一种高速公路汽车防碰撞预警系统

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一种高速公路汽车防碰撞预警系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于汽车安全技术领域，尤其涉及一种高速公路汽车防碰撞预警系统。\n背景技术\n[0002] 目前，高速公路汽车防碰撞的方式方法主要有主动处理型和摄像图像处理方式，主动处理型汽车防碰撞装置都是车载装置，是对本车前方道路上行驶的车辆进行监测，在装置中设计有安检算法，当监测判断到有不安全的状态时，在本车内部发出报警信号，警示本车驾驶员采取措施确保安全。这种装置对本车前方道路上行驶的车辆监测的技术方法主要有雷达、远红外、微波等。摄像处理方式是在高速公路安装高清晰度的摄像头，道路车辆行驶状况的图像实时传输到中控室的计算机中，在显示器中显示道路交通状况，中控室值班人员24小时监看，如果发现安全异常情况，可以锁定路段和车辆，通知交警处理；在计算机中也可以设计图像处理程序主动锁定发生安全异常情况的路段和车辆，再由值班人员操作计算机精确进行锁定发生安全异常的状况，通知交警处理和在高速公路用喇叭通知予以警示。主动处理型的安全警示只针对本车有效，驾驶员只有通过鸣喇叭对其它车辆产生警示作用；车载防碰撞装置的检测传感器是固定安装，由于其检测的方向性、距离和弯道的限制，本车的左、右和后方的车辆行驶状况还是需要驾驶员自己观察把握，另一方面，这种汽车防碰撞车载装置成本较高，适合于高中挡轿车装备。摄像图像处理方式在道路处于开阔环境下，其摄像作用道路长，但也存在摄像的死角，尤其对于道路存在弯道、两侧有山丘的不开阔的环境下，摄像作用受限，如果摄像作用覆盖高速公路全路段，不但摄像成本高，而且中控室成本高，24小时值班人员增加；另一方面，依靠喇叭播音警示对隔音效果好的车辆警示作用有限；又由于高速公路是双向车辆各行其道的单向行驶，喇叭播音警示对同路段相反方向没有出现安全异常情况道路行驶的车辆驾驶员产生影响；交警到达现场需要一定的时间。另一方面，当发生极端天气和路况发生变化的情况下，高速公路的安全行驶速度必须随之变化，通常只能够依靠驾驶员的安全驾驶的知识和经验控制速度，特殊情况下依靠警车在前方引路控制车流的速度。\n发明内容\n[0003] 本发明提供了一种高速公路汽车防碰撞预警系统，旨在解决目前高速公路汽车防碰撞的方式，主动处理型的安全警示只针对本车有效，驾驶员只有通过鸣喇叭对其它车辆产生警示作用，摄像图像处理方式在道路存在弯道、两侧有山丘的不开阔的环境下，摄像作用受限，若覆盖高速公路全路段，摄像成本及中控室成本高，适用性及应用范围较小的问题；以及解决因天气和路况变化驾驶员能够便利地知道安全车速范围的问题。\n[0004] 本发明的目的在于提供一种高速公路汽车防碰撞预警系统，其特征在于，该高速公路汽车防碰撞预警系统包括：\n[0005] 高速公路车载装置，安放在车辆的内部，用于对车辆进行自主测速，并判断车辆速度是否低于高速公路设定的安全值，同时在车辆故障时自动，也可手动发送故障报警信息，对行驶在后面的同方向的其他车辆进行信息预警；\n[0006] 高速公路入口测试启动装置，与所述高速公路车载装置进行无线通信连接，用于对所述高速公路车载装置进行性能测试，并启动所述高速公路车载装置和设置安全车速限速的信息；\n[0007] 高速公路出口禁闭装置，与所述高速公路车载装置进行无线通信连接，用于禁闭所述高速公路车载装置功能；\n[0008] 高速公路行驶方向频率设置装置，安装在高速公路辅道入口的一侧，与所述高速公路车载装置进行无线通信连接，用于设置所述高速公路车载装置在所行驶高速公路方向通信频率；\n[0009] 高速公路监测通信装置，安装在高速公路主道及辅道的一侧，所述高速公路监测通信装置相互之间进行无线通信网络连接，与所述高速公路车载装置进行同频率的无线通信连接，用于接收高速公路车载装置发送的车辆低于高速公路设定的安全速度值信息、停车道停车信息、故障信息。以及用于向高速公路车载装置发送前方车辆有安全隐患的报警信息，询问车辆行驶状况信息；发送安全车速限速的信息。\n[0010] 进一步、当所述高速公路入口测试启动装置检测到车辆已安放所述高速公路车载装置，并工作正常，设置安全车速限速的信息后，则允许该车辆进入高速公路；\n[0011] 当所述高速公路入口测试启动装置检测到车辆已安放所述高速公路车载装置，但不正常工作时，则对所述高速公路车载装置进行维修或更换，在工作正常，并设置安全车速限速的信息后，允许该车辆进入高速公路；\n[0012] 当所述高速公路入口测试启动装置检测到车辆未安放所述高速公路车载装置时，则对车辆配置所述高速公路车载装置，在所述高速公路车载装置工作正常，并设置安全车速限速的信息后，允许该车辆进入高速公路。\n[0013] 进一步、所述高速公路监测通信装置包括控制器、无线接收发送模块、高速公路监测通信装置通信网络模块、电源模块；\n[0014] 控制器与无线接收发送模块、高速公路监测通信装置无线通信网络模块、电源模块连接，用于实施接收信息和输出信息的处理；\n[0015] 无线接收发送模块还通过无线通信与高速公路车载装置连接，用于进行信息的接收和发送；\n[0016] 高速公路监测通信装置通信网络模块还通过无线通信与高速路车辆行驶方向的相反方向的高速公路监测通信装置连接，用于发送前方车辆有安全隐患的报警信息。\n[0017] 高速公路监测通信装置通信网络模块还通过无线通信与高速公路入口测试启动装置连接，接收和发送因天气和路况变化的安全车速限速的信息。\n[0018] 进一步、所述高速公路车载装置包括控制器、车速检测模块、无线接收发送模块、人机界面模块和电源模块；控制器与车速检测模块、无线接收发送模块、人机界面模块和电源模块连接；无线接收发送模块还通过无线通信与高速公路监测通信装置、高速公路入口测试启动装置、高速公路出口禁闭装置、高速公路行驶方向频率设置装置连接；所述控制器根据车速检测模块输入的信息进行数据处理，判断是否低于高速公路的安全速度，[0019] 进一步、所述所述人机界面还包括按键、彩色发光二极管、语言模块。\n[0020] 进一步、所述高速公路行驶方向频率设置装置安装在高速公路入口辅道的一侧；\n每条高速公路不同行驶方向的两个入口辅道安装的高速公路行驶方向频率设置装置向高速公路车载装置设置不同的通信频率。\n[0021] 进一步、所述高速公路行驶方向频率设置装置及高速公路监测通信装置针对高速公路两个行驶方向组成了两个不同频率通信的无线通信网络结构。\n[0022] 本发明提供的高速公路汽车防碰撞预警系统，高速公路车载装置安放在车辆的内部，对车辆进行自主测速，并判断车辆速度是否低于高速公路设定的安全值，同时在车辆故障时自动，也可手动发送故障报警信息，高速公路入口测试启动装置与高速公路车载装置进行无线通信连接，当车辆处于高速公路入口处时，对高速公路车载装置进行性能测试，并启动高速公路车载装置和设置安全车速限速的信息；当车辆处于高速公路出口处时，高速公路出口禁闭装置禁闭高速公路车载装置功能，高速公路行驶方向频率设置装置设置高速公路车载装置在所行驶高速公路方向通信频率，高速公路监测通信装置安装在高速公路主道及辅道的两侧，对车辆的行驶状态进行实时监测，并在车辆处于不正常行驶状态时，输出防碰撞预警，遇到天气或路况变化，发送安全车速最高限速和最低限速设置信息；高速公路汽车防碰撞预警系统能实时监测并接收到前方交通安全异常警示信息，提高了高速路道路交通的安全性，实用性强，具有较强的推广与应用价值。\n附图说明\n[0023] 图1是本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞预警系统的结构框图；\n[0024] 图2是本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞预警系统的原理示意图；\n[0025] 图3是本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞预警系统的高速公路监测通信装置的电路结构示意图；\n[0026] 图4是本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞预警系统的高速公路车载装置的电路结构示意图；\n[0027] 图5是本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞系统信息传递的实现流程图。\n[0028] 图中：11、高速公路车载装置；12、高速公路入口测试启动装置；13、高速公路出口禁闭装置；14、高速公路行驶方向频率设置装置；15、高速公路监测通信装置。\n具体实施方式\n[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。\n[0030] 图1到图4示出了本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞预警系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。\n[0031] 该高速公路汽车防碰撞预警系统包括：\n[0032] 高速公路车载装置11，安放在车辆的内部，用于对车辆进行自主测速，并判断车辆速度是否低于高速公路设定的安全值，同时在车辆故障时自动，也可手动发送故障报警信息，对行驶在后面的同方向的其他车辆进行信息预警；\n[0033] 高速公路入口测试启动装置12，与高速公路车载装置11进行无线通信连接，当车辆处于高速公路入口处时，用于对高速公路车载装置11进行性能测试，启动高速公路车载装置11，对高速公路车载装置11设置安全车速限速的信息；\n[0034] 高速公路出口禁闭装置13，与高速公路车载装置11进行无线通信连接，当车辆处于高速公路出口处时，用于禁闭高速公路车载装置11功能；\n[0035] 高速公路行驶方向频率设置装置14，安装在高速公路辅道入口的一侧，与高速公路车载装置11进行无线通信，用于设置高速公路车载装置11在所行驶高速公路方向通信频率；\n[0036] 高速公路监测通信装置15，安装在高速公路主道及辅道的两侧，所述高速公路监测通信装置15相互之间进行无线通信网络连接，与所述高速公路车载装置11进行同频率的无线通信连接，用于接收高速公路车载装置11发送的车辆低于高速公路设定的安全速度值信息、停车道停车信息、故障信息；以及用于向高速公路车载装置11发送前方车辆有安全隐患的报警信息，询问车辆行驶状况信息；向高速公路车载装置11发送安全车速限速的信息。\n[0037] 高速公路监测通信装置15还通过无线通信与高速公路入口测试启动装置12连接，接收和发送因天气和路况变化的安全车速限速的信息。\n[0038] 在本发明实施例中，当高速公路入口测试启动装置12检测到车辆已安装高速公路车载装置11，并工作正常，设置安全车速限速的信息后，则允许该车辆进入高速公路；\n[0039] 当高速公路入口测试启动装置12检测到车辆已安装高速公路车载装置11，但不正常工作时，则对高速公路车载装置11进行维修或更换，并工作正常，设置安全车速限速的信息后，允许该车辆进入高速公路；\n[0040] 当高速公路入口测试启动装置12检测到车辆未安装高速公路车载装置11时，则对车辆安装高速公路车载装置11，并在高速公路车载装置11工作正常，设置安全车速限速的信息后，允许该车辆进入高速公路。\n[0041] 在本发明实施例中，对于检测到有低速行驶的车辆时，高速公路监测通信装置15一是发送询问信息给高速公路车载装置11；二是发出低等级的预警信息；三是等待低速行驶车辆的高速公路车载装置11回馈的信息，有如下情况：\n[0042] (1)低速行驶的车辆驾驶员疏忽，导致速度减低，或遇其它情况减速，但不是因为车辆故障异常情况时，低速行驶的车辆立即加速，达到速度要求后，高速公路监测通信装置\n15撤销预警信息的发送；\n[0043] (2)低速行驶的车辆驾驶员疏忽，导致速度减低，或遇其它情况减速，但不是因为车辆故障异常情况时，低速行驶的车辆发出无异常和加速信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0044] (3)低速行驶的车辆正驶向停车道，低速行驶的车辆发出停车道停车的信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0045] (4)低速行驶的车辆出现故障和异常情况，发出故障和异常信息，高速公路监测通信装置15根据收到的信息，按照预警设置的报警等级，向该车辆后方行驶的车辆发送报警信息；\n[0046] (5)低速行驶的车辆还在继续低速行驶，高速公路监测通信装置15未收到相关的信息，则提高预警等级发送报警信息，直到交通状态恢复正常；\n[0047] (6)对于检测到有停车的车辆状态，一是发出较高等级的预警信息，二是发送询问信息给高速公路车载装置11；三是等待停车车辆的高速公路车载装置11回馈信息，此时有如下情况：\n[0048] 1)车辆停在停车道上，高速公路车载装置11回复停车状态信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0049] 2)车辆减速正驶向停车道，或在停车道上减速停车，高速公路车载装置11可提前回复停车状态信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0050] 3)车辆因故障或事故而停车在行驶道中，一是驾驶员应主动发送车辆故障或事故信息，二是驾驶员收到高速公路监测通信装置15询问信息之后，回馈信息，高速公路监测通信装置15发出较高等级或最高等级的报警信息；\n[0051] 4)高速公路监测通信装置15收不到回馈信息，则发出最高等级的报警信息；\n[0052] (7)对于在高速公路休息站减速停车的车辆不列入危险等级。\n[0053] 在本发明实施例中，高速公路车载装置11、高速公路入口测试启动装置12、高速公路出口禁闭装置13、高速公路行驶方向频率设置装置14及高速公路监测通信装置15组成了无线通信网络结构。\n[0054] 在本发明实施例中，高速公路行驶方向频率设置装置14安装在高速公路入口辅道的两侧。\n[0055] 下面结合附图5及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。\n[0056] 本发明的目的在于提供一种高速公路汽车防碰撞预警系统，在高速公路两侧安装高速公路监测通信装置15，汽车内部装备高速公路车载装置11，收费站入口安装高速公路入口测试启动装置12，收费站出口安装高速公路出口禁闭装置13；高速公路车载装置11、高速公路入口测试启动装置12、高速公路出口禁闭装置13、高速公路行驶方向频率设置装置14、高速公路监测通信装置15通过无线通信传递信息，高速公路两侧安装的高速公路汽车行驶状态检测装置15之间，以及与收费站装置组成无线通信网络结构的高速公路汽车防碰撞预警系统；本发明还提供上述高速公路汽车防碰撞预警系统的控制方法，其中，编制专用通信协议与通信子程序实现各装置之间的信息传递与控制；编制无线通信网络结构的通信协议与控制子程序，将道路交通汽车行驶状况传输到收费站，汽车车载装置能够实时接收到前方交通安全异常警示信息，提高高速公路道路交通的安全。\n[0057] 一种基于高速公路汽车运行状况监测方法、采用无线通信网络结构、无线通信和以单片机和嵌入式微处理器为控制核心的高速公路汽车防碰撞预警系统，包括高速公路装置、车载装置、收费站入口装置、收费站出口无线控制车载装置，无线通信网络；\n[0058] 本设计在能实现基本功能下的如下设计方案：\n[0059] 高速公路汽车防碰撞预警系统示意图如图2所示，在图2中，一辆汽车从左边的收费站进入高速公路，从202辅道到主车道，经过202和203高速公路监测段进入203出口辅道，然后从右边收费站驶出高速公路。从一个收费站的入口，按照汽车的行驶方向，与该行驶方向最近的收费站出口构成一个高速公路监测段。图1中，以中间的高速公路收费站为例，其入口的分为2个方向的监测段，一个编号为102，一个编号202；该入口102与向前行驶的第一个收费站的出口构成一个高速公路监测段，图2中可以看出各高速公路监测段的划分。\n[0060] 高速公路汽车防碰撞预警系统对该车辆的监测过程大致如下：\n[0061] 1、高速公路入口测试启动装置12：\n[0062] 收费站安装有高速公路入口测试启动装置12，高速公路入口测试启动装置12需要设计人机界面，显示对车载装置启动和测试的结果，高速公路入口测试启动装置12操作过程：发出启动和测试信息，设置等待时间，可能有如下3种结果：\n[0063] (1)高速公路车载装置11返回信息为工作正常，设置安全车速限速的信息后，收费站允许该车辆进入高速公路；\n[0064] (2)高速车载装置返回信息为工作不正常，收费站工作人员给该车辆置换高速公路车载装置11，检测合格，并设置安全车速限速的信息后放行；\n[0065] (3)无信息返回，收费站工作人员给该车一台高速公路车载装置11，检测合格，并设置安全车速限速的信息后放行；\n[0066] 高速公路入口测试启动装置12在天气或路况发生变化时，通过无线通信网络向高速公路监测通信装置15发送安全车速限速的信息\n[0067] 2、高速公路出口禁闭装置13：用于关闭高速公路车载装置11的功能；\n[0068] 3、高速公路行驶方向频率设置装置14\n[0069] 高速公路行驶方向频率设置装置14对高速公路车载装置11设置高速公路行驶方向的通信频率，在202辅道的入口处安装一台高速公路行驶方向频率设置装置14，用于检测该辅道行车，并直接对高速公路车载装置11发送频率设置命令，高速公路车载装置11返回是否成功设定了正确的行驶方向的信息，若返回failed，继续设置命令，直到成功为止；\n[0070] 4、高速公路车载装置11：\n[0071] 高速公路车载装置11在进入高速公路之前装配在高速公路行驶的汽车内，在进入高速公路之时经过高速公路入口测试启动装置12测试，主要功能为：\n[0072] (1)接受高速公路行驶方向频率设置装置14命令，并与高速公路监测通信装置15组网；\n[0073] (2)自主测速并判断自身速度是否低于设定的安全值；\n[0074] (3)若自身速度低于设定的安全值，则给高速公路监测通信装置15发送速度值、加速度等信息；\n[0075] (4)车辆自身出现问题导致车辆低速运行，司机可手动操作发送故障报警信息给高速公路监测通信装置15；\n[0076] (5)在安全距离内搜索是否存在其他车辆，若有则按照设定的危险等级对后面的车辆进行信息预警(拓展功能)；\n[0077] 车辆在高速公路行驶过程中判断本车速度是否符合高速公路行驶要求，若是车辆速度低于高速公路规定最小值的时候向高速公路监测通信装置15发送速度值、加速度等信息，高速公路监测通信装置15根据该接收到的信息往后面的高速公路监测通信装置15发送预警信息，提醒注意前面有低速行驶车辆，高速公路车载装置11同时也可手动操作发送故障报警信息给高速公路监测通信装置15。\n[0078] 5、高速公路监测通信装置15：\n[0079] 高速公路监测通信装置15(包括辅道)安装在高速公路两侧，该装置(包括辅道)成交通状态的监测功能主要有：\n[0080] (1)负责前后所管理区域范围的汽车监测通信(拓展)；\n[0081] (2)与其他的高速公路监测通信装置15通信；\n[0082] (3)自主建立和维护网络；\n[0083] (4)检测停车状态；\n[0084] (5)合法停车检测(拓展)；\n[0085] 高速公路监测通信装置15(包括辅道)操作过程如下：\n[0086] 当某路段的高速公路监测通信装置15(包括辅道)接收到A车高速公路车载装置\n11发过来的数据包，解析判断A车的速度或者故障信息，再计算判断该车对后面车辆的危险等级，再把此数据打包往后设定的n级的高速公路监测通信装置15(包括辅道)发送，后面的高速公路监测通信装置15(包括辅道)把此信息发给其管理区域范围内的汽车，预警前面路段有危险可能，提醒注意安全驾驶车辆。\n[0087] 高速公路监测通信装置15通过无线通信网络接收到因天气和路况变化的安全车速限速的信息，然后向高速公路车载装置11发送安全车速限速的信息。\n[0088] 对于检测到有低速行驶的车辆状态，高速公路监测通信装置15一是发送询问信息给车载装置；二是发出低等级的预警信息；三是等待低速行驶车辆的高速公路车载装置\n11回馈的信息，可能有如下情况：\n[0089] (1)低速行驶的车辆驾驶员疏忽，导致速度减低，或遇其它情况减速(不是因为异常情况)，低速行驶的车辆立即加速，达到速度要求，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0090] (2)低速行驶的车辆驾驶员疏忽，导致速度减低，或遇其它情况减速(不是因为异常情况)，低速行驶的车辆发出无异常和加速信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0091] (3)低速行驶的车辆正驶向停车道，低速行驶的车辆发出停车道停车的信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0092] (4)低速行驶的车辆出现故障和异常情况，发出故障和异常信息，高速公路监测通信装置15根据收到信息，按照预警设置的报警等级，往后发送报警信息；\n[0093] (5)低速行驶的车辆还在继续低速行驶，高速公路监测通信装置15没有收到相关的信息，提高预警等级发送报警信息，直到交通状态恢复正常；\n[0094] (6)对于检测到有停车的车辆状态，一是发出较高等级的预警信息，二是发送询问信息给高速公路车载装置11；三是等待停车的车辆车载装置回馈的信息。可能有如下情况：\n[0095] 1)停车在停车道上，高速公路车载装置11回复停车状态信息，高速公路监测通信装置15撤销预警信息的发送；\n[0096] 2)停车在停车道上的汽车有减速过程，按照上述第3)条：低速行驶的车辆正驶向停车道处理过程提前处理；\n[0097] 3)车辆因故障或事故而停车在行驶道中，一是驾驶员应主动发送车辆故障或事故信息，二是驾驶员收到高速公路监测通信装置15询问信息之后，回馈信息，高速公路监测通信装置15发出较高等级或最高等级的报警信息；\n[0098] 4)高速公路装置收不到回馈信息，发出最高等级的报警信息；\n[0099] (7)对于在高速公路休息站减速停车的车辆不会列入危险等级。\n[0100] 本发明实施例提供的高速公路汽车防碰撞预警系统，高速公路车载装置11安放在车辆的内部，对车辆进行自主测速，并判断车辆速度是否低于高速公路设定的安全值，同时在车辆故障时发送故障报警信息，在安全距离内出现其他车辆时，对其他车辆进行信息预警，高速公路入口测试启动装置12与高速公路车载装置11进行无线通信连接，当车辆处于高速公路入口处时，对高速公路车载装置11进行性能测试，并启动高速公路车载装置\n11，对高速公路车载装置11设置安全车速限速的信息，当车辆处于高速公路出口处时，高速公路出口禁闭装置13禁闭高速公路车载装置11的功能，高速公路行驶方向频率设置装置14设置高速公路车载装置11在所行驶高速公路方向通信频率，高速公路监测通信装置\n15安装在高速公路主道及辅道的两侧，对车辆的行驶状态进行实时监测，并在车辆处于不正常形式状态时，输出防碰撞预警，高速公路监测通信装置15还通过无线通信网络接收到因天气和路况变化的安全车速限速的信息，然后向高速公路车载装置11发送安全车速限速的信息；该高速公路汽车防碰撞预警系统能实时监测并接收到前方交通安全异常警示信息，并接收因天气和路况变化的安全车速限速的信息，提高了高速路道路交通的安全性，实用性强，具有较强的推广与应用价值。\n[0101] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。