一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统及方法与流程

本发明涉及城市交通管理与安全领域，尤其是涉及一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统及方法。

背景技术：

随着我国城市经济的快速发展，小汽车拥有量逐年上升。随着城市交通基础设施的不断完善，为提高交通效率、减少交通冲突、满足地形需要等，各城市建设了大量的立交桥、下穿隧道、涵洞等。

涵洞、下穿隧道的地势较低，在暴雨的影响下容易出现大量积水，车辆经过涵洞时易发生熄火故障，存在严重的安全隐患。全国因涵洞积水而导致车辆故障造成的人员伤亡事故也屡见不鲜。

究其原因，主要是涵洞排水能力不足和水位监测手段落后。造成涵洞溺水事故的直接原因是涵洞水位过高，造成汽车故障车内人员无法及时逃离车厢而溺水身亡。目前大多数城市涵洞主要通过警示标语以及画水位线进行管理。而涵洞警示标语的作用有限，并且车内的驾驶员未能看清水位线，即使看到水位线，也无法对能否安全通过涵洞进行科学判断。因此大多数驾驶员抱有侥幸心理，继续驶入积水涵洞，酿成事故。并且由于涵洞积水过深导致车辆故障造成人员伤亡的事故责任难以归咎，也让政府苦恼不已。

而目前尚未有专门监测涵洞水位安全并进行车路协同预警的产品。有关于涵洞水位安全监测的研究主要停留在水位测量机械装置方面上，少有关于涵洞水位安全整体系统的研究。并且目前涵洞水位安全系统过于传统，缺少智能化信息化元素，如：设置固定安全水位值、发布消息的方式主要通过传统的显示屏。由于不同车型的可通过安全水位不同，若设置固定水位值，则剥夺了可以安全通行车辆的权利，缺乏科学性。而显示屏发布虽简易，但接受信息者局限于有人驾驶车辆，未考虑将来无人驾驶车辆的应用。

总的来说，目前我国缺乏关于涵洞水位安全监测的相关产品，并且现有研究不足以满足未来的发展，缺乏系统性和前瞻性。为避免涵洞积水引发的安全事故，本发明提出了一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统及方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统，该系统包括：

车辆检测与信息获取模块：检测车辆触发进行水位检测，同时获取车辆信息；

车型获取模块：根据车辆信息匹配车型；

水位检测模块：获取实时水位信息；

安全监测模块：根据实时水位信息确定当前车辆是否能安全通过得到安全通行决策信息；

车路协同模块：将安全通行决策信息传输给车辆完成协同预警。

所述的车辆检测与信息获取模块包括地磁车辆检测器，地磁车辆检测器检测到车辆通过时触发水位检测模块检测，同时地磁车辆检测器获取车辆高度和宽度并发送至车型获取模块。

所述的车型获取模块包括车型信息数据库，所述的车型信息数据库存储不同车型所对应的车辆高度、宽度以及排气管与地面的距离信息。

所述的水位检测模块包括用于获取实时水位信息的超声波水位传感器。

所述的安全监测模块包括：

安全水位极值获取单元：该单元获取不同车型对应的安全水位极值；

理想安全水位值获取单元：该单元获取不同车型对应的理想安全水位值；

决策控制单元：该单元将实时水位信息、安全水位极值和理想安全水位值进行比较获取决策信息。

所述的决策信息具体为：

若实时水位值大于等于安全水位极值，则禁止通过；

若实时水位值小于等于理想安全水位值，则安全通过；

若实时水位值大于理想安全水位值且小于安全水位极值，则谨慎连续通过。

安全水位极值和理想安全水位值具体为：

HS1＝HP×β，

HS2＝HS1×γ，

其中，HS1为安全水位极值，HS2为理想安全水位值，HP为车辆排气管与地面的距离，β为安全水位折减系数，γ为理想安全水位折减系数。

一种基于涵洞水位安全的车路协同预警方法，该方法包括如下步骤：

(1)检测是否有车辆即将进入涵洞，若是则触发进行水位检测，同时获取车辆信息；

(2)根据车辆信息匹配车型；

(3)获取涵洞中的实时水位值；

(4)根据车型和实时水位值确定当前车辆是否能安全通过得到安全通行决策信息；

(5)将安全通信决策信息传输给车辆完成协同预警。

步骤(4)具体为：

(a)根据车型确定当前车辆安全水位极值和理想安全水位值；

(b)将实时水位信息、安全水位极值和理想安全水位值进行比较获取决策信息：

若实时水位值大于等于安全水位极值，则禁止通过；

若实时水位值小于等于理想安全水位值，则安全通过；

若实时水位值大于理想安全水位值且小于安全水位极值，则谨慎连续通过。

安全水位极值和理想安全水位值通过如下方式获得：

HS1＝HP×β，

HS2＝HS1×γ，

其中，HS1为安全水位极值，HS2为理想安全水位值，HP为车辆排气管与地面的距离，β为安全水位折减系数，γ为理想安全水位折减系数。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明提供了一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统，针对目前由于不同车型的可通过安全水位不同，若设置固定水位值，则剥夺了可以安全通行车辆的权利，本发明能够根据不同的车型以及实时水位确定是否能安全通过涵洞并及时告知车辆，科学性强，同时有效避免涵洞积水引发的安全事故，

(2)本发明车路协同模块将安全通行决策信息传输给车辆，可采用导航或专用短程通信技术，可以将禁止通行状态显示在导航上，并进行实时更新，有助于车辆及时更换路线，有助于缓解涵洞前道路由于等待通行而造成的拥堵问题，采用专用短程通信技术可以为日后为无人驾驶汽车使用奠定基础。

附图说明

图1为本发明基于涵洞水位安全的车路协同预警方法的流程框图；

图2为汽车轮胎截面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1所示，一种基于涵洞水位安全的车路协同预警系统，该系统包括：

车辆检测与信息获取模块：检测车辆触发进行水位检测，同时获取车辆信息；

车型获取模块：根据车辆信息匹配车型；

水位检测模块：获取实时水位信息；

安全监测模块：根据实时水位信息确定当前车辆是否能安全通过得到安全通行决策信息；

车路协同模块：将安全通行决策信息传输给车辆完成协同预警。

具体地：车辆检测与信息获取模块包括地磁车辆检测器，地磁车辆检测器检测到车辆通过时触发水位检测模块检测，同时地磁车辆检测器获取车辆高度和宽度，车辆高度和宽度通过GPRS通信方式将数据传送至后台存储，同时还发送至车型获取模块。

车型获取模块包括车型信息数据库，车型信息数据库存储不同车型所对应的车辆高度、宽度以及排气管与地面的距离信息，车型获取模块根据当前车辆的车辆高度和宽度信息在车型信息数据库中进行搜索，得到具体的车型，同时获取该车型下排气管与地面的距离信息，上述信息通过GPRS通信技术传送至后台存储。

水位检测模块包括用于获取实时水位信息的超声波水位传感器，实时水位信息通过GPRS通信技术传送至后台存储，超声波水位传感器可以自动采集，具有误差小、分辨率高、测量精度高、自动化程度高等优点。

安全监测模块包括：

安全水位极值获取单元：该单元获取不同车型对应的安全水位极值；

理想安全水位值获取单元：该单元获取不同车型对应的理想安全水位值；

决策控制单元：该单元将实时水位信息、安全水位极值和理想安全水位值进行比较获取决策信息。

决策信息具体为：

若实时水位值大于等于安全水位极值，则禁止通过；

若实时水位值小于等于理想安全水位值，则安全通过；

若实时水位值大于理想安全水位值且小于安全水位极值，则谨慎连续通过。

安全水位极值和理想安全水位值具体为：

HS1＝HP×β，

HS2＝HS1×γ，

其中，HS1为安全水位极值，HS2为理想安全水位值，HP为车辆排气管与地面的距离，β为安全水位折减系数，γ为理想安全水位折减系数，本实施例中β设置为90％，γ设置为80％。

在计算安全水位极值和理想安全水位值是考虑轮胎进入水中时由于轮胎有一定的体积会导致水位上升，从而安全水位极值在车辆排气管与地面的距离的基础上需要做一定折减。如图2所示为汽车轮胎截面图，图中，α为涵洞水面，由图可知：

lAOB＝2×arccosθ×R，

V＝lAOB×W×N，

HA＝H+HR，

其中，OA、OC和AC为图中对应线段的距离(单位为m)，HC为涵洞水位(m)WC为涵洞宽度(m)，LC为涵洞长度(m)，R为车轮半径(m)，θ为车轮轴心与水面的夹角(rad)，W为轮胎断面宽度(m)，V为车轮浸入水面体积(m²)，N为车轮个数，HR为涵洞水位上升高度(m)，HA为车辆进入涵洞后的水位(m)。

一种基于涵洞水位安全的车路协同预警方法，该方法包括如下步骤：

(1)检测是否有车辆即将进入涵洞，若是则触发进行水位检测，同时获取车辆信息，该步骤中采用地磁车辆检测器检测车辆，并将信号传至水位监测模块，提醒即将监测当前涵洞水位情况；地磁车辆检测器主要是通过双轴地磁传感器检测两个方向磁场变化的叠加来检测车辆高度和宽度，并通过GPRS通信方式将数据传送至后台存储；

(2)根据车辆信息匹配车型，车辆高度、宽度数据信息在已存储好车型信息的数据库中搜索匹配的车型信息，然后确定对应车型的排气管与地面的距离信息。并将得到的车型信息数据通过GPRS通信方式将传送至后台存储；

(3)采用超声波传感器获取涵洞中的实时水位值；

(4)根据车型和实时水位值确定当前车辆是否能安全通过得到安全通行决策信息，具体地：(a)根据车型确定当前车辆安全水位极值和理想安全水位值；(b)将实时水位信息、安全水位极值和理想安全水位值进行比较获取决策信息：若实时水位值大于等于安全水位极值，则禁止通过；若实时水位值小于等于理想安全水位值，则安全通过；若实时水位值大于理想安全水位值且小于安全水位极值，则谨慎连续通过。安全水位极值和理想安全水位值上述已详细给出，这里不再赘述；

(5)将安全通信决策信息传输给车辆完成协同预警，可采用导航或专用短程通信技术将安全通信决策信息传输给车辆，可以将禁止通行状态显示在导航上，并进行实时更新，有助于车辆及时更换路线，有助于缓解涵洞前道路由于等待通行而造成的拥堵问题。采用专用短程通信技术可为日后为无人驾驶汽车使用奠定基础。

上述车路协同预警系统和方法通过实时监测涵洞水位，为车辆提供安全通行信息，避免由于涵洞积水过深导致车辆故障造成人员伤亡的事故。并且通过车路协同方式实现，可以应用在无人驾驶汽车领域，为城市为交通安全的智能化发展奠定基础。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。