专利名称：一种山区公路急弯路段实时车速预警方法
技术领域：
本发明涉及一种车速预警系统，具体是能够保障山区公路急弯路段行车安全的车速预警方法。
背景技术：
车速预警系统是保障公路交通安全的一项重要设施，其主要作用是在存在事故隐患时使驾驶员及时减速，从而避免交通事故的发生，特别是当道路线形条件和气候条件都较差时，结合实时气象、交通条件对车辆进行车速预警显得尤为重要。
另外期刊山东交通学院学报的2009年第12期的论文-基于图像处理技术的高速公路弯道车速预警系统的研究；东北农业大学工学硕士论文-山路盲区弯道会车提示系统的设计，期刊信息技术的2011年第6期的山区弯道智能会车提示系统的设计；期刊电视技术的2006年第6期一款基于凌阳61单片机的汽车弯道会车雷达设计，上述现有技术大多没有考虑不同气象条件和道路设计参数对车辆行驶状态的影响，无法根据车辆的实时行驶状态构建预警方案，与本发明提出的结合实时道路、交通和气象条件，根据车辆各自行驶状态进行预警的方法不同。
另外在专利弯道障碍物预警系统(CN200820122886)预警方案未考虑车辆进入弯道时的不同行驶状态是否有对其预警的必要；专利公路弯道会车预警装置(CN200920063304)主要针对的是会车提醒，未涉及同向车辆间的安全隐患；一种基于视频图像识别的弯道超速预警装置(CN201120507735)是基于视频图像识别进行弯道车速预警，该装置在能见度低的条件下适用性差。发明内容
为解决现有技术存在的缺点，本发明提出了一种山区公路急弯路段实时车速预警方法。
本发明通过以下技术方案实现，具体步骤如下:
步骤1.在车辆和急转弯公路上布设基础信息采集装置，实地采集道路和车辆信息，所述的基础信息采集装置包括车载信息采集装置和道路交通检测装置；
步骤2在车载计算机中基于BP神经网络构建道路附着系数和滚动阻力系数的计算控制器；
步骤3将步骤I中车载信息采集装置采集的信息输入BP神经网络控制器处理，输出车辆在急转弯处的道路附着系数和滚动阻力系数，并通过车载微波通讯设备(OBU)传输至路侧微波读写天线(RSU)设备进而传输至中心控制计算机；
步骤4中心控制计算机根据道路交通检测装置检测的前车车速、前车通过各道路交通检测装置的时间、道路交通检测装置布设间距及后车车速、后车当前位置计算车辆实际间距并判别前车当前运动状态；
步骤5中心控制计算机根据道路交通检测装置检测的后车实时车速、步骤(3)输出的信号以及事先存储的当前路段道路设计参数，求出车辆间的安全距离；
步骤6对车辆的安全距离和车辆间距进行比较，若车辆间距小于安全距离，则对后车车速报警，若车辆间距大于安全距离，则回到步骤I采集下一辆车的信号。
所述的步骤I中，车载信息采集装置通过在汽车底盘设置红外温、湿度传感器和在轮胎上设置表面声波传感器，采集车辆进入公路急转弯前20-50m范围内路面的温度、湿度和轮胎的胎压、变形量、接地面积、滑移量随时间的变化情况；道路交通检测装置主要采集车速、交通量和车辆通过时间信息。温、湿度传感器和表面声波传感器分别通过CAN总线和无线微波通讯方式将采集数据传输至车载计算机系统，道路交通检测装置通过光纤传输与中心控制计算机实现通信。
所述的急转弯公路上道路交通检测装置设置方法:从急转弯起点开始，在考虑道路设计车速条件下，以天气和路面条件较好时的车辆安全制动距离经验值为参考标准，每隔这一距离设一受天气和环境影响较小的道路交通检测装置，可采用线圈道路交通检测装置或微波道路交通检测装置，以实现路上交通量和车速数据的实时检测和传输；
所述的步骤2中，计算控制器的建立过程是:将车载信息采集装置实时采集的各类数据值作为输入，以道路附着系数和滚动阻力系数作为输出，通过实验室测试数据和已有的相关参数历史数据进行样本训练，将训练误差减小到预定阈值或达到训练次数，以得到最优神经网络控制器；
所述步骤3中，将车辆进入急转弯时车载信息采集装置采集的数据输入步骤2构建的神经网络控制器，求得车辆在此急转弯处的道路附着系数和滚动阻力系数，并通过车载微波通讯设备(OBU)利用专用短程通信技术(DSRC)传输至路侧微波读写天线(RSU)设备进而传输至中心控制计算机；
所述步骤4车间距离的计算中，当有车辆陆续进入急转弯后，急转弯内的道路交通检测装置记录每一车辆通过时间、车速和该断面交通量，上一道路交通检测装置检测到后车的相关参数时，根据道路交通检测装置设置间距、前车通过该检测装置的时间、车速及此时是否通过下一检测装置来计算车间距离并判断前车的行驶状态；
所述步骤5安全距离的求解，中心控制计算机根据步骤3确定的后车在此急转弯处的路面附着系数和道路滚动阻力系数，根据步骤4检测的前车和后车车速以及事先存储的此公路急转弯线形设计参数，在此基 础上计算两车间的安全距离；
所述步骤6中车速报警实现方式:在急转弯内设置的每一道路交通检测装置前设置蜂鸣报警装置，当通过上述计算确定后车与前车距离不满足安全距离要求时，在后车行驶至报警装置处时对其发出车速警报。
所述步骤I中急转弯公路上道路交通检测装置的设置:从急转弯起点开始，考虑道路设计车速值，以天气和路面条件较好时的车辆平均安全制动距离值为间距参考标准布置道路交通检测装置，为了使道路交通检测装置工作时尽量不受环境影响，选用线圈道路交通检测装置或微波道路交通检测装置。
车辆安全制动距离的计算公式为:
权利要求
1.一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1.在车辆和急转弯公路上铺设基础信息采集装置，实地采集道路和车辆信息，所述的基础信息采集装置包括车载信息采集装置和路用道路交通检测装置； 步骤2在车载计算机中基于BP神经网络构建道路附着系数和滚动阻力系数的计算控制器； 步骤3将步骤I中车载信息采集装置采集的信息输入BP神经网络控制器处理，输出车辆在急转弯处的道路附着系数和滚动阻力系数，并通过车载微波通讯设备传输至路侧微波读写天线设备进而传输至中心控制计算机； 步骤4中心控制计算机根据道路交通检测装置检测的前车车速、前车通过各道路交通检测装置的时间、道路交通检测装置布设间距及后车车速、后车当前位置计算车辆实际间距并判别前车当前运动状态； 步骤5中心控制计算机根据道路交通检测装置检测的后车实时车速、步骤(3)输出的信号以及事先存储的当前路段道路设计参数，求出车辆间的安全距离； 步骤6对车辆间的安全距离和车辆实际间距进行比较，若车辆实际间距小于安全距离，则对后车车速报警，若车辆实际间距大于安全距离，则回到步骤I采集下一辆车的信号。
2.如权利要求1所述的一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，所述的步骤I中，车载信息采集装置为表面声波传感器和红外温、湿度传感器，所述的传感器设于车辆底盘和轮胎上，采集车辆进入公路急转弯约20-50m范围内轮胎的胎压、变形量、接地面积、滑移量及路面温度、湿度参数随时间的变化情况；所述的路用道路交通检测装置铺设于道路上，采集车速、交通量和车辆通过时间信息；车载信息采集装置采集的数据经车载计算机处理后通过路侧无线通讯设备实时传输至中心控制计算机，道路交通检测装置采集的信息通过光纤传输至中心控制计算机。
3.如权利要求1所述的一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，所述的步骤I中，急转弯公路上道路交通检测装置设置方法:从急转弯起点开始，以考虑道路设计车速条件下天气和路面条件较好时的车辆平均安全制动距离值为标准，每隔车辆平均安全制动距离设一道路交通检测装置，以实现路上交通量和车速数据的实时检测和传输；为了使道路交通检测装置工作时尽量不受`环境影响，选用线圈道路交通检测装置或微波道路交通检测装置。
车辆安全制动距离的计算公式为: r)—— v2 254(φ + ψ) 式中，D为车辆安全制动距离，V为路上典型车型在进入该急转弯时的平均车速，Ψ和Ψ别为气候和路面条件较好时路面与轮胎之间的附着系数及道路阻力系数，其中Ψ =f+iz, f为滚动阻力系数，iz为道路纵坡。
4.如权利要求1所述的一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的计算控制器的建立过程是:以步骤I中车载信息采集装置实时采集的数据项作为输入，以道路附着系数和滚动阻力系数作为输出，通过实验室测试数据和已有的相关参数历史数据进行样本训练，将训练误差减小到预定阈值或达到训练次数，以得到最优神经网络控制器。
5.如权利要求1所述的一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，所述步骤2中计算控制器分为三层结构，即输入层，隐含层和输出层； 第一层为输入层，输入值表不为X = {χι, χ2,...χΜ}，其中，μ表不输入参数的个数,M为大于等于I的自然数，X1, X2,...X 分别表示车型、车速、胎压、变形量、接地面积、滑移量、路面温度和湿度；Xj表示Xl，X2,...Xm中的任意一个参数，即输入层的任意参数； 第二层为隐含层，隐含层任一节点i的输入为neti
6.如权利要求1所述的一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，所述的步骤4车间距离计算方法:当有车辆陆续进入急转弯后，急转弯内的道路交通检测装置记录车辆通过时间、车速和该断面交通量，上一道路交通检测装置检测到后车的相关参数时，由传输至中 心控制计算机的道路交通检测装置采集数据进行前后车间距计算并判断前车运动状态，计算方法为: (1)按照行车方向将布设的道路交通检测装置按照自然数的顺序进行编号，从起点道路交通检测装置I开始，当有车辆通过检测断面时，由道路交通检测装置记录该车的通过时间、车速及此断面该时刻的交通量，并及时传输给中心控制计算机； (2)若道路交通检测装置h在h时间检测到第n辆车通过，车速为V1，此时该断面处交通量为n，经过时间At后检测到第n+Ι辆车通过，车速为V2，此时该断面处交通量为n+1，利用计算机采集到的后续道路交通检测装置数据搜索t+Λ t时刻第n辆车的位置，可能出现的结果如下: ①至t+Λ t时刻h+Ι道路交通检测装置未检测到第n辆车通过，即此时h+Ι道路交通检测装置统计的交通量为n-Ι，说明此时第n辆车和第n+Ι辆车间不满足安全制动距离，则在第n+l辆车通过道路交通检测装置h后的报警装置时对其进行速度报警； ②在t+Λ t时刻第n辆车已通过后续m个道路交通检测装置，搜索其通过最后一道路交通检测装置时的时间t2及通过最后两个道路交通检测装置时的速度Vlrtrl和Vh+m，分别计算此时第η车和第n+l车的实际距离和两辆车之间所需的安全距离，在实际距离小于所需安全距离时对后车进行速度预警。
第n车和第n+l车的车间实际距离按下式计算:
7.如权利要求1所述的一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，其特征在于，所述步骤6中车速报警实现方式:在急转弯内设置的每一道路交通检测装置前设置蜂鸣报警装置，当通过上述计算确定车间距离不满足安全距离要求时，在后车行驶至报警装置处时对其发出车速警报。
全文摘要
本发明具体公开了一种山区公路急弯路段实时车速预警方法，包括如下步骤步骤1.在车辆和急转弯公路上布设基础信息采集装置，实时采集道路和车辆信息。步骤2在计算机中基于BP神经网络构建道路附着系数和滚动阻力系数的计算控制器；步骤3将步骤1中采集的各项参数输入BP神经网络控制器进行处理，输出车辆在弯道处的道路附着系数和滚动阻力系数；步骤4计算机求出车辆间距；步骤5计算机求出车辆间安全距离；步骤6对车辆的安全距离和车辆间距进行比较后对超速车辆进行报警。
文档编号G08G1/16GK103164962SQ20131002423
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者马香娟, 张远, 张丽彩, 陈建岭, 姜华, 赵颖, 白燕, 邓涛成, 李俊, 徐岩, 吴伟阳, 李海波 申请人:山东交通学院