车辆的位置和车牌信息，通过告警提醒系统的将故障车信息通过车内、车外告警显示装置或物联网提醒即将进入隧道的车辆隧道内部有故障车辆。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，其特征在于，包括雷达(1)、告警装置(2)和控制器，所述雷达(1)设置在检测路段一侧，所述告警装置(2)设置在隧道外且距离隧道入口一定距离，所述雷达(1)和所述告警装置(2)分别与所述控制器连接，所述检测路段为从隧道入口向隧道出口方向延伸一段距离的路段；所述雷达(1)用于获取检测路段上车辆的行驶速度，所述控制器用于将所述雷达(1)获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当所述雷达(1)获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述告警装置(2)发出告警信息；

还包括按照一定间隔沿检测路段延伸方向设置在检测路段上的若干测速地感线圈(3)，每个所述测速地感线圈(3)均标定有其距离隧道入口的距离，每个所述测速地感线圈(3)用于获取检测路段上车辆的行驶速度，所述控制器用于将测速地感线圈(3)获取的检测路段上车辆的行驶速度与预设安全速度阈值比较，当测速地感线圈(3)获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述告警装置(2)发出告警信息，所述告警信息包括该测速地感线圈(3)距离隧道入口的距离；

还包括摄像头(4)，所述摄像头(4)设置在检测路段上方，所述摄像头(4)与所述控制器连接，所述摄像头(4)用于获取检测路段交通状况；所述告警装置(2)包括显示屏(201)，当所述雷达(1)获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈(3)获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述显示屏(201)显示所述摄像头(4)获取的检测路段交通状况，以及显示所述告警信息包括该测速地感线圈(3)距离隧道入口的距离；

所述告警装置(2)还包括警示灯(202)，当所述雷达(1)获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，或，当测速地感线圈(3)获取的检测路段上车辆的行驶速度小于预设安全速度阈值时，所述控制器用于控制所述警示灯(202)显示红灯信号；

所述检测路段上方还设置有隧道水位监测摄像头，所述隧道水位监测摄像头与所述控制器连接，所述隧道水位监测摄像头用于获取隧道水位标尺线，当所述隧道水位标尺线超过预设安全水位阈值时，所述控制器用于控制所述告警装置(2)发出告警信息。

2.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，其特征在于，所述摄像头(4)还用于获取检测路段上故障车辆的车牌信息，所述控制器还用于将所述摄像头(4)获取的检测路段上故障车辆的车牌信息发送到接收终端。

3.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，其特征在于，检测路段上沿检测路段延伸方向每间隔四米设置一个测速地感线圈(3)。

4.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，其特征在于，所述预设安全速度阈值为10km/h。

5.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口故障车辆检测告警系统，其特征在于，所述控制器为单片机。

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