山区双车道弯道主动预警式防撞护栏及偏离道路预警方法与流程

本发明属于山区弯道内车辆运行实时监测技术领域，具体涉及一种山区双车道弯道主动预警式防撞护栏及偏离道路预警方法。

背景技术：

我国幅员辽阔，西部地形以丘陵、高地为主，山区道路较多，特别是低等级双车道道路。山区道路由于地形因素而导致弯道较多，且在山体的影响下，弯道区域路线线形方向变化剧烈且视距不良存在盲区。在山区弯道中，驾驶员往往不能正确判断路线情况、车辆位置、车速影响以及对向来车情况，导致交通事故率居高不下。在山区弯道中设置的防撞护栏虽然可以进行被动防护，但发生交通事故时也会造成重大损失，不能主动预防事故发生。

目前弯道内危险提示的技术主要有以下三种：通过传统标识标线和凸透镜来提示车辆前方路况以及消除部分盲区；通过弯道进出口预埋传感器(光电传感器、地磁感应器、车辆视频识别摄像头等)来采集弯道内车辆数据并通过显示屏提示进入弯道的车辆；通过车路协同技术在车辆和道路内安装电子设备来提示驾驶员弯道内路况。但是这些技术都有较大的技术缺陷：1.标识标线和凸透镜为传统静态提示装置，不能应对路况变化且受光线、天气影响大；2.进出口传感器监测弯道内车辆数量并通过显示屏显示的技术，仅能提示对向来车情况，不能实时监测车辆偏离路线、车速过快等危险情况，且驾驶员在驶入弯道前看路外显示屏易分散注意力造成危险，同时此类设备需要分体安装不能一体化。3.车路协同技术需要每辆车辆和每个弯道都加装电子设备，在目前情况下成本很高且不易实现。

综上所述，山区弯道交通安全问题突出，能综合实时监测弯道内车辆运行情况并预警的一体化设备亟待被提出。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种山区双车道弯道主动预警式防撞护栏及偏离道路预警方法。该装置能实时采集弯道内车辆位置、速度信息，通过护栏内光声提示，使弯道内驾驶员在偏离正常行驶道路时，能够接收到报警信号，了解到自己车辆行驶轨迹的安全性，及时转回至正常轨道。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

山区双车道弯道主动预警式防撞护栏，包括外侧防撞护栏和内侧防撞护栏；外侧防撞护栏包括沿道路设置的外侧立柱，相邻外侧立柱之间的距离相等均为d，所有的外侧立柱共同固定连接有外侧钢梁板，外侧钢梁板一端的地面上固定设置有外侧主机和外侧蓄电池，二者通过外侧电力传输线连通；每根外侧立柱上固定安装有外侧高频激光测距仪和外侧喇叭，每个外侧高频激光测距仪与外侧主机通过外侧输入数据总线连通，每个外侧喇叭与外侧主机通过外侧输出数据总线连通；

内侧防撞护栏包括沿道路设置的内侧立柱，相邻内侧立柱之间的距离相等均为d，所有的内侧立柱共同固定连接有内侧钢梁板，内侧钢梁板一端的地面上固定设置有内侧主机和内侧蓄电池，二者通过内侧电力传输线连通；每根内侧立柱上固定安装有内侧高频激光测距仪和内侧喇叭，每个内侧高频激光测距仪与内侧主机通过内侧输入数据总线连通，每个内侧喇叭与内侧主机通过内侧输出数据总线连通；d≥3。

本发明的进一步改进在于：

优选的，外侧钢梁板为波纹板，其中部的内凹处固定嵌入有外侧嵌入式led灯带；外侧嵌入式led灯带通过外侧输出数据总线和外侧主机连通；内侧钢梁板为波纹板，其中部的内凹处固定嵌入有内侧嵌入式led灯带；内侧嵌入式led灯带通过内侧输出数据总线和内侧主机连通。

优选的，每一个外侧立柱和外侧钢梁板通过外侧缓冲连接块固定连接；每一个内侧立柱和内侧钢梁板通过内侧缓冲连接块固定连接。

优选的，外侧钢梁板的斜上方，沿外侧钢梁板的长度方向固定设置有的外侧带状太阳能板，外侧钢梁板和外侧带状太阳能板之间通过外侧太阳能板支架固定连接；外侧带状太阳能板通过外侧电力传输线和外侧蓄电池连通；

内侧钢梁板的斜上方，沿内侧钢梁板的长度方向固定设置有的内侧带状太阳能板，内侧钢梁板和内侧带状太阳能板之间通过内侧太阳能板支架固定连接；内侧带状太阳能板通过内侧电力传输线和内侧蓄电池连通。

优选的，外侧高频激光测距仪安装在每根外侧立柱顶部距地面0.6m的位置；内侧高频激光测距仪安装在每根内侧立柱顶部距地面0.6m的位置；相邻的外侧立柱之间的距离为5m；相邻的内侧立柱之间的距离为5m。

优选的，外侧主机通过外侧双向通信线连通有外侧无线路由器；内侧主机通过内侧双向通信线连通有内侧无线路由器。

一种基于上述述的山区双车道弯道主动预警式防撞护栏的偏离道路预警方法，

针对在弯道外侧行驶的车辆，预警包括以下步骤：

步骤1.1，车辆行驶至某一个外侧高频激光测距仪前时，外侧高频激光测距仪测量车辆与其之间的距离，将该距离通过外侧输入数据总线传送至外侧主机；

步骤1.2，外侧主机根据上一阶段车辆与外侧高频激光测距仪之间的距离，预测车辆在下一阶段是否会偏离车道；

步骤1.3，当预测下一阶段车辆会偏离车道时，外侧主机将信息通过外侧输出数据总线传输至外侧喇叭，外侧喇叭发出提示声；

针对在弯道内侧行驶的车辆，预警包括以下步骤：

步骤2.1，车辆行驶至某一个内侧高频激光测距仪前时，内侧高频激光测距仪测量车辆与其之间的距离，将该距离通过内侧输入数据总线传送至内侧主机；

步骤2.2，内侧主机根据上一阶段车辆与内侧高频激光测距仪之间的距离，预测车辆在下一阶段是否会偏离车道；

步骤2.3，当预测下一阶段车辆会偏离车道时，内侧主机将信息通过内侧输出数据总线传输至内侧喇叭，内侧喇叭发出提示声。

优选的，外侧钢梁板沿长度方向固定设置有外侧嵌入式led灯带，内侧钢梁板沿长度方向固定设置有内侧嵌入式led灯带；外侧嵌入式led灯带通过外侧输出数据总线和外侧主机连通；内侧嵌入式led灯带通过内侧输出数据总线和内侧主机连通；

步骤1.3中，当预测下一阶段车辆会偏离车道时，外侧主机将信息传送至外侧嵌入式led灯带，外侧嵌入式led灯带闪烁视警；

步骤2.3中，当预测下一阶段车辆会偏离车道时，内侧主机将信息传送至内侧嵌入式led灯带，内侧嵌入式led灯带闪烁视警。

优选的，外侧主机连通有外侧无线路由器，内侧主机连通有内侧无线路由器；

当预测外侧车道有车辆会偏离车道时，外侧主机通过外侧无线路由器将预警信号传递至内侧无线路由器，内侧无线路由器将预警信号传递至内侧主机，内侧主机重复步骤2.3，提示内侧道路行驶的车辆；

当预测内侧车道有车辆会偏离车道时，内侧主机通过内侧无线路由器将预警信号传递至外侧无线路由器，外侧无线路由器将预警信号传递至外侧主机，外侧主机重复步骤1.3，提示外侧道路行驶的车辆。

优选的，步骤1.2中判断车辆是否会偏离外侧车道的过程，包括以下步骤，

(1)设定车辆经过弯道的第一个外侧高频激光测距仪为第k-2个，则车辆依次经过第k-2个、第k-1个、第k个和第k+1外侧高频激光测距仪；

(2)每一个外侧高频激光测距仪在弯道处对应有一个径向方向；当车辆行驶至当前外侧高频激光测距仪的径向方向的直线时，通过外侧高频激光测距仪测定出车辆与该外侧高频激光测距仪的垂直距离；设定第k-2个、第k-1个和第k个外侧高频激光测距仪测定的垂直距离分别为hk-2、hk-1和hk；

(3)通过相邻的外侧高频激光测距仪之间的距离d，计算出第k-1个外侧高频激光测距仪处的转向角度θk-1，计算公式如下式所示：

式中，δ为修正角，是一个极小的量，则式可简写为：

(4)设定车辆在第k+1个外侧高频激光测距仪处维持上一阶段转向状态，即θk与θk-1相同，通过上一状态转向角度θk-1和第k个外侧高频激光测距仪处测得的车辆距路边的距离hk，预测车辆在第k+1个外侧高频激光测距仪处距路边的距离hk+1，计算式如下：

将hk+1的数值传回至外侧主机中，当该数值大于车道宽度与车宽之差，或小于0，则判断行驶中的车辆会偏离车道；

步骤2.2中判断车辆是否会偏离内侧车道的步骤同步骤1.2中判断车辆是否会偏离外侧车道的过程，其中外侧高频激光测距仪替换为内侧高频激光测距仪。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种山区双车道弯道主动预警式防撞护栏，通过该防撞栏在山区弯道线形变化剧烈且视距不良的情况下，可以对双向两车道内车辆进行实时监控，监控所有车辆的动态位置变化，进而对可能发生的危险情况进行预警，包括提示对向车道车辆运行情况、预警车道偏离危险，通过声光系统进行提示预警；本发明能够全方位系统地对弯道内可能出现的主要交通危险进行提前预警，从而减少事故的发生，同时将主动预警与被动防撞设施一体化设计，行车安全得到双重保障。

进一步的，钢梁板选用波纹板，波纹板上固定设置有led灯带，使得报警系统处喇叭外，增设视觉报警，强化双向车辆的警示作用。

进一步的，立柱和钢梁板之间通过连接块固定连接，起到一定的缓冲作用。

进一步的，在钢梁板的斜上方设定太阳能板，利用太阳能为整个装置提供能量。

进一步的，整个装置增设无线路由器，内外侧无线路由器能够起到交会作用，使得当外侧车辆有异常时，能够预警内侧车辆；当内侧车辆有异常时，能够预警外侧车辆。

本发明还公开了一种基于上述的山区双车道弯道主动预警式防撞护栏的偏离道路预警方法，通过该方法能够对双向两车道的车辆进行实时监控，当发现有外侧或内侧车辆偏离车道时，在对该车道内的车辆预警的同时，还能够预警对面车辆，起到防止事故的作用。

【附图说明】

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部图；

图3为本发明的纵断面图；

图4为本发明的横断面图；

图5为本发明的车道偏离预警模型；

其中：1-外侧嵌入式led灯带，2-外侧钢梁板，3-外侧带状太阳能板，4-外侧太阳能板支架，5-外侧无线路由器，6-外侧主机，7-外侧蓄电池，8-外侧喇叭，9-外侧立柱，10-外侧高频激光测距仪，11-外侧缓冲连接块，12-外侧双向通信线，13-外侧输入数据总线，14-外侧输出数据总线，15-外侧电力传输线，16-内侧嵌入式led灯带，17-内侧钢梁板，18-内侧带状太阳能板，19-内侧太阳能板支架，20-内侧无线路由器，21-内侧主机，22-内侧蓄电池，23-内侧喇叭，24-内侧立柱，25-内侧高频激光测距仪，26-内侧缓冲连接块，27-内侧双向通信线，28-内侧输入数据总线，29-内侧输出数据总线，30-内侧电力传输线，31-高频激光测距仪护板，32-固定螺栓。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，山区双车道弯道主动预警式防撞护栏包括：外侧嵌入式led灯带1、外侧钢梁板2、外侧带状太阳能板3、外侧太阳能板支架4、外侧无线路由器5、外侧主机6、外侧蓄电池7、外侧喇叭8(每个立柱安装1个)、外侧立柱9(每隔5米安装1个)、外侧高频激光测距仪10(每个立柱安装1个)、外侧缓冲连接块11(每个立柱安装1个)、外侧双向通信线12、外侧输入数据总线13、外侧输出数据总线14、外侧电力传输线15、内侧嵌入式led灯带16、内侧钢梁板17、内侧带状太阳能板18、内侧太阳能板支架19、内侧无线路由器20、内侧主机21、内侧蓄电池22、内侧喇叭23(每个立柱安装1个)、内侧立柱24(每隔5米安装1个)、内侧高频激光测距仪25(每个立柱安装1个)、内侧缓冲连接块26(每个立柱安装1个)、内侧双向通信线27、内侧输入数据总线28、内侧输出数据总线29、内侧电力传输线30、高频激光测距仪护板31和固定螺栓32。

参见图2，图3和图4；外侧立柱9沿弯道外侧路肩每隔5米安置，外侧嵌入式led灯带1沿着外侧钢梁板2的长度方向固定在外侧钢梁板2上，所有的外侧立柱9与嵌入有led灯带的外侧钢梁板2通过外侧缓冲连接块11连接固定，每一个外侧立柱9和外侧钢梁板2通过一个固定螺栓32固定连接；外侧无线路由器5、外侧主机6、外侧蓄电池7安装在弯道的任意端部的地面上；外侧蓄电池7通过外侧电力传输线15与外侧主机6连接，外侧无线路由器5与外侧主机6通过外侧双向通信线12连接；外侧嵌入式led灯带1与外侧主机6通过外侧输出数据总线14连接；每根外侧立柱9顶部距地面0.6米处固定安装有外侧高频激光测距仪10，每个外侧高频激光测距仪10与外侧主机6通过外侧输入数据总线13连接，每个外侧高频激光测距仪10的上部固定安装有高频激光测距仪护板31，防止下雨天气的雨水影响高频激光测距仪的测量精度；每根外侧立柱9下部距地面0.25米处固定有外侧喇叭8，每个外侧喇叭8与外侧主机6通过外侧输出数据总线14连接；外侧带状太阳能板3通过外侧太阳能板支架4与外侧立柱9固定连接，外侧带状太阳能板3在外侧钢梁板2的斜上方；外侧带状太阳能板3通过外侧电力传输线15与外侧蓄电池7连接，为外侧蓄电池7提供电能，外侧蓄电池7将存储电能并为外侧主机6供电；

与外侧的预警系统同理，内侧立柱24沿弯道内侧路肩每隔5米安置，内侧嵌入式led灯带16沿着内侧钢梁板17的长度方向固定在内侧钢梁板17上，所有的内侧立柱24与嵌入有led灯带的内侧钢梁板17通过内侧缓冲连接块26连接固定；内侧无线路由器20、内侧主机21和内侧蓄电池22安装在弯道的任意端部的地面上，但是内侧主机21和外侧主机6必须在弯道的同一端；内侧无线路由器20与内侧主机21通过内侧双向通信线27连接；内侧嵌入式led灯带16与内侧主机21通过内侧输出数据总线29连接；每根内侧立柱24顶部距地面0.6米处固定有内侧高频激光测距仪25，每个内侧高频激光测距仪25与内侧主机21通过内侧输入数据总线28连接，每个内侧高频激光测距仪25的上部固定安装有高频激光测距仪护板31，防止下雨天气的雨水影响高频激光测距仪的测量精度；每根内侧立柱24下部距地面0.25米处固定有内侧喇叭23，每个内侧喇叭23与内侧主机21通过内侧输出数据总线29连接；内侧带状太阳能板18通过内侧太阳能板支架19与立柱固定24，通过内侧电力传输线30与内侧蓄电池22连接，内侧蓄电池22通过内侧电力传输线30与内侧主机21连接；

外侧钢梁板2和内侧钢梁板17均为波纹板，内侧嵌入式led灯带16集成在内侧钢梁板17中部内凹处，外侧嵌入式led灯带1集成在外侧钢梁板2中部内凹处。

上述主动预警式防护栏具有以下预警功能：

预警1，对来向车进行预警的方法，具体包括以下步骤：

本发明的弯道外侧入口第一个立柱9上高频激光测距仪10用于检测外侧车道是否有车辆进入，当弯道外侧进入车辆时，外侧第一个高频激光测距仪10测得距离小于外侧车道宽度，信息通过外侧输入数据总线13传入外侧主机6，外侧主机6数据处理后通过外侧输出数据总线14将信号传送给外侧嵌入式led灯带1，通过外侧嵌入led灯带1发出的橙色光，提示内侧即将进入弯道车辆外侧有车辆运行，同时外侧护栏嵌入的连续橙色led光带对驾驶者起到路线诱导作用。

本发明的弯道内侧入口第一个立柱24上高频激光测距仪25用于检测内侧车道是否有车辆进入，当弯道内侧进入车辆时，内侧第一个高频激光测距仪25测得距离小于内侧车道宽度，信息通过内侧输入数据总线28传入内侧主机21，内侧主机21数据处理后通过内侧输出数据总线29将信号传送给内侧嵌入式led灯带16，通过内侧护栏嵌入的内侧嵌入式led灯带16发出的橙色光，提示外侧即将进入弯道车辆内侧有车辆运行，同时内侧护栏嵌入的连续橙色led光带对驾驶者起到路线诱导作用。

预警2，预警偏离车道

本发明在弯道外侧每隔5米设置的一系列的高频激光测距仪10，用于实时监测外侧车道每个车辆在车道横向上的变化情况；当车辆行驶逐渐靠近车道边缘或道路中线时，车辆驶过的各高频激光测距仪10测所得距离将逐渐变小或逐渐变大，通过外侧输入数据总线13将数据传送给外侧主机6，外侧主机6根据上一阶段其横向变化的趋势预测下一阶段是否会偏离车道，即是否车辆会与外侧护栏碰撞或驶入对向车道；若有偏离车道的可能，外侧主机6将会通过外侧输出数据总线14将信息传送给外侧嵌入式灯带1和外侧喇叭8，通过外侧嵌入led灯带1发出的闪烁红色光和外侧喇叭8提示，警示偏离车辆修正方向；同时，外侧主机6通过双向通信线12将信息传送给外侧无线路由器5，外侧无线路由器5与内侧无线路由器20通过无线信号交换数据，内侧无线路20由通过内侧双向通信线27将信息传送给内侧主机21，内侧主机21通过内侧输出数据总线29将信号传送给内侧嵌入式灯带16和喇叭23，通过内侧嵌入led灯带16发出的闪烁红色光和内侧喇叭23提示，警示内侧正常行驶车辆减速停车注意避让外侧车辆。

本发明在弯道内侧每隔5米设置的一系列的内侧高频激光测距仪25，用于实时监测内侧车道每个车辆在车道横向上的变化情况；当车辆行驶逐渐靠近车道边缘或道路中线时，车辆驶过的各内侧高频激光测距仪25测所得距离将逐渐变小或逐渐变大，通过内侧输入数据总线28将数据传送给内侧主机21，内侧主机21根据上一阶段其横向变化的趋势预测下一阶段是否会偏离车道，即是否车辆会与内侧护栏碰撞或驶入对向车道；若有偏离车道的可能，内侧主机21将会通过内侧输出数据总线29将信息传送给内侧嵌入式灯带16和内侧喇叭23，通过内侧护栏嵌入的内侧嵌入式led灯带16发出的闪烁红色光和内侧喇叭23提示，警示偏离车辆修正方向；同时，内侧主机21通过内侧双向通信线27将信息传送给内侧无线路由器20，内侧无线路由器20与外侧无线路由器5通过无线信号交换数据，外侧无线路由器5通过外侧双向通信线12将信息传送给外侧主机6，外侧主机6通过外侧输出数据总线14将信号传送给外侧嵌入式灯带1和外侧喇叭8，通过外侧护栏嵌入的外侧嵌入式led灯带1发出的闪烁红色光和外侧喇叭8提示，警示外侧正常行驶车辆减速停车注意避让内侧车辆。

上述的判定是否会偏离车道包括以下步骤：

参见图5，在弯道一侧车道上通过一系列高频激光测距仪对一辆车辆进行监测，从弯道入口第一个高频激光测距仪开始计数，车辆经过第k-2个、第k-1个高频激光测距仪，到达第k个高频激光测距仪时(k>2)，可以测得车辆在第k-2个、第k-1个、第k个高频激光测距仪处车辆距路边的距离分别为hk-2、hk-1、hk，通过hk-2、hk-1、hk与相邻两高频激光测距仪间距为5米，可以计算得出在第k-1个高频激光测距仪处的转向角度θk-1，计算式如下(δ为修正角，是一个极小的量)：

本实施例中，d＝5m，则式(1)和式(2)为：

进一步，认为车辆在第k+1个高频激光测距仪处维持上一阶段转向状态，即θk与θk-1相同，通过上一状态转向角度θk-1和第k个高频激光测距仪处测得的车辆距路边的距离hk，预测车辆在第k+1个高频激光测距仪处距路边的距离hk+1，计算式如下：

本实施例中，d＝5m，则式为

通过第k-2、第k-1、第k三个高频激光测距仪实时监测车辆距路边的距离，可以推算得到在第k+1高频激光测距仪处车辆距路边的距离hk+1，若hk+1的数值大于车道宽度与车宽之差，或小于0，则判断有偏离车道，即撞上护栏或者驶入对向车道的可能，此时护栏发出车道偏离预警。

上述的高频激光测距仪为外侧高频激光测距仪10或内侧高频激光测距仪25。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。