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一种高速公路预警系统.pdf

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一种 高速公路 预警系统
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摘要
申请专利号:

CN201710104803.5

申请日:

2017.02.24

公开号:

CN106683453A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

授权

?#34892;?#24615;:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):G08G 1/09登记生效日:20181229变更事项:申请人变更前权利人:上海喆之信息科技有限公司变更后权利人:山东河山信息科技有限公司变更事项:地址变更前权利人:200000 上海市普陀区柳园路556号5幢一层2263?#20918;?#26356;后权利人:250000 山东省济南市?#24065;?#21306;营市西街18号|||实质审查的生效IPC(主分类):G08G 1/09申请日:20170224|||公开
IPC分类号: G08G1/09; G08G1/16; G08G1/01; G08G1/052; G08G1/065 主分类号: G08G1/09
申请人: 上海喆之信息科技有限公司
发明人: 不公告发明人
地址: 200000 上海市普陀区柳园路556号5幢一层2263室
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 北京高?#34903;?#35782;产权代理有限公司 11530 代理人: 赵永强
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法律状态
申请(专利)号:

CN201710104803.5

授权公告号:

|||||||||

法律状态公告日:

2019.02.15|||2019.01.18|||2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

授权|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种高速公路预警系统,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?#32479;?#36742;行驶信息,所述数据传输模块用于将所述环境信息?#32479;?#36742;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。

权利要求书

1.一种高速公路预警系统,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?#32479;?#36742;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系统,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
?#25991;?#39640;速公路的交通流密度的传感器、用于测量所述路?#25991;?#20132;通流速度的传感器和用于采
集所述路?#25991;?#27773;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系统,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系统,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系统,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?#32479;?#36742;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?#27704;?#30830;定高速公路能见度系数D,计算公式为:
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mi>&beta;</mi> </mrow> <mi>&alpha;</mi> </mfrac> </mrow>
其中,α为消光系数,β为当前监测点的人眼视觉的?#21592;?#38408;值,取气象观测阀值β=0.02;
b.利用双?#36865;?#23556;式能见度仪确定消光系数?#31890;?#20855;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:
<mrow> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>i</mi> </mfrac> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow>
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?#31995;?#21040;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:
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mn>74</mn> <mo>-</mo> <mn>0.1</mn> <mi>D</mi> <mo>-</mo> <mn>0.02</mn> <msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>5.05</mn> <msqrt> <mi>D</mi> </msqrt> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>16.68</mn> <mi>D</mi> </mfrac> </mrow>
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:
<mrow> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>3</mn> <mi>&mu;</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&mu;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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?#31245;?#36335;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?#36335;?#31243;求得:
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>15</mn> <mo>+</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mn>0.5</mn> <mi>E</mi> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <mn>0.1</mn> <msup> <mi>E</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>E</mi> </mfrac> </mrow>
(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Vp,具体为:
Vp=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Vp时0即判?#31995;?#21069;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系统,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:
<mrow> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi> </msubsup> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>t</mi> </msub> </mfrac> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </mfrac> <msubsup> <mi>&Sigma;</mi> <mi>i</mi> <mi>N</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&Sigma;</mi> <mi>i</mi> <mi>N</mi> </msubsup> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow>
式中,kt为时间内t采集得到的交通流密度,k为阻塞密度,xi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?#27169;?#21017;
?#27169;絣n|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。

?#24471;?#20070;

一种高速公路预警系统

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系统。

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?#19978;?br />的重要组成,高速公路的能见度直接关系到交通的安全?#32479;?#36890;。高速公路由于车速快,车流
量大,造成的事?#35797;?#23475;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?#31181;?#35201;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系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现:

一种高速公路预警系统,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?#32479;?#36742;行
驶信息,所述数据传输模块用于将所述环境信息?#32479;?#36742;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?#25991;?#39640;速公路的交通流密度的传感器、用于测量
所述路?#25991;?#20132;通流速度的传感器和用于采集所述路?#25991;?#27773;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?#32479;?#36742;
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?#27704;?#30830;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?#21592;?#38408;值,取气象观测阀值β=
0.02;

b.利用双?#36865;?#23556;式能见度仪确定消光系数?#31890;?#20855;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?#31995;?#21040;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?#31245;?#36335;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?#36335;?#31243;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Vp,具体为:

Vp=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Vp时0即判?#31995;?#21069;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,kt为时间内t采集得到的交通流密度,k为阻塞密度,xi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?#27169;?#21017;

?#27169;絣n|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?#24471;?br />

利用附图对发明创造作进一步?#24471;鰨?#20294;附图中的实施例?#36824;?#25104;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系统,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?#32479;?#36742;行驶信息,所述数据传输模块2用于将所述环境信息?#32479;?#36742;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?#25991;?#39640;速公路的交通流密度的传感器、用于测
量所述路?#25991;?#20132;通流速度的传感器和用于采集所述路?#25991;?#27773;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?#32479;?br />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?#27704;?#30830;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?#21592;?#38408;值,取气象观测阀值β=
0.02。

b.利用双?#36865;?#23556;式能见度仪确定消光系数?#31890;?#20855;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?#31995;?#21040;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?#31245;?#36335;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?#36335;?#31243;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Vp,具体为:

Vp=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Vp时0即判?#31995;?#21069;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,kt为时间内t采集得到的交通流密度,k为阻塞密度,xi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?#27169;?#21017;

?#27169;絣n|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?#24471;?#30340;是,以上实施例仅用?#36816;得?#26412;发明的技术方案,而非对本发明保
护?#27573;?#30340;限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地?#24471;鰨?#26412;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?#27573;А?br />

关于本文
本文标题:一种高速公路预警系统.pdf
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