一种基于超声波测距的单轨载人游览车防撞系统及方法与流程

本发明涉及超声波技术领域，尤其是超声波在防撞方面的应用，具体地，本发明涉及一种基于超声波测距的单轨载人游览车防撞系统及方法。

背景技术：

目前，跨座式单轨游览车在进行防撞保护时以地铁和轨道交通作为参考，在游览车运行区域内布置全覆盖的无线通讯系统以实现邻近车辆间位置信息的交流，不仅建造成本昂贵、运行耗电量大(2000w/km)，而且只能大概知道两车间的距离过远或过近，不能准确判断游览车在当前运行速度下是否与前车保持安全距离，往往发现危险时再采取制动措施已经晚了。

本发明除了要解决上述问题，还要确保反馈会的距离数据稳定而准确。由于存在信号干扰且车辆行驶方向多变，超声波接收器在工作时面临数据不稳定、数据失真、峰低谷等缺陷，尤其是在较多弯道地段，必须确保防撞系统的可靠性，否则将引发安全事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种成本低廉、可靠性高的游览车防撞系统及方法，可准确提供车辆间的距离信息并及时给出车辆减速或停车信号，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于超声波测距的单轨载人游览车防撞系统，包括超声波发射器、超声波接收器和超声波测距模块，所述超声波发射器和超声波接收器的数量大于等于两组，所述超声波测距模块包括：

获取模块，用于获取经超声波接收器处理后得到的与前车的多组距离数据以及由速度编码器反馈回的当前车速数据；

滤波模块，用于过滤掉距离数据中的噪声、失真数据及干扰数据；

比对模块，用于比对当前车速数据与各组利用过滤后距离数据计算得到的计算车速，以最接近真实数据的一组为实际距离，同时还用于比对实际距离与当前车速下的额定安全距离，以判断运行中的游览车是否需要减速或停车；

发送模块，将与前车的实际距离和相应动作信号实时发送至车辆运行控制器，使得游览车采取相应动作以起到防撞保护作用。

优选地，所述超声波发射器包括发射器地址设置单元和超声波发生器，所述超声波接收器包括接收器地址设置单元、超声波传感器和超声波处理器。

优选地，所述超声波测距模块设置在车载工控机内，所述车载工控机还包括处理器、通信芯片和存储器，所述处理器接收来来自各超声波处理器和速度编码器的数据信息并与所述超声波测距模块、通信芯片和存储器间实现数据交互，所述超声波测距模块通过发送模块和通信芯片实现与车辆运行控制器间的信息传输，所述存储器内设有测距数据库。

优选地，所述滤波模块中使用的算法包括卡尔曼滤波法、滑动平均滤波法和限幅平均滤波法。

本发明还提供一种基于超声波测距的单轨载人游览车防撞方法，该方法基于上述防撞系统实现且包括如下步骤：

1)获取来自前车的超声波信号，经处理后得到与前车的多组距离数据，同时通过速度编码器获取当前车速数据；

2)对各组距离数据进行优化处理，利用滤波算法过滤掉噪声、失真数据及干扰数据；

3)对过滤后的距离数据进行前后比对，得到当前时间段内的多组变化距离，通过计算各组变化距离与时间的比值得到多组计算车速，并将各组计算车速与当前车速数据一一进行比对，其中最接近真实数据的一组即为实际距离，同时通过比对实际距离与当前车速下的额定安全距离，以判断运行中的游览车是否需要减速或停车；

4)通过车载工控机的通信芯片将实际距离和相应动作信号实时发送给车辆运行控制器，使游览车在采取相应动作后起到防撞保护作用。

优选地，所述滤波算法包括卡尔曼滤波法、滑动平均滤波法和限幅平均滤波法。

优选地，通过在游览车上设置至少两组超声波发射器和超声波接收器实现超声波测距，在超声波发射器和超声波接收器内均设有地址设置单元以实现二者一一对应匹配，避免外界信号的干扰以及收发端的相互干扰。

本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明中的防撞系统可在较低使用成本的前提下，实现对邻近游览车间的实时可靠测距；通过设置多组互不干扰的超声波发射器和接收器，同时返回多组距离数据，通过车载工控机上的滤波算法对距离数据进行消噪处理，确保所得距离数据有较高置信度，再将各组数据在当前时间段内变化距离和时间的比值与利用速度编码器反馈得到当前车速数据进行比对处理，使得车辆运行控制器能获取到准确的车辆间距信息以及减速和停车信号，并做出相应动作以及时起到防撞保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需使用到的附图作简单地介绍，显而易见地，下列附图仅仅用于帮助理解本发明中的部分实施例而非技术方案的全部，其中：

图1是本发明实施例1中单轨载人游览车防撞系统的应用示意图；

图2是图1中超声波测距模块的示意图；

图3是图1中超声波发射器的示意图；

图4是图1中超声波接收器的示意图；

图5是图1中车载工控机的示意图；

图6是本发明中单轨载人游览车防撞方法的流程图；

其中：1游览车，2车载工控机，3超声波发射器，31发射器地址设置单元，32超声波发生器，4超声波接收器，41接收器地址设置单元，42超声波传感器，43超声波处理器，5超声波测距模块，51获取模块，52滤波模块，53比对模块，54发送模块，6处理器，7速度编码器，8通信芯片，9存储器，10车辆运行控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～6所示，一种基于超声波测距的单轨载人游览车防撞系统，包括超声波发射器3、超声波接收器4和超声波测距模块5，所述超声波发射器3和超声波接收器4的数量为两组且实现对超声波的对应收发，所述超声波测距模块5包括：

获取模块51，用于获取经超声波接收器4处理后得到的与前车的多组距离数据以及由速度编码器7反馈回的当前车速数据；

滤波模块52，用于过滤掉距离数据中的噪声、失真数据及干扰数据；

比对模块53，用于比对当前车速数据与各组利用过滤后距离数据计算得到的计算车速，以最接近真实数据的一组为实际距离，同时还用于比对实际距离与当前车速下的额定安全距离，以判断运行中的游览车1是否需要减速或停车；

发送模块54，将与前车的实际距离和相应动作信号实时发送至车辆运行控制器10，使得游览车1采取相应动作以起到防撞保护作用。

在本实施例中，所述超声波发射器3包括发射器地址设置单元31和超声波发生器32，所述超声波接收器4包括接收器地址设置单元41、超声波传感器42和超声波处理器43。通过内部的地址设置单元可确保超声波发射器和超声波接收器各自对应匹配连接，两组收发端相互不干扰，也避免外界干扰。所超声波处理器43通过两次接收到超声波信号的时间间隔来计算距离。

在本实施例中，所述超声波测距模块5设置在车载工控机2内，所述车载工控机2还包括处理器6、通信芯片8和存储器9，所述处理器6接收来来自各超声波处理器43和速度编码器7的数据信息并与所述超声波测距模块5、通信芯片8和存储器9间实现数据交互。所述超声波测距模块5通过发送模块54和通信芯片8实现与车辆运行控制器10间的信息传输。

具体过程如下：所述超声波处理器43将处理后的距离数据转换为字节流的形式通过串口传输到处理器6，同时所述速度编码器7也通过同样的方式将游览车的实时车速反馈给处理器6；在每次完成距离数据传输的同时，所述处理器6都将距离数据的串流资料压缩并存储至所述存储器9，在所述存储器9内还设有用于保存距离数据历史的测距数据库，便于日后对整个系统的维护、监控、调试和扩展；所述超声波测距模块5接收来自处理器6的字节流并还原成距离数据。

基于上述防撞系统的防撞方法，包括如下步骤：

1)通过匹配的超声波发射器3和超声波接收器4获取来自前车的超声波信号，经处理后得到与前车的两组距离数据，同时通过速度编码器7获取当前车速数据；

2)对各组距离数据进行优化处理，利用滤波模块42过滤掉噪声、失真数据及干扰数据，所用滤波算法包括卡尔曼滤波法、滑动平均滤波法和限幅平均滤波法；

3)对过滤后的距离数据进行前后比对，得到当前时间段内的两组变化距离，通过计算变化距离与时间的比值得到两组计算车速，将计算车速与当前车速数据一一进行比对，其中最接近真实值一组所对应的距离数据即为实际距离，同时通过比对实际距离与当前车速下的额定安全距离，以判断运行中的游览车是否需要减速或停车；

4)通过车载工控机2的通信芯片8将实际距离和相应动作信号实时发送给车辆运行控制器10，使游览车1在采取相应动作后起到防撞保护作用。

本实施例中的载人游览车防撞系统及方法，能确保游览车安全、可靠且经济地运行，数据反馈精确实时，且适用于不同车速下游览车运行安全性的判定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。