高速公路行车安全保畅引导系统及车载行车引导仪

摘要

本发明涉及高速公路行车安全保畅引导系统及车载行车引导仪，包括若干个车载行车引导仪、行车通讯网络和监测中心，车载行车引导仪包括中央处理器、输入单元、输出单元、数据存储单元、GPS模块，行车通讯网络包括移动通讯网络、移动数据中转站、Internet网络，移动通讯网络与移动数据中转站连接，移动数据中转站通过Internet网络与监测中心连接。本发明解决了现有的汽车安全预警系统检测不准确、检测安全隐患单一、无法将紧急情况即时发出的技术问题，本发明提示驾驶人员规避风险，减少高速公路上不必要的交通事故。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速公路行车安全保畅引导系统及车载行车引导仪。

背景技术

随着我国汽车保有量和生产量的快速曾峥，高速公路和高等级公路里程的快速延伸，由于汽车大量增加，路上车流不息，使道路交通事故逐年大幅度增加，造成大量人员伤亡和财产损失，高速公路上的交通事故尤其多。有专家分析汽车交通事故结果表明，在所发生的交通事故中有65％的事故属于汽车追尾碰撞造成。

现有汽车安全预警系统常采用超声波雷达、微波雷达、毫米雷达等检测技术，这就存在以下缺陷：一、现有的检测波的传播方式都是直线传播，在弯道、坡度以及汽车抖动时，经常会出现检测错误，而且他们也容易受外界干扰，导致安全预警系统误报率和漏报率很高。二、现有的安全预警系统所检测的安全隐患很单一，无法提供天气、坍塌、地质灾害等路况给司机，减缓由于天灾造成的交通事故。三、现有的安全预警系统无法将检测到的紧急信息即时发送给高速公路指挥中心，以减少其他车辆的事故。

发明内容

为了解决现有的汽车安全预警系统检测不准确、检测安全隐患单一、无法将紧急情况即时发出的技术问题，本发明提供一种高速公路行车安全保畅引导系统。

本发明的技术解决方案：

一种高速公路行车安全保畅引导系统，包括若干个车载行车引导仪、行车通讯网络和监测中心，

所述车载行车引导仪包括电源供电电路、时钟单元、中央处理器、输入单元、输出单元、数据存储单元、GPS模块，所述输入单元包括显示单元，所述输出单元包括键盘；

其特殊之处在于：

所述行车通讯网络包括移动通讯网络、移动数据中转站、Internet网络，所述移动通讯网络与移动数据中转站连接，所述移动数据中转站通过Internet网络与监测中心连接，

所述车载行车引导仪还包括分别与中央处理器连接的无线通讯单元、惯性辅助定位单元、报警单元和语音发音控制单元；

所述无线通讯单元为四频无线通讯单元，用于和移动通讯网络进行通讯；

所述语音发音控制单元包括喇叭和麦克风，用于通过无线通讯单元和监测中心进行相互通话；

所述惯性辅助定位单元包括三轴惯性加速度传感器，用于修正无GPS信号时的车辆实时导航；

所述报警单元包括紧急按钮，用于产生人工报警信号。

上述车载行车引导仪还包括无线射频电路以及设置在路边的多个路边单元，所述路边单元为射频阅读器，所述射频阅读器用于接收无线射频电路发送的车辆实时定位信息并通过移动通讯网络发送给监测中心。

上述监测中心包括通讯单元、数据分析预警单元、指挥调度单元和中心数据库，

所述通讯单元是用于实时接收Internet网络传来的车辆通话数据、车辆行车信息和人工报警信号，同时将监测中心的通话数据、人工预警信息、中心数据库中系统预警和引导信息通过Internet网络发送给相应的车载行车引导仪；

所述数据分析预警单元对车辆行车信息进行实时分析判断并将产生的系统预警和引导信息存储至中心数据库中；

所述中心数据库用于存储车辆的行车信息以及数据分析预警单元产生的系统预警和引导信息；

所述指挥调度单元包括车辆动态显示子系统、报警处理子系统、人工预警模块；所述车辆动态显示子系统包含GIS服务器和监测大屏显示模块，所述GIS服务器为监测大屏显示模块提供数字地图支持，所述监测大屏显示模块实时显示车辆动态信息和路况信息；所述报警处理子系统包括报警处理模块和语音通话模块；所述报警处理模块用于响应车载行车引导仪发送的人工报警信号；所述语音通话模块可实现监测中心与车辆的实时通话；所述人工预警模块用于产生人工预警信息。

上述指挥调度单元还包括车辆轨迹跟踪模块，所述车辆轨迹跟踪模块可根据中心数据库中的车辆行车信息对特定车辆的行驶轨迹进行回放。

一种车载行车引导仪，包括电源供电电路、时钟单元、中央处理器、输入单元、输出单元、数据存储单元、GPS模块，所述输入单元包括显示单元，所述输出单元包括键盘；

其特殊之处在于：

所述车载行车引导仪还包括分别与中央处理器连接的无线通讯单元、惯性辅助定位单元、报警单元和语音发音控制单元；

所述无线通讯单元为四频无线通讯单元，用于和移动通讯网络进行通讯；

所述语音发音控制单元包括喇叭和麦克风，用于通过无线通讯单元和监测中心进行相互通话；

所述惯性辅助定位单元包括三轴惯性加速度传感器，用于修正无GPS信号时的车辆实时导航；

所述报警单元包括紧急按钮，用于产生人工报警信号。

上述引导仪还包括与中央处理器相连的无线射频电路，所述无线射频电路用于发射车辆行车信息。

上述车载行车引导仪还包括与中央处理单元相连的串口控制单元；所述串口控制单元用于中央处理单元的读写控制。

上述数据存储单元包括非掉电保存单元和大容量存储单元，所述非掉电保存单元为铁电型存储器，所述大容量存储单元为miniSD卡；所述时钟单元采用SD2003API芯片。

本发明所具有的优点：

1、本发明通过Internet网络将车辆和监测中心建立起联系，实时监测运行在指定路段的车辆的位置、速度、方向、行驶路线等信息，对前方停驶车辆、低速车辆进行监测并进行声光即语音紧急报警，提示驾驶人员规避风险，减少高速公路上不必要的交通事故。

2、本发明在通过在监测中心设置指挥调度单元，高速公路管理部门可以通过监测大屏或者通过Internet网络实时了解高速公路运行状态，值班人员可以对实时行驶在特定路段的车辆通过语音进行指挥；高速公路管理部门可以对特定车辆行驶轨迹进行回放；对车辆行驶前方的路况、天气等公共信息进行广播。

3、本发明在车载行车引导仪上设置有语音通话，高速公路管理部门可以对行驶在特定路段的所有车辆进行广播，也可以与特定车辆进行语音通话；使驾驶员能够及时快速了解道路安全状况。

4、惯性辅助定位单元包括三轴惯性加速度传感器，用于修正无GPS信号时的车辆实时导航，保证车辆的不间断导航。

5、辅助定位系统包括安装在车载终端上的无线射频电路和道路边固定间隔距离安装的射频阅读器，当车辆通过时，射频阅读器可以读取车载终端上无线射频电路发送的识别信息，然后通过数据通信转发设备记录车辆通过的时间和位置。辅助定位系统主要用于隧道、桥梁等无法接受GPS信号的地段对行驶车辆定位。

6、辅助定位系统还可替代现在的高速公路车辆通行射频卡，实现收费系统的升级和收费管理的简单化。

附图说明

图1为本发明高速公路行车安全保畅引导系统的结构示意图；

图2为本发明车载行车引导仪的结构示意图；

图3为本发明监测中心的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，高速公路行车安全保畅引导系统，包括若干个车载行车引导仪、行车通讯网络和监测中心，车载行车引导仪包括电源供电电路、时钟单元、中央处理器、输入单元、输出单元、数据存储单元、GPS模块，所述输入单元包括显示单元，所述输出单元包括键盘；行车通讯网络包括移动通讯网络、移动数据中转站、Internet网络，移动通讯网络与移动数据中转站连接，移动数据中转站通过Internet网络与监测中心连接，车载行车引导仪还包括分别与中央处理器连接的无线通讯单元、惯性辅助定位单元、报警单元和语音发音控制单元；无线通讯单元为四频无线通讯单元，用于和移动通讯网络进行通讯；语音发音控制单元包括喇叭和麦克风，用于通过无线通讯单元和监测中心进行相互通话；惯性辅助定位单元包括三轴惯性加速度传感器，用于修正无GPS信号时的车辆实时导航；报警单元包括紧急按钮，用于产生人工报警信号。

车载行车引导仪还包括无线射频电路以及设置在路边的多个路边单元，所述路边单元为射频阅读器，所述射频阅读器用于接收无线射频电路发送的车辆实时定位信息并通过移动通讯网络发送给监测中心。

监测中心包括通讯单元、数据分析预警单元、指挥调度单元和中心数据库，

通讯单元是用于实时接收Internet网络传来的车辆通话数据、车辆行车信息和人工报警信号，同时将监测中心的通话数据、人工预警信息、中心数据库中系统预警和引导信息通过Internet网络发送给相应的车载行车引导仪；

数据分析预警单元对车辆行车信息进行实时分析判断并将产生的系统预警和引导信息存储至中心数据库中；

中心数据库用于存储车辆的行车信息以及数据分析预警单元产生的系统预警和引导信息；

指挥调度单元包括车辆动态显示子系统、报警处理子系统、人工预警模块；所述车辆动态显示子系统包含GIS服务器和监测大屏显示模块，所述GIS服务器为监测大屏显示模块提供数字地图支持，监测大屏显示模块实时显示车辆动态信息和路况信息；报警处理子系统包括报警处理模块和语音通话模块；报警处理模块用于响应车载行车引导仪发送的人工报警信号；所述语音通话模块可实现监测中心与车辆的实时通话；所述人工预警模块用于产生人工预警信息。

指挥调度单元还包括车辆轨迹跟踪模块，车辆轨迹跟踪模块可根据中心数据库中的车辆行车信息对特定车辆的行驶轨迹进行回放。

本发明还提供了一种车载行车引导仪，如图2所示，包括电源供电电路、时钟单元、中央处理器、输入单元、输出单元、数据存储单元、GPS模块，所述输入单元包括显示单元，所述输出单元包括键盘；车载行车引导仪还包括分别与中央处理器连接的无线通讯单元、惯性辅助定位单元、报警单元和语音发音控制单元；无线通讯单元为四频无线通讯单元，用于和移动通讯网络进行通讯；

语音发音控制单元包括喇叭和麦克风，用于通过无线通讯单元和监测中心进行相互通话；惯性辅助定位单元包括三轴惯性加速度传感器，用于修正无GPS信号时的车辆实时导航；报警单元包括紧急按钮，用于产生人工报警信号。

引导仪还包括与中央处理器相连的无线射频电路，所述无线射频电路用于发射车辆行车信息。车载行车引导仪还包括与中央处理单元相连的串口控制单元；串口控制单元用于中央处理单元的读写控制。数据存储单元包括非掉电保存单元和大容量存储单元，非掉电保存单元为铁电型存储器，大容量存储单元为miniSD卡；时钟单元采用SD2003API芯片。

本系统不同于一般的GPS导航或车辆管理系统，系统主要设计目标是监测高速公路上车辆运行动态，实时对运行车辆进行安全引导，使车辆驾驶人员在阴天、雨天、雾天等恶劣天气条件下能及时掌握前方路况信息，采取必要的手段规避风险，为高速公路安全运行提供技术支持。

中央处理器采用低功耗双UART口，美国Lilabs公司的高速CPU作为核心，型号为：C8051F020。C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SoC)，具有与8051兼容的高速CIP-51内核，与MCS-51指令集完全兼容，片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件；内置FLASH程序存储器、内部RAM，大部分器件内部还有位于外部数据存储器空间的RAM，即XRAM。C8051F单片机具有片内调试电路，通过4脚的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在系统调试。

GSP模块采用韩国GSTAR高精度GPS(GS-15B)作为定位设备。

四频无线通信单元采用高可靠性SIM900B模块作为GSM/GPRS通讯器件。

惯性辅助定位单元用于修正无GPS信号时的车辆实时导航。型号：TG-3型三轴惯性加速度传感器，它是一款尺寸精巧、性价比高、以电压输出且无直流偏置的加速度传感器，广泛应用在姿态矫正，惯性导航，机械振动测试、接触式位移测试、地质勘探、地震波测量、旋转电机偏摆检测等多个测试控制领域。该款传感器具有体积小、安装简便、测量精度高、一致性好、抗干扰等特点，能满足用户多样化的要求。

数据保存单元用于保存实时车况信息：包括非掉电保存单元和大容量存储器。选择高可靠性的铁电型存储器完成数据的非掉电保存，存储容量：256Kbit；选择便携式miniSD卡作为大容量存储器，存储容量：4GKbyte，实现：大于100万条实时数据记录。

时钟单元采用SD2203API芯片。芯片SD2003API是一种具有内置晶振、支持I2C总线接口的高精度实时时钟芯片。该系列芯片可保证时钟精度为±4ppm(在25±1℃下)，即年误差小于2分钟，该系列芯片可满足对实时时钟芯片的各种需要。

无线射频电路采用飞利浦公司的RC500 RC500芯片作为射频控制收发芯片。特点：可靠性高，与之相结合的射频卡主要有Mifare one S50、Mifare one S70卡。卡片的每一个扇区都有密钥32位作为保护，同时密钥的可读/写可以完成选择，避免了穷举法破解密码的可能性。它属于高性价比可读写卡，其读写速度快、射频距离可以做到120M、存储容量分别为32K、64K不等。

串口控制单元：行车引导仪与上位机的数据交换和参数设定采用RS232接口总线，芯片型号为SP3232API。能够完成实时参数的上传、参数设定、以及存储数据的保存显示等功能。

电源供电电路采用4节2032高容量电池供电，容量大于4000mA，保证48小时正常工作。

车载行车引导仪是组成系统的前端终端设备，其主要功能：

实时采集定位信息：在具备GPS信号的路段，依靠GPS模块实时采集GPS位置信息；在没有GPS信号的地段，依靠辅助技术手段获取定位信息，比如可以采用射频技术实现辅助定位。

实时发送定位信息：通过通讯单元将车辆的定位信息定时发送到监测中心，在转换成相应的格式存储；通过移动通讯网络的信道接收语音段索引信息，播放相应的语音段，这些语音段主要是路况提示、天气状况提示等。

通过移动通讯网络的信道接收障碍车辆报警信息：报警信息主要包含障碍车辆的距离数据，车载终端根据障碍车辆的距离数据，组合相对应的语音段，然后进行播放。

前后方车距提示：通过移动通讯网络的接收前后方车辆的距离及速度等信息，根据这些信息车载终端组合相应的语音段进行播放。

对行车前方出现的违章调头等行为播放特定语音段进行提示。

根据移动通讯网络的信道接收的指令，打开移动通讯网络的语音通道，广播放由管理部门发出的实时语音音频。

高速公路管理部门可以通过移动通讯网络的信道与特定车辆进行通话。监测车辆运行速度

根据GPS信息计算车辆实时行驶速度，然后根据事先储存的特定路段的实际限速进行比对，并在超速前播放特定语音段进行提示。

报警功能：车辆驾驶人员在紧急情况下，可以通过行车引导仪上醒目的按钮，向监测中心发出报警信息，监测中心值班人员通过监测屏幕了解报警车辆位置，并且可以打开与报警车辆的GSM语音通道进行对话，了解详细信息。

辅助定位系统包括安装在车载终端上的无线射频电路和道路边固定间隔距离安装的射频阅读器，当车辆通过时，射频阅读器可以读取车载终端上无线射频电路发送的识别信息，然后通过数据通信转发设备记录车辆通过的时间和位置。辅助定位系统主要用于隧道、桥梁等无法接受GPS信号的地段对行驶车辆定位。

行车通讯网络通过移动通讯网络将收到的行车引导仪采集的车辆行驶数据和报警数据进行转换、存储到数据库服务器中，同时将监测中心发出的车辆报警指令发送到移动通讯网络，再由移动通讯网络发送到车载终端。

监测中心负责实时对车辆行驶数据进行分析，产生报警指令，然后通过通讯单元发送报警信息。

中心数据库保存车辆行驶基础数据，为管理部门事后查询、统计、分析提供支持。

GIS服务器负责为监测大屏及通过Internet网络查询运行状态提供数字地图支持。

监控中心还可实现车辆运行报警、数据转发、交通流量统计分析、车辆运行动态显示等各个子系统功能，为管理部门实时、动态掌握交通情况提供方便。

监控中心可以通过接口与现有的高速公路收费系统进行联接，获取车辆牌照等信息，为管理部门查找车辆提供便利。

本发明系统运行方案：

在所有高速公路入口为进入车辆发放、安装行车引导仪，车辆在高速公路行驶期间，行车引导仪实时获取车辆运行情况，包括车辆行驶的速度、位置等信息，并将信息实时发送到监测中心。

监测中心对所有车辆的位置和速度进行实时监测，并通过行车引导仪以语音及声光方式提醒驾驶人员注意避让前方故障车辆，为行驶车辆提供安全引导，同时允许高速公路管理部门对行驶车辆及故障车辆进行实时监测和语音通话，为道路管理提供支持。

车辆安全驶出高速公路时，在高速公路出口交还行车引导仪，以便继续发放给进入的车辆。

车载行车引导仪的电路板元器件点胶加固；侧身齿型硅胶手柄防滑保护；采用加茎加厚的外壳，滑扣紧锁电池盖，机器1.5米跌落无损坏；特殊的电路处理可有效抵御电池干扰，保证数据安全；高精度的模具制作，全封闭的外壳设计，有效防止雨水的入侵，保证户外雨水天气的安全使用；使用车载电源(点烟器)供电，带充电电池，正常行驶时由车载电源冲电，车辆停驶后由电池供电，电池供电时间大于24小时。