专利名称：高速公路安全即时预警方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安全即时预警方法，尤其是一种应用在高速公路上的安全即时预警方法，同是本发明还涉及实现该方法的安全即时预警系统，属于交通安全设施技术领域。
检索发现，申请号为98119491.5、申请日为1998.10.18的中国专利公开了一种高速公路危险报警器，当高速公路上行驶的车辆因故障和事故等原因而妨碍其它车辆高速通行时，驾驶员立即打开高速公路危险报警器的发射系统，发出报警信号，被一定范围内正常行驶的受妨碍车辆的高速公路危险报警器的接收系统接收，报警器发出报警警告驾驶员，车辆前方有路障，减速慢行，注意安全，杜绝追尾事故。该报警器需要车辆配备无线收发系统，并且无法与车辆控制中心进行信息交流。
申请号为02113003.5、申请日为2002.05.14的另一发明专利申请公开了一种防止高速公路追尾撞车的预警系统及其预警方法。该系统包括中央处理装置CP和由微波探测器、路终端和告警指示灯组成的检测线DL；检测线DL等间距地安装在高速公路全程双向车道的内侧并通过数据传输线路L1与中央处理装置CP连接，每个检测线分别与其前后检测线连接，检测线DL中的路终端分别与微波探测器和告警指示灯连接。该预警方法是微波探测器感知通过的车辆，路终端对微波探测器接受的信号及检测线传送的信息进行处理并发出交通信号。本发明的有益效果是实现了完整意义的高速公路行车安全监控，解决了高速公路追尾撞车问题，提高公路的运行效率。但该专利申请的技术方案投资成本大，并且有可能产生误报警，实施比较困难。
为了达到以上的目的，本发明高速公路安全即时预警方法的技术方案为在高速公路安全即时预警系统中实施步骤A-D；——所述即时预警系统为由至少二个以上子系统组成的系统，所述各子系统之间通过网络线连接；——每个子系统均含有单片机控制电路，并包含至少二个节点，各节点之间通过子系统内部网络线连接；——每个节点含有信号开关和继电开关控制的报警装置，所述控制电路的信号输入端接信号开关，所述控制电路的控制信号输出端接继电开关，所述控制电路通讯端接网络线路；——各子系统中每个节点的信号开关和继电开关控制的报警装置按地址编号顺序在高速公路护栏一侧沿线分布；A、正常情况下，系统处于预警监控状态；B、当某子系统中的一节点信号开关收到事故信号后，该节点通过子系统内部网络发出含该节点地址的事故信息，进而通过网络将事故信息传输给其他子系统；C、接收到事故信息的各子系统将报警控制指令信号发送到相关各个节点；D、接收到报警控制指令的各节点通过继电开关使相应的报警装置发出报警信号。
显然，实施以上方法的高速公路安全即时预警系统——由至少二个以上子系统组成，所述各子系统之间通过网络线连接；——每个子系统均包含至少二个节点，各节点之间通过子系统内部网络线连接；——每个子系统均含有单片机控制电路，并包含至少二个节点，各节点之间也通过子系统内部网络线进行连接；——每个节点含有信号开关和继电开关控制的报警装置，所述控制电路的信号输入端接信号开关，所述控制电路的控制信号输出端接继电开关，所述控制电路通讯端接网络线路；——各子系统中每个节点的信号开关和继电开关控制的报警装置按地址编号顺序在高速公路护栏一侧沿线分布；并且——所述系统在正常情况下，处于预警监控状态；——所述子系统用以当其中一节点信号开关收到事故信号后，相应的控制电路通过子系统内部网络线发出含该节点地址的事故信息，进而通过网络将事故信息传输给其他子系统；；——所述各子系统用以接收到事故信息后，将报警控制指令信号发送到相关各个节点；——所述报警装置用以执行接收到报警控制指令，使各节点通过继电开关的控制，发出报警信号。
这样，当高速公路某处突发事故时，只要此处有人通过就近的信号开关发出事故信号，高速公路安全即时预警系统立即作出响应，不仅监控中心可以及时反应事故地点等信息，而且事故地点之后一定距离的沿途报警装置即时报警。提醒司机立即减速慢行，从而避免连续追尾的发生，将突发事故的损害降低到最小限度。
与以上98119491专利申请相比，由于无需在车辆上配备复杂的收发装置，因此易于实施；而与02113003专利申请相比，由于可以很方便地嫁接在现有的各种网络上(例如公用电话网)，因此不仅容易实现，而且成本经济。
图1为本发明一个实施例的总体方案逻辑结构框图。
图2是图1实施例中子系统的内部结构框图。
图3(a)、(b)、(c)分别是图1实施例中控制节点、指示电路、DTMF信号传输中继器电路原理图。
图4为图1实施例的系统布置结构示意图。
图5是图1实施例系统主要工作过程框图(灯代表报警装置)。
图6(a)、(b)、(c)、(d)是图1实施例中控制电路、显示电路、电话收发器以及主机uC(微型计算机，即单片机)的软件流程图。
图7是本方案实施例二的总体方案逻辑结构框图。
图8是本方案实施例二子系统的内部结构图。
图9(a)、(b)分别为实施例二的控制节点和总控制器电路原理图。
图10(a)、(b)分别为实施例二的控制电路uC、总控制器uC的软件主要流程图。
图11是本方案实施例三的总体方案逻辑结构框图。
图12是本方案实施例三的排列形式图。
第一层次实现按键开关信号的输入和继电开关控制信号的输出，采用的具体元器件根据所采用微机子系统的结构方案决定，主要用于完成开关信号的传输功能。第二层次核心部件是单片机，一方面，单片机接收本微机子系统内部的按键开关信号；另一方面，接收主机传来的控制信号，单片机根据预先设置的程序向本微机子系统的继电开关控制指令或通过电话网向主机发送信号。第三层次主要由一台PC总线计算机和起总控制作用的单片机(主机，或总uC)构成，通常存放在管理中心。PC总线计算机可以提供良好的人机界面，它从单片机获取系统运行状态信息，直观地显示反映系统当前运行状态的图形；单片机接受微机子系统传递过来的信息，及时处理这些信息，并将控制指令传递给其他微机子系统。
系统总体结构为由主机和多个微机子系统构成。主机管理和协调各个微机子系统工作。在这种主从式结构中，某个子系统即使在出现故障时，整个系统仍然能够工作。为了提高整个系统的可靠性和安全性，本实施例增加一台备用主机，以便在主机出现故障时保持整个系统依然正常工作。2、子系统图2为本实施例基于公共电话网的子系统内部结构图。该子系统主要由电话信号收发节点、控制电路节点和指示电路节点以及中继器组成。控制电路节点和指示电路节点并联在总线上，与电话信号收发节点串接。中继器采用DTMF信号传输中继器。电话信号收发节点由电话信号收发器、控制电路和连接内部控制节点的总收发器组成。控制电路节点由控制电路收发器、节点上的控制电路和按键开关、继电开关组成。继电开关控制报警装置的报警和不报警。指示电路节点由信号接收器、指示电路和警报装置组成。警报装置排列成阵列，方便人视觉的观察。
子系统的电路原理如图3(a)、(b)、(c)所示，其中图3(a)为控制节点电路原理图，图3(b)为指示电路的电路原理图，图3(c)为DTMF信号传输中继器电路原理图。由图不难看出，在控制节点电路中，主控制器采用ATMEL89C51单片机，其信号输出端经信号驱动电路接继电器，其数据输出、输入端通过DTMF收发芯片、信号放大电路以及切换开关接DIMF信号线路；在指示电路中，DTMF信号经过信号跟随、放大、进入DIMF收发器，给单片机ATMEL89C51输入；在信号传输中继器电路中，DTMF信号经过信号跟随、放大、进入DTMF收发器，然后从单片机ATMEL89C51输入输出，信号双向传输。
简言之，实施例一总体方案中的每个子系统均包含若干节点，每个节点由收发器、控制电路、按键开关和继电开关组成。收发器由相应的DTMF信号发生和接收芯片构成。按键开关对应开关A和B。控制电路使用一片单片机芯片，完成所有的控制任务。当按键按下时，节点的控制电路通过节点上的收发器向总线上发出节点地址信息和按键信息。同时总线上的所有节点都将接收到信息，并且根据接收到的信息判断相应操作，通过控制继电开关来实现警报装置的报警和不报警。由于子系统中的控制器一端连接在公用电话网上，另外一端连接于总线之上，因此可以通过公用电话来跟其它子系统交互控制信息。
各子系统中每个节点的信号开关和继电开关控制的报警装置按地址编号顺序在高速公路一侧沿行进方向(双向)分布，形成图4所示意的分布结构。3、工作过程本实施例整个系统的主要工作流程参见图5。正常情况下，整个系统处于预警监控状态。
当突发事故时，报警者按下控制开关线路中的按键开关，比如按下的是A1，则与之连接的控制电路通过节点上的收发器2向总线上发出该处的地址信息(确定信号发生位置)和按键信息(确定实现的是第1个功能)。
子系统总线上的所有收发器都将接收到信息，而总收发器则将此信号通过电话信号收发器、公用电话网传递给总机电话控制电路，由总机电话控制电路(总uC)决定将相应的信息再次传递给其他相关的子系统处理。本子系统及相关子系统的各个控制电路根据接收到的信息由软件来判断实行相应操作，通过控制继电开关来实现报警装置的报警与不报警，即A1合上，A1之后所有的报警装置(图4的第2-100个报警装置及排列在此子系统后的所有子系统的全部报警装置)全报警，A1之前的第1个报警装置及此子系统前的所有子系统的全部报警装置不报警。
若即时报警者按下按键开关B1，与之连接的控制电路通过节点上的收发器2向总线上发出该处的地址信息(确定位置)和按键信息(确定实现的是第2个功能)，子系统总线上的所有收发器将接收到信息，而总收发器则将此信号通过电话信号收发器、公用电话网传递给总机电话控制电路，由总机电话控制电路决定将相应的信息再次传递给其他相关的子系统处理。本子系统及相关子系统根据接收到的信息由软件来判断实行相应操作，通过控制继电开关来实现报警装置的报警与不报警。即B1合上，B1之后所有的m个报警装置(个别开关控制的m个报警装置可以跨子系统)全报警，其余所有的报警装置全不报警(包括其他子系统的报警装置)。
系统中控制电路、显示电路、电话收发器以及主机uC的软件流程图分别参见图6(a)、(b)、(c)、(d)。
由图6(a)的单个控制电路uC的软件流程图可以看出，它主要接收与之相连的按键开关A，B的信号，同时根据按键开关A，B的信号，控制与之相连的继电开关的开启和闭合，并向本微机子系统的其他控制电路uC、显示电路uC和电话收发器uC发送按键开关A，B的信号，同时，接收从本微机子系统传来的指令，并对与之相连的继电开关控制；由图6(b)所示的单个显示电路uC的软件流程图可以看出，它主要接收本微机子系统的各个控制的按键开关A，B的信号，并对这些信号判断，显示相应的信号(主机系统的显示电路uC软件流程与此相似)；由图6(c)所示的电话收发器uC的软件流程图可以看出，它主要接收本微机子系统各个控制电路uC传来的指令，并向主机uC的按键开关A，B的信号，同时，接收主机uC传来的信息，并向本微机子系统各个控制电路uC、显示电路uC需要执行的指令；由图6(d)所示的主机uC的软件流程图可以看出，主机uC主要接收各个微机子系统uC传来的指令，然后向其他微机子系统uC发出控制的指令。
整个系统实现的功能可以归纳为(1)合上以A为标记的开关(图4)，该开关之后所有的报警装置全报警，该开关之前所有的报警装置不报警；(2)合上以B为标记的开关，该开关之后连续m(m＝1，2，...，10)个报警装置报警，其余所有的报警装置不报警；(3)各个开关的功能相互独立，互不影响；(4)功能(1)或(2)的每次操作都反映在显示屏和中心的指示板上。
因为每个子系统中都在总线上有接收器、指示电路与显示屏相连，同时总机电话控制电路与中心的指示板之间也有类似的指示电路，因此可以保证即时报警者每次操作都反映在显示屏和中心的指示板上。
本实施的总体方案(参见图7)与实施例一基本相同，本总体方案逻辑结构图与实施例一逻辑结构图类似，它在第一、二层次与第三层次之间可以不通过公共电话网，而是通过双胶线互连。
本实施的子系统与实施例一基本相同，不同之处在于采用差分传输，采用传输中继的方式进行数据通信，接收端直接解码来控制继电开关。
本实施例子系统的内部结构如图8所示。该子系统由总控制器、控制电路节点和指示电路节点、中继器组成。总控制器、控制电路节点和中继器串接，与指示电路节点并联。中继器采用DTMF信号传输中继器。并且，控制系统的控制开关输入信号经过光电隔离、整形等处理进入单片机的I/O接口，再进入单片机，单片机CPU根据对输入信息进行处理的情况，决定是否发出进一步操作的控制指令；控制系统的输出控制信号经过光电隔离，发送到各个驱动节点，再通过继电开关控制报警装置，控制信号在传输中需要不断地放大。
本实施例子系统的电路原理如图9(a)、(b)所示。其中图9(a)所示的控制节点电路原理图与实施例一子系统的控制节点电路原理图基本相同，不同之处在于增加一套信号的收发电路，实现时更加强调信号的收发功能，通过电路切换，可以将信号传递给下一个节点。图9(b)所示的总控制器电路原理图，与控制节点电路原理图相似，总控制器电路不含按键开关和继电开关控制元件，只对主机、其他子系统总控制器或本子系统各个控制节点发送过来的信号进行处理。主机的电路原理图与图9(b)所示的总控制器电路原理图基本相同，不同之处在于它与子系统相连，发送和接收的都是子系统的信息。
实施例二子系统的指示电路原理图，信号传输中继器电路原理图与实施例一子系统的指示电路原理图，信号传输中继器电路原理图相同，在此不另详细叙述。
本实施例子系统的控制电路、显示电路、总控制器都包含各自uC，显示电路uC的软件主要流程与实施例一相同。控制电路uC、总控制器uC的软件主要流程分别如图10(a)、(b)所示。其中图10(a)为单个控制电路uC的软件流程图，它主要接收与之相连的按键开关A，B的信号，并根据按键开关A，B的信号控制与之相连的继电开关的开启和闭合，并向本微机子系统的总控制器uC和显示电路uC发送按键开关A，B的信号，同时，接收从本微机子系统总控制器uC传来的指令，并对与之相连的继电开关控制或传输给下一个控制节点。图10(b)为子系统总控制器uC的软件流程图，它主要接收控制电路uC发送的按键开关A，B的信号，向本微机子系统的控制电路uC、显示电路uC发送按键开关A，B的信号，同时，接收从主机传来的指令，并根据信号对本子系统的继电开关进行控制或者向主机发送的信息。
将图2中的子系统中的公用电话网和电话信号收发器删除，即为本实施例的子系统结构。本实施例的子系统结构及工作原理和工作过程可以参照图2加以说明。
在该图中，子系统中每个控制节点由收发器，控制电路，按键开关和继电开关组成。收发器由相应的DTMF信号发生和接收芯片构成。按键开关对应开关A和B。控制电路使用一片单片机芯片，完成所有的控制任务。当按键按下时，节点的控制电路通过节点上的收发器向总控制器发出节点地址信息和按键信息，由总控制器向本微机子系统的所有节点逐个发送信号，各个节点接收到信息，并且根据接收到的信息判断相应操作，并且通过控制继电开关来实现报警装置的报警和不报警。同时，该总控制器单向地向其相邻下一个微机子系统发送信息。
相邻微机子系统收到总控制器信息后，根据信息由当前微机子系统的总控制器向本微机子系统的所有节点逐个发送信号，各个节点接收到信息，执行相应操作，实现报警装置的报警和不报警。同时，该总控制器再单向地向其相邻微机子系统发送信息。下一个微机子系统执行相同的处理，直到系统两侧最末尾的两个微机子系统。
总而言之，以上实施例具有如下显著优点；1、可靠性高——由于多机控制中的各个控制功能分散，每台微电脑任务均衡减少，功能更加明确，因而可靠性得到提高。并且存在多台功能相同的微电脑，构成微电脑的一级硬件系统，当其中某台发生故障时，可在系统内重构备用机，因此进一步提高了系统的可靠性；2、响应速度快——由于各台微电脑并行工作，大部分控制功能分散到各个子系统中，各个子系统独立加工和处理信息，发出相应的控制指令，因此减少了信息的传输，提高了运算和控制速度；3、维护和扩展方便——由于采用模块化结构，各模块具有独立的功能，因此设计简捷，调试容易，维护方便，具有理想的适应性和灵活性；4、性能价格比高——由于采用价格低廉的微电脑，而且，在多机系统中，一般采用串行通信方式，减少了数据传输的成本，因此不仅保证了应有的功能，而且价格远远低于中小型计算机集中控制系统。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，系统的连接网络还可以是宽带、载波电缆甚至是无线网络；事故发生后，发出事故信号的方式可以是手动、遥控，或者自动，等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种高速公路安全即时预警方法，其特征在于在高速公路安全即时预警系统中实施步骤A-D；——所述即时预警系统为由至少二个以上子系统组成的系统，所述各子系统之间通过网络线连接；——每个子系统均含有单片机控制电路，并包含至少二个节点，各节点之间通过子系统内部网络线连接；——每个节点含有信号开关和继电开关控制的报警装置，所述控制电路的信号输入端接信号开关，所述控制电路的控制信号输出端接继电开关，所述控制电路通讯端接网络线路；——各子系统中每个节点的信号开关和继电开关控制的报警装置按地址编号顺序在高速公路护栏一侧沿线分布；A、正常情况下，系统处于预警监控状态；B、当某子系统中的一节点信号开关收到事故信号后，该节点通过子系统内部网络发出含该节点地址的事故信息，进而通过网络将事故信息传输给其他子系统；C、接收到事故信息的各子系统将报警控制指令信号发送到相关各个节点；D、接收到报警控制指令的各节点通过继电开关使相应的报警装置发出报警信号。
2.根据权利要求1所述高速公路安全即时预警方法，其特征在于——所述即时预警系统为由至少一个主机和二个以上子系统组成的主从式系统，所述主机和各子系统之间通过网络线连接；——所述步骤B中，当某子系统中的一节点信号开关收到事故信号后，该节点通过子系统内部网络发出含该节点地址的事故信息，进而通过网络，将信息传递给主机，接着主从式结构中的主机接收到有关事故的信息后，将指令信息通过网络发送到其他各子系统。
3.根据权利要求1所述高速公路安全即时预警方法，其特征在于所述即时预警系统为由二个以上子系统组成的分布式并行系统。
4.根据权利要求2或3所述高速公路安全即时预警方法，其特征在于所述网络为公用电话网。
5.根据权利要求2或3所述高速公路安全即时预警方法，其特征在于所述网络为用双胶线互连构成的网络。
6.一种高速公路安全即时预警系统，其特征在于——由至少二个以上子系统组成，所述各子系统之间通过网络线连接；——每个子系统均包含至少二个节点，各节点之间通过子系统内部网络线连接；——每个子系统均含有单片机控制电路，并包含至少二个节点，各节点之间也通过子系统内部网络线进行连接；——每个节点含有信号开关和继电开关控制的报警装置，所述控制电路的信号输入端接信号开关，所述控制电路的控制信号输出端接继电开关，所述控制电路通讯端接网络线路；——各子系统中每个节点的信号开关和继电开关控制的报警装置按地址编号顺序在高速公路护栏一侧沿线分布；并且——所述系统在正常情况下，处于预警监控状态；——所述子系统用以当其中一节点信号开关收到事故信号后，相应的控制电路通过子系统内部网络线发出含该节点地址的事故信息，进而通过网络将事故信息传输给其他子系统；——所述各子系统用以接收到事故信息后，将报警控制指令信号发送到相关各个节点；——所述报警装置用以执行接收到报警控制指令，使各节点通过继电开关的控制，发出报警信号。
7.根据权利要求6所述高速公路安全即时预警系统，其特征在于所述网络为公用电话网；所述子系统主要由电话信号收发节点、控制电路节点和指示电路节点以及中继器组成；所述控制电路节点和指示电路节点并联在总线上，与电话信号收发节点串接；所述中继器采用DTMF信号传输中继器；所述电话信号收发节点由电话信号收发器、控制电路和连接内部控制节点的总收发器组成；所述控制电路节点由控制电路收发器、节点上的控制电路和按键开关、继电开关组成；所述指示电路节点由信号接收器、指示电路和警报装置组成。
8.根据权利要求6所述高速公路安全即时预警系统，其特征在于所述子系统由总控制器、控制电路节点和指示电路节点、中继器组成；所述总控制器、控制电路节点和中继器串接，与指示电路节点并联；所述中继器采用DTMF信号传输中继器；控制开关信号输入端经过光电隔离与单片机的I/O接口连接。
9.根据权利要求7所述高速公路安全即时预警系统，其特征在于每个子系统中都在总线上与接收器、指示电路与显示屏相连，同时总机电话控制电路与中心的指示板之间也接有所述指示电路。
全文摘要
本发明涉及一种应用在高速公路上的安全即时预警方法，以及实现该方法的安全即时预警系统，属于交通安全设施技术领域。本发明所述由子系统组成网络，子系统内的节点含有信号开关和报警装置，在高速公路护栏一侧沿线分布。当某节点接收到事故信号后，立即通过网络进行信息传输，使报警装置发出报警信号。因此当高速公路某处突发事故时，只要此处有人通过就近的信号开关发出事故信号，高速公路护栏安全即时预警系统立即作出响应，不仅监控中心可以及时反应事故地点等信息，而且事故地点之后一定距离的沿途报警装置即时报警。提醒司机立即减速慢行，从而避免连续追尾的发生，将突发事故的损害降低到最小限度。本发明容易实现，成本经济。
文档编号G08G1/00GK1462986SQ03113328
公开日2003年12月24日 申请日期2003年4月29日 优先权日2003年4月29日
发明者石延辛, 李虹 申请人:石延辛