專利名稱：高速公路安全行車系統(tǒng)方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明高速公路安全行車系統(tǒng)方案所屬交通管理技術領域。
背景技術：
本發(fā)明高速公路安全行車系統(tǒng)方案是國內外尚未見實施的?，F(xiàn)代的交管系統(tǒng)模式，包括現(xiàn)代國外的模式都是用局部多臺攝像機所攝的視屏信號，再由指揮中心調度信號燈系統(tǒng)，監(jiān)控或調度局部地區(qū)的車輛。指揮調度中心的工作量十分繁重，且不能統(tǒng)管全局。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是能讓每一位行車的駕駛員明白自己車輛在道路中的位置以及3公里道路范圍內的車況，象雷達顯示屏一樣，故大霧天、黑夜照樣可以高速地自主行車。如果某一輛車后面有多輛車要求超車，系統(tǒng)會指導該車向右變道—讓車。以減緩堵車的可能。整個系統(tǒng)中無人參與調度，大大提高了高速公路的行車安全，也大大地提高了高速公路的行車效率。將數(shù)字化交通方案納入我國交通管理的行列。
目前我國高速公路的交通事故和死亡率卻比一般公路高，這究競是什么原因產生的，采用那些有效措施可以將事故發(fā)生率降下來，這是人們非常關心的一個課題。
高速公路的交通事故和死亡率高的一個重要原因就是車速過高，道路上的車況不明。人們用原先中、低速行車遇險時的反應能力就遠不能應付高速行車時的需要。例如在江南，夏天清晨的高速公路上路況和視線都很好。斷斷續(xù)續(xù)有一輛輛汽車高速飛馳而過，由于公路穿過一條低谷，公路上聚集著濃濃的團霧，這是江南常見的自然現(xiàn)象。然而高速的汽車突然鉆進了迷霧，作為駕駛員第一個反應就是減速重新認清路況。緊接著后面的一輛汽車就高速追尾撞了上來，事故發(fā)生了。再接著一輛接一輛汽車高速地撞在一起……記得有一次接二連三撞了四、五十輛，人民的生命財產遭到極大的損失。
高速公路安全行車系統(tǒng)方案實現(xiàn)后就可以避免以上的事故。最終方案的實現(xiàn)車輛可自動駕駛(語音報警、語音提示操作)。本方案簡單可靠，不用破路埋傳感器，不用架設門框和高架。只要在高速公路的路面上用公路用白漆套印上行車標志和行車道標線(行車道標線為自動駕駛用)。在中間隔離欄上裝上微功率無線電數(shù)傳電臺、單片計算機、通訊計算機及通訊網(wǎng)絡(通訊計算機及通訊網(wǎng)絡是為了以后預留擴展功能而選用，否則只要選用通訊距離達兩公里中功率的數(shù)傳電臺即可)。每一輛駛入高速公路的汽車上必須攜帶一對微功率無線電數(shù)傳電臺，在汽車前牌照后面夾入一個與牌照一樣大小、厚度為3厘米的傳感器盒，內裝三個光電掃描傳感器(其中兩個可以不裝，作為以后自動駕駛用的)。一個微功率無線電數(shù)傳電臺在光電掃描傳感器掃到路標訊號后立即用訊號所指定的頻率向路邊的微功率無線電數(shù)傳電臺報告本汽車的牌照號碼、牌照底色(即車型)、是否要左、右變道、行車速度、收費公路入口號以及本車所在的車道。而另一臺微功率無線電數(shù)傳電臺則是接收網(wǎng)絡上處理好的前、后一到兩公里各車道上的所有汽車的相對位置以及距離；它將顯示在你車上的發(fā)光屏上，象雷達顯示屏一樣，一目了然。這樣你就可以按路況放心地開吧！而且路站還會用語音提示你注意事項。例如你在行車道上行車較慢時、后面不時有車輛要求超車時、或者你在超車道上長時間逗留時；語音會通知你注意行車安全，趕緊右變道讓行等人性化提示，如經(jīng)過一段時間你仍然不變道的話，語音會告訴你被記分了…這樣對于在某一時段高速公路上將要擁擠時指示低速車讓路，讓高速車先行通過，以緩解將要擁擠的路段，象火車行車一樣慢車讓快車先行，以提高高速公路通車能力。語音提示還有前方兩公里有出口，注意觀察出口路名、前方一公里是收費站，注意減速、等等計兩百五十多條。
具體實施例方式
方案的詳細內容以寧滬高速公路作為范本作介紹。寧滬高速公路全長248公里，設計為雙向四車道，加上緊急停車道為雙向共十車道(單向五車道)。以下按單向五車道介紹。
車道以每100米(或50米更佳)作為一個監(jiān)測點，在公路上套印上路標，該路標就是要求汽車的應答命令。經(jīng)過的汽車掃描到命令后，立即報告該汽車牌照號、牌照底色(車型)、是否要求左、右變道、行車速度以及本車所在的車道。時間只要0.1秒就可完成。為了防止多輛車同時進入各條車道的監(jiān)測點而出現(xiàn)搶應答的現(xiàn)象，方案設計為每車道配一臺微功率無線電數(shù)傳電臺。好在該微功率無線電數(shù)傳電臺價格很便宜。方案在路標附近的中心隔離欄板上安裝五臺微功率無線電數(shù)傳電臺，該電臺的工作頻率點為1--5號頻率點。對應于超車道--緊急停車道。該微功率無線電數(shù)傳電臺設置為固定頻率點、固定為接收方式。方案在每100米處還設置一套專用的單片計算機，它的作用是處理該點五車道數(shù)傳訊號，并將五路數(shù)據(jù)匯總送到500米處的通訊計算機。方案在每百米點上還設置了一臺微功率無線電數(shù)傳電臺，它的工作頻率點為21號頻率點，常置為等待發(fā)射方式。它的作用是將500米處通訊計算機處理好的、3公里范圍內的車況數(shù)據(jù)隨時發(fā)送出去，告知進入該范圍內的各種車輛。此段每百米范圍內設備就介紹完畢。
再向前100米段安置的設備相同。但是它的工作頻率點有所不同五臺微功率無線電數(shù)傳電臺的工作頻率點為6--10號頻率點。對應于超車道--緊急停車道。該微功率無線電數(shù)傳電臺仍設置為固定頻率點、固定為接收方式。另一臺微功率無線電數(shù)傳電臺，它的工作頻率點為22號頻率點，常置為等待發(fā)射方式。它的作用仍然是將500米處通訊計算機處理好的、3公里范圍內的車況數(shù)據(jù)隨時發(fā)送出去，告知進入該范圍內的各種車輛。繼續(xù)向前100米又恢復先前100米的頻率設置，這樣交替一直向前。對于下行線的頻率點一套五臺接收為11--15號頻率，一臺發(fā)射為23號頻率點。另一套五臺收為16--20號頻率，一臺發(fā)射為24號頻率點。目的是防止電臺頻率相互之間產生干擾，使工作更加穩(wěn)定。同樣是超車道；上行時為1和6交替標志，下行時又為11和16交替標志，也就是說每一種車道都有四種標志。它用于觸發(fā)不同頻率的微功率無線數(shù)傳電臺，作用是達到相鄰車道、上下行車道、每百米前、后站點上的微功率無線數(shù)傳電臺不相互干擾。基本原理與手機蜂窩站有點相似。
關于微功率無線電數(shù)傳電臺的介紹采用單片射頻集成電路CC1000及高性能單片處理器ATMEL，外圍電路少，可靠性高，故障率低。
技術性能參數(shù)工作頻率429.00～433.30MHz信道數(shù)8信道，可擴展至32信道調頻方式FSK功能雙向發(fā)射/接收(半雙工)穩(wěn)頻方式PLL最大發(fā)射功率+10dBm靈敏度-105dBm工作電壓3.6--5V接口數(shù)據(jù)格式8E1/8N1可靠通信距離100m發(fā)射時電流30mA接收時電流10mA待機功耗10uA接口速率1200Bit/s最大為19200Bit/s用戶接口方式TT1接口/RS232接口/RS485接口可選工作濕度10％~90％相對濕度無冷凝工作溫度-25℃~70℃
外形尺寸5.3×3.8×1cm特點微功率發(fā)射最大發(fā)射功率為10mW。
高抗干擾能力和低誤碼率基于FSK的調制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾能力，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-5～10-6。
透明的數(shù)據(jù)傳輸提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應任何標準或非標準的用戶協(xié)議。自動過濾掉空中產生的噪音號及假數(shù)據(jù)(所發(fā)即所收)。
多信道根據(jù)用戶需要，可擴展到32信道。滿足用戶多種通信組合方式。
雙串口，3種接口方式，模塊提供2個串口3種接口方式，COM1為TTL電平UART接口，COM2由用戶自定義為標準的RS-232/RS-485口。
選用優(yōu)質精密器件，嚴格調試，批量產品性能參數(shù)十分統(tǒng)一；技術性能已十分成熟，十分可靠，為無調試模塊化部件。
關于數(shù)據(jù)鏈的介紹因為微功率無線電數(shù)傳電臺內有單片機，它的通訊方式是可設置的，我們將它設置為從機狀態(tài)、485輸出方式。每百米處的單片計算機就可以將該點五路訊號分時錄入到該單片計算機(每百米處的單片計算機包括零米處和整百米處的單片計算機)。
每百米處的單片計算機對于五百米處的通訊計算機來說，每百米處的單片計算機又是五百米處的通訊計算機的從機(五百米處的通訊計算機是指500米處、1500米處、2500米處、3500米處…的通訊計算機；就是說每千米(上、下行)有一臺通訊計算機)。
五百米處的通訊計算機將分時對管轄內的十臺單片計算機進行數(shù)據(jù)處理，收到新數(shù)據(jù)并同時刪除老數(shù)據(jù)，也就是說；同一車牌的車在數(shù)據(jù)鏈中只有一個。用抗干擾能力強的485通訊方式進行通訊，通訊距離最長為500米，符合通訊條件。
1500米處的通訊計算機001將所轄一公里范圍內車況數(shù)據(jù)發(fā)送給前方一公里處(即2500米)處的通訊計算機002，再索回該機轄內一公里范圍內的車況。1500米處的通訊計算機它的后方站(500米處的通訊計算機000)也會向本站發(fā)送和索回一公里范圍內的車況數(shù)據(jù)。除起始一臺和最后一臺通訊計算機外，其余每一臺通訊計算機都掌握3公里范圍內的車況數(shù)據(jù)。通訊計算機它將3公里范圍內的車況數(shù)據(jù)通過485接口直接送給轄內的20臺微功率無線數(shù)傳電臺(數(shù)傳電臺21、22、23、24各5臺)，再用無線發(fā)送方式送給轄內汽車上的微功率無線數(shù)傳電臺并通過負責顯示的專用計算機，根據(jù)路標判別自己所處的位置和車道，將3公里范圍內車況用圖形顯的方式顯示出來。
行車道標線和行車標志行車道標線為各車道的中線，寬度為15厘米，通長到底，中間不間斷，它是用道路用白漆漆成。它和普通交通標線不一樣，車輛將縱向跨騎在標線上。它用于汽車自動駕駛時被汽車上光電掃描器作跟蹤用的軌道線。在行車道標線右側有多條與行車道標線垂直的有寬有窄線條，它就是行車標志，它用于被汽車上另一組光電掃描器作檢測用的。該線條寬的為1，窄的為0，間隔為窄的寬度，組成條型碼，它用于通報行車道名及請求應答命令。條型碼共有十條寬窄線條組成，頭尾固定為寬線條，中間八條寬窄線條可組成256個信息，條型碼它的總長度是固定的，它又可用于測速通過一定距離所用時間的倒數(shù)就是速度。例通過1米所用時間為1/100秒，它的速度就是100米/秒。通過1米所用時間為1/50秒，它的速度就是50米/秒。
這樣地面設施基本介紹完畢；成本預算如此雙向四車道每公里用微功率無線數(shù)傳電臺120臺、專用單片計算機20臺、通訊計算機1臺及電線、電纜和專用電源其成本可控制在20萬元(噴印路面標記成本除外)。20萬元在雙向四車道的滬寧高速公路每公里造價來講只是一個零頭?？伤鼛淼男б媸遣豢晒懒康摹＠缭敬箪F天氣必須關閉高速公路的現(xiàn)在照樣可以高速通行了；夜間高速行車由于路況明了也可高速開了；無形的交通警察跟著每一輛車督促；這樣一來長時間占用超車道的少了、車速過慢的讓道了、避免了可能造成的堵車等等，車速快了；高速公路成了真正的高速公路。
車載設備的介紹車載設備包括光電應答器和接收顯示及存儲器。車載設備是每一輛進入高速公路的車必須要安裝的！如果進入高速公路的車沒有安裝該設備的話，它將象一個幽靈，在別人的顯示器上無顯示，但實際上是存在的。它的出現(xiàn)將給其它車輛帶來災難…好在該設備價格不高，質量可靠的、普及型的價格可控制在2500元左右。但是它的作用確實非常大，用途也非常廣泛。例如1。高速公路、國道及普通收費道路的不停車收費；方法是每一輛裝有光電應答器的車輛，必須辦一個與牌照號碼相捆綁的交通銀行儲蓄卡，存有一定的備用金，當車輛收費道口時，光電應答器就會把車牌號、車型及入口號報告給沿途網(wǎng)絡，到出口處收費系統(tǒng)就能根據(jù)出口號及車型算出應繳費金額。收費系統(tǒng)會從銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)的該帳戶中扣除該扣金額，并告知該牌號車輛存儲；如帳戶中未扣到費金就會通知該車走收費道口，如強行闖關系統(tǒng)會把警告送到該車的顯示器上，逃得了和尚逃不了廟！2。在城市交通中它雖然不能如實的顯示適時道路車況——因為道路上多了許多非機動車和行人。但它可以對道路上的車輛實行監(jiān)控，只要在相應的路口套印應答標置，系統(tǒng)就會識別該車是否闖禁區(qū)了！識別該車是否闖紅燈了！該車是否超速行駛了！識別該車是否是被竊車輛！只要裝上相應的違反規(guī)定的制裁程序，它就會向系統(tǒng)如實地報告某某車牌號違反規(guī)定的內容，從而有力地制止了違章事件的發(fā)生。要求所有車輛安裝車載設備系統(tǒng)是非常必要的，它是將數(shù)字化交通方案納入我國交通管理的必備。
光電應答器是由光電掃描系統(tǒng)和微功率無線數(shù)傳電臺組成。光電掃描系統(tǒng)由高亮發(fā)光二極管、光電二極管及光學聚焦系統(tǒng)組成。原理同超市里收銀處用的條碼掃描器。它的作用是讀取公路上應答標記的內容，及時將本車的車牌號、車型、車速、是否要變道以及高速公路入口號用指定的車道號對應頻率的微功率無線數(shù)傳電臺報告給沿途系統(tǒng)站點。光電應答器快速地完成了圖象掃描識別牌照的復雜過程，便于全天候可靠地工作。光電應答器實際上起到了電子牌照的作用。掃描原理在前面行車標志中已作介紹。該系統(tǒng)密封裝在前牌照后的扁平安裝盒中。
接收顯示及存儲器是由微功率無線數(shù)傳電臺和一臺專用計算機組成(豪華型)?；蛴晌⒐β薀o線數(shù)傳電臺、單片計算機、發(fā)光二極管信號燈顯示器電路組成(簡易型)。豪華型的圖形顯示比較細膩，字跡比較清晰，功能比較全面，存儲內容比較多。它們的作用是(1)將3公里道路范圍內的車況，一覽無余地顯示在顯示屏上，象雷達顯示屏一樣。讓駕駛員有的放矢地放心駕車。(2)道路網(wǎng)絡系統(tǒng)會將車輛違反規(guī)定的時間、地點及違反規(guī)定內容寫入該車的存儲器。道路網(wǎng)絡系統(tǒng)還會將車輛進入高速公路的車牌號、時間、入口號、出口號以及應繳金額內容寫入該車的存儲器，以備核對。(3)系統(tǒng)的語音系統(tǒng)象一名人性化的隨車交通警員隨時用語言指導你安全行車、警告你不要違規(guī)以及告訴你被記分、被罰款等等，并被寫入該車的存儲器，以備核對。簡易型的顯示采用發(fā)光二極管組成的信號燈系統(tǒng)；每路一組，以自己車輛為基線；在任何一車道上；如前方500米之內無車，所有車道亮綠燈；如前方任一車道500米至300米之內有車，則該一車道亮黃燈；如前方任一車道200米至100米之內有車，則該一車道亮紅燈；如前方的車速比自己的車速快，則該一車道紅燈將轉為黃燈。濃霧天氣只要看自己車內的信號燈就可安全行車了。
高速公路安全行車系統(tǒng)方案是具有中國特色的數(shù)字化交通方案，它是國內首創(chuàng)，國際上沒有的。它的特點是花錢少，系統(tǒng)簡單明了，系統(tǒng)多選用模塊化組成采用無調試方案，盡選標準部件，且易換容易。
該系統(tǒng)的實施必須得到國務院及交通部的認可。由交通部確定給定統(tǒng)一的微功率無線數(shù)傳電臺的使用頻率范圍。該方案的實施也可分三步走；1)局部收費站可采用安裝車載系統(tǒng)進行不停車收費實驗，對于已安裝車載系統(tǒng)的車輛系統(tǒng)語音會提醒它走綠色通道；對于未安裝系統(tǒng)的則只有走收費通道了！2)對于高速公路安全行車方案的實施就必須讓進入高速公路的車輛都要安裝車載系統(tǒng)，對于暫時沒有安裝車載系統(tǒng)的車輛在進入高速公路的入口處給安裝上臨時的光電應答器用以過渡…3)使一部份車輛最終實現(xiàn)在高速公路自動駕駛的方案。
該方案的實施權在交通部是否認可。如得以實施就是說每一輛車進入高速公路必須安裝車載系統(tǒng)。那么高速公路上自動駕駛的車輛也將應運而生，駕駛員將不再會因為疲勞駕駛而自撞南墻了！前景實在太誘人了。


地面通訊系統(tǒng)的方框簡圖見說明書附圖。
權利要求
由光電掃描系統(tǒng)和微功率無線數(shù)傳電臺組成；光電掃描系統(tǒng)由高亮發(fā)光二極管、光電二極管及光學聚焦系統(tǒng)組成；原理同超市里收銀處用的條碼掃描器，它的作用是讀取公路上應答標記的內容后，及時將本車的車牌號、車型、車速、是否要變道以及收費公路入口號用指定對應頻率的微功率無線數(shù)傳電臺報告給沿途系統(tǒng)站點，到出口處收費系統(tǒng)就能根據(jù)出口號及車型算出應繳費金額，收費系統(tǒng)會從與該車牌號捆綁的銀行帳戶中扣除該扣金額，并顯示在該車的顯示器上，告知該牌號車輛存儲信息，以備查。
全文摘要
高速公路安全行車系統(tǒng)方案由公路計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)和車載通訊系統(tǒng)所組成。它的實現(xiàn)能讓每一位行車的駕駛員明白自己車輛在道路中的位置以及3公里道路范圍內的車況，車載監(jiān)視屏象雷達顯示屏一樣，一覽無余。故大霧天、黑夜照樣可以高速地自主行車。整個系統(tǒng)中無人參與調度，大大地提高了高速公路的行車安全，也大大地提高了高速公路的通車能力。并將數(shù)字化交通方案引入我國交通管理的行列。
文檔編號G07B15/06GK1588479SQ20041006498
公開日2005年3月2日 申請日期2004年10月18日 優(yōu)先權日2004年10月18日
發(fā)明者俞苗法 申請人:俞苗法