提高危险路段安全性能的预警安全系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种提高危险路段安全性能的预警安全系统及其控制方法，涉及道路交通预警与安全技术。本系统由多个单节点通过无线通信组合而成；单节点是：车辆与行人传感单元和光强传感单元分别与信息处理与控制平台连接，分别获得检测信号；信息处理与控制平台分别通过负载开关与LED照明装置和预警装置连接，实现控制；风光互补储能供电单元向所有其它功能部件供电；无线通信单元和信息处理与控制平台连接,实现信息交互。本发明将智能照明与智能预警相结合，提高了危险路段上的安全性能；采用风光互补储能供电方式，弥补了一些偏远地区所不能供电带来的局限；增多了系统预警提醒的功能；更适合事故频发的危险路段以及其它一些常见的事故高发地段。

说明书

技术领域

本发明涉及道路交通预警与安全技术，尤其涉及一种提高危险路段安全性能的预警安全系统及其控制方法。

背景技术

随着我国道路交通的不断发展，公路已经覆盖了我国的大江南北，即使在一些偏远山区，也能够看到一条条公路的身影。但在交通水平不断发展的同时，一些危险路段的交通事故也时有发生。而如何降低危险路段上交通事故的发生，也一直是道路交通部门关注的重点。道路交通部门一般是通过改善道路状况或者设置一些固定路标提醒的方式去降低交通事故的发生，但还是不能达到很好的效果。

在电子技术不断发展的同时，很多人利用电子技术在道路安全方面做了相关的研究，例如通过智能路灯系统来提高危险路段的安全性能。在分析交通事故发生的主要原因后，单纯从照明角度分析安全事故发生并不全面，并不能降低一些交通事故的发生率，同时大面积铺设路灯系统要考虑到供电问题以及成本问题。也有通过在一些危险路段布置智能监控终端，将道路状况通过以太网发送给远程控制端，再由远程控制端做出预警指示发送给要通过的车辆，然而该系统的实现过于复杂，并且只能对有预警装置的车辆做出一些预警指示，在通信质量不好的山区路段不能够广泛应用。

发明内容

本发明的目的就在于克服背景技术中存在的缺点和不足，提供一种提高危险路段安全性能的预警安全系统及其控制方法；

本发明的目的是这样实现的：

通过在危险路段上布置一定数量的智能路灯节点，借助于有限个智能路灯节点所组成的无线传感器网络来实现智能预警以及智能照明。每个路灯节点采用风光互补储能供电单元提供电能，总体路灯节点的数量不需要很多，可以根据危险路段的具体状况合理配置，所要预警的危险路段可以是山区弯道、陡坡、岔路口，以及其他一些常见的事故高发地段。首先利用每个智能路灯节点上设置的车辆与行人传感单元实时检测进入危险路段的车辆或者行人的速度以及位置信息，并将检测到的信息发送给信息处理与控制平台，再由信息处理与控制平台进行处理并预判可能会发生的一些警情，在车辆或者行人真正进入危险路段之前控制设置在路灯上的预警装置对其作出预警提示。同时光强传感单元检测外界背景光强，将检测到的背景光强信息传递给信息处理与控制平台。当检测到的背景光强低于某一阈值，此时判定系统工作在夜间，并结合车辆或者行人是否进入危险路段的情况，对其提供智能照明。整个系统将智能预警与智能照明相结合，进一步去降低危险路段交通事故的发生，可以很大程度地提高危险路段的安全性能。

具体地说，本发明的技术方案是：

一、预警安全系统（简称系统）

本系统由多个单节点通过无线通信术组合而成；

单节点包括车辆与行人传感单元、光强传感单元、无线通信单元、风光互补储能供电单元、信息处理与控制平台、负载开关、LED照明装置和预警装置；

其位置和连接关系是：

车辆与行人传感单元和光强传感单元分别与信息处理与控制平台连接，分别获得检测信号；

信息处理与控制平台分别通过负载开关与LED照明装置和预警装置连接，实现控制；

风光互补储能供电单元向所有其它功能部件供电；

无线通信单元和信息处理与控制平台连接,实现信息交互。

二、预警安全系统的控制方法

只将其中一个单节点作为主控单节点，其余单节点均为被控单节点；

只需要将检测到的车辆或者行人信息通过无线通信单元发送给这个主控单节点的信息处理与控制平台，由这个主控单节点的信息处理与控制平台做出判断并通过无线通信单元发送控制信号去控制其它被控单节点完成预警提示以及照明的功能。

A、单节点对周围信息的检测

对进入危险路段的车辆或者行人进行数据采集，通过设置在每个单节点上的车辆与行人传感单元实时检测进入危险路段车辆和行人的速度信息和具体位置信息，并经过AD转换将模拟信号转换为数值信息；同时光强传感单元检测背景光的强弱，经过AD转换得到具体的光强数值信息；

B、信息综合处理

单节点检测到的车辆行人的速度以及位置信息传递给无线通信单元和信息处理与控制平台，同时光强数值信息传递给信息处理与控制平台；信息处理与控制平台接收到检测到车辆的速度信息后进行阈值判断，判断车辆是否超速进入危险路段，再结合所检测节点的位置信息得出要做出哪种预警提示，输出具体的预警控制信号；并且信息处理与控制平台将检测到的光强数值信息进行阈值判断，输出照明控制信号；

C、控制信号的发送与功能部件的控制

把信息处理与控制平台输出的预警控制信号和照明控制信号通过无线通信单元发送给所要实现预警和照明的各单节点，包括传递信号给主单节点的预警装置和LED照明装置；其它被控单节点的无线通信单元接收到主控单节点发送的控制信号后，将信号进行处理后得到预警信号和照明信号，控制本被控单节点的预警装置和照明装置，完成预警提示以及照明的功能。

与现有技术方案相比，本发明具有以下的优点和积极效果：

①将智能照明与智能预警相结合，提高了危险路段上的安全性能；

②借助于路灯节点实现危险路段的预警，只需要在危险路段进行铺设，不需要大面积铺设，对事故高发地段进行重点预警，使系统实现起来更加简单；

③采用风光互补储能供电方式，弥补了一些偏远地区所不能供电带来的局限，能够更好地推广应用，从总体上达到节能减排的效果，并降低了成本；

④增多了系统预警提醒的功能，增加了系统的实用性；

⑤更适合事故频发的危险路段，例如山区弯道、陡坡、岔路口以及其它一些常见的事故高发地段。

附图说明

图1是本系统的总体布局图；

图2是单节点的结构方框图；

图3是信息处理与控制平台的内嵌软件的工作流程图；

图中：

10—车辆与行人传感单元，

11—微波传感器，12—红外传感器，13—第一AD转换器；

20—光强传感单元，

21—光敏传感器，22—第二AD转换器；

30—无线通信单元，

31—ZigBee（是一种短距离、低功耗的无线通信技术）无线收发器，

32—数据处理芯片；

40—风光互补储能供电单元，

41—风光互补发电机，42—蓄电池，43—电压转换电路；

50—信息处理与控制平台；

60—负载开关；

70—LED照明装置；

80—预警装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、系统

1、总体

如图1、2，本系统由多个单节点通过无线通信组合而成；

单节点包括车辆与行人传感单元10、光强传感单元20、无线通信单元30、风光互补储能供电单元40、信息处理与控制平台50、负载开关60、LED照明装置70和预警装置80；

其位置和连接关系是：

车辆与行人传感单元10和光强传感单元20分别与信息处理与控制平台50连接，分别获得检测信号；

信息处理与控制平台50分别通过负载开关60与LED照明装置70和预警装置80连接，实现控制；

风光互补储能供电单元40向所有其它功能部件供电；

无线通信单元30和信息处理与控制平台50连接,实现信息交互。

2、功能部件

1）车辆与行人传感单元10

所述车辆与行人传感单元10包括微波传感器11、红外传感器12和第一AD转换器13；

微波传感器11和红外传感器12分别与第一AD转换器13连接；

其功能是将检测到的传感信号转换为数字信号。

2）光强传感单元20

所述光强传感单元20包括前后连接的光敏传感器21和第二AD转化器22；

其功能是将检测到的传感信号转换为数字信号。

3）无线通信单元30

所述无线通信单元30包括相互连接的ZigBee无线收发器31和数据处理芯片32；

采用ZigBee无线通信与信息处理相结合的芯片CC2530。

其功能是实现系统各单节点之间的无线通信。

4）风光互补储能供电单元40

所述风光互补储能供电单元40包括依次连接的风光互补发电机41、蓄电池42和电压转换电路43；

其功能是利用风能和太阳能，为本系统供电。

5）信息处理与控制平台50

（1）硬件配置采用MSP430系列单片机；

（2）其内嵌的软件其工作流程是：

第一、车辆与行人传感

A、对车速的阈值判断，进入危险路段位置信息的存储-51；

B、根据车辆和行人进入危险路段的位置信息和车速信息预判会发生的警情-52；

C、判断得到的警情-53；

D、预警控制信号-54；

第二、光强传感

a、对光强信息的阈值判断-55；

b、光强是否低于阈值56；

c、结合车辆和行人进入危险路段的情况输出照明控制信号57；

d、照明控制信号58。

6）负载开关60

负载开关60选用直流启动的开关管组成的开关电路；

其功能是对LED照明装置70和预警装置80实现控制。

7）LED照明装置70

LED照明装置70选用60-80W的节能型LED灯。

8）预警装置80

预警装置80选用声音报警器、信号灯和/或点阵LED显示屏。

3、具体布局实例

如图1，是本系统对一危险路段的具体布局实例。

这一危险路段可能是急转弯、岔路口、陡坡、连续弯道或者是视线不良的路段；

首先将各单节点进行编号，其中01和06是设置在危险路段入口处的两个单节点；

该单节点上的车辆行人传感单元对进入危险路段的车辆进行测速；相邻01和06的单节点02和05是设置有预警装置80的预警节点；其余若干单节点布置在具体的危险路段上，为了能够让进入危险路段的车辆或者行人在安全距离内得到预警提示，可以使单节点01和单节点02、单节点06和单节点05之间的距离大于其他单节点之间的距离，具体可以设置在50-100m，其余单节点之间距离可以是20-50m；在实际布局中可以根据危险路段的具体长度适当设置各个单节点之间的距离。

1）设置有预警装置的单节点（02、05）

包括车辆与行人传感单元10、光强传感单元20、无线通信单元30、风光互补储能供电单元40、信息处理与控制平台50、负载开关60、LED照明装置70和预警装置80。

2）未设置有预警装置的单节点（01、03、04、06）

包括车辆与行人传感单元10、光强传感单元20、无线通信单元30、风光互补储能供电单元40、信息处理与控制平台50、负载开关60和LED照明装置70；

4、工作原理

设置在每个单节点上的车辆行人传感单元10实时检测进入危险路段的车

辆的速度信息以及行人位置信息，光强传感单元20检测危险路段处的背景光，将车辆进入危险路段的速度信息或者行人的位置信息数据传递给信息处理与控制平台50，同时通过无线通信单元30发送给其它单节点；最后由信息处理与控制平台50进行信息处理得出控制信号，最后控制负载开关60启动预警装置80或者LED照明装置70。

在这个过程中风光互补储能供电单元40为信息处理与控制平台50、负载开关60、LED照明装置70和预警装置80提供电能。

二、方法

1、结合图1，具体的控制方法如下：

将单节点03作为信息处理与控制的主控单节点，其它单节点为被控单节点；

首先把各单节点检测到的车辆行人进入的情况以及相应的响应处理命令存储在主控单节点03的信息处理与控制平台50内；

当被控单节点01检测到有车辆进入并且测得车辆进入的车速信息，将此信息通过被控单节点01的无线通信单元30发送给主控单节点03，再由主控单节点03的信息处理与控制平台50查询所要做出的响应，最后由信息处理与控制平台50通过主控单节点03的无线通信单元30发送启动预警信号给被控单节点02和被控单节点05，使得被控单节点02和被控单节点05完成预警提示；如果此时光强传感单元检测到的光强程度低于某一阈值，则同时发送控制信号给所有节点实现照明。

2、结合图1，具体预警警情如下：

当单节点01或单节点06检测到有车辆超速进入，同时控制单节点02和单节点05的预警装置80对进入危险路段测车辆或者行人做出“减速右行预警”提示；例如可以设定进入危险路段的最高时速为25km/h，超过该时速值，做出预警提示。

当检测危险路段中间的某个单节点（02、03、04、05...）检测到有车辆或者行人横穿进入，控制单节点02和单节点05对进入危险路段的车辆做出“禁止驶入”提示，直到停滞的车辆或者行人离开，停止预警提示。