CN106683453A - 一种高速公路预警*** - Google Patents

Abstract

一种高速公路预警***，包括监测模块、数据传输模块、安全速度评估模块、交通安全评估模块和LED显示模块；所述监测模块用于实时监测高速公路的环境信息和车辆行驶信息，所述数据传输模块用于将所述环境信息和车辆行驶信息发送到安全速度评估模块和交通安全评估模块，所述安全速度评估模块用于根据所述环境信息进行车辆安全行驶速度的计算，并将计算所得的安全行驶速度通过数据传输模块传输给LED显示模块进行显示，所述交通安全评估模块用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估结果超出安全阈值时即进行报警。本发明的有益效果为：通过各个模块的构建连接，实现高速公路的全自动化监测，便于人员及早发现问题并做出事故响应。

Description

一种高速公路预警***

技术领域

本发明创造涉及高速公路技术领域，具体涉及一种高速公路预警***。

背景技术

当今国内的高速公路已达到16万公里，且处于高速发展的阶段，是城市交通干线的重要组成，高速公路的能见度直接关系到交通的安全和畅通。高速公路由于车速快，车流量大，造成的事故灾害也比一般性的交通事故更大。下雨，大雾等恶劣天气对高速公路的安全造成影响，从而危险到行车的安全，因此实时进行高速公路的监测与预警是十分重要的事情。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种高速公路预警***。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

一种高速公路预警***，包括监测模块、数据传输模块、安全速度评估模块、交通安全评估模块和LED显示模块；所述监测模块用于实时监测高速公路的环境信息和车辆行驶信息，所述数据传输模块用于将所述环境信息和车辆行驶信息发送到安全速度评估模块和交通安全评估模块，所述安全速度评估模块用于根据所述环境信息进行车辆安全行驶速度的计算，并将计算所得的安全行驶速度通过数据传输模块传输给LED显示模块进行显示，所述交通安全评估模块用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估结果超出安全阈值时即进行报警。

优选地，所述监测模块包括用于监测高速公路环境信息的第一组传感器组件和用于监测高速公路车辆行驶信息的第二组传感器组件，所述第一组传感器组件包括用于监测高速公路路面能见度的传感器和用于监测车辆和高速公路路面摩擦系数的传感器，所述第二组传感器组件包括用于测量高速一段路段内高速公路的交通流密度的传感器、用于测量所述路段内交通流速度的传感器和用于采集所述路段内汽车的数量的传感器。

优选地，所述数据传输模块采用GPRS的无线传输模式。

优选地，所述LED显示模块安装在高速公路路边，用于根据安全速度评估模块的计算结果提示驾驶员高速公路安全行驶速度。

优选地，所述安全速度评估模块根据监测得到的高速公路路面能见度数据和车辆和高速公路路面摩擦系数计算车辆的平均安全行驶速度，并且在车辆行驶速度超过平均安全行驶速度时进行预警，具体包括：

(1)根据监测所得的高速公路路面能见度数据计算车辆行驶的第一安全速度V₁，具体为：

a.通过测量空气中离散光粒子来确定高速公路能见度系数D，计算公式为：

其中，α为消光系数，β为当前监测点的人眼视觉的对比阈值，取气象观测阀值β＝0.02；

b.利用双端透射式能见度仪确定消光系数α，具体为：

定义一束光强为i的平行光束，光的发射端和接收端的距离为L，光到达接收端的光强衰减为i₀，则消光系数α为：

式中，α为消光系数，i₀为到达接收端的光强，i为原始光强，L为光的发射端到接收端的距离；

c.通过拟合得到高速公路能见度系数D和第一安全行驶速度V₁之间的非线性关系，计算公示如下：

其中，V₁为第一安全行驶速度，D为高速公路能见度系数。

(2)通过路面湿滑状况计算高速公路车辆行驶的第二安全距离V₂,具体包括：

a.通过测量车辆与路面的摩擦系数计算路面湿滑状况E，计算公式为：

其中，μ为实时测量到的车辆轮胎与路面摩擦系数，μ₀为轮胎与干燥路面平均摩擦系数，μ₁为轮胎与雨水路面平均摩擦系数，μ₂为轮胎与冰雪路面平均摩擦系数，μ₀、μ₁、μ₂为常数；

b.通过拟合方程得出第二安全行驶速度V₂和路面湿滑状况E之间的非线性关系，V₂可以由以下方程求得：

(3)根据上述计算所得的高速公路第一安全行驶速度和第二安全行驶速度计算平均安全行驶速度V_p，具体为：

V_p＝min{V₁,V₂}

式中，V₁为高速公路第一安全行驶速度，V₂为高速公路第二安全行驶速度；

(4)当V₀大于平均安全速度V_p时0即判断当前的车辆属于危险状态，进行预警。

优选地，所述交通安全评估模块用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估出存在危险时即进行报警，具体包括：

a.设t时间内第i个检测器的交通量Q(i,t),则交通量Q(i,t)的计算公示如下：

式中，k_t为时间内t采集得到的交通流密度，k为阻塞密度，x_i为采集得到的自由流速度，N为检测器采集到的汽车单位数量；

b.设Q(i,t)是第i个检测器t时间内计算得到的交通流量，Q(i,t+1)是第i个检测器t+1时间内计算得到的交通流量，定义交通流评估系数δ，则

δ＝ln|Q(i,t+1)-Q(i,t)|

c.设f为高速公路安全交通流量变化的门限值，当δ>f时则认为交通量发生了明显变化，有潜在交通事故发生，输出预警信号。

本发明创造的有益效果：通过各个模块的构建连接，实现高速公路的全自动化监测，便于人员及早发现问题、及时做出事故响应。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明结构示意图。

附图标记：

监测模块1、数据传输模块2、安全速度评估模块3、交通安全评估模块4、LED显示模块5。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例的一种高速公路预警***，包括监测模块1、数据传输模块2、安全速度评估模块3、交通安全评估模块4和LED显示模块5；所述监测模块1用于实时监测高速公路的环境信息和车辆行驶信息，所述数据传输模块2用于将所述环境信息和车辆行驶信息发送到安全速度评估模块3和交通安全评估模块4，所述安全速度评估模块3用于根据所述环境信息进行车辆安全行驶速度的计算，并将计算所得的安全行驶速度通过数据传输模块传输给LED显示模块进行显示，所述交通安全评估模块4用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估结果超出安全阈值时即进行报警。

优选地，所述监测模块1包括用于监测高速公路环境信息的第一组传感器组件和用于监测高速公路车辆行驶信息的第二组传感器组件，所述第一组传感器组件包括用于监测高速公路路面能见度的传感器和用于监测车辆和高速公路路面摩擦系数的传感器，所述第二组传感器组件包括用于测量高速一段路段内高速公路的交通流密度的传感器、用于测量所述路段内交通流速度的传感器和用于采集所述路段内汽车的数量的传感器。

优选地，所述数据传输模块2采用GPRS的无线传输模式。

优选地，所述LED显示模块5安装在高速公路路边，用于根据安全速度评估模块3的计算结果提示驾驶员高速公路安全行驶速度。

本优选实施例通过各个模块的构建连接，实现高速公路的全自动化监测，便于人员及早发现问题、及时做出事故响应。

优选地，所述安全速度评估模块3根据监测得到的高速公路路面能见度数据和车辆和高速公路路面摩擦系数计算车辆的平均安全行驶速度，并且在车辆行驶速度超过平均安全行驶速度时进行预警，具体包括：

(1)根据监测所得的高速公路路面能见度数据计算车辆行驶的第一安全速度V₁，具体为：

a.通过测量空气中离散光粒子来确定高速公路能见度系数D，计算公式为：

其中，α为消光系数，β为当前监测点的人眼视觉的对比阈值，取气象观测阀值β＝0.02。

b.利用双端透射式能见度仪确定消光系数α，具体为：

定义一束光强为i的平行光束，光的发射端和接收端的距离为L，光到达接收端的光强衰减为i₀，则消光系数α为：

式中，α为消光系数，i₀为到达接收端的光强，i为原始光强，L为光的发射端到接收端的距离。

c.通过拟合得到高速公路能见度系数D和第一安全行驶速度V₁之间的非线性关系，计算公示如下：

其中，V₁为第一安全行驶速度，D为高速公路能见度系数。

(2)通过路面湿滑状况计算高速公路车辆行驶的第二安全距离V₂,具体包括：

a.通过测量车辆与路面的摩擦系数计算路面湿滑状况E，计算公式为：

其中，μ为实时测量到的车辆轮胎与路面摩擦系数，μ₀为轮胎与干燥路面平均摩擦系数，μ₁为轮胎与雨水路面平均摩擦系数，μ₂为轮胎与冰雪路面平均摩擦系数，μ₀、μ₁、μ₂为常数；

b.通过拟合方程得出第二安全行驶速度V₂和路面湿滑状况E之间的非线性关系，V₂可以由以下方程求得：

(3)根据上述计算所得的高速公路第一安全行驶速度和第二安全行驶速度计算平均安全行驶速度V_p，具体为：

V_p＝min{V₁,V₂}

式中，V₁为高速公路第一安全行驶速度，V₂为高速公路第二安全行驶速度；

(4)当V₀大于平均安全速度V_p时0即判断当前的车辆属于危险状态，进行预警。

基于上述实施例，根据高速公路同一路段进行了一系列测试，以下是测试得到的评估结果：

高速公路	平均安全行驶速度Vp
		能见度:150m、路面摩擦系数：0.40	50km/h
能见度:250m、路面摩擦系数：0.65	80km/h
		能见度:80m、路面摩擦系数：0.32	30km/h
能见度:120m、路面摩擦系数：0.21	20km/h
		能见度:180m、路面摩擦系数：0.48	60km/h

从上述表格中可以看出，通过能见度和路面摩擦系数评估得到的平均安全行驶速度均符合高速公路特殊天气行驶速度要求，因此，在很大程度上确保了高速公路行车的安全。

本优选实施例采用第一安全行驶速度和第二安全行驶速度中的较小值作为平均安全行驶速度，最大限度的保证了行车安全。

优选地，所述交通安全评估模块4用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估出存在危险时即进行报警，具体包括：

a.设t时间内第i个检测器的交通量Q(i,t),则交通量Q(i,t)的计算公示如下：

式中，k_t为时间内t采集得到的交通流密度，k为阻塞密度，x_i为采集得到的自由流速度，N为检测器采集到的汽车单位数量。

b.设Q(i,t)是第i个检测器t时间内计算得到的交通流量，Q(i,t+1)是第i个检测器t+1时间内计算得到的交通流量，定义交通流评估系数δ，则

δ＝ln|Q(i,t+1)-Q(i,t)|

c.设f为高速公路安全交通流量变化的门限值，当δ>f时则认为交通量发生了明显变化，有潜在交通事故发生，输出预警信号。

本优选实施例利用监测所得高速公路交通车辆数进行交通流量的计算，从而评估高速公路的车辆行驶的安全状态，并在出现危险时进行预警。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种高速公路预警***，其特征是，包括监测模块、数据传输模块、安全速度评估模块、交通安全评估模块和LED显示模块；所述监测模块用于实时监测高速公路的环境信息和车辆行驶信息，所述数据传输模块用于将所述环境信息和车辆行驶信息发送到安全速度评估模块和交通安全评估模块，所述安全速度评估模块用于根据所述环境信息进行车辆安全行驶速度的计算，并将计算所得的安全行驶速度通过数据传输模块传输给LED显示模块进行显示，所述交通安全评估模块用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估结果超出安全阈值时即进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路预警***，其特征是，所述监测模块包括用于监测高速公路环境信息的第一组传感器组件和用于监测高速公路车辆行驶信息的第二组传感器组件，所述第一组传感器组件包括用于监测高速公路路面能见度的传感器和用于监测车辆和高速公路路面摩擦系数的传感器，所述第二组传感器组件包括用于测量高速一段路段内高速公路的交通流密度的传感器、用于测量所述路段内交通流速度的传感器和用于采集所述路段内汽车的数量的传感器。

3.根据权利要求2所述的一种高速公路预警***，其特征是，所述数据传输模块采用GPRS的无线传输模式。

4.根据权利要求3所述的一种高速公路预警***，其特征是，所述LED显示模块安装在高速公路路边，用于根据安全速度评估模块的计算结果提示驾驶员高速公路安全行驶速度。

5.根据权利要求4所述的一种高速公路预警***，其特征是，所述安全速度评估模块根据监测得到的高速公路路面能见度数据和车辆和高速公路路面摩擦系数计算车辆的平均安全行驶速度，并且在车辆行驶速度超过平均安全行驶速度时进行预警，具体包括：

(1)根据监测所得的高速公路路面能见度数据计算车辆行驶的第一安全速度V₁，具体为：

a.通过测量空气中离散光粒子来确定高速公路能见度系数D，计算公式为：

$D=-\frac{ln\mathrm{\β}}{\mathrm{\α}}$

其中，α为消光系数，β为当前监测点的人眼视觉的对比阈值，取气象观测阀值β＝0.02；

b.利用双端透射式能见度仪确定消光系数α，具体为：

定义一束光强为i的平行光束，光的发射端和接收端的距离为L，光到达接收端的光强衰减为i₀，则消光系数α为：

$\mathrm{\α}=-\frac{ln\frac{i_0}{i}}{L}$

式中，α为消光系数，i₀为到达接收端的光强，i为原始光强，L为光的发射端到接收端的距离；

c.通过拟合得到高速公路能见度系数D和第一安全行驶速度V₁之间的非线性关系，计算公示如下：

$V_1=-74-0.1D-0.02D^{2}ln\left(D\right)+5.05\sqrt{D}+\frac{16.68}{D}$

其中，V₁为第一安全行驶速度，D为高速公路能见度系数。

(2)通过路面湿滑状况计算高速公路车辆行驶的第二安全距离V₂,具体包括：

a.通过测量车辆与路面的摩擦系数计算路面湿滑状况E，计算公式为：

$E=ln(1+\frac{3\mathrm{\μ}}{{\mathrm{\μ}}_0+{\mathrm{\μ}}_1+{\mathrm{\μ}}_2})$

其中，μ为实时测量到的车辆轮胎与路面摩擦系数，μ₀为轮胎与干燥路面平均摩擦系数，μ₁为轮胎与雨水路面平均摩擦系数，μ₂为轮胎与冰雪路面平均摩擦系数，μ₀、μ₁、μ₂为常数；

b.通过拟合方程得出第二安全行驶速度V₂和路面湿滑状况E之间的非线性关系，V₂可以由以下方程求得：

$V_2=15+e^{0.5E}+0.1E^2-\frac{1}{E}$

(3)根据上述计算所得的高速公路第一安全行驶速度和第二安全行驶速度计算平均安全行驶速度V_p，具体为：

V_p＝min{V₁,V₂}

式中，V₁为高速公路第一安全行驶速度，V₂为高速公路第二安全行驶速度；

(4)当V₀大于平均安全速度V_p时0即判断当前的车辆属于危险状态，进行预警。

6.根据权利要求5所述的一种高速公路预警***，其特征是，所述交通安全评估模块用于根据所述车辆行驶信息进行交通流量变化的安全评估，当评估出存在危险时即进行报警，具体包括：

a.设t时间内第i个检测器的交通量Q(i,t),则交通量Q(i,t)的计算公示如下：

$Q(i,t)={\∫}_0^t\frac{|k-k_t|}{k_t}\sqrt{\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_i^N(k_i-\frac{{\mathrm{\Σ}}_i^N{x}_i}{N})}dt$

式中，k_t为时间内t采集得到的交通流密度，k为阻塞密度，x_i为采集得到的自由流速度，N为检测器采集到的汽车单位数量；

b.设Q(i,t)是第i个检测器t时间内计算得到的交通流量，Q(i,t+1)是第i个检测器t+1时间内计算得到的交通流量，定义交通流评估系数δ，则

δ＝ln|Q(i,t+1)-Q(i,t)|

c.设f为高速公路安全交通流量变化的门限值，当δ>f时则认为交通量发生了明显变化，有潜在交通事故发生，输出预警信号。