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CN108399794B - 基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统及方法 - Google Patents

基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统及方法 Download PDF

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CN108399794B CN201810160472.1A CN201810160472A CN108399794B CN 108399794 B CN108399794 B CN 108399794B CN 201810160472 A CN201810160472 A CN 201810160472A CN 108399794 B CN108399794 B CN 108399794B
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曾环经
于卓
李世武
张浩东
孙文财
王琳虹
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Abstract

本发明涉及一种基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统，该系统的车辆位置信息采集子系统安装在隧道内，用于采集对应的两个检测点处前、后车通的时间信息；车辆状态数据处理子系统根据该时间信息计算前、后车的车速、车速差和车间距并进行行车安全程度判断，然后将前、后车的车速、车速差、车间距及行车安全程度判断结果发送给行车安全预警子系统；行车安全预警子系统用于发布前、后车的车速、车速差和车间距并进行预警。本发明可实现隧道行车的速度安全警示、距离安全警示，可有效增强驾驶员对隧道内驾驶环境信息的获取能力，提升隧道交通的可靠性与安全性，进而减少甚至避免隧道交通事故的发生。

Description

基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统及方法
技术领域
本发明属于交通行车安全预警系统技术领域，涉及一种隧道行车安全预警系统及方法。
背景技术
如今有关提升隧道交通安全的措施主要为区间测速，摄像头违章拍照等。现有的安全保障方式存在如下缺陷：无法及时获知隧道中车辆车速是否超速；后车跟驰距离是否小于安全车距；前、后车辆相对车速差是否合理；且无法对违章车辆进行安全预警等。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统，该系统能够实时测量隧道内车辆行驶速度及前车与后车之间的车间距，并可对超速行驶车辆及车间距过小的跟驰车辆进行安全预警。
为了解决上述技术问题，本发明的基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统包括车辆位置信息采集子系统、车辆状态数据处理子系统、行车安全预警子系统；所述车辆位置信息采集子系统安装在隧道内，用于采集对应的两个检测点处前、后车通过的时间信息；车辆状态数据处理子系统根据该时间信息计算前、后车的车速、车速差和车间距并将其分别与预设速度限值和安全车间距比较进行行车安全程度判断，然后将前、后车的车速、车速差、车间距及行车安全程度判断结果发送给行车安全预警子系统；行车安全预警子系统用于发布前、后车的车速、车速差和车间距，并且当前、后车超速、车间距过小或两车车速差过大时进行预警；所述的车辆位置检测传感器包括安装座和两个传感器组件；传感器组件包括传感器模块、T字节、连杆轴、直齿轮、液压控制系统、齿条活塞液压缸；安装座的固定底板隧道顶部固定连接，液压控制系统固定在固定底板上；传感器模块通过T字节与连杆轴固定连接，连杆轴安装于安装座的U型底座上，并与直齿轮同轴连接；直齿轮与固定在U型底座上的齿条活塞液压缸的活塞杆啮合；液压控制系统通过两根油管分别与齿条活塞液压缸的两个油口连接；两个传感器模块呈90°夹角，并且两传感器模块中心线在同一平面内。
所述的车辆位置信息采集子系统包括车辆位置检测传感器，滤波器，放大器，模数转换器和单片机；车辆位置检测传感器采集前、后车经过两个检测点时的通行信息并将其通过滤波器、放大器和模数转换器传输给单片机，由单片机提取出前、后车通过两个检测点时对应的时间信息。
两个传感器模块分别对两个检测点车辆通行信息进行采集。可通过远程遥控装置启动液压控制系统实现齿条活塞液压缸内油量调节，进而通过直齿轮的转动带动连杆轴的转动，当连杆轴转动时带动与其配合的T字节及传感器模块绕连杆轴转动，以实现对两个传感器模块检测点偏差的纠正。
所述的车辆状态数据处理子系统包括数据接收模块、数据处理模块、无线数据发射模块；数据接收模块用于接收车辆位置信息采集子系统中单片机所采集到前后两车通过两个检测点的时间信息；数据处理模块根据该时间信息计算前后两车车的车速、车速差和车间距，并将其与预设速度限值和安全车间距进行行车安全程度判断；无线数据发射模块将前后两车的车速、车速差和车间距，以及行车安全程度判断结果发送给行车安全预警子系统。
所述的行车安全预警子系统由无线数据接收装置和报警设备组成；无线数据接收装置接收车辆状态数据处理子系统的前后两车的车速、车速差和车间距，以及行车安全程度判断结果，在前后两车超速、车间距过小、车速差过大时进行预警。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统进行预警的方法，该方法包括下述步骤：
步骤一、针对隧道内任一车辆位置检测传感器，设其第一个检测点处检测到前车时的时间为t1，第一个检测点检测不到前车时的时间为t1’，在第二个检测点处检测到前车时的时间为t2；根据公式(1)计算前车在两个检测点之间时的平均车速v1；
Figure BDA0001582784140000031
其中s0为车辆位置检测传感器两检测点之间的距离；
当v1大于车辆在隧道内行驶的预设速度限值v0时，则判定前车超速，通过行车安全预警子系统对驾驶员进行安全预警；
步骤二、设该车辆位置检测传感器在第一个检测点处检测到后车时的时间为t3；根据公式(2)计算前车长度l1；
L1＝v1(t′1-t1) (2)
步骤三、若检测到前车的车身长度l1大于小型汽车车身最大长度设定值l0时，判定前车为非小型汽车，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警，提醒后车驾驶员与前车保持安全车间距；安全车间距d根据公式(3)计算；
Figure BDA0001582784140000032
步骤四、根据公式(4)计算前车与后车之间的车间距s1；
s1＝(t3-t2)v1+s0-l1 (4)
若判断当前车辆与前车车间距小于d，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警对后车驾驶员进行安全预警；
步骤五、按照与计算前车车速相同的方法计算后车车速v2，然后根据公式(5)计算前、后车的车速差vc；
vc＝v2-v1 (5)
若判断当前前、后车车速差vc≧20Km/h，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警。
本发明可以测得在隧道内行驶的车辆某一瞬时的车速，并对超速行驶的驾驶员进行预警处理；可以测得隧道内行驶的前后两车辆的相对速度差，并对相对速度过大的驾驶员进行安全预警；可以测得隧道内行驶的车辆与前车的跟驰车间距，并对车间距过小的后车进行安全预警；可远程调节该系统中对于车辆位置信息进行采集的传感器模块的位置。本发明可有效增强驾驶员对隧道内驾驶环境信息的获取能力，提升隧道交通的可靠性与安全性，进而减少甚至避免隧道交通事故的发生。
本发明的隧道行车安全预警系统，可实现隧道行车的速度安全警示、距离安全警示，且传感器模块位置可远程调节和校准。利用该技术，可有效增强驾驶员对隧道内驾驶环境信息的获取能力，提升隧道交通的可靠性与安全性，进而减少甚至避免隧道交通事故的发生。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的总体结构框图；
图2为车辆位置信息采集子系统结构框图；
图3为车辆状态数据处理子系统工作原理图；
图4车辆位置检测传感器结构三维示意图；
图5系统整体工作步骤逻辑流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统包括车辆位置信息采集子系统、车辆状态数据处理子系统、行车安全预警子系统。
实际应用中，隧道内可以安装多个车辆位置信息采集子系统。以其中一个车辆位置信息采集子系统为例，如图2所示，所述的车辆位置信息采集子系统包括车辆位置检测传感器，滤波器，放大器，模数转换器和单片机，车辆位置检测传感器采集对应的两个检测点处车辆通行信息；该信息经滤波器、放大器、模数转换器分别滤除噪声、信号放大、模数转换后传输给单片机，由单片机提取出车辆位置检测传感器第一个检测点处检测到前车时的时间t1，第一个检测点检测不到前车时的时间t1’，在第二个检测点处检测到前车时的时间t2和第一个检测点处检测到后车时的时间t3。
如图4所示，车辆位置检测传感器包括传感器安装座1和两个传感器组件。以其中一个为例，传感器组件包括传感器模块2、T字节31、连杆轴32、直齿轮33、液压控制系统4、齿条活塞液压缸5；安装座1的固定底板1通过四个长螺钉13固定在隧道顶部，液压控制系统4固定在固定底板1上；传感器模块2通过T字节31与连杆轴32固定连接，连杆轴32安装于安装座1的U型底座12上，并与直齿轮33同轴连接；直齿轮33与固定在U型底座12上的齿条活塞液压缸5的活塞杆啮合；液压控制系统4通过两根油管41分别与齿条活塞液压缸5的两个油口连接。
两个传感器模块2分别用于采集前、后车经过两个检测点时的通行信息。可通过远程遥控装置启动液压控制系统4实现齿条活塞液压缸5内油量调节，进而通过直齿轮33的转动带动连杆轴32的转动，当连杆轴32转动时带动与其配合的T字节31及传感器模块2绕连杆轴32转动，以实现对两个传感器模块2检测点偏差的纠正。
所述传感器模块2可以采用扩散反射型光电传感器、激光发射接收器或者微波雷达等。
车辆状态数据处理子系统包括数据接收模块、数据处理模块、无线数据发射模块；数据接收模块用于接收车辆位置信息采集子系统中单片机所采集到的车辆通过两个检测点时的时间信息；数据处理模块利用时间、位移和速度的关系模型进行车辆运行速度和车间距计算，利用预设速度限值和安全车间距进行行车安全程度判断；无线数据发射模块将车辆运行状态信息及安全程度判断结果发送给行车安全预警子系统。
行车安全预警子系统由无线数据接收装置、声光等报警设备组成；无线数据接收装置用于接收车辆状态数据处理子系统的车辆运行状态信息及安全程度判断结果；报警设备是具体的执行器，在车辆超速、间距过小、车速差过大等状态时进行预警。具体警示技术可采用多种方案，方案一即与车内电台进行数据连接并通过语音播报预警内容或蜂鸣声进行预警；方案二即在隧道上方安装多种颜色警示灯并在车辆前方照射不同颜色光线进行预警；方案三即在隧道侧方安装投影装置，将警报内容投影至车辆前方屏幕进行预警。
如图5所示，本发明的基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警方法包括下述步骤：
步骤一、车辆从隧道外逐渐行驶进隧道内，车辆位置信息采集子系统与车辆状态数据处理子系统启动。以第一个车辆位置信息采集子系统为例，前车行驶到位于隧道内车道中线垂直正上方的车辆位置检测传感器的第一个检测点和第二个检测点处，并依次逐步通过两检测点；当对应的第一个检测点处检测到前车时记录时间t1，第一个检测点检测不到前车时(即前车完全通过该检测点时)记录时间t1’；在第二个检测点处检测到前车时的时间为t2；假定前车在两个检测点之间匀速行驶的条件下，根据公式(1)计算前车在该一小段已知距离内的平均车速v1，根据公式(2)计算前车长度l1；
Figure BDA0001582784140000061
l1＝v1(t′1-t1) (2)
其中s0为车辆位置检测传感器对应的两检测点之间的距离；
当v1大于设定的车辆在隧道内行驶的预设速度限值v0时，判定前车超速，通过行车安全预警子系统对驾驶员进行安全预警；
若检测到前车的车身长度l1大于小型汽车车身最大长度设定值l0，即前车可能为非小型汽车，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行适当的安全预警，提醒后车驾驶员与前车保持一定安全车间距。前、后车应保持的理论安全车间距d根据公式(3)计算；
Figure BDA0001582784140000062
随后前车驶离该车辆位置检测传感器检测范围；后车驶入该车辆位置检测传感器检测范围；
步骤二、当车辆位置检测传感器在第一个检测点处检测到后车时记录时间t3；根据公式(4)计算前车与后车之间的车间距s1；
s1＝(t3-t2)v1+s0-l1 (4)
若判断后车与前车车间距小于d，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警。
步骤三、按照与计算前车车速相同的方法计算后车车速v2，然后根据公式(5)计算前、后车的车速差vc；
vc＝v2-v1 (5)
若判断当前前、后车车速差vc≧20Km/h，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警。
至此完成一组前、后车在同一个车辆位置检测传感器下的交通安全检测与预警。当前车不断向前行驶，则将经过第二、三个车辆位置检测传感器下方，并于后车形成新的一组交通安全检测与预警组，如布置的车辆位置检测传感器在合理前提下足够密集，则可看成可在隧道内实时检测车辆的车速与前车的车间距，并做到实时对驾驶员进行安全预警。
当第二辆车驶入隧道内后，该车辆成为第一个车辆的后车和第三个车辆的前车，同样需要检测其到达第一个检测点的时间、完全通过第一个检测点的时间以及到达第二个检测点的时间。当车辆在隧道内行驶通过多个车辆位置检测传感器下方后驶出隧道，隧道安全预警系统完成一次工作循环。
根据我国机动车分类标准，小型汽车车身最大长度设定值l0＝6m(载客和载货车基本以6m为分界线)；隧道内最高行驶车速由通过具体隧道规定的安全车速决定、隧道内允许的安全行驶车间距根据车速以及车身长度计算决定。
车辆位置信息采集子系统的滤波器与放大器主要对测得的模拟信号进行降噪放大处理，滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号；放大器可以将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。模数转换器的作用是将模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入AD转换器转换为数字量，由数字电路进行处理，再由DA转换器还原为模拟量，去驱动执行部件。单片机的作用是在众多数据中根据一系列的编程进而提取出计算判断所需有效数据。

Claims (4)

1.采用基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统进行预警的方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一、针对隧道内任一车辆位置检测传感器，设其第一个检测点处检测到前车时的时间为t1，第一个检测点检测不到前车时的时间为t1’，在第二个检测点处检测到前车时的时间为t2；根据公式(1)计算前车在两个检测点之间时的平均车速v1；
Figure FDA0002899388220000011
其中s0为车辆位置检测传感器两检测点之间的距离；
当v1大于车辆在隧道内行驶的预设速度限值v0时，则判定前车超速，通过行车安全预警子系统对驾驶员进行安全预警；
步骤二、设该车辆位置检测传感器在第一个检测点处检测到后车时的时间为t3；根据公式(2)计算前车长度l1；
l1＝v1(t′1-t1) (2)
步骤三、若检测到前车的车身长度l1大于小型汽车车身最大长度设定值l0时，判定前车为非小型汽车，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警，提醒后车驾驶员与前车保持安全车间距；安全车间距d根据公式(3)计算；
Figure FDA0002899388220000012
步骤四、根据公式(4)计算前车与后车之间的车间距s1；
s1＝(t3-t2)v1+s0-l1 (4)
若判断当前车辆与前车车间距小于d，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警对后车驾驶员进行安全预警；
步骤五、按照与计算前车车速相同的方法计算后车车速v2，然后根据公式(5)计算前、后车的车速差vc；
vc＝v2-v1 (5)
若判断当前前、后车车速差vc≧20Km/h，则通过行车安全预警子系统对后车驾驶员进行安全预警；
所述的基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统包括车辆位置信息采集子系统、车辆状态数据处理子系统、行车安全预警子系统；所述车辆位置信息采集子系统安装在隧道内，用于采集对应的两个检测点处前、后车通过的时间信息；车辆状态数据处理子系统根据该时间信息计算前、后车的车速、车速差和车间距并将其分别与预设速度限值和安全车间距比较进行行车安全程度判断，然后将前、后车的车速、车速差、车间距及行车安全程度判断结果发送给行车安全预警子系统；行车安全预警子系统用于发布前、后车的车速、车速差和车间距，并且当前、后车超速、车间距过小或两车车速差过大时进行预警；所述的车辆位置检测传感器包括安装座(1)和两个传感器组件；传感器组件包括传感器模块(2)、T字节(31)、连杆轴(32)、直齿轮(33)、液压控制系统(4)、齿条活塞液压缸(5)；安装座(1)的固定底板(1)隧道顶部固定连接，液压控制系统(4)固定在固定底板(1)上；传感器模块(2)通过T字节(31)与连杆轴(32)固定连接，连杆轴(32)安装于安装座(1)的U型底座(12)上，并与直齿轮(33)同轴连接；直齿轮(33)与固定在U型底座(12)上的齿条活塞液压缸(5)的活塞杆啮合；液压控制系统(4)通过两根油管(41)分别与齿条活塞液压缸(5)的两个油口连接；两个传感器模块呈90°夹角，并且两传感器模块中心线在同一平面内。
2.根据权利要求1所述的采用基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统进行预警的方法，其特征在于所述的车辆位置信息采集子系统包括车辆位置检测传感器，滤波器，放大器，模数转换器和单片机；车辆位置检测传感器采集前、后车经过两个检测点时的通行信息并将其通过滤波器、放大器和模数转换器传输给单片机，由单片机提取出前、后车通过两个检测点时对应的时间信息。
3.根据权利要求1所述的采用基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统进行预警的方法，其特征在于所述的车辆状态数据处理子系统包括数据接收模块、数据处理模块、无线数据发射模块；数据接收模块用于接收车辆位置信息采集子系统中单片机所采集到前后两车通过两个检测点的时间信息；数据处理模块根据该时间信息计算前后两车车的车速、车速差和车间距，并将其与预设速度限值和安全车间距进行行车安全程度判断；无线数据发射模块将前后两车的车速、车速差和车间距，以及行车安全程度判断结果发送给行车安全预警子系统。
4.根据权利要求1所述的采用基于车辆行驶状态检测的隧道行车安全预警系统进行预警的方法，其特征在于所述的行车安全预警子系统由无线数据接收装置和报警设备组成；无线数据接收装置接收车辆状态数据处理子系统的前后两车的车速、车速差和车间距，以及行车安全程度判断结果，在前后两车超速、车间距过小、车速差过大时进行预警。
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