本发明涉及交通预警设备领域，具体涉及一种用于公路行人的预警系统。
背景技术
随着科学技术的不断进步，手机得以迅猛发展。现在的手机已不再是一种仅供人们用以通讯的工具，而是集通信、娱乐、游戏、音乐、网络等于一身的多功能通信工具，使得现代社会人们的生活越来越离不开手机。随着市场经济的繁荣，人们消费水平的提高，手机普及率越来越高。尤其是智能手机时代的到来，让日常生活中出现一类叫做“低头族”的人，在公共场所随处可见低头看手机的行人。这类人不论是走在路上或是坐在车内，都热衷于和手机“亲密接触”。
众所周知，走路玩手机不仅对眼睛不好，同时也极度降低了人们对周围事物的感知力，让人们无法正确判断周围环境的安全性，一旦遭遇意外，后果不堪设想。据相关调查结果证实，我国每年都会发生数起路上行人因贪玩手机而发生的交通惨剧。然而，尽管善意的提醒与建议不断，但总有因只顾看手机引起的悲剧在我们周边发生。
很显然，只从教育的角度是难以有效阻止这类事故的发生。对此，目前针对行人主动防碰撞技术的研究，主要是基于车载和路侧视觉检测行人的手段，通过相关预警和主动安全控制方法对驾驶员进行预警，以达到提醒避让行人的目的。但是，由于该类方法尚没有结合远距离无线通信技术进行主动安全预警和驾驶行为引导，且在公路上视频监控和路侧通信设备布点稀疏，因而现有的技术很难提前并准确地远距离检测高速公路上的作业人员、违规翻越护栏以及横穿中央隔离带的行人，不能有效地避免该类人员伤亡等交通事故的发生。
针对低头看手机的行人而言，能够直接对其提供预警信息，以及时提醒“低头族”身边潜在的非安全因素是有效避免交通事故发生的关键问题。但是，目前市场上恰恰缺乏这种对行人提供有效预警类的方法或设备。
技术实现要素：
本发明的目的在于，为解决现有技术中不存在能够针对低头看手机的行人提供交通预警功能的设备，提供一种用于公路行人的预警系统，该预警系统与行人的手机关联，通过监测手机的使用状态及公路车辆行驶信息，并将分析获得的预警信息以手机直接发送给正在使用手机的行人，提醒行人注意避让即将到来的车辆，避免交通事故的发生。
为实现上述目的，本发明提供的一种用于公路行人的预警系统，包括：超声波传感器、服务器端、客户端；
所述的超声波传感器沿人行道与车行道之间的界线等间隔分布，用于向车行道上行驶的机动车发射超声波信号，并将采集获得的其可探测范围内的回波信号发送至服务器端；
所述的服务器端利用接收到的回波信号对机动车进行实时定位，并以机动车定位数据计算获得机动车的行驶速度，该服务器端还与客户端采用无线传输方式进行数据交互，用于对接收到的运行状态数据进行分析，以判定手机处于待机状态或使用状态，如果手机处于使用状态，则利用机动车定位数据与行人定位数据计算获得机动车与行人之间的距离，进一步以距离和行驶速度计算获得机动车预到达行人位置的行驶时间，同时将行驶时间与预设的时间阈值相减，以获得的时间差作为当前的时间计数，在时间计数完成后生成预警信息，并将预警信息发送至客户端；
所述的客户端嵌入在手机内部，该客户端与手机电路板连接，用于实时采集手机的运行状态数据，以及根据gps信号对携带手机的行人进行实时定位，并以生成的行人定位数据判定行人是否位于车行道上，如果行人位于车行道上，将该行人定位数据和运行状态数据发送至服务器端，该客户端还用于将接收的预警信息通过手机屏幕显示给行人。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的客户端包括：数据采集模块、gps定位模块、位置判定模块和数据交互模块；
所述的数据采集模块与手机电路板连接，用于实时采集手机的运行状态数据，所述的运行状态数据包括手机系统加载的软件信息和行人手动触发手机系统执行的程序信息；
所述的gps定位模块用于对携带手机的行人进行实时定位，生成行人定位数据；
所述的位置判定模块用于接收行人定位数据，并将行人定位数据与车行道位置坐标进行比较，判定行人是否位于车行道上，如果行人位于车行道上，则触发数据交互模块将运行状态数据与行人定位数据发送至服务器端；
所述的数据交互模块还用于接收服务器端输出的预警信息，并发送至手机显示屏进行显示。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的服务器端包括：信号处理模块、测距模块、回波信号定位模块、速度运算模块、数据收发模块、状态判断模块、距离运算模块、时间差运算模块、预警信息生成模块；
所述的信号处理模块用于接收超声波传感器输出的回波信号，并将回波信号进行处理，生成供测距模块识别的声波数据；
所述的测距模块与信号处理模块连接，用于将超声波发射时间与声波数据的回波时间进行比较，并通过时间差值及声速计算获得回波信号的声程；
所述的回波信号定位模块以接收回波信号方向和回波信号的声程对机动车进行空间定位，生成机动车定位数据；
所述的速度运算模块以机动车定位数据对机动车进行跟踪，并计算获得机动车的行驶速度；
所述的数据收发模块用于接收客户端输出的运行状态数据和行人定位数据，并向客户端发送预警信息；
所述的状态判断模块用于对运行状态数据进行分析，以判定手机处于待机状态或使用状态，如果判定手机处于使用状态，则触发距离运算模块运行；
所述的距离运算模块利用机动车定位数据与行人定位数据计算获得机动车与行人之间的距离；
所述的时间差运算模块利用运算得到的距离和行驶速度计算获得机动车预到达行人位置的行驶时间，同时将行驶时间与预设的时间阈值相减，以获得的时间差作为当前的时间计数；
所述的预警信息生成模块以运算得到的时间计数进行计时，在计时完成后生成预警信息，并将预警信息通过数据收发模块发送至客户端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号处理模块包括：a/d转换器、信号放大器和滤波器，用于将超声波传感器输出的回波信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的预警信息包括：弹出到手机屏幕上的对话框信息、由手机扬声器播放的预警铃声、由手机振动器激发的振动信号。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的使用状态包括：手机系统加载的软件处于前台或后台运行状态、人手动触发手机系统执行程序的状态；所述的软件包括：音频或视频播放软件、手机浏览器、手机相册、手机修图工具、聊天软件、手机办公软件；所述的程序包括：执行手机通话程序、执行手机短信编辑及收发程序、执行系统设置程序、执行开关机程序、执行系统界面浏览程序。
本发明的一种用于公路行人的预警系统优点在于：
本发明的预警系统通过在道路沿线设置的超声波传感器，以实时监测机动车道路上的车辆行驶状况，并通过服务器端对道路上行驶的机动车进行实时定位，运算获取机动车的位置信息及行驶速度；在此基础上，还通过与手机电路集成的客户端实时监测行人的地理位置及手机状态，并将获得的运行状态数据及行人定位数据一并发送给服务器端，此时服务器端在判定行人正位于机动车道上且处于使用手机状态时，进一步通过分析离其较近车辆的行驶速度、与行人之间的距离后，将预计的行驶时间与预设的时间阈值相减，并以时间差计时完成后触发服务器端向客户端发送预警信息，以便提醒行人注意避让即将到来的车辆，停止使用手机并尽快离开机动车道，从而能够有效地避免交通事故的发生，保证行人安全。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于公路行人的预警系统结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的客户端结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的服务器端结构示意图；
图4为本发明实施例中提供的信号处理模块结构示意图；
图5为利用超声波传感器对路面行驶的机动车进行实时监测的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种用于公路行人的预警系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种用于公路行人的预警系统，该系统具体包括：超声波传感器、服务器端、客户端。
所述的超声波传感器沿人行道与车行道之间的界线等间隔分布，用于向车行道上行驶的机动车发射超声波信号，并将采集获得的其可探测范围内的回波信号发送至服务器端；
所述的服务器端利用接收到的回波信号对机动车进行实时定位，并以机动车定位数据计算获得机动车的行驶速度，该服务器端还与客户端采用无线传输方式进行数据交互，用于对接收到的运行状态数据进行分析，以判定手机处于待机状态或使用状态，如果手机处于使用状态，则利用机动车定位数据与行人定位数据计算获得机动车与行人之间的距离，进一步以距离和行驶速度计算获得机动车预到达行人位置的行驶时间，同时将行驶时间与预设的时间阈值相减，以获得的时间差作为当前的时间计数，在时间计数完成后生成预警信息，并将预警信息发送至客户端；
所述的客户端嵌入在手机内部，该客户端与手机电路板连接，用于实时采集手机的运行状态数据，以及根据gps信号对携带手机的行人进行实时定位，并以生成的行人定位数据判定行人是否位于车行道上，如果行人位于车行道上，将该行人定位数据和运行状态数据发送至服务器端，该客户端还用于将接收的预警信息通过手机屏幕显示给行人。
本发明的预警系统通过在道路沿线设置的超声波传感器，以实时监测机动车道路上的车辆行驶状况，同时圈定出了人行道与行车道分别作为行人的安全区域和危险区域(如图5所示)，并通过服务器端对道路上行驶的机动车进行实时定位，运算获取机动车的位置信息及行驶速度。在此基础上，还通过与手机电路集成的客户端实时监测行人的地理位置及手机状态，首先根据gps信号可实时定位行人所处位置，以此来判断行人是否处于行车道(危险区域)或人行道(安全区域)上；其次监测手机的运行状态，并将获得的运行状态数据及行人定位数据一并发送给服务器端，此时服务器端在判定行人正位于机动车道上且处于使用手机状态时，进一步通过分析离其较近车辆的行驶速度、与行人之间的距离后，将预计的行驶时间与预设的时间阈值相减，并以时间差计时完成后触发服务器端向客户端发送预警信息，以便提醒行人注意避让即将到来的车辆，停止使用手机并尽快离开机动车道，从而能够有效地避免交通事故的发生。
研究发现，人在注意力集中的情况下发现前方有危险情况时，从视觉感知到做出行动仅为0.75秒，但是在注意力分散的情况下(如低头使用手机时)，反映时间一般要延长至1.5秒至2.25秒，同时手脚之间配合的运动时间也会发生延迟；为了保证行人能够在机动车到来之前安全撤离，本发明中的时间阈值设定应不低于行人在注意力分散状态下的思维反应时间和撤离动作执行时间之和，为了保证安全，可设定该时间阈值为10秒至15秒。
为了实现上述行人及手机的监测功能，如图2所示，本实施例中的客户端可包括：数据采集模块、gps定位模块、位置判定模块和数据交互模块。
所述的数据采集模块与手机电路板连接，用于实时采集手机的运行状态数据，所述的运行状态数据包括手机系统加载的软件信息和行人手动触发手机系统执行的程序信息；
所述的gps定位模块用于对携带手机的行人进行实时定位，生成行人定位数据；
所述的位置判定模块用于接收行人定位数据，并将行人定位数据与车行道位置坐标进行比较，判定行人是否位于车行道上，如果行人位于车行道上，则触发数据交互模块将运行状态数据与行人定位数据发送至服务器端；
所述的数据交互模块还用于接收服务器端输出的预警信息，并发送至手机显示屏进行显示。
为了实现上述机动车的行驶状态监测功能，如图3所示，本实施例中的服务器端可包括：信号处理模块、测距模块、回波信号定位模块、速度运算模块、数据收发模块、状态判断模块、距离运算模块、时间差运算模块、预警信息生成模块；
所述的信号处理模块用于接收超声波传感器输出的回波信号，并将回波信号进行处理，生成供测距模块识别的声波数据；
所述的测距模块与信号处理模块连接，用于将超声波发射时间与声波数据的回波时间进行比较，并通过时间差值及声速计算获得回波信号的声程；
所述的回波信号定位模块以接收回波信号方向和回波信号的声程对机动车进行空间定位，生成机动车定位数据；
所述的速度运算模块以机动车定位数据对机动车进行跟踪，并计算获得机动车的行驶速度；
所述的数据收发模块用于接收客户端输出的运行状态数据和行人定位数据，并向客户端发送预警信息；
所述的状态判断模块用于对运行状态数据进行分析，以判定手机处于待机状态或使用状态，如果判定手机处于使用状态，则触发距离运算模块运行；
所述的距离运算模块利用机动车定位数据与行人定位数据计算获得机动车与行人之间的距离；
所述的时间差运算模块利用运算得到的距离和行驶速度计算获得机动车预到达行人位置的行驶时间，同时将行驶时间与预设的时间阈值相减，以获得的时间差作为当前的时间计数；
所述的预警信息生成模块以运算得到的时间计数进行计时，在计时完成后生成预警信息，并将预警信息通过数据收发模块发送至客户端。
如图4所示，所述的信号处理模块包括：a/d转换器、信号放大器和滤波器，用于将超声波传感器输出的回波声信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。本发明的上述信号处理模块通过设置滤波器，能够降低信号的噪声干扰，提高信号的探测精度，同时通过信号放大能够实现数据的精确采集，为后续的数据分析提供保证。
另外，在本实施例中，所述的预警信息具体包括：弹出到手机屏幕上的对话框信息、由手机扬声器播放的预警铃声、由手机振动器激发的振动信号；本发明通过声光等多种信号表现形式对行人进行提醒，进一步提高了系统预警的有效性。
所述的使用状态具体包括：手机系统加载的软件处于前台或后台运行状态、人手动触发手机系统执行程序的状态；所述的软件包括：音频或视频播放软件、手机浏览器、手机相册、手机修图工具、聊天软件、手机办公软件；所述的程序包括：执行手机通话程序、执行手机短信编辑及收发程序、执行系统设置程序、执行开关机程序、执行系统界面浏览程序。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。