CN105513396A - 一种高速公路恶劣天气实时限速*** - Google Patents

一种高速公路恶劣天气实时限速*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速公路恶劣天气实时限速***，属于高速公路自动限速***技术领域。该高速公路恶劣天气实时限速***包括设置在高速公路上的气象监测模块、环境监测模块、FPGA模块和第一无线通讯模块，设置在监控中心的第二无线通讯模块、RS解码模块和中央处理模块、以及设置在车辆内的车载速度提示模块、车载速度执行模块和第三无线通讯模块。本发明可以在恶劣的天气情况下，根据高速公路的道路状况和天气情况提前进行预警，保证车辆在恶劣天气情况下仍可以安全行驶。

Description

一种高速公路恶劣天气实时限速***
技术领域
本发明涉及一种高速公路恶劣天气实时限速***，属于高速公路自动限速***技术领域。
背景技术
恶劣天气现象会影响高速公路行车安全，极易导致交通事故的发生。另外，高速公路车辆行驶速速较快，一旦遇上大雨、大雪等能见度较低的情况而引发交通事故，会引起连锁反应，例如形成多车连续碰撞的交通事故。因此，对高速公路道路状况和天气情况的监测以及预警工作就显得尤为重要。
申请号为201320700715.9，申请日为2013年11月7日的实用新型公开了一种低能见度天气条件下自动限速警示***，包括公路能见度检测仪、限速计算装置及可变信息情报板，限速计算装置包括壳体、以及设置在壳体内的单片机及雷达测速仪，壳体的表面设有爆闪灯，单片机的输入端分别与公路能见度检测仪的输出端及雷达测速仪的输出端相连接，单片机的输出端分别与爆闪灯的控制端及可变信息情报板的控制端相连接。该实用新型可以有效对在低能度天气下驾驶车辆的司机进行提醒。
申请号为201310180202.4，申请日为2013年5月16日的发明专利申请公开了一种高速公路汽车防碰撞预警***，高速公路车载装置对车辆自主测速，并判断车辆速度是否低于高速公路设定的安全值，自动，也可手动发送信息预警，高速公路入口测试启动装置对高速公路车载装置进行性能测试，并启动高速公路车载装置，设置安全限速值，高速公路出口禁闭装置禁闭高速公路车载装置功能，高速公路行驶方向频率设置装置设置高速公路车载装置在所行驶高速公路方向通信频率，高速公路监测通信装置实时监测车辆的行驶状态，并在车辆处于不正常形式状态时，输出防碰撞预警；该高速公路汽车防碰撞预警***能实时监测并接收到前方交通安全异常警示信息，发送因天气和路况变化的安全限速值，提高了高速路道路交通的安全性。
申请号为201410165186.6，申请日为2014年4月13日的发明专利申请公开了一种高速公路雾霾天气实时限速***，该***包括：根据雾霾的能见度指数、和路段的路面湿滑程度自动调整适合汽车限速行驶的当前最高行驶速度，当气象条件转好时可自动解除限速并自动恢复到最高行驶速度。汽车的行驶速度是获取高速公路上每个路段的无线射频限速讯号决定的，由此车辆会发出当前路段的限速行驶速度及能见度指数、路面湿滑情况等相对应的语音、灯光及数字提示，进而自动控制车辆执行机构的油门***来控制车辆的行驶速度。但是在事故多发地段能自动对车辆实行常态化强制限速，从而彻底避免了因雾霾天气和雨雪天气超速行驶而引发的交通事故。
目前的高速公路自动限速***主要侧重采集各种气象信息并提供预警信息，但在天气条件恶劣时，气象传感器采集到的气象信息在传输时可能会发生错误或者信息传输不完整，提供的预警信息很可能是有偏差的，这样不利于提前做好预防措施。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种高速公路恶劣天气实时限速***，在恶劣的天气情况下，根据高速公路的道路状况和天气情况提前进行预警，保证车辆在恶劣天气情况下仍可以安全行驶。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种高速公路恶劣天气实时限速***，包括设置在高速公路上的气象监测模块、环境监测模块、FPGA模块和第一无线通讯模块，设置在监控中心的第二无线通讯模块、RS解码模块和中央处理模块、以及设置在车辆内的车载速度提示模块、车载速度执行模块和第三无线通讯模块；
所述气象监测模块，用于采集高速公路的气象信息；
所述环境监测模块，用于采集高速公路的环境信息；
所述FPGA模块，用于将气象信息和环境信息通过FPGA芯片进行RS编码加密；
所述第一无线通讯模块，用于采用无线方式发送RS编码加密后的气象信息和环境信息；
所述第二无线通讯模块，用于采用无线方式接收RS编码加密后的气象信息和环境信息以及发送中央处理模块计算后的车辆行驶信息；
所述RS解码模块，用于解码RS编码加密后的气象信息和环境信息；
所述中央处理模块，用于根据收到的气象信息和环境信息计算出车辆的目标速度和安全车距；
所述第三无线通讯模块，用于采用无线方式接收中央处理模块计算后的车辆目标速度和安全车距；
所述车载速度提示模块，用于提示驾驶员车辆的目标速度和安全车距；
所述车载速度执行模块，用于控制车辆的行驶速度与目标车速一致。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气象监测模块包括雨雪传感器、风速传感器和风向传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述风速传感器为超声波风速传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一、二、三无线通讯模块采用3G无线网络。
作为本发明的一种优选技术方案：所述FPGA芯片的型号为EP2C5Q208C8N。
本发明所述一种高速公路恶劣天气实时限速***，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明对传输的气象信息和环境信息进行RS编码加密，RS码是一种循环码，有严谨的代数结构，在码率固定的情况下它具有较大的纠错能力，可以提高数据传输的可靠性。
2、本发明使用FPGA芯片对RS编码进行门级电路实现，相比单片机等片上***（SOC）技术可以更加快速的实现编码，从而减少了气象数据从采集经过传输到达接收端的延时。
3、本发明可以在恶劣气象环境下降低无线传输气象数据的传输误码情况，从而提高数据有效性。
4、本发明可以在恶劣的天气情况下，根据高速公路的道路状况和天气情况提前进行预警，保证车辆在恶劣天气情况下仍可以安全行驶。
附图说明
图1为本发明高速公路恶劣天气实时限速***的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
一种高速公路恶劣天气实时限速***如图1所示，包括设置在高速公路上的气象监测模块、环境监测模块、FPGA模块和第一无线通讯模块，设置在监控中心的第二无线通讯模块、RS解码模块和中央处理模块、以及设置在车辆内的车载速度提示模块、车载速度执行模块和第三无线通讯模块；
所述气象监测模块，用于采集高速公路的气象信息；
所述环境监测模块，用于采集高速公路的环境信息；
所述FPGA模块，用于将气象信息和环境信息通过FPGA芯片进行RS编码加密；
所述第一无线通讯模块，用于采用无线方式发送RS编码加密后的气象信息和环境信息；
所述第二无线通讯模块，用于采用无线方式接收RS编码加密后的气象信息和环境信息以及发送中央处理模块计算后的车辆行驶信息；
所述RS解码模块，用于解码RS编码加密后的气象信息和环境信息；
所述中央处理模块，用于根据收到的气象信息和环境信息计算出车辆的目标速度和安全车距；
所述第三无线通讯模块，用于采用无线方式接收中央处理模块计算后的车辆目标速度和安全车距；
所述车载速度提示模块，用于提示驾驶员车辆的目标速度和安全车距；
所述车载速度执行模块，用于控制车辆的行驶速度与目标车速一致。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气象监测模块包括雨雪传感器、风速传感器和风向传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述风速传感器为超声波风速传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一、二、三无线通讯模块采用3G无线网络。
作为本发明的一种优选技术方案：所述FPGA芯片的型号为EP2C5Q208C8N。
本发明对传输的气象信息和环境信息进行RS编码加密，RS码是一种循环码，有严谨的代数结构，在码率固定的情况下它具有较大的纠错能力，可以提高数据传输的可靠性。本发明可以在恶劣气象环境下降低无线传输气象数据的传输误码情况，从而提高数据有效性。
RS码又称里所码，即Reed-solomoncodes，是一种前向纠错的信道编码，对由校正过采样数据所产生的多项式有效。编码过程首先在多个点上对这些多项式求冗余，然后将其传输或者存储。对多项式的这种超出必要值的采样使得多项式超定（过限定）。当接收器正确的收到足够的点后，它就可以恢复原来的多项式，即使接收到的多项式上有很多点被噪声干扰失真。
RS(Reed-Solomon)码是一类纠错能力很强的特殊的非二进制BCH码。对于任选正整数S可构造一个相应的码长为n=qS-1的q进制BCH码，而q作为某个素数的幂。当S=1，q>2时所建立的码长n=q-1的q进制BCH码，称它为RS码。当q=2m(m>1)，其码元符号取自于F(2m)的二进制RS码可用来纠正突发差错，它是最常用的RS码。
本发明使用FPGA芯片对RS编码进行门级电路实现，相比单片机等片上***（SOC）技术可以更加快速的实现编码，从而减少了气象数据从采集经过传输到达接收端的延时。
FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
本发明气象监测模块中的风速传感器为超声波风速传感器。超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。
本发明气象监测模块中采用雨雪传感器检测高速公路上是否下雨、下雪。雨雪传感器利用雨水的导电特性，采用先进检测电路，检测是否有雨雪。雨雪传感器采用表面栅形电极感应外界雨雪情况，内部采用进口智能微处理器，反应灵敏、测量精度高。内置自动加热装置可排除雨雪附着的干扰，保障***的正常运行。输出为一组常开、一组常闭开关信号，方便安装使用。雨雪传感器可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域的雨雪有无定性测量。具有以下优点：1、精度高，输入线电阻高，稳定性好。2、体积小，安装方便。3、传输距离长，抗干扰能力强。4、结构设计合理，使用寿命长。5、密封性好。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种高速公路恶劣天气实时限速***，其特征在于，包括设置在高速公路上的气象监测模块、环境监测模块、FPGA模块和第一无线通讯模块，设置在监控中心的第二无线通讯模块、RS解码模块和中央处理模块、以及设置在车辆内的车载速度提示模块、车载速度执行模块和第三无线通讯模块；
所述气象监测模块，用于采集高速公路的气象信息；
所述环境监测模块，用于采集高速公路的环境信息；
所述FPGA模块，用于将气象信息和环境信息通过FPGA芯片进行RS编码加密；
所述第一无线通讯模块，用于采用无线方式发送RS编码加密后的气象信息和环境信息；
所述第二无线通讯模块，用于采用无线方式接收RS编码加密后的气象信息和环境信息以及发送中央处理模块计算后的车辆行驶信息；
所述RS解码模块，用于解码RS编码加密后的气象信息和环境信息；
所述中央处理模块，用于根据收到的气象信息和环境信息计算出车辆的目标速度和安全车距；
所述第三无线通讯模块，用于采用无线方式接收中央处理模块计算后的车辆目标速度和安全车距；
所述车载速度提示模块，用于提示驾驶员车辆的目标速度和安全车距；
所述车载速度执行模块，用于控制车辆的行驶速度使之与目标车速一致。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路恶劣天气实时限速***，其特征在于，所述气象监测模块包括雨雪传感器、风速传感器和风向传感器。
3.根据权利要求2所述的一种高速公路恶劣天气实时限速***，其特征在于，所述风速传感器为超声波风速传感器。
4.根据权利要求1所述的一种高速公路恶劣天气实时限速***，其特征在于，所述第一、二、三无线通讯模块采用3G无线网络。
5.根据权利要求1所述的一种高速公路恶劣天气实时限速***，其特征在于，所述FPGA芯片的型号为EP2C5Q208C8N。
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