專利名稱：一種高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通安全監(jiān)測控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速公路上適用的智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及該系統(tǒng)的監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，高速公路已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，但是隨之而來的交通安全問題不斷出現(xiàn)，由于大霧、雨雪、夜間等能見度惡劣的情況下，與前方障礙物碰撞和汽車尾追相撞事故時有發(fā)生，已成為高速公路交通安全的第一殺手，給人民生命和財產(chǎn)造成巨大損失。為了解決這一問題近年來出現(xiàn)了不少防止車輛尾追、碰撞的安全技術(shù)。
如專利申請文本《高速公路安全行車系統(tǒng)方案》(申請?zhí)枮?00410064985.0，公開號CN1588479，
公開日2005年3月2日)中公開的技術(shù)需要在進入高速公路的汽車上加裝識別和顯示終端，司機在高速行駛的狀況下頻繁觀察顯示設(shè)備以獲取信息本身就很不安全；而且對所有車輛進行改裝也不現(xiàn)實，如果有一輛車沒有改裝就使得該車系統(tǒng)存在盲點，而且該方法基于無線電傳播，沒有考慮到公路轉(zhuǎn)彎及逆向行駛的車輛等情況。
專利申請文本《高速公路安全行車預(yù)警方法及高速公路安全行車預(yù)警信號線》(申請?zhí)?00510073685.3，公開號CN1725267，
公開日2006年1月25日)的技術(shù)特點是，車輛順序觸發(fā)預(yù)警信號線，車位后始終有固定數(shù)目的預(yù)警信號顯示器件被觸發(fā)，形成長度為最小安全距離、且隨行進車輛以相同速度移動的預(yù)警信號指示帶。但該方法未引入智能化、自動化的控制技術(shù)，所考慮的情況不夠充分。如若干輛車停在緊急停車帶上檢修時，這些車造成的安全隱患很小，但該裝置會導(dǎo)致公路上很長一段“警示”信號器被觸發(fā)；從而使真正存在隱患、以很大相對速度在高速路行駛的車輛無法獲得警示信號。而且該技術(shù)沒有可靠的方法確定“最小安全距離”，無法適應(yīng)全天候的工作要求。
專利《高速公路安全警示警報裝置》(專利號03233242.4，公開號CN2616962，
公開日2004年5月19日)的技術(shù)特點是設(shè)公路一段距離為一警示段，在每個警示段內(nèi)設(shè)有警示電源線、警示燈及其電源開關(guān)，每個警示燈和電源開關(guān)與警示電源線連接，當(dāng)汽車發(fā)生事故拋錨時起作用，這些開關(guān)需要人來操作，無疑增加了危險性，如果發(fā)生事故，當(dāng)事者不一定有能力扳動電源開關(guān)，而且該方法不能實現(xiàn)征程行駛車輛的預(yù)警。
北京一科技公司開發(fā)的一套已在山東某高速公路投入使用的一系統(tǒng)實現(xiàn)了高速公路在線計算機控制，每車道隔幾公里設(shè)置一雷達對車輛進行監(jiān)測，但這樣成本很高，只能在雷達區(qū)域很小的范圍內(nèi)有效而在其他的區(qū)域就無法對公路的交通狀況進行判斷，對系統(tǒng)的使用帶來極大的不便。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述安全檢測技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，防止在夜間、下雨、大霧等能見度低與拐彎情況下撞上障礙物及追尾相撞等事故的發(fā)生。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
a初始化輸入模塊，用于根據(jù)所在路段的天氣狀況與路況存入本路段的安全車距與安全車速的初始化輸入值；b行車掃描模塊，用于根據(jù)不同的路況與天氣對高速公路進行掃描；c掃描回饋模塊，用于完成對掃描信號的讀取，并將該掃描信號輸入d微控制器模塊，與所述初始化輸入模塊、行車掃描模塊和掃描回饋模塊相連接，用于接收所述初始化輸入模塊輸入的初始化輸入值、向所述行車掃描模塊發(fā)送掃描信號、讀取所述掃描回饋模塊的掃描回饋信號，根據(jù)初始化輸入模塊輸入的初始化輸入值對該回饋信號進行處理判斷，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為觸發(fā)信號發(fā)送給e預(yù)警提示模塊，用于接收所述微控制器模塊的觸發(fā)信號，并將相應(yīng)的預(yù)警提示燈點亮。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警方法，該方法通過由初始化輸入模塊、行車掃描模塊、掃描回饋模塊、微控制器模塊和預(yù)警提示模塊組成的系統(tǒng)實現(xiàn)安全監(jiān)測預(yù)警功能，包括下述步驟根據(jù)所在路段的天氣狀況與路況確定本路段的安全車距與安全車速的初始化輸入值，并將其存入初始化輸入模塊；根據(jù)不同的路況與天氣利用行車掃描模塊對高速公路進行掃描，獲取掃描信號；并由掃描回饋模塊完成對掃描信號的讀取；將初始化輸入模塊存入的初始化輸入值和掃描回饋模塊獲取的掃描信號輸入微控制器模塊，微控制器模塊根據(jù)上述初始化輸入值對該回饋信號進行判斷，并將判斷結(jié)果的觸發(fā)信號發(fā)送給預(yù)警提示模塊；根據(jù)接收到的觸發(fā)信號，預(yù)警提示模塊將相應(yīng)的預(yù)警提示燈點亮。
本發(fā)明是基于智能控制和自動化控制技術(shù)的高速公路智能安全檢測預(yù)警系統(tǒng)，可隨時向正在高速公路上駕駛的司機提示注意前方一定距離內(nèi)是否有車輛或其它障礙物、車輛的所在的車道、在同一車道上前方車輛的行駛速度等。實現(xiàn)智能化，自動控制程度及可靠性均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，而且在成本上遠比以上述各種方案低，維護與使用均比以上技術(shù)方便。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明行車掃描模塊原理示意圖；圖3是本發(fā)明掃描回饋模塊原理示意圖；圖4是本發(fā)明預(yù)警提示模塊原理示意圖；圖5是線路故障判斷原理示意圖；圖6是應(yīng)用本發(fā)明對高速公路車輛測速解析示意圖；圖7是應(yīng)用本發(fā)明判斷車輛位于所屬車道的示意圖；圖8是應(yīng)用本發(fā)明判斷兩車車距的示意圖；圖9是應(yīng)用本發(fā)明判斷兩車在不同車道時是否報警的示意圖；圖10是綜合應(yīng)用時的情況示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明的智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括五個模塊初始化輸入模塊、微控制器CPU模塊、行車掃描模塊、掃描回饋模塊和預(yù)警提示模塊。本系統(tǒng)先由使用者根據(jù)所在路段的天氣狀況與路況通過初始化輸入模塊向微控制器模塊輸入本次初始化預(yù)警范圍；微控制器模塊主要完成向行車掃描模塊發(fā)送掃描信號、讀取掃描回饋信號并快速正確完成各種運算與判斷并向預(yù)警提示模塊發(fā)送觸發(fā)信號，以及時向駕駛?cè)藛T發(fā)出警示信號。
初始化輸入模塊可采用按鈕，撥碼開關(guān)等來執(zhí)行完成，考慮到撥碼開關(guān)具有較強的抗抖動抗干攪能力，在此優(yōu)先考慮使用。
行車掃描模塊可由紅外光電發(fā)射管來實現(xiàn)其功能。圖2所示的是行車掃描模塊原理示意圖。每一段路況基本相類似的路段的紅外發(fā)射模塊由一個光耦隔離觸發(fā)裝置來集中控制。因為每一情況相近的路段的紅外光電發(fā)射模塊可令其以相同的方式工作。計算機通過串口(RS232接口)將串行的數(shù)據(jù)發(fā)送出來后，通過串并轉(zhuǎn)換電路，通過地址譯碼電路選通光耦隔離觸發(fā)裝置從而使紅外發(fā)射管工作。因為發(fā)射模塊基本都處在不停的工作狀態(tài)中，一般沒有必要對其的工作狀態(tài)進行更改，分段集中控制可以減少成本，在有必要對發(fā)射模塊進行調(diào)整時也能滿足要求，實現(xiàn)靈活操作。
掃描回饋模塊可由紅外光電接收管實現(xiàn)其功能，主要完成對掃描信號的讀取，以向微控制器提供其所要處理的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)反應(yīng)了目前公路上的行車信息，計算機通過對回饋信號處理，以判斷是否當(dāng)前路段是否有車違章行駛而做其它處理。圖3顯示的是掃描回饋模塊原理示意圖，由于紅外接收模塊的回饋電壓與計算機的接口電壓不匹配，在對回饋信號進行處理前，本發(fā)明先通過一個電平調(diào)理模塊對回饋信號的電壓進行調(diào)整，然后對回饋信號進行編址。本發(fā)明采用這樣的編址方式采用多級鎖存器把各調(diào)理后的回饋信號通過RS485讀回，供計算機處理。通過對不同鎖存器的選擇可以擴展足夠的回饋信號接口，從而對每一個紅外接收管進行編址。故計算機可以實時判斷每個位置的紅外接收管的狀態(tài)。當(dāng)某個路段出現(xiàn)事故時可以馬上通知交管人員趕往現(xiàn)場對事故進行處理。
預(yù)警提示模塊主要由能發(fā)射強穿透力、發(fā)光顏色鮮艷的發(fā)光燈管組成，用于向駕駛?cè)藛T提示其目前所處的狀況是否自身在超速行駛、身后是否有車進入安全距離內(nèi)，其后是否有車超速等。如圖4所示的預(yù)警提示模塊原理圖，當(dāng)計算機收到紅外接收模塊的回饋信號后，經(jīng)過判斷，如發(fā)現(xiàn)有車輛違章行駛，則馬上通過地址選擇信號線以一定頻率觸發(fā)違章車輛前一定距離的光耦隔離預(yù)警信號點亮電路，根據(jù)車輛的違章情節(jié)以不同的頻率點亮警示燈，以提醒駕駛?cè)藛T注意安全行車。通過光耦隔離預(yù)警信號點亮電路來點亮警示燈可以使控制電路與主電路從電氣上隔離，提高系統(tǒng)的安全性和可操作性。
微控制器可采用計算機來完成，也可以采用一些價格較低的微控制器來完成，如單片機、嵌入式系統(tǒng)、FPGA或CPLD來完成。微控制器主要負責(zé)向紅外光電掃描發(fā)送觸發(fā)命令，使行車掃描模塊根據(jù)不同的路況與天氣對高速公路進行掃描。同時，微控制器還負責(zé)讀回掃描回饋模塊的回饋信號，并對回饋信號進行判斷，如有車輛駛過，則微控制器可通過對回饋信號的狀態(tài)的計算來判斷有行車的狀況。
在本發(fā)明中還可以實現(xiàn)智能的管理，如圖5所示的線路故障判斷原理圖，每一個警示燈的回路與掃描回饋模塊都引出一根信號輸入判斷比較單元，如判斷比較單元能在預(yù)定的一段時間內(nèi)能收到警示燈點亮后的狀態(tài)信號，且也能收到掃描回饋模塊被擋信號的狀態(tài)信號，那么就對比較斷單元進行充電，若在放電完畢前還不能收到上述兩位狀態(tài)信號，那么將通過中斷反饋到計算機，計算機通過掃描回饋模塊的地址查到故障地點，以提醒管理人員前往更換警示燈，以免造成不必要的損失。放電完畢前能收到信號，就對比較判斷電路重新充電，不做中斷提示。
本發(fā)明的系統(tǒng)工作時，初始化輸入模塊用于管理人員根據(jù)對當(dāng)前路況或天氣狀況而向微控制器模塊輸入各處路段的安全車距與安全車速。在本系統(tǒng)中，可以直接采用計算機的鍵盤來完成，這樣使計算機即為初始化輸入模塊又作為微控制器，提高了系統(tǒng)的靈活性，降低了系統(tǒng)的成本。計算機接收到初始化輸入模塊的輸入量后就按照設(shè)計的程序?qū)斎脒M入處理，對系統(tǒng)進行初始化。初始化完畢后計算機開始向行車掃描模塊發(fā)出掃描命令，使行車掃描模塊工作，同時，計算機通過對掃描回饋模塊的地址進行高速的循環(huán)選通，以讀入掃描回饋模塊的掃描結(jié)果，并根據(jù)初始化輸入模塊的輸入值對該掃描結(jié)果進行相應(yīng)的處理，以判別當(dāng)前掃描回饋模塊地址處是否有超速行車或車距太近等情況，如處理結(jié)果表明有車違章行駛，則計算機通過對紅外接收模塊地址譯碼觸發(fā)點亮違章車輛前一定距離處的預(yù)警提示燈，并按違章情節(jié)的輕重程度以不同頻率閃爍，使駕駛?cè)藛T意識到其已違章，應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。
應(yīng)用本發(fā)明對車輛進行測速的應(yīng)用實例1在公路每側(cè)的兩旁，每隔一定的距離排列一對紅外光電發(fā)射接收管。如圖6所示，通過兩對正對的紅外光電發(fā)射接收管對車輛的速度進行測量，看其是否超速了。發(fā)射管以一定的頻率向?qū)γ娴慕邮展馨l(fā)射信號，當(dāng)對面的接收管能收到信號時，則說明此管對應(yīng)的范圍內(nèi)沒有車輛經(jīng)過。如此管一直都能接收到信號，則計算機不對任何數(shù)據(jù)進行處理，等待下一輛車的經(jīng)過。當(dāng)有車經(jīng)過時，由于車輛的阻擋，則接收管接收不到由對面發(fā)來的紅外信號，此時計算機通過掃描回饋模塊讀回此狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€光電接收管剛開始不能收到信號時，計算機立刻記下此時為T0，當(dāng)?shù)诙€光電接收管剛開始不能收到信號時，計算機立刻記下此時為T1。然后用公式S/(T1-T0)便可得到當(dāng)前車速，并將所得的值與根據(jù)當(dāng)前天氣狀況與路況所預(yù)設(shè)的值相比較，如大于預(yù)設(shè)值，則認為此車超速，其前方的警示燈便開始閃爍，并根據(jù)其超過預(yù)設(shè)值的多少，而令警示信號燈閃爍的頻率依此而變化，超速越多，燈的閃爍頻率越快，從而達到提示駕駛?cè)藛T其已超速，應(yīng)注意控制行車速度。
應(yīng)用本發(fā)明對車輛位于哪一車道進行判斷的實例2以公路每側(cè)三車道為例，在公路每側(cè)的兩旁與公路邊沿互成一角度擺放兩對功率稍強的紅外光電發(fā)射接收器，這兩對發(fā)射接收模塊對稱于公路的兩旁，通過對兩側(cè)的光電接收器接收到的時間差可以判斷車輛所在的車道。如時間差與速度的比值在一定的數(shù)值內(nèi)則可認為此車位于中間車道，若左邊的模塊接收不到的時間比右過的早一定的時間，則認為此車位于左邊車道，否則認為該車位于右邊車道。如圖7所示，當(dāng)車輛在如圖所示的位置時，接收器1先在T0時刻接收不到信號，接收器2在T1時刻開始接收不到信號，假如T1-T0大于某一個值時，說明此車正在左邊的車道上行駛，如果T1-T0的值在某一個范圍內(nèi)，則說明車在中間的車道上行駛。同理，如果是接收器2先開始接收不到信號，且時間在一定的時間后，接收器1才開始接收不到信號，則說明車輛正在右邊的車道上行駛。
應(yīng)用本發(fā)明進行兩車車距判斷的實例3如圖8所示，當(dāng)?shù)谝惠v車經(jīng)過第一對紅外發(fā)送接收器時，擋住的第一刻立刻記下此時的時間T0，若經(jīng)過一定的時間內(nèi)仍沒有第二輛車經(jīng)過這對紅外發(fā)送接收器，那么系統(tǒng)復(fù)位不再記時，此后第二輛車經(jīng)過這對紅外發(fā)送接收器時，再記時為T0，第三輛車經(jīng)過此對管時，記下此時為T1，若T1-T0小于某一個值，那么，則認為這兩車的距離太短，容易發(fā)生追尾事故。于是計算機程序指令點亮此兩輛車前20米處的警示燈并令其閃爍1秒后熄滅，并在此后1秒內(nèi)順序點亮后5盞燈也閃爍1秒后熄滅，用于分別提示第三輛車的司機其前方的警示距離內(nèi)有車，應(yīng)注意保持車距，提示第二輛車的司機其后方有車進入其警示距離，應(yīng)注意觀察前后的車輛的行駛，集中精力做好加速或減速的準(zhǔn)備。
若公路的轉(zhuǎn)彎處也是交通事故的高發(fā)路段，本發(fā)明也考慮到了這一點，在轉(zhuǎn)彎處本系統(tǒng)將按一個較低的可見度進行處理。同時，在這些地方對車道的判斷顯得更為重要。故在拐彎路段，互成角度的光電模塊的布置應(yīng)更密。
兩車在不同車道時，其間距離即使在警示范圍內(nèi)不會報警的實例4。
如圖9所示，經(jīng)過車道判斷、車距判斷后，如距離在安全距離內(nèi)，但兩車的不處于同一車道內(nèi)，那么本系統(tǒng)將不會對警示裝置進行觸發(fā)。從實際情況出發(fā)，這一種情況是允許出現(xiàn)的，因為合法的超車屬于這種情況，但如果超車時超速，那么處理方法與應(yīng)用實例1所述一致。
本系統(tǒng)在實際應(yīng)用時是將以上的四種功能結(jié)合，所有功能可以用相同的紅外光電發(fā)射接收器來完成。如圖10所示，在對接收器進行編址時，可以采用多及鎖存器把各整形后的回饋信號通過RS485讀回，供計算機處理，通過對不同鎖存器的選擇可以擴展足夠的回饋信號接口，從而對每一個紅外接收管進行編址。故計算機可以判斷到每個紅外接收管的位置，當(dāng)某個路段出現(xiàn)事故時可以馬上通知交管人員趕往現(xiàn)場對事故進行處理。
由于紅外光電發(fā)送器所發(fā)出的紅外線具有一定的發(fā)散性，故在處理里必須要用一個黑筒將其罩住，以免影響到其它的接收模塊的正確接收。再則，由于一般的高速公路長度較長，對計算機而言，沿途所設(shè)發(fā)射模塊可以分段統(tǒng)一編址，統(tǒng)一控制其發(fā)送頻率與功率。而對接收模塊而言，為了實現(xiàn)對每段路實時監(jiān)控，必須對每個接收模塊獨立進行分配地址，這樣可以唯一確定具體是哪一段路出現(xiàn)故障，以便通知交管人員進行處理。如其中某段路出現(xiàn)事故，則得馬上通知將要進入此路段的車輛改道，以免造成更大的不便。
如在高速公路上裝上本發(fā)明的系統(tǒng)，在霧天，雨天等惡劣天氣，能見度低的狀況下，及在車輛上下坡拐彎時可以有效減少交通事故的發(fā)生，如有事故發(fā)生，也能立即在計算機上顯示具體是哪一段路出現(xiàn)事故，以便交警們展開搶救工作，及早在高速公路的入口控制車輛的進入，極大程度地提高公路管理部門的工作效率。
權(quán)利要求
1.一種高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括a初始化輸入模塊，用于根據(jù)所在路段的天氣狀況與路況存入本路段的安全車距與安全車速的初始化輸入值；b行車掃描模塊，用于根據(jù)不同的路況與天氣對高速公路進行掃描；c掃描回饋模塊，用于完成對掃描信號的讀取，并將該掃描信號輸入d微控制器模塊，與所述初始化輸入模塊、行車掃描模塊和掃描回饋模塊相連接，用于接收所述初始化輸入模塊輸入的初始化輸入值、向所述行車掃描模塊發(fā)送掃描信號、讀取所述掃描回饋模塊的掃描回饋信號，根據(jù)所述初始化輸入模塊輸入的初始化輸入值對該回饋信號進行處理判斷，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為觸發(fā)信號發(fā)送給e預(yù)警提示模塊，用于接收所述微控制器模塊的觸發(fā)信號，并將相應(yīng)的預(yù)警提示燈點亮。
2.一種高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警方法，該方法通過由初始化輸入模塊、行車掃描模塊、掃描回饋模塊、微控制器模塊和預(yù)警提示模塊組成的系統(tǒng)實現(xiàn)安全監(jiān)測預(yù)警功能，其特征在于，該方法包括下述步驟根據(jù)所在路段的天氣狀況與路況確定本路段的安全車距與安全車速的初始化輸入值，并將其存入初始化輸入模塊；根據(jù)不同的路況與天氣利用行車掃描模塊對高速公路進行掃描，獲取掃描信號；并由掃描回饋模塊完成對掃描信號的讀取；將初始化輸入模塊存入的初始化輸入值和掃描回饋模塊獲取的掃描信號輸入微控制器模塊，微控制器模塊根據(jù)上述初始化輸入值對該回饋信號進行判斷，并將判斷結(jié)果轉(zhuǎn)化為觸發(fā)信號發(fā)送給預(yù)警提示模塊；根據(jù)接收到的觸發(fā)信號，預(yù)警提示模塊將相應(yīng)的預(yù)警提示燈點亮。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種高速公路智能安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括初始化輸入模塊、行車掃描模塊、掃描回饋模塊、微控制器模塊和預(yù)警提示模塊，通過在初始化輸入模塊中輸入安全車距與安全車速的初始化輸入值；利用行車掃描模塊獲取高速公路的掃描信號；由掃描回饋模塊對掃描信號讀??；將初始化輸入值和掃描信號輸入微控制器模塊，微控制器模塊根據(jù)上述初始化輸入值對該回饋信號進行判斷，并將判斷結(jié)果的觸發(fā)信號發(fā)送給預(yù)警提示模塊；預(yù)警提示模塊將相應(yīng)的預(yù)警提示燈點亮，以達到警示駕駛?cè)藛T的目的。本發(fā)明的系統(tǒng)，在霧天、雨天等惡劣天氣，能見度低，及上下坡拐彎時可以有效減少交通事故的發(fā)生。
文檔編號G08G1/09GK1924949SQ200610104668
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者寧輝, 唐遠河, 賴永斌, 侯小軍 申請人:西安理工大學(xué)