CN108269425A - 高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***及使用方法 - Google Patents

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栗云鹏
李志刚
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Abstract

本发明涉及高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***及使用方法，包括单膜测量光纤、光纤护线、护栏、窄带物联网报警单元、管理单元、光纤振动和温度检测仪，单膜测量光纤与光纤护线铺设路线相同，均铺设在公路护栏附近地下，单膜测量光纤及光纤护线的两端均与光纤振动和温度检测仪连接；若干窄带物联网报警单元固定在护栏顶部，管理单元与窄带物联网报警单元通过窄带通讯，管理单元与光纤振动和温度检测仪相连接。优点是：采用布设在高速公路护拦地下的单膜测量光纤，配用光纤振动和温度检测仪，精确监测行车撞击点，由窄带物联网报警单元发送声、光报警信号，提示后续行车减速或避让，有效防止追尾碰撞事故的发生。

Description

高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***及使用方法
技术领域
本发明属于公路报警管理技术领域，尤其涉及一种高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***及使用方法。
背景技术
随着经济的发展，高速公路的建设也越快，高速公路的质量也逐步提高，行车速度已提高到120km/h。人民生活水平的提高，汽车越来越多的进入寻常百姓家。行驶在高速公路上的汽车密度也显著增加，驾驶人员稍一操作不当，就会出现交通事故。目前，在高速公路上，车辆的追尾碰撞事故是最主要的事故形态，一但发生汽车撞击事故，由于车速高，时常是产生连撞事故。尤其是团雾天气，由于团雾的突发性和不确定性，低能见度天气给行车带来极大的安全隐患。驾驶员行驶在团雾中时，不能及时采取有效的措施，极易导致重大交通事故的发生。
有人研究发现，驾驶员如果能在碰撞发生前0.5秒得到预警，就能避免50％的碰撞事故；若在1秒前得到预警，则可避免90％的碰撞事故。因此，开发研制汽车防追尾碰撞报警装置，在追尾碰撞发生之前给予驾驶员警示，提醒驾驶员采取减速或换道等避让措施，防止自车追尾前车，对于提高汽车行驶安全，减少追尾事故的发生，具有重要的意义。
已有多种装在汽车内的防追尾碰撞报警装置的研究，由于多种原因，实际应用的极少。特别是目前尚未具备有效解决低能见度问题的办法，高速公路一但有撞车事故发生，很可能就会引发连撞事故，或称车辆的追尾碰撞事故，这种高速公路撞车事故应力求避免。
当前，常见的车辆的追尾碰撞事故，一种是行车自撞护栏后，引起后续追尾行车互撞，或是两车相撞再引起多车追尾互撞。多车追尾互撞避免的难点：一是起撞点，公路管理部门难以及时确定，二是无法及时通知后续行车减速或避让。
采用无线方式报警时，当前，可以考虑采用的技术有WiFi、ZigBee、LoRa、电力载波和蓝牙、GSM、GPRS、CDMA、W CDMA、LTE等通信网络进行远程无线报警，但因供电电源、设备成本、传输距离、传输费用等问题，均难于推广。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高速公路窄带物联网(NB-IoT)防止行车连撞管理***及使用方法，通过布设测量光纤检测温度及振动情况实现提前报警，提示后续行车减速或避让，防止追尾碰撞事故的发生
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***，包括单膜测量光纤、光纤护线、护栏、窄带物联网报警单元、管理单元、光纤振动和温度检测仪，单膜测量光纤与光纤护线铺设路线相同，均铺设在公路护栏附近地下，单膜测量光纤及光纤护线的两端均与光纤振动和温度检测仪连接；若干窄带物联网报警单元固定在护栏顶部，管理单元与窄带物联网报警单元通过窄带通讯，管理单元与光纤振动和温度检测仪相连接；
所述的窄带物联网报警单元包括接收控制器、电池保护板、报警扬声器、锂电池、光伏板、报警闪烁灯、NB-IoT天线，接收控制器与报警扬声器、报警闪烁灯、NB-IoT天线连接，接收控制器由锂电池供电，锂电池由光伏板充能，锂电池上连接有电池保护板。
所述的管理单元包括全固态微电脑、NB-IoT窄带物联网模块、NB-IoT天线、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口，全固态微电脑与NB-IoT窄带物联网模块、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口相连接，光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑连接，NB-IoT窄带物联网模块与NB-IoT天线连接，NB-IoT窄带物联网模块通过NB-IoT天线与窄带物联网报警单元相通讯；全固态微电脑上连接有RS-485接口。
所述的窄带物联网报警单元等距装设在护栏顶部。
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***的使用方法，包括以下步骤：
1)光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比，判断单膜测量光纤的m或n点有事故，并将该信息发送到管理单元；
2)由管理单元判断m或n点位置的行车方向，管理单元通过NB-IoT窄带物联网模块向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元发送报警信号，窄带物联网报警单元发出报警，提醒车辆前方发生事故；
3)当事故处理完毕后，结束报警，光纤振动和温度检测仪继续检测，直到检测到某点发生事故，向管理单元发送信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用布设在高速公路护拦地下的单膜测量光纤，配用光纤振动和温度检测仪，精确监测行车撞击点，这是一种行之有效的措施；
2)在高速公路护拦桩上等距装设窄带物联网报警单元，根据光纤振动和温度检测仪测得撞击点m和n向行车反方向的m～m-9或n～n-9个窄带物联网报警单元同时发送声、光报警信号，可提示后续行车减速或避让，这样可以有效防止追尾碰撞事故的发生，此方法是一项创新举措；
3)本发明采用窄带物联网(NB-IoT)报警，进行高速公路防止行车连撞的远程网络管理业务。窄带物联网报警单元设置锂电池和太阳能光伏供电，采用了休眠唤醒模式和低功耗硬件模块，可实现长距离、低功耗、低成本、高覆盖(和手机一样)、强连接等的优势的多终端物联网技术，它全面超越其他技术，是当前创新优选方案。
附图说明
图1是单膜测量光纤及窄带物联网报警单元布置主视图。
图2是单膜测量光纤及窄带物联网报警单元布置俯视图。
图3是本发明的原理图。
图4是窄带物联网报警单元的原理图。
图5是管理单元的原理图。
图6是高速公路窄带物联网防止行车连撞管理流程图。
图7是光纤振动和温度检测仪的振动监测波形图。
图8是检测光纤振幅撞击点的波形图。
图9是检测光纤温度撞击点的波形图。
图中：1-高速公路地下 2-护栏支柱 3-单膜测量光纤 4-光纤护线 5-护栏 6-窄带物联网报警单元 7-上行光纤振动和温度检测仪 8-下行光纤振动和温度检测仪 9-管理单元
31-上行单膜测量光纤 32-下行单膜测量光纤 41-上行光纤护线 42-下行光纤护线
61-接收控制器 62-电源指示灯 63-电池保护板 64-报警扬声器 65-锂电池 66-光伏板 67-报警闪烁灯 68-电源线 69-NB-IoT天线 610-USB接口
91-USB3接口 92-USB2接口 93-USB1接口 94-RS-485接口 95-全固态微电脑 96-WiFi天线 97-NB-IoT窄带物联网模块 98-NB-IoT天线 99-LCD显示屏。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1-图5，高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***，包括单膜测量光纤3、光纤护线4、护栏5、窄带物联网报警单元6、管理单元9、光纤振动和温度检测仪，单膜测量光纤3与光纤护线4铺设路线相同，均铺设在公路地下，单膜测量光纤3及光纤护线4的两端均与光纤振动和温度检测仪连接；若干窄带物联网报警单元6固定在护栏5顶部，管路单元与窄带物联网报警单元6通过窄带通讯，管理单元9与光纤振动和温度检测仪相连接。
见图4，窄带物联网报警单元6包括接收控制器61、电池保护板63、报警扬声器64、锂电池65、光伏板66、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69，接收控制器61与报警扬声器64、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69连接，接收控制器61由锂电池65供电，锂电池65由光伏板66充能，锂电池65上连接有电池保护板63。
见图5，管理单元9包括全固态微电脑95、NB-IoT窄带物联网模块97、NB-IoT天线98、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口，全固态微电脑95与NB-IoT窄带物联网模块97、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口相连接，光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑95连接，NB-IoT窄带物联网模块97与NB-IoT天线98连接，NB-IoT窄带物联网模块97通过NB-IoT天线98与窄带物联网报警单元6相通讯；全固态微电脑95上连接有RS-485接口94。
见图1，窄带物联网报警单元6等距装设在护栏5顶部，以便于报警距离的测算。窄带物联网报警单元6之间的距离可在100m～500m范围。
光纤振动和温度检测仪采用专利申请号：201710492966.5公开的一种同时监测振动、应力、温度的分布式光纤检技术，利用该专利实现对单膜测量分布式光纤3的温度、振动检测，管理单元9可快速检到撞击点。其振动和温度的检测功能可以用来测定撞车点(精确的距离测定分辨为2cm)。
见图1-图5，高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***的使用方法，包括以下步骤：
1)光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比，判断单膜测量光纤3的n点有事故，并将该信息发送到管理单元9；
2)由管理单元9判断n点位置的行车方向，管理单元9通过NB-IoT窄带物联网模块97向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元6发送报警信号(少于9个也可实现，但是驾驶员的安全性可能降低)，窄带物联网报警单元6发出报警，提醒车辆前方发生事故；
一般发生交通事故的地段要么温度突然上升，要么振动突然加大，或者二者兼具；因此检测温度及振幅能够及时准确的测定事故发生点的位置。
3)当事故处理完毕后，结束报警，光纤振动和温度检测仪继续检测，直到检测到某点发生事故，向管理单元9发送信息。
见图1-图9，以一段高速公路为例：
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***，包括单膜测量光纤3、光纤护线4、护栏5、窄带物联网报警单元6、管理单元9、光纤振动和温度检测仪，单膜测量光纤3与光纤护线4铺设路线相同，均铺设在公路地下，单膜测量光纤3分为上行单膜测量光纤31和下行单膜测量光纤32，光纤护线4包括上行光纤护线41和下行光纤护线42，上行单膜测量光纤31和上行光纤护线41沿上行高速公路两旁铺设，并靠近护栏5，这样可避免单膜测量光纤的损伤。上行单膜测量光纤31两端均与上行光纤振动和温度检测仪7连接。若干窄带物联网报警单元6等距的固定在护栏支柱2顶部，以便于报警距离的测算，同时确保窄带物联网报警单元6的安全，窄带物联网报警单元6之间的距离为100-200m。管路单元与窄带物联网报警单元6通过窄带通讯，管理单元9与光纤振动和温度检测仪相连接。
见图2，下行光纤振动和温度检测仪8采用同样的方式与下行单膜测量光纤32连接，下行单膜测量光纤32及下行光纤护线42铺设在下行高速公路，其铺设方式与上行单膜测量光纤31相同。见图3，上行光纤振动和温度检测仪7通过USB的连接接口E与管理单元9连接，下行光纤振动和温度检测仪8通过USB的连接接口F与管理单元9连接。
见图4，窄带物联网报警单元6包括接收控制器61、电池保护板63、报警扬声器64、锂电池65、光伏板66、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69，接收控制器61与报警扬声器64、报警闪烁灯67、NB-IoT天线69连接，接收控制器61由锂电池65供电，锂电池65由光伏板66充能，锂电池65上连接有电池保护板63，该锂电池65为12V/5Ah锂电池。接收控制器61上还连接有电源指示灯62、USB接口610。接收控制器61与锂电池65通过电源线68连接。
见图5，管理单元9包括全固态微电脑95、NB-IoT窄带物联网模块97、NB-IoT天线98、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口，全固态微电脑95与NB-IoT窄带物联网模块97、WiFi天线96、LCD显示屏99、USB接口相连接，光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑95连接，NB-IoT窄带物联网模块97与NB-IoT天线98连接，NB-IoT窄带物联网模块97通过NB-IoT天线98与窄带物联网报警单元6相通讯；全固态微电脑95上连接有RS-485接口94，USB接口为3个分别是USB1接口93、USB2接口92、USB3接口91。
光纤振动和温度检测仪采用专利申请号：201710492966.5公开的一种同时监测振动、应力、温度的分布式光纤检测技术，利用该专利实现对单膜测量光纤的温度、振动检测，通过有线/无线传输到管理单元9。其振动和温度的检测功能可以用来测定撞车点(精确的距离测定分辨为2cm)。
高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***的使用方法，包括以下步骤：
1)见图7，预设振动检测的临界值，当大于该临界值则判定该振动为事故振动，光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比，得出上行单膜测量光纤31的m点有事故，并将该信息发送到管理单元9；
2)见图8，由管理单元9判断m点位置的行车方向，确定事故发生的首撞车位置，管理单元9通过NB-IoT窄带物联网模块97向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元6发送报警信号，窄带物联网报警单元6发出报警，提醒车辆前方发生事故；若车辆未及时躲避造成连撞，则管理单元9需要以连撞后的最后一辆车的位置处为基点，向在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元6发送报警信号，及时提醒后续车辆注意；
见图9，若光纤振动和温度检测仪检测到某点的温度突然上升，并超出预设的温度极限值，侧判定该处(图9中50.3m处)发生事故，采用上述相同方式进行报警提醒后续车辆注意；
3)当事故处理完毕后，结束报警，光纤振动和温度检测仪继续检测，直到检测到某点发生事故，向管理单元9发送信息。
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)主要聚焦于低功耗、广覆盖物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。它连接的设备更简单，具有高藕合、终端成本低、可即插即用、可靠性高、统一的业务平台管理等特点，主要面向低速率、深度覆盖、低功耗、大数据连接的物联网应用场景。因为NB-IoT与当前3G/4G移动通讯共处同一基站，高速公路附近都有3G/4G移动通讯基站，因此，窄带物联网非常适合“高速公路防止行车连撞***”的远程网络管理业务。

Claims (4)

1.高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***，其特征在于，包括单膜测量光纤、光纤护线、护栏、窄带物联网报警单元、管理单元、光纤振动和温度检测仪，单膜测量光纤与光纤护线铺设路线相同，均铺设在公路护栏附近地下，单膜测量光纤及光纤护线的两端均与光纤振动和温度检测仪连接；若干窄带物联网报警单元固定在护栏顶部，管理单元与窄带物联网报警单元通过窄带通讯，管理单元与光纤振动和温度检测仪相连接；
所述的窄带物联网报警单元包括接收控制器、电池保护板、报警扬声器、锂电池、光伏板、报警闪烁灯、NB-IoT天线，接收控制器与报警扬声器、报警闪烁灯、NB-IoT天线连接，接收控制器由锂电池供电，锂电池由光伏板充能，锂电池上连接有电池保护板。
2.根据权利要求1所述的高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***，其特征在于，所述的管理单元包括全固态微电脑、NB-IoT窄带物联网模块、NB-IoT天线、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口，全固态微电脑与NB-IoT窄带物联网模块、WiFi天线、LCD显示屏、USB接口相连接，光纤振动和温度检测仪通过USB接口与全固态微电脑连接，NB-IoT窄带物联网模块与NB-IoT天线连接，NB-IoT窄带物联网模块通过NB-IoT天线与窄带物联网报警单元相通讯；全固态微电脑上连接有RS-485接口。
3.根据权利要求1所述的高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***，其特征在于，所述的窄带物联网报警单元等距装设在护栏顶部。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高速公路窄带物联网防止行车连撞管理***的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)光纤振动和温度检测仪通过探测光与参考光对比，判断单膜测量光纤的m或n点有事故，并将该信息发送到管理单元；
2)由管理单元判断m或n点位置的行车方向，管理单元通过NB-IoT窄带物联网模块向设置在逆行车方向的至少9个窄带物联网报警单元发送报警信号，窄带物联网报警单元发出报警，提醒车辆前方发生事故；
3)当事故处理完毕后，结束报警，光纤振动和温度检测仪继续检测，直到检测到某点发生事故，向管理单元发送信息。
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