CN207517194U - 基于车路协同的高速公路运行车速主动预警*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，包括用以采集交通流信息的路侧单元和用以采集气象信息的气象监测器，所述的气象监测器包括能见度检测仪、雨雪量计和用以与所述的路侧单元通讯连结的通讯模块，所述的路侧单元用以与车辆的车载单元通讯。通过使用能见度检测仪、雨雪量计、路侧单元和车载单元，可获取天气信息、实时的交通流信息和个体车辆的运行信息，实现分天气、分路段动态优化运行车速，降低高速公路相邻路段的速度差，提高交通效率；对隧道出口、弯道、事故多发路段，进行运行车速预警，改善交通安全水平。

Description

基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***

技术领域

本技术实用新型属于智能交通领域，具体为使用车载单元、路侧单元和气象监测器，分天气、分路段/节点动态优化运行车速，从而提高交通效率，改善交通安全水平。

背景技术

近年来，我国高速公路运营里程和交通流量持续增长，高速公路的交通监控***建设与管理取得了长足的进步，大量的检测线圈、视频、卡口等交通检测设备已用于高速公路的交通安全预警与应急工作。然而，目前的交通监控模式主要依赖于宏观的交通流检测，对个体车辆的运行信息掌握不足，因此交通预警的针对性和及时性有待提高。在恶劣天气条件下(如雾、雨、雪)，高速公路交通事故频发，部分原因包括：驾驶人对路况不熟悉，易超速行驶；交通事故发生以后，报警不及时，导致后续车辆无法及时掌握前方路况和交通预警信息，进而引发更为严重的二次交通事故。因此，对高速公路运行车速进行预警，具有十分重要的现实意义。

目前，我国高速公路主要采用静态的运行车速引导方式，部分高速公路虽然采用了分路段动态的运行车速引导方式，其基础是通过宏观交通流(流量、密度、速度)的变化分析；然而，在低流量条件下(如夜间、稀疏道路)，宏观交通流的变化不显著，导致交通预警被动、不及时、应急处理滞后。最近几年，车路协同技术在世界范围内方兴未艾，通过车路协同技术，获取个体车辆的运行信息(如实时的车辆运行位置、速度、加减速度、停车情况等)，有利于提高交通信息的精度，另外，通过车路协同交互技术，对个体车辆进行交通预警，可显著提高交通预警的针对性和及时性。

中国专利文献CN201210379451.1公布了一种高速公路车速指导***，该***通过车辆检测器检测即时车速和车头间距等参数，结合气象和环境参数，根据车辆间最小安全间距，给出车辆加减速建议，并在车道上方的LED显示屏发布。中国专利文献CN201410234707.9公布了一种高速公路主线车速控制***，该***采用视频检测器进行交通流量检测，由自定义的模糊规则，交通诱导控制***优化给出各分车道的动态限速值或关闭车道的运行指令，输出给各分车道LED可变限速标志。中国专利文献CN201210427353.0公布了一种雨天环境下高速公路可变限速控制***与控制方法，该方法使用环形线圈检测器采集交通流量，结合实时降雨量，确定动态瓶颈路段，根据交通流量的密度与速度关系，给出路段限速值，并在可变限速牌显示。

上述方法主要通过高速公路宏观交通流的分析，进行宏观车流的车速引导，由于缺乏个体车辆的运行信息，无法实现对个体车辆的运行车速预警。中国专利文献CN201610643513.3公布了一种面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导***和方法，该方法利用使用路侧单元和车载单元，获取路段上每辆车的实时运行状态信息以及能见度信息，计算分析出最佳车速，发布给驾驶员参考。该方法仅考虑雾天因素，触发条件单一，且没考虑其他恶劣天气(如雪、降雨等)，车速引导的适用性受限；此外，该方法忽略了个体车辆在危险道路节点(隧道出口、弯道、事故多发路段)运行的车速预警。

技术实用新型内容

本技术实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***及方法，该方法使用能见度检测仪、雨雪量计、路侧单元、车载单元，对不同的恶劣天气进行分级，针对每个个体车辆，实现不同天气条件下的不同路段/节点的车速引导。

本技术实用新型的具体步骤如下：

一种基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，包括用以采集交通流信息的路侧单元和用以采集气象信息的气象监测器，所述的气象监测器包括能见度检测仪、雨雪量计和用以与所述的路侧单元通讯连结的通讯模块，所述的路侧单元用以与车辆的车载单元通讯。

所述的路侧单元包括通讯模块和数据处理模块，其设置在高速公路主线出入口上下游500-1000米处，隧道出口下游200-300米处，弯道中间位置，以及事故多发路段的中间位置。

车载单元与路侧单元之间采用专用短程通讯DSRC技术通讯，路侧单元与气象监测器之间使用3G或4G网络通讯，能见度检测仪安装在多雾路段，雨雪量计安装在高速公路沿线。

还包括与所述的路侧单元通讯连结的可变速指示牌，所述的可变速指示牌包括LED显示屏及警示灯。

一种所述的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)气象监测器采集气象信息并对气象分别进行分类分级，所述的气象信息包括降雨量、降雪量和可见度；其中，将每类气象信息分别划分为多个气象等级，每个气象等级对应相应的气象限定速度，气象等级越高对应的气象限定速度越小；

2)根据气象条件确定气象限定车速，当多个气象条件存在时，根据最高等级的气象条件确定气象限定车速；

3)根据气象限定车速设定建议车速并直接通知到车载单元。

所述的步骤3)中将气象限定车速与平滑车速比较步骤，取较小值为建议车速并通知到车载单元，其中，在周期内采集本路段的实际的运行车速，当本路段本周期内行车车速与上游或下游路段的运行车速差值的绝对值大于等于差值阈值时，则根据上游或下游路段的运行车速计算下一周期内的平滑车速，当本路段与上游或下游路段的运行车速差值的绝对值小于差值阈值，则平滑速度等于运行车速。

所述的平滑速度的计算方法为，其中V(x_i-1,t)为上游路段的运行车速，V(x_i+1,t)为下游路段的运行车速，为权重系数，当下游路段车速大于等于上游路段车速时，取值范围为0.6-1.0，当下游路段车速小于上游路段车速时，取值范围为0-0.4。

当至少两个气象信息均位于最高气象等级时，执行该最高气象等级升级一级后的气象限定速度。

将恶劣天气对应的气象信息分为1、2、3和4四个等级，不同等级天气对应的气象限定车速分别为80km/h、60km/h、40km/h和20km/h并驶离高速公路。

对于主线路段，提取路段首端、末端路侧单元采集的85％位车速，然后求平均值，作为路段的运行车速；对于隧道出口、弯道、事故多发路段，将路侧单元采集的85％位车速作为运行车速，在一个检测周期内，运行车速如果大于等于设定的85％位车速，则向上游车辆发出“前方行车过快，请谨慎驾驶”的预警；在一个检测周期内，当这些地点的路侧单元检测到2辆以上的车辆，最大制动减速度大于等于7.0米/秒²，且车辆的停车时间大于等于2分钟，则判定有交通事故发生，并向上游车辆发出“前方危险，请减速驾驶”的预警。

本技术实用新型的效果是：

通过使用能见度检测仪、雨雪量计、路侧单元和车载单元，可获取天气信息、实时的交通流信息和个体车辆的运行信息，实现分天气、分路段动态优化运行车速，降低高速公路相邻路段的速度差，提高交通效率；对隧道出口、弯道、事故多发路段，进行运行车速预警，改善交通安全水平。

附图说明

图1是高速公路路段设备布局示意图。

图2是隧道出口设备布局示意图。

图3是***构成图。

图4是路段运行车速引导流程图。

图5是隧道出口、弯道、事故多发路段车速预警流程图。

图6是路侧单元与车载单元的交互示意图。

具体实施方式

结合具体实例和附图对本实用新型做进一步说明。

本实用新型公开了一种基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，包括用以采集交通流信息的路侧单元和用以采集气象信息的气象监测器，所述的气象监测器包括能见度检测仪、雨雪量计和用以与所述的路侧单元通讯连结的通讯模块，所述的路侧单元用以与车辆的车载单元通讯。

本实用新型的高速公路运行车速主动预警***，其收集天气信息、实时的交通流信息和个体车辆的运行信息，进行分析，得到高速公路路段的气象限定车速，并对隧道出口、弯道、事故多发路段的运行车辆进行预警，运行车速建议值和预警信息发送给车载单元，供车辆驾驶人员参考。

其中，本实用新型的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***通过无线通讯进行信息的交互，其中，路侧单元与车载单元通过专用短程通讯DSRC技术进行交互，气象监测器与路侧单元通过3G或4G技术进行交互。气象监测器由能见度检测仪、雨雪量计组成，能够开展能见度、降雨量、降雪量的检测。交通信息采集***由路侧单元、车载单元组成，车辆的车载单元采集车辆的车速、制动减速度、停车时长、车辆位置，并通过无线通讯模块，发送给路侧单元，路侧单元由此采集所在断面的流量、车速、车辆制动减速度、车辆停车时长指标。

具体来说，在高速公路主线出入口上下游500-1000米处，隧道出口下游200-300米处，弯道中间位置，以及事故多发路段的中间位置，安装路侧单元；在高速公路主线路段的中间位置，安装能见度检测仪、雨雪量计，路段和隧道出口的设备布局如图所示；能见度检测仪检测能见度指标，雨雪量计检测降雨强度、降雪量指标；车辆的车载单元，采集车辆的车速、制动减速度、停车时长、车辆位置，并通过无线通讯模块，发送给路侧单元的通讯模块，路侧单元由此采集所在断面的流量、车速、车辆制动减速度、车辆停车时长指标。

路侧单元的数据处理模块负责计算路段/节点的运行车速。对于主线路段，提取路段首端、末端路侧单元采集的85％位车速，然后求平均值，作为路段的运行车速；对于隧道出口、弯道、事故多发路段，将路侧单元采集的85％位车速作为运行车速。

其中，能见度检测仪采集能见度信息，雨雪量计采集降雨、降雪量信息，并将恶劣天气分为1、2、3、4四个等级，不同等级天气对应的气象限定车速分别为80km/h、60km/h、40km/h、20km/h并驶离高速公路；当能见度、降雨量、降雪量指标有两个同时满足某一预警等级，则运行车速预警等级提升一级；车速运行预警信息通过车载单元进行提示。当不存在恶劣天气时，该气象限定速度即为正常的高速公路路段限速值。如平直路段限速值一般为120km/h,曲线路段限速80-100km/h，隧道限速60-80km/h，该气象限定车速可直接通过路侧单元的通讯模块发送至车载单元，同时上述各限速值还可直接通过道路边上安装的限速提示牌，如可变速指示牌，所述的可变速指示牌包括LED显示屏及警示灯。通过数字和直观颜色进行速度警示和告知。

为提高整体车速控制小姑，将气象限定车速发送至路侧单元后，经过处理后发送至车载单元，如与平滑车速比较后，取小值发送至车载单元。

具体来说，当本路段与上游或下游路段的运行车速差值的绝对值小于差值阈值，则视为该路段运行平稳，平滑车速即为运行车速，当本路段与上游或下游路段的运行车速差值的绝对值大于等于差值阈值，如20km/h时，为平滑路段之间的速度差，数据处理模块计算本路段下一周期的平滑车速：其中V(x_i-1,t)为上游路段的运行车速，V(x_i+1,t)为下游路段的运行车速，为权重系数，当下游路段车速大于等于上游路段车速时，取值范围为0.6-1.0，当下游路段车速小于上游路段车速时，取值范围为0-0.4。在下一周期开始时，数据处理模块通过无线通讯模块，将气象限定车速和平滑车速中的较小值发给路侧单元，路侧单元通过无线通讯模块，发给车载单元，供车辆驾驶人员参考，实现对车辆的运行车速引导，路段运行车速引导流程如图4所示。

同时，本实用新型的***还对隧道出口、弯道、事故多发路段的运行车速预警。在一个检测周期内，这些地点的路侧单元检测到的85％位车速，如果大于等于设定的限速值，路侧单元通过无线通讯模块，发送给上游车辆的车载单元，发出“前方行车过快，请谨慎驾驶”的预警；在一个检测周期内，当这些地点的路侧单元检测到2辆以上的车辆，最大制动减速度大于等于7.0米/秒²，且车辆的停车时间大于等于2分钟，则判定有交通事故发生，路侧单元通过无线通讯模块，发送给上游车辆的车载单元，并向上游车辆发出“前方危险，请减速驾驶”的预警。隧道出口、弯道、事故多发路段车速预警流程如图5所示。

下面通过具体实施例进行进一步阐述。

第一步，路侧单元的数据处理模块负责计算路段/节点的运行车速。对于主线路段，提取路段首端、末端路侧单元采集的85％位车速，然后求平均值，作为路段的运行车速。比如某路段首端的路侧单元采集的85％位车速是100km/h，末端的路侧单元采集的85％位车速是90km/h，则该路段的运行车速为95km/h；对于隧道出口、弯道、事故多发路段，将路侧单元采集的85％位车速作为运行车速，比如85％位车速是80km/h。

第二步，恶劣天气的分级与预警。根据能见度、降雨量和降雪量信息，将恶劣天气分为1、2、3、4四个等级，不同等级天气对应的气象限定车速分别为80km/h、60km/h、40km/h、20km/h并驶离高速公路。恶劣天气的分级与预警情况如下表所示。

当能见度、降雨量、降雪量指标有两个同时满足某一预警等级，则运行车速预警等级提升一级。比如，某路段的能见度200m<L≤500m，为300m左右，同时下有小雪，则预警等级从1级提升到2级，相应的气象限定车速建议从≤80km/h降为≤60km/h，如气象限定车速为60km/h。

第三步，在给出气象限定车速的前提下，为均衡各路段车流，计算路段的平滑车速。当本路段与上游或下游路段的运行车速差值的绝对值大于等于差值阈值，如20km/h时，为平滑路段之间的速度差，数据处理模块计算本路段下一周期的平滑车速：

其中V(x_i-1,t)为上游路段的运行车速，V(x_i+1,t)为下游路段的运行车速，为权重系数。假设本路段的运行车速为55km/h,，上游和下游路段的运行车速分别为35km/h和85km/h，本路段与上游路段的车速差绝对值为20km/h，本路段与下游路段的车速差绝对值为30km/h。为平滑不同路段的车速差，取值为0.6，则本路段的车速建议值计算为：V_平滑(x_i,t+Δt)＝(1-0.6)×35+0.6×85＝65km/h，则气象限定车速和平滑车速取小值通知车载单元，即通知车速为60km/h。

第四步，同时，本实用新型还会对隧道出口、弯道、事故多发路段的运行车速预警。在一个检测周期内，这些地点的路侧单元检测到的85％位车速(如第一步中的80km/h)，如果大于等于设定的限速值，如70km/h，则存在超速运行的风险。在一个检测周期内，当这些地点的路侧单元检测到2辆以上的车辆，最大制动减速度大于等于7.0米/秒²，且车辆的停车时间大于等于2分钟，比如有3辆车的最大制动减速度为7.0米/秒²、7.3米/秒²、7.5米/秒²，且车辆的停车时间分别为4分钟、3分钟、2分钟，则判定此处有车辆追尾事故发生的风险。上述情形需要进行预警。信息发布***将高速公路运行车速的预警信息发送给车载单元。

综上所述，本实用新型会首先通过气象条件判断气象限定车速，该车速为最大能允许的车速，路侧单元通过无线通讯模块，发送给本路段车辆的车载单元，发出如“恶劣天气，限速60km/h”的预警信息。在下一周期开始时，数据处理模块通过无线通讯模块，通过采集并计算平滑车速或85％位车速，路侧单元通过无线通讯模块将各限速的小值发给车载单元，供车辆驾驶人员参考，实现对车辆的运行车速引导。

而且，在隧道出口、弯道、事故多发路段处，当存在超速运行的风险时，路侧单元通过无线通讯模块，发送给上游车辆的车载单元，发出“前方行车过快，请谨慎驾驶”的预警；当存在发生交通事故风险时，路侧单元通过无线通讯模块，发送给上游车辆的车载单元，并向上游车辆发出“前方危险，请减速驾驶”的预警。

显然，上述实例仅仅是为了清楚说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，其特征在于，包括用以采集交通流信息的路侧单元和用以采集气象信息的气象监测器，所述的气象监测器包括能见度检测仪、雨雪量计和用以与所述的路侧单元通讯连结的通讯模块，所述的路侧单元用以与车辆的车载单元通讯。

2.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，其特征在于，所述的路侧单元包括通讯模块和数据处理模块，其设置在高速公路主线出入口上下游500-1000米处，隧道出口下游200-300米处，弯道中间位置，以及事故多发路段的中间位置。

3.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，其特征在于，车载单元与路侧单元之间采用专用短程通讯DSRC技术通讯，路侧单元与气象监测器之间使用3G或4G网络通讯。

4.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，其特征在于，能见度检测仪安装在多雾路段，雨雪量计安装在高速公路沿线。

5.如权利要求1所述的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，其特征在于，还包括与所述的路侧单元通讯连结的可变速指示牌。

6.如权利要求5所述的基于车路协同的高速公路运行车速主动预警***，其特征在于，所述的可变速指示牌包括LED显示屏及警示灯。