CN111815949A - 一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，该系统包括用以通过二维激光雷达检测设备检测支路车辆出现信息的支路车辆检测系统以及用以通过检测结果提示主干道行径车辆的主干道智能预警标志，所述的支路车辆检测系统设于支路边缘，且距支路路口30‑50米处，所述的二维激光雷达检测设备垂直朝下，面向道路安装，所述的主干道智能预警标志设于主干道，且距支路路口约5‑10米处面向主干道来车方向设置，所述的支路车辆检测系统通过有线和无线传输方式实时与主干道智能预警标志进行通信。与现有技术相比，本发明具有检测稳定、准确、高效、全天候等优点。

Description

一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统

技术领域

本发明涉及道路交通预警技术领域，尤其是涉及一种面向主干道往来车辆的 支路车辆汇入预警系统。

背景技术

国内城市超高的人口密度和日益增长的汽车保有量，促成了城市道路建设中较高的干道网密度。国内区式城市规划和建设过程中，形成了许多非信号控制的主干 道-支路交汇口。由于主干道设计车速较高，且交汇口处没有合理有效的交通控制 手段，此类交汇口存在极大的安全隐患，尤其当支路车辆突然驶出时，极易发生交 通事故(如图1所示)。另外，在夜间、雾天、暴雨等条件下，行驶环境可视性变 差，能见度降低，特别是主干道和支路较大的明暗差异，导致主干道驾驶人忽视汇 入车辆，如果汇入车辆车速较快，驾驶人反应不及时，极易发生交通事故。因此为 降低相关区域的交通事故风险，亟需开发相关的全天候、有精确度保障、且灵敏稳 定的智能交通解决方案。

目前在欧美等发达国家，对主干道支路交汇口安全问题一般采用设置于支路口的停牌作为交通控制手段，用以明确主干道车辆的道路优先权，同时通过严格的违 章惩罚，来进行相关的风险管控。针对国内情况，现阶段驾驶员素质难以保证，违 章情况较为普遍，此外，对此类情况违章拍照难度很大，同时人工执法对警力要求 很大，因此很难借鉴国外经验，且难以找到行之有效的解决办法。

目前大多通过匝道车辆汇入提示、行人过街检测-提示系统来进行预警，然而， 针对支路车流汇入的状况，当有车即将汇入时，若未能检测到相关状况，极容易导 致主干道驾驶人疏忽，进而引起事故。匝道车辆汇入提示、行人过街检测-提示系 统可采用的相关检测手段主要是线圈、地磁、红外感应、超声雷达以及视频检测技 术。这些检测手段都存在各自的局限：1)线圈检测技术，由于其极易损坏、维护 成本高等多方面的缺陷，已逐步被其他技术所取代。2)地磁检测技术是利用上方 物体切割其磁场产生扰动的原理进行检测，由于支路道路狭小，两向车道紧挨，因 此在检测过程中较大程度受由主干道驶入支路的车辆的干扰，造成频繁误测、误报， 极大降低警示功能的可信度。(3)红外感应的误差较大，检测范围难以控制，同样 容易出现误检、甚至漏检情况；且其亦不宜用于支路车辆检测。(4)超声雷达可以 进行精确的检测，然而其成本相对较高，因此在此类不是很典型的交通环境中较难 普及。5)视频检测技术在智能交通系统中应用广泛，然而其始终难以做到高精度 全天候(尤其是光线条件较差的环境下)的检测保障。此外，由于图像处理手段的 信息庞大，为提高计算速率，相关高精度的视频检测技术往往需要昂贵的硬件要求。 总之，针对支路车流汇入的状况，上述检测手段都存在各自的局限。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向主干道 往来车辆的支路车辆汇入预警系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，该系统包括：

支路车辆检测系统，用以通过二维激光雷达检测设备检测支路车辆出现信息；

主干道智能预警标志，用以通过检测结果提示主干道行径车辆。

所述的支路车辆检测系统设于支路边缘，且距支路路口30-50米处，二维激光 雷达检测设备垂直朝下，面向道路安装，支路车辆检测系统通过有线和无线传输方 式实时与主干道智能预警标志进行通信。

支路车辆检测系统具体还包括：

数据处理模块，用于短暂存储并处理二维激光雷达检测设备所获取的信息，实 时准确获得经过截面、正在驶出支路的车辆出现状况，同时将信号传输给数据发送 模块；

数据发送模块，用于将信号同时通过RS485以及LoRa实时向主干道智能预警 标志输出车辆车道信息；

电源控制模块，用于利用电源适配器连接市电，转换成12-24V的工作电压电 源，为支路车辆检测系统供电。

进一步地，所述的支路车辆检测系统的工作流程为：

1)二维激光雷达检测设备实时采集车道信息，并将车道信息通过数据处理模 块进行处理，判断车道是否检测到车辆出现；

2)对于检测到车辆出现的情况，将检测结果作为支路检测系统的数据输出， 通过RS485有线传输手段，持续将信号传向主干道智能预警标志；同时，检测信 号经由LoRa端口，持续向主干道智能预警标志传输。

所述的主干道智能预警标志设于主干道，且距支路路口约5-10米处面向主干 道来车方向设置。主干道智能预警标志包括：

数据接收模块，用于同时接收RS485以及LoRa传输的车道车辆信息，该模块 在RS485信号不中断的情况下选择RS485接收的信息，将信息输入到控制处理模 块中，在RS485信号中断的情况下自动选用LoRa端口获取的数据；

控制处理模块，用于获取支路车辆信息以判断支路上是否有车辆出现，并利用 获取的支路车辆出现信息激活预警提示标牌；

预警提示标牌，用于被激活后闪灯提示主干道行驶车辆；

电源控制模块，用于通过电源适配器连接市电，转换成12-24V的工作电压电 源，为主干道智能预警标志供电；

远程数据传输模块，用于将控制处理模块读取信息传输到设备管理相关部门处。

优选地，所述的远程数据传输模块采用GSM模块、3G模块或4G模块。

当主干道智能预警标志的控制处理模块读取数据时判断出现数据缺失，即 RS485传输出现中断，且RS485数据传输端发生的数据确实时间连续超过1分钟， 则主干道智能预警标志立刻切换成LoRa端口获得的数据，并通过远程数据传输模 块将数据缺失信息传输到设备管理相关部门处，以提醒并及时进行修复。

本发明系统采用二维激光雷达检测设备检测支路车辆出现信息的具体步骤包括：

S1、将二维激光雷达检测设备的检测范围视为一排1×N的检测元，其安装完 毕之后对应路面设置，每个检测元朝下对应一块检测区域，N个检测区域连续，每 一个检测元检测到一个检测头距离相关检测区域的距离，即二维激光雷达检测设备 检测的输出为一个由距离组成的列表[D₁,D₂,…,D_N]；

S2、依据车道位置，设置二维激光雷达检测设备的检测范围：

二维激光雷达检测设备安装完毕后进行校验，以安装人员站立于目标车道边缘位置时所在的区域对应的检测元p至q为准，其间区域即为应设置的检测范围，在 检测范围设定后，仅对该范围内的[p,…,q]检测元信号进行下一步处理。

S3、设置二维激光雷达检测设备所在位置的初始距离，将初始距离作为检测 基准：

[p,…,q]检测元在无车通过的情况下，放置一段时间；随后将无车状态下[p,…,q]检测元对应的稳定距离读数[D_p-0,…,D_q-0]即无车状态初始距离作为检测基准，用 以判断检测范围内是否有车辆通过。

S4、实时检测，根据检测基准获取车辆检测结果：

依据检测的初始距离对检测结果进行简化，假设k为[p,…,q]检测元中某一检 测元，若检测过程D_k>D_k+0.3米，则判定为检测到物体，则输出为1，对一台二 维激光雷达检测设备所对应的检测范围进行捕获，将是否至少有5个连续检测元被 激活作为车辆汇入判定依据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)针对支路缺乏有效控制措施，而引起的支路出车辆突然汇入造成的安全隐 患，本发明系统利用高精度的激光雷达检测技术，解决了其他检测技术如地磁、视 频、线圈等技术存在的检测误差问题，能够稳定、准确、高效、全天候地检测支路 车辆出现状况，进而对主干道车辆进行及时有效的预警提示，大大降低了事故风险；

2)本发明基于激光雷达技术进行车辆出现检测，激光雷达技术的准确稳定性， 使得整套解决方案能够在各种光线、环境情况下准确无误的工作，避免了在使用其 他检测手段时，由于检测误差导致的潜在风险；

3)本发明同时使用RS485以及LoRa信息传输方式，以RS485为主，LoRa 为辅，能保证系统运行过程中信号传输的稳定，避免信号传输过程产生中断而引起 的包括警示牌错报、驾驶员获取错误信息、汇入车辆漏侧导致的事故风险、警示牌 不准确导致的效果减弱等一系列的后果；同时，利用物联网技术，在RS485中断 工作时，能够及时传送相关信息，从而实现高效的系统维护；

4)本发明设置二维激光雷达检测设备的检测范围，并对实时经过该检测范围 内的车辆状态进行检测，通过无车状态初始距离作为检测基准，检测原理简捷，运 算量小，在保证精度的同时，避免了高清视频检测技术存在对计算速率的高要求， 在保证硬件稳定性的同时减少了硬件成本；

5)本发明的支路车辆检测系统距支路路口30-50米处，可实现提前5秒检测 到车辆，保证预留充足时间对主干道车辆进行提示。

附图说明

图1为城市主干道支路汇入点交通安全状况示意图；

图2为本发明系统的基本架设示意图；

图3为本发明系统的基本组成结构示意图；

图4为本发明系统的预警流程示意图；

图5为2D–LiDAR检测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是 本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发 明保护的范围。

本发明涉及一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，如图3所示， 该系统包括以下两个部分：

(A)支路车辆检测部分，用以检测支路车辆出现信息；

如图2所示，支路车辆检测部分设置于支路边缘，距支路路口30-50米处(可 提前约5秒检测到车辆，保证预留充足时间对主干道车辆进行提示)。支路车辆检 测部分设有倒L状杆体及设于杆体上的二维激光雷达，二维激光雷达设备垂直朝 下，面向道路安装(具体高度依据所采用激光雷达设备本身功能参数，如检测角度， 而定)，如图5所示。

(B)主干道智能预警标志，用以提示主干道行径车辆。

如图2所示，智能预警标志架设于主干道，距支路路口约5-10米处。警示标 志面向主干道来车方向设置，如图2所示。

本发明面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统的具体构成如附图4所 示。附图5展示了整个系统工作的流程图。

本发明系统的支路车辆检测部分包括：

二维激光雷达(2D-LiDAR)检测设备，数据处理模块、数据发送模块和电 源控制模块。二维激光雷达(2D-LiDAR)检测设备、数据处理模块和数据发送 模块依次连接。具体地：

2D-LiDAR检测设备，安装于支路处，用于持续、全天候的采集所覆盖道路 截面的信息。

数据处理模块，用于短暂存储并分析2D LiDAR所获取的信息，实时准确获得 经过截面、正在驶出支路的车辆出现状况，同时将信号传输给数据发送模块。

数据发送模块，用于将信号同时通过RS485(有线)，以及LoRa(无线)，实 时向主干道智能预警标志输出车辆车道信息(有/无车)。

电源控制模块，用于利用电源适配器连接市电，转换成12-24V的工作电压电 源，为支路车辆检测部分供电。

该检测部分的工作过程，主要包括以下两个步骤：

第一步，首先是检测过程，此过程中，由2D-LiDAR检测器面向车道路面进 行实时检测，获取各个检测元的距离读数，距离读数通过数据处理模块进行分析， 判断车道是否检测到车辆出现。

第二步是数据传输，车辆出现状况(0/1信号，0为否，1为是)作为支路检测 部分的数据输出，其通过RS485有线传输手段，持续将信号传向主干道智能预警 标志。与此同时，为保证信号传输的稳定性，检测信号也经由LoRa端口，持续向 主干道智能预警标志传输。

本发明系统的主干道智能预警标志包括：

数据接收模块，用于同时接收RS485以及LoRa信号，在RS485信号不中断 的情况下选用RS485接收的信息，将信息输入到控制处理模块中，此间一旦RS485 发生故障，则自动选用LoRa端口获取的数据。

控制处理模块，用于获取支路车辆信息，一旦获得支路车辆出现(有车)情况， 则激活预警提示标牌。

预警提示标牌，当该标牌被激活，闪灯提示主干道行驶车辆，前方支路有车汇 入、需要谨慎驾驶。

电源控制模块，用于通过电源适配器连接市电，转换成12-24V的工作电压电 源，为主干道智能预警标志供电。

远程数据传输模块，用于将控制处理模块读取信息传输到设备管理相关部门处，提醒及时进行维修。

如图5所示，主干道智能预警标志的工作过程具体包括两个步骤：

第一步，数据接收模块同时接收从支路检测部分，经由RS485以及LoRa两个 端口各自接收到的信号。由于RS485传输的稳定性和抗干扰性，控制处理模块工 作过程中，主要读取和使用RS485端口的信息。假设RS485传输出现中断(持续 未收到信号)，系统立刻切换成LoRa端口获得的数据，并通过GSM/3G/4G等远程 通讯模块，向管理部门报错，提醒及时进行维修。系统通过设置控制代码来进行端 口切换，进而读取LoRa端口数据。

第二步，由支路检测部分获取的车辆出现状况信息，传输给主干道智能预警标 志的控制处理模块，当控制处理模块检测到支路上有车辆出现时(信号输出为1)， 激活预警提示标牌，提示牌开始闪灯，警示主干道上来车，支路上即将有车汇入。 持续一段时间之后(如10秒)，提示牌停止闪灯。

综上，本发明系统采用RS485结合LoRa传输协议，并通过远程通信传输方式 及时上报传输问题的数据传输方式，用以保证系统传输过程的信息可靠，以及传输 问题的及时修复。其主要组成以及工作步骤主要包括：

步骤一、检测端(此专利中为支路车辆检测部分)采集到的信号由RS485数 据传输端(有线)以及LoRa数据传输端(无线)，将信息传输到信号使用端(此 专利中为主干道智能预警标志部分)。

步骤二、使用端读取经由RS485数据端口获得的数据，一旦使用端相应的控 制处理器模块在读取数据时，出现数据缺失，则自动读取LoRa端口获取的数据。

步骤三、如果RS485端口发生数据确实时间连续超过1分钟，则通过安装于 使用端的远程数据传输模块(GSM/3G/4G)，将信息传输到总控，即设备管理相关 部门处，提醒其及时修复。

本发明系统基于二维激光雷达(2D-LiDAR)检测设备进行持续、全天候的 采集所覆盖道路截面的信息的具体原理为：

2D-LiDAR可以理解为一排1×N的检测元，其安装完毕之后对着路面，每个 检测元朝下对应一块检测区域，N个检测区域连续(N根据所选择的LiDAR设备 而定)，如图5所示。每个检测元检测到的是一个检测头距离相关检测区域的距离， 因此2D-LiDAR检测的输出为一个由距离组成的列表[D₁,D₂,…,D_N]。

本发明系统整个检测过程主要包含以下步骤，其中前二步为系统初始化步骤， 最后一步为系统运行之后的常规检测方式：

S1、依据车道位置，设置检测范围。

一般情况下，2D-LiDAR检测所覆盖的范围要大于目标车道区域。安装完毕 后，进行简单校验，以安装人员站立于目标车道边缘位置时所在的区域对应的检测 元为准，其间区域即为应设置的检测范围。假设对应了从p至q的检测元，则目标 车道对应的检测元即为[p,…,q]检测元。在检测范围定好之后，合理设置，数据处 理模块仅对[p,…,q]检测元信号进行分析。

S2、设置初始距离，作为检测基准。

检测边界确认、检测范围划定完毕之后，[p,…,q]检测元在无车通过的情况下，放置1分钟(依据2D-LiDAR检测设备自身设置而定)，确保避免系统启动时的 预热过程产生误差。此后无车状态下[p,…,q]检测元对应的稳定距离读数[D_p-0,…, D_q-0]，也就是检测器检测的无车状态初始距离，即为检测基准，当检测出有距离小 于初始距离情况时，数据处理模块判断为有物体经过，以此判断分析检测范围内是 否有车辆通过(输出“1”即有车通过)。

S3、进行实时检测，获得检测结果。

设置完检测基准，便可进行车辆检测。得益于2D-LiDAR检测元检测过程独 立，且检测区域连续性，其能够通过非常简便的办法，区分出由其覆盖区域通过的 道路使用者的分类。为简化计算过程，本发明依据检测其的初始距离对检测结果进 行简化，假设k为[p,…,q]检测元中某一检测元，若检测过程D_k>D_k+0.3米，则 判定为检测到物体，输出为1(X_k＝1)，因此检测过程中，检测区域为一个由0， 1构成的列表[D_p,…,D_q]。

检测主要判断依据为：人以及自行车相对比较狭窄，其通过检测检测区域时， 往往激活(X_k＝1)的检测元数量较少，就算一行人同时通过，他们间的间隙也会 导致激活的检测元不连续；反之，对车辆而言，其外观横断面连续，且较宽，激活 的检测元数量明显多于人及自行车。假设检测器检测过程中，车辆至少会激活R 个连续检测元，则以是否有(R-1)个以上连续检测元被激活作为判定依据。

举例说明，由于人以及自行车相对比较狭窄，假设其通过时，只对一至两个检 测元产生影响，而汽车相对较宽，最小的情况下也会对连续6个检测元产生影响， 此时设置仅在连续5个以上检测元被激活的情况作为判定条件，来判断被测物体是 否为车辆既可。经验证，该方案获得的检测结果准确率达到99.9％以上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效 的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，该系统包括用以通过二维激光雷达检测设备检测支路车辆出现信息的支路车辆检测系统以及用以通过检测结果提示主干道行径车辆的主干道智能预警标志，所述的支路车辆检测系统设于支路边缘，且距支路路口30-50米处，所述的二维激光雷达检测设备垂直朝下，面向道路安装，所述的主干道智能预警标志设于主干道，且距支路路口约5-10米处面向主干道来车方向设置，所述的支路车辆检测系统通过有线和无线传输方式实时与主干道智能预警标志进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，所述的支路车辆检测系统还包括：

数据处理模块，用于短暂存储并处理二维激光雷达检测设备所获取的信息，实时准确获得经过截面、正在驶出支路的车辆出现状况，同时将信号传输给数据发送模块；

数据发送模块，用于将信号同时通过RS485以及LoRa实时向主干道智能预警标志输出车辆车道信息；

电源控制模块，用于利用电源适配器连接市电，转换成12-24V的工作电压电源，为支路车辆检测系统供电。

3.根据权利要求2所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，所述的主干道智能预警标志包括：

数据接收模块，用于同时接收RS485以及LoRa传输的车道车辆信息，该模块在RS485信号不中断的情况下选择RS485接收的信息，将信息输入到控制处理模块中，在RS485信号中断的情况下自动选用LoRa端口获取的数据；

控制处理模块，用于获取支路车辆信息以判断支路上是否有车辆出现，并利用获取的支路车辆出现信息激活预警提示标牌；

预警提示标牌，用于被激活后闪灯提示主干道行驶车辆；

电源控制模块，用于通过电源适配器连接市电，转换成12-24V的工作电压电源，为主干道智能预警标志供电；

远程数据传输模块，用于将控制处理模块读取信息传输到设备管理相关部门处。

4.根据权利要求2所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，所述的支路车辆检测系统的工作流程为：

a)二维激光雷达检测设备实时采集车道信息，并将车道信息通过数据处理模块进行处理，判断车道是否检测到车辆出现；

b)对于检测到车辆出现的情况，将检测结果作为支路检测系统的数据输出，通过RS485有线传输手段，持续将信号传向主干道智能预警标志；同时，检测信号经由LoRa端口，持续向主干道智能预警标志传输。

5.根据权利要求3所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，当主干道智能预警标志的控制处理模块读取数据时判断出现数据缺失，即RS485传输出现中断，且RS485数据传输端发生的数据确实时间连续超过1分钟，则主干道智能预警标志立刻切换成LoRa端口获得的数据，并通过远程数据传输模块将数据缺失信息传输到设备管理相关部门处，以提醒并及时进行修复。

6.根据权利要求1所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，采用二维激光雷达检测设备检测支路车辆出现信息的具体步骤包括：

1)将二维激光雷达检测设备的检测范围视为一排1×N的检测元，其安装完毕之后对应路面设置，每个检测元朝下对应一块检测区域，N个检测区域连续，每一个检测元检测到一个检测头距离相关检测区域的距离，即二维激光雷达检测设备检测的输出为一个由距离组成的列表[D₁,D₂,…,D_N]；

2)依据车道位置，设置二维激光雷达检测设备的检测范围；

3)设置二维激光雷达检测设备所在位置的初始距离，将初始距离作为检测基准；

4)实时检测，根据检测基准获取车辆检测结果。

7.根据权利要求6所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，步骤2)的具体内容为：

二维激光雷达检测设备安装完毕后进行校验，以安装人员站立于目标车道边缘位置时所在的区域对应的检测元p至q为准，其间区域即为应设置的检测范围，在检测范围设定后，仅对该范围内的[p,…,q]检测元信号进行下一步处理。

8.根据权利要求7所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，步骤3)的具体内容为：

[p,…,q]检测元在无车通过的情况下，放置一段时间；随后将无车状态下[p,…,q]检测元对应的稳定距离读数[D_p-0,…,D_q-0]即无车状态初始距离作为检测基准，用以判断检测范围内是否有车辆通过。

9.根据权利要求6所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，步骤4)的具体内容为：

依据检测的初始距离对检测结果进行简化，假设k为[p,…,q]检测元中某一检测元，若检测过程D_k>D_k+0.3米，则判定为检测到物体，则输出为1，对一台二维激光雷达检测设备所对应的检测范围进行捕获，将是否至少有5个连续检测元被激活作为车辆汇入判定依据。

10.根据权利要求3所述的一种面向主干道往来车辆的支路车辆汇入预警系统，其特征在于，所述的远程数据传输模块采用GSM模块、3G模块或4G模块。

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