一種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)，包括沿公路設(shè)置的若干雨量計(jì)、與雨量計(jì)配合使用的顯示屏和控制子系統(tǒng)；雨量計(jì)沿高速公路每隔一段距離設(shè)置一個(gè)，用于監(jiān)測(cè)該處雨量信息；控制系統(tǒng)基于雨量信息獲取車輛安全行駛速度；每?jī)蓚€(gè)顯示屏為一組顯示由同一雨量計(jì)獲取的雨量信息所計(jì)算的安全行駛速度；所述每一組顯示屏分別設(shè)置于相對(duì)的高速公路上且分別位于相應(yīng)雨量計(jì)的下游路段。本系統(tǒng)可以根據(jù)雨量的大小自動(dòng)獲取車輛在該雨量下的安全行駛速度。
【專利說(shuō)明】
一種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種交通預(yù)警技術(shù)，特別是一種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展我國(guó)高速公路里程也不斷延伸，高速公路方便快捷安全暢通的綜合效益不斷顯現(xiàn)。但由于高速公路車速快、流量大及其自身全封閉的特點(diǎn)，因此高速公路一旦遇到低能見(jiàn)度的特殊天氣，特別是具有突發(fā)性和隨機(jī)性的團(tuán)霧狀況時(shí)就極易發(fā)生交通事故。由大霧、雨雪、沙塵暴等天氣因素致使高速公路上能見(jiàn)度降低已成為目前高速公路上交通事故的主要誘發(fā)因素，并且造成了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)高速公路預(yù)警系統(tǒng)已成為交通行業(yè)亟待解決的問(wèn)題，特別是下雨這種常見(jiàn)自然氣象對(duì)高速公路上車輛行駛過(guò)程造成的危險(xiǎn)時(shí)有報(bào)道發(fā)生?，F(xiàn)有的高速公路預(yù)警技術(shù)中，關(guān)于雨天環(huán)境下高速公路預(yù)警通常是設(shè)定一車速上限值，提醒過(guò)往車輛減速慢行。但是該方法工作模式單一，不能很好的區(qū)分各種雨量下允許車輛行駛的最高速度，一般設(shè)定為80km/h，特別是在雨量較小或者中等情形時(shí)，不能科學(xué)系統(tǒng)的獲取一合理的安全行駛速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)雨量的大小自動(dòng)獲取車輛在該雨量下的安全行駛速度。
[0004]本系統(tǒng)包括沿公路設(shè)置的若干雨量計(jì)、與雨量計(jì)配合使用的顯示屏和控制子系統(tǒng)。所述雨量計(jì)沿高速公路每隔一段距離設(shè)置一個(gè)，用于監(jiān)測(cè)該處雨量信息;所述控制系統(tǒng)基于雨量信息獲取車輛安全行駛速度;所述每?jī)蓚€(gè)顯示屏為一組顯示由同一雨量計(jì)獲取的雨量信息所計(jì)算的安全行駛速度。所述控制系統(tǒng)中設(shè)置訓(xùn)練子系統(tǒng)和速度獲取子系統(tǒng):所述訓(xùn)練子系統(tǒng)基于不同的雨量信息、雨量計(jì)所位于的路面結(jié)構(gòu)、不同輪胎結(jié)構(gòu)訓(xùn)練獲取雨量信息與車速間的關(guān)系，所述速度獲取子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)雨量信息調(diào)用雨量信息與車速間的關(guān)系獲得實(shí)時(shí)車速;所述每一組顯示屏分別設(shè)置于相對(duì)的高速公路上且分別位于相應(yīng)雨量計(jì)的下游路段。
[0005]采用上述系統(tǒng)，所述訓(xùn)練子系統(tǒng)通過(guò)包括水膜厚度子模塊、附著系數(shù)子模塊、剎車距離子模塊、安全速度獲取子模塊在內(nèi)的模塊獲取獲取雨量信息與車速間的關(guān)系。水膜厚度子模塊基于道路參數(shù)和雨量獲取水膜厚度，附著系數(shù)子模塊基于水膜厚度獲取車輛輪胎與地面的附著系數(shù)，剎車距離子模塊基于附著系數(shù)獲取安全剎車距離，安全速度獲取子模塊調(diào)用附著系數(shù)并和安全剎車距離獲取車輛安全行駛速度。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述訓(xùn)練子系統(tǒng)通還包括反應(yīng)時(shí)間子模塊，用于存儲(chǔ)駕駛員反應(yīng)時(shí)間和車輛反應(yīng)時(shí)間，供剎車距離子模塊調(diào)用。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)基于訓(xùn)練方式獲取降雨量下的車速時(shí)，可以考量影響車速的多種因素，獲取的數(shù)值更為準(zhǔn)確；(2)增加駕駛員在面對(duì)突發(fā)狀況時(shí)的反應(yīng)時(shí)間及車輛反應(yīng)時(shí)間，獲取的數(shù)值更為準(zhǔn)確。
[0008]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0010]圖2為本系統(tǒng)訓(xùn)練子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0011]圖3為本系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明基于交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目《武陵山區(qū)公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)安全保障技術(shù)研究》(2014318785090)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0013]—種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)，包括沿公路設(shè)置的若干雨量計(jì)、與雨量計(jì)配合使用的顯示屏和控制子系統(tǒng)。所述雨量計(jì)沿高速公路每隔一段距離設(shè)置一個(gè)，用于監(jiān)測(cè)該處雨量信息;所述控制系統(tǒng)基于雨量信息獲取車輛安全行駛速度;所述每?jī)蓚€(gè)顯示屏為一組顯示由同一雨量計(jì)獲取的雨量信息所計(jì)算的安全行駛速度。所述控制系統(tǒng)中設(shè)置訓(xùn)練子系統(tǒng)和速度獲取子系統(tǒng):所述訓(xùn)練子系統(tǒng)基于不同的雨量信息、雨量計(jì)所位于的路面結(jié)構(gòu)、不同輪胎結(jié)構(gòu)訓(xùn)練獲取雨量信息與車速間的關(guān)系，所述速度獲取子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)雨量信息調(diào)用雨量信息與車速間的關(guān)系獲得實(shí)時(shí)車速最大值;所述每一組顯示屏分別設(shè)置于相對(duì)的高速公路上且分別位于相應(yīng)雨量計(jì)的下游路段。
[0014]本系統(tǒng)基于如下原理設(shè)計(jì):雨量決定水膜厚度，水膜厚度決定附著系數(shù)，附著系數(shù)決定摩擦力，摩擦力決定制動(dòng)距離，制動(dòng)距離限制車輛行駛速度。多雨地區(qū)高速公路上每2-3公里安裝一臺(tái)雨量計(jì)，如果雨量計(jì)測(cè)到下雨了，就由計(jì)算模塊計(jì)算應(yīng)限速多少，然后上游的LED屏實(shí)時(shí)顯示限速。
[0015]結(jié)合圖2，基于上述原理，所述控制子系統(tǒng)包括一訓(xùn)練子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)對(duì)以下子模塊獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練獲取雨量信息與車速間的關(guān)系:水膜厚度子模塊、附著系數(shù)子模塊、剎車距離子模塊、安全速度獲取子模塊、取整子模塊。水膜厚度子模塊基于道路參數(shù)和雨量獲取水膜厚度，附著系數(shù)子模塊基于水膜厚度獲取車輛輪胎與地面的附著系數(shù)，剎車距離子模塊基于附著系數(shù)獲取安全剎車距離，安全速度獲取子模塊調(diào)用附著系數(shù)并和安全剎車距離獲取車輛安全行駛速度。
[0016]所述水膜厚度子模塊通過(guò)雨量計(jì)對(duì)一定區(qū)域排水長(zhǎng)度L、降雨強(qiáng)度1、坡度N等獲取水膜厚度d，即d = f(L，I，N)，其中L為排水長(zhǎng)度，I為降雨強(qiáng)度，N為坡度。
[0017]所述附著系數(shù)子模塊通過(guò)水膜厚度d、輪胎的結(jié)構(gòu)、胎面花紋、滑動(dòng)率，以及行駛速度來(lái)獲取摩擦系數(shù)。由于每一車輛的輪胎結(jié)構(gòu)和胎面花紋均不相同，而行駛速度為待求變量，因此采用訓(xùn)練的方式，對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上的輪胎結(jié)構(gòu)和適合的目標(biāo)速度進(jìn)行輸入獲取一系列的附著系數(shù)，通過(guò)訓(xùn)練獲取不同水膜厚度下的附著系數(shù)，然后對(duì)于不同水膜厚度的一系列附著系數(shù)中取最小值作為該水膜厚度下的標(biāo)準(zhǔn)值。
[0018]所述剎車距離子模塊存根據(jù)附著系數(shù)μ、行駛速度V獲取剎車距離，S卩S= f(y，v)。
[0019]所述安全速度獲取子模塊根據(jù)附著系數(shù)μ和安全剎車距離S水膜厚度d相對(duì)于降雨量間的關(guān)系，獲取雨量信息下速度的模型，v = f(I)。
[0020]本系統(tǒng)中，充分考量簽發(fā)遇有突發(fā)情形下駕駛員做出制動(dòng)操作的反應(yīng)時(shí)間和車輛的反應(yīng)時(shí)間，在訓(xùn)練子系統(tǒng)中設(shè)置一反應(yīng)時(shí)間子模塊，用于存儲(chǔ)設(shè)定的反應(yīng)時(shí)間to = tP+t。，并在訓(xùn)練獲取安全剎車距離時(shí)調(diào)用該時(shí)間，其中tP、tc分別為人和車的反應(yīng)時(shí)間。
[0021]本系統(tǒng)中，速度獲取子系統(tǒng)中設(shè)置一取整子模塊，對(duì)實(shí)時(shí)車速向下取至最接近的5的倍數(shù)。
[0022]本系統(tǒng)還包括AD轉(zhuǎn)換器，對(duì)將雨量信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0023]本系統(tǒng)還包括信息發(fā)布控制器，用于控制顯示頻顯示速度信息。
[0024]本系統(tǒng)還包括zi gbee無(wú)線射頻模塊，用于雨量信息在雨量計(jì)和控制系統(tǒng)間的傳輸，以及速度信息在控制系統(tǒng)和信息發(fā)布控制器之間的傳輸。ZigBee技術(shù)作為一種新興的雙向無(wú)線通信手段，具有功耗低、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高及成本低等特點(diǎn)，非常適合于高速公路上的信息傳輸。由于TI公司技術(shù)實(shí)力雄厚，提供的開發(fā)工具、技術(shù)文檔、參考設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)等資料更為完整，有利于平臺(tái)的搭建，因此將選用TI公司的ZigBee單芯片解決方案。這其中又以最新的Chipcon公司的CC2430芯片表現(xiàn)最為出眾。該模塊分為發(fā)送和接收兩部分，發(fā)送部分安裝在攝像頭處，用于實(shí)時(shí)發(fā)送經(jīng)由圖像處理模塊得到的限速信息;接收部分集成在信息發(fā)布模塊，將接收到的限速標(biāo)志信息傳遞給LED限速顯示標(biāo)志或門架式可變信息標(biāo)志牌。
[0025]結(jié)合圖3，假設(shè)在高速公路上B到E路段局部有雨，如圖所示，預(yù)警系統(tǒng)工作過(guò)程如下:當(dāng)C處雨量監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)C處有雨，根據(jù)雨量大小，向雙向車道上游可變信息標(biāo)志牌發(fā)送限速80的限速信息，S卩bl處、d2處可變信息標(biāo)志牌顯示限速80;與C處相鄰的雨量監(jiān)測(cè)裝置B、D監(jiān)測(cè)雨量信息，當(dāng)B處也檢測(cè)到有雨時(shí)，向al、c2發(fā)送限速信息；當(dāng)D處也檢測(cè)到有雨時(shí)，向cl、e2發(fā)送限速信息。與以上同理E、F處也進(jìn)行雨量監(jiān)測(cè)，當(dāng)F處沒(méi)有檢測(cè)到有雨時(shí)，SP對(duì)其一側(cè)的道路(路段的下游)fl處的可變信息牌發(fā)送解除限速信息；同理，當(dāng)A處沒(méi)有檢測(cè)到有雨時(shí)，其路側(cè)可變標(biāo)志牌a2顯示解除限速信息。
[0026]本系統(tǒng)可以與測(cè)速系統(tǒng)、排水系統(tǒng)配套使用。例如當(dāng)根據(jù)雨量獲取車輛安全行駛速度后，通過(guò)數(shù)據(jù)之間的傳輸設(shè)定測(cè)速系統(tǒng)的抓拍速度閾值;又例如，當(dāng)雨量達(dá)到一定程度時(shí)，切換排水系統(tǒng)的功率，將公路積水迅速排除，使車輛與地面的附著系數(shù)達(dá)到一個(gè)理想范圍。
[0027]同時(shí)本系統(tǒng)還可以對(duì)不同種類的車輛進(jìn)行分別訓(xùn)練，分別獲取其在相同雨量情形下不同的安全車速。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雨量計(jì)的高速公路預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括沿公路設(shè)置的若干雨量計(jì)、與雨量計(jì)配合使用的顯示屏和控制系統(tǒng)； 所述雨量計(jì)沿高速公路每隔一段距離設(shè)置一個(gè)，用于監(jiān)測(cè)該處雨量信息； 所述控制系統(tǒng)基于雨量信息獲取車輛安全行駛速度； 所述每?jī)蓚€(gè)顯示屏為一組顯示由同一雨量計(jì)獲取的雨量信息所計(jì)算的安全行駛速度； 所述控制系統(tǒng)中設(shè)置訓(xùn)練子系統(tǒng)和速度獲取子系統(tǒng): 所述訓(xùn)練子系統(tǒng)基于不同的雨量信息、雨量計(jì)所位于的路面結(jié)構(gòu)、不同輪胎結(jié)構(gòu)訓(xùn)練獲取雨量信息與車速間的關(guān)系， 所述速度獲取子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)雨量信息調(diào)用雨量信息與車速間的關(guān)系獲得實(shí)時(shí)車速最大值； 所述每一組顯示屏分別設(shè)置于相對(duì)的高速公路上且分別位于相應(yīng)雨量計(jì)的下游路段。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述訓(xùn)練子系統(tǒng)通過(guò)以下子模塊獲取獲取雨量信息與車速間的關(guān)系: 水膜厚度子模塊，基于道路參數(shù)和雨量獲取水膜厚度， 附著系數(shù)子模塊，基于水膜厚度、路面結(jié)構(gòu)、輪胎結(jié)構(gòu)獲取車輛輪胎與地面的附著系數(shù)， 剎車距離子模塊，基于附著系數(shù)獲取安全剎車距離， 安全速度獲取子模塊，調(diào)用附著系數(shù)和安全剎車距離獲取車輛安全行駛速度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述訓(xùn)練子系統(tǒng)通還包括反應(yīng)時(shí)間子模塊，用于存儲(chǔ)駕駛員反應(yīng)時(shí)間和車輛反應(yīng)時(shí)間，供剎車距離子模塊調(diào)用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述速度獲取子系統(tǒng)中設(shè)置一取整子模塊，對(duì)實(shí)時(shí)車速向下取至最接近的5的倍數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括AD轉(zhuǎn)換器，對(duì)將雨量信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括信息發(fā)布控制器，用于控制顯示頻顯示速度信息。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括zigbee無(wú)線射頻模塊，用于雨量信息在雨量計(jì)和控制系統(tǒng)間的傳輸，以及速度信息在控制系統(tǒng)和信息發(fā)布控制器之間的傳輸。
【文檔編號(hào)】G08G1/09GK105957374SQ201610373293
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】朱寶林, 李霖, 柴智, 田苗苗, 王瞳, 江睿南, 馬聞博, 程寅, 惠嘉, 雷謙榮, 吳健, 郭朝陽(yáng), 李亞非, 陳明, 沈照青, 張萌
【申請(qǐng)人】交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院, 山東交通學(xué)院, 交科院公路工程科技(北京)有限公司