本发明涉及交通安全控制技术领域，具体涉及一种基于车路协同的施工道路多级预警系统及方法。
背景技术：
随着交通基础设施建设进程的加快，由于改扩建、维修作业而产生的道路施工区越来越多。道路施工区的出现极大地降低了道路通行能力，而驾驶员作为交通系统中最活跃又最不可控的因素，在施工区这样复杂的驾驶环境中其行为极易产生较大波动，一旦未能及时采取相应驾驶措施，很有可能造成严重的交通事故。因此，降低施工区对驾驶人造成的不良影响，提高车辆运行效率成为亟待解决的问题之一。
目前，施工区一般通过设置路侧静态标志的方法对驾驶员进行提示，同时可以利用闪光标志、可变信息标志等加以辅助。但是，在不同的交通状态下，驾驶员的汇合行为表现并不相同。当交通流量较小时，驾驶员的行为相对自由，如何让驾驶员以当前速度顺利汇合是道路交通管理部门首要考虑的问题；而交通流量过大时，驾驶员过早减速乃至停车来寻找合适的汇合间隙，会造成道路资源的浪费和交通的延误，此时如何引导驾驶员在合适的位置汇合则是首要任务。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够根据不同的交通状况对驾驶员提供多级预警，为驾驶员提供车辆驾驶决策的基于车路协同的施工道路多级预警系统和方法，以解决上述背景技术中现有施工道路驾驶员指示不能根据实际情况灵活变更，易造成浪费道路资源和交通延误的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于车路协同的施工道路多级预警系统，该系统包括车流量信息采集模块、预警信息处理模块、车载控制模块；
所述车流量信息采集模块，用于采集施工道路的车流量信息，并将所述车流量信息发送给所述预警信息处理模块；
所述预警信息处理模块，用于接收所述车流量信息，根据所述车流量信息结合施工位置和车辆信息得到预警参数信息，根据所述预警参数信息结合所述车辆信息判断是否发送预警信息给所述车载控制模块，并将所述预警信息发送给所述车载控制模块；
所述车载控制模块，用于采集所述车辆信息并发送给所述预警信息处理模块，接收所述预警信息。
进一步的，所述预警参数信息包括一级预警位置、二级预警位置和三级预警位置，所述车辆信息包括车辆位置和车辆速度，所述预警信息包括一级预警信息、二级预警信息和三级预警信息。
进一步的，所述预警信息处理模块包括车流量信息接收单元、初级预警位置信息处理单元、三级预警位置信息处理单元、预警信息发送单元；
所述车流量信息接收单元用于接收所述车流量信息，并将所述车流量信息发送给所述初级预警位置信息处理单元；
所述初级预警位置信息处理单元用于根据所述车流量信息结合所述施工位置确定所述一级预警位置、所述二级预警位置，并将所述一级预警位置、二级预警位置发送给所述三级预警位置信息处理单元；
所述三级预警位置信息处理单元用于根据所述车辆速度确定所述三级预警位置，并将所述一级预警位置、所述二级预警位置、所述车辆位置及所述三级预警位置发送给所述预警信息发送单元；
所述预警信息发送单元用于根据所述一级预警位置、所述二级预警位置和所述三级预警位置结合所述车辆位置信息判断是否发送预警信息，并将所述预警信息发送给车载控制模块。
进一步的，当所述车辆位置大于所述一级预警位置时，不发送预警信息；当所述车辆位置到达所述一级预警位置时，发送一级预警信息；当所述车辆位置到达所述二级预警位置时，发送二级预警信息；当所述车辆位置到达三级预警位置时，发送三级预警信息。
进一步的，所述预警信息处理模块还包括：
施工位置信息输入单元，用于输入所述施工位置信息，并将所述施工位置信息发送给所述初级预警位置信息处理单元；
车辆信息接收单元，用于接收所述车辆信息，并将所述车辆信息发送给所述三级预警位置信息处理单元。
进一步的，所述车载控制模块包括车辆信息采集单元、车辆信息发送单元、预警信息接收单元、语音预警单元；
所述车辆信息采集单元用于采集所述车辆信息；
所述车辆信息发送单元用于将所述车辆信息发送给所述车辆信息接收单元；
所述预警信息接收单元用于接收所述预警信息；
所述语音预警单元用于播报所述预警信息。
另一方面，本发明提供一种基于车路协同的施工道路多级预警方法，该方法包括如下步骤：
步骤s110：实时采集施工道路的车流量信息、施工位置信息、车辆位置及车辆速度；
步骤s120：根据所述车流量信息和所述施工位置信息确定一级预警位置和二级预警位置；
步骤s130：根据所述车辆速度确定三级预警位置；
步骤s140：根据所述一级预警位置、所述二级预警位置、所述三级预警位置及所述车辆位置判断是否发送预警信息。
进一步的，所述根据所述车辆速度确定三级预警位置包括：
三级预警位置x3的计算公式为：
x3＝v车×(t换道+t预警+t反应)
其中，t换道为驾驶员执行换道操作所需要的时间，t预警为车载控制器预警模块发布三级预警的时间，t反应为驾驶员接收到车载控制器发出的预警信号后的反应决策时间。
进一步的，所述根据所述一级预警位置、所述二级预警位置、所述三级预警位置及所述车辆位置判断是否发送预警信息包括：
当所述车辆位置大于所述一级预警位置时，不发送预警信息；当所述车辆位置到达所述一级预警位置时，发送一级预警信息；当所述车辆位置到达所述二级预警位置时，发送二级预警信息；当所述车辆位置到达三级预警位置时，发送三级预警信息。
本发明有益效果：通过一定的传感及检测设备，对道路交通状态以及车辆当前状态进行监视和跟踪，并通过车内预警装置将预警信息传达给驾驶员，引导驾驶员在不同交通状态下执行并线操作；当与施工区距离过近时，建议或警告驾驶员采取减速或停车操作，从而提高交通运行效率。因此，本发明针对不同交通状态对驾驶员提供多级预警，有效控制驾驶员的汇合行为，减少了由于随意换道产生的交通延误，提高了交通效率，同时，通过多级预警，减少了可能发生的交通事故，保证了施工区的安全。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的基于车路协同的施工道路多级预警系统结构框图。
图2为本发明实施例所述的利用基于车路协同的施工道路多级预警系统进行预警的过程状态示意图。
图3为本发明实施例所述的基于车路协同的施工道路多级预警方法流程图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供了一种基于车路协同的施工道路多级预警系统，该系统包括车流量信息采集模块、预警信息处理模块、车载控制模块；
所述车流量信息采集模块，用于采集施工道路的车流量信息，并将所述车流量信息发送给所述预警信息处理模块；
所述预警信息处理模块，用于接收所述车流量信息，根据所述车流量信息结合施工位置和车辆信息得到预警参数信息，根据所述预警参数信息结合所述车辆信息判断是否发送预警信息给所述车载控制模块，并将所述预警信息发送给所述车载控制模块；
所述车载控制模块，用于采集所述车辆信息并发送给所述预警信息处理模块，接收所述预警信息。
在实施例一中，所述预警参数信息包括一级预警位置、二级预警位置和三级预警位置，所述车辆信息包括车辆位置和车辆速度，所述预警信息包括一级预警信息、二级预警信息和三级预警信息。
在本发明实施例一中，所述预警信息处理模块包括车流量信息接收单元、初级预警位置信息处理单元、三级预警位置信息处理单元、预警信息发送单元；
所述车流量信息接收单元用于接收所述车流量信息，并将所述车流量信息发送给所述初级预警位置信息处理单元；
所述初级预警位置信息处理单元用于根据所述车流量信息结合所述施工位置确定所述一级预警位置、所述二级预警位置，并将所述一级预警位置、二级预警位置发送给所述三级预警位置信息处理单元；
所述三级预警位置信息处理单元用于根据所述车辆速度确定所述三级预警位置，并将所述一级预警位置、所述二级预警位置、所述车辆位置及所述三级预警位置发送给所述预警信息发送单元；
所述预警信息发送单元用于根据所述一级预警位置、所述二级预警位置和所述三级预警位置结合所述车辆位置信息判断是否发送预警信息，并将所述预警信息发送给车载控制模块。
在本发明的实施例一中，当所述车辆位置大于所述一级预警位置时，不发送预警信息；当所述车辆位置到达所述一级预警位置时，发送一级预警信息；当所述车辆位置到达所述二级预警位置时，发送二级预警信息；当所述车辆位置到达三级预警位置时，发送三级预警信息。
在本发明的实施例一中，所述预警信息处理模块还包括：
施工位置信息输入单元，用于输入所述施工位置信息，并将所述施工位置信息发送给所述初级预警位置信息处理单元；
车辆信息接收单元，用于接收所述车辆信息，并将所述车辆信息发送给所述三级预警位置信息处理单元。
在本发明的实施例一中，所述车载控制模块包括车辆信息采集单元、车辆信息发送单元、预警信息接收单元、语音预警单元；
所述车辆信息采集单元用于采集所述车辆信息；
所述车辆信息发送单元用于将所述车辆信息发送给所述车辆信息接收单元；
所述预警信息接收单元用于接收所述预警信息；
所述语音预警单元用于播报所述预警信息。
实施例二
如图2所示，本发明实施例二提供了利用实施例一所述的系统进行预警的过程，该系统包括车流量信息采集模块、预警信息处理模块、车载控制模块。
在本发明实施例二中，交通流量监测雷达作为所述车流量信息采集模块，将交通流量监测雷达安装在距离施工区起点3千米的位置，实时监测每条车道的车流量，通过流量采集器采集施工道路的车流量信息，并通过流量发射器将所述车流量信息发送给所述预警信息处理模块；
在本发明实施例二中，控制台作为所述初级预警信息处理单元通过第一信号接收器接收所述车流量信息，并通过显示器将车流量信息实时显示给交通工程人员，交通工程人员根据所述车流量信息结合施工位置设置一级预警位置和二级预警位置。
在实际应用中，也可在控制台中设置施工位置输入模块，工作人员将施工位置通过施工位置输入模块输入控制台，控制台根据车流量信息和施工位置自动设定一级预警位置和二级预警位置。
控制台还设有第一发射器，通过第一发射器将一级预警位置、二级预警位置发送到三级预警位置信息处理单元。
在本实施例中，将中央控制器作为三级预警位置信息处理单元，中央控制器放置在施工区围挡的起点位置包括第二信号接收器，第二信号接收器用来接收第一信号发射器发送的一级预警位置信息和二级预警位置信息。
在本实施例中，在车辆上设置车载控制器，gps可作为车载控制器的车辆信息采集单元，用于采集车辆的位置信息和速度信息；
车载控制器设置车载发射器，用于将gps模块采集到的车辆位置信息和速度信息发送到中央控制器的第二信号接收器。
当中央控制器接收到一级预警位置信息、二级预警位置信息、车辆位置信息及车辆速度信息后，根据车辆速度信息确定三级预警位置，同时判断是否发送预警预警信息。
当所述车辆位置大于所述一级预警位置时，不发送预警信息；当所述车辆位置到达所述一级预警位置时，通过第二信号发射器发送一级预警信息；当所述车辆位置到达所述二级预警位置时，通过第二信号发射器发送二级预警信息；当所述车辆位置到达三级预警位置时，通过第二信号发射器发送三级预警信息。
本实施例中，车载控制器设车载接收器，通过车载接收器接收中央控制器的第二信号发射器发送来的预警信息，并通过语音预警装置将车载接收器接收到的执行语音预警的信息转化为语音提示，对车内人员提供语音预警。
实施例三
如图3所示，本发明实施例三提供了一种动态交通流下基于车路协同技术的施工区多级预警方法，所述方法包括：
s1、交通流量监测雷达采集流量信息(q)，并将该信息发送到控制台，同时，控制台接收到流量信息q后，通过显示器显示给技术人员，由技术人员根据当前流量输入当前一级预警位置(x1)和二级预警位置(x2)后，由信号发射器发送到中央控制器。本实施例中，根据美国《交通控制设施手册》(mutcd，2009)和中国《公路养护安全作业规程》(jtgh30-2015)，设交通流量q为800辆/时，将一级预警位置x1设置在距离施工区围挡起点2千米的位置，此位置恰好为施工区第一块警告标志的位置，将二级预警位置x2设置在距离施工区围挡起点1千米的位置，引导驾驶员汇合，减少由于随意换道产生的交通延误；
s2、车载控制器中的gps模块实时采集车辆位置信息(x车、y车)和速度信息(v车)，并通过信号发射器发送车辆信息到中央控制器；
s3、中央控制器的信号接收器接收由交通流量监测雷达和车载控制器的信号发射器发送的一级、二级预警位置(x1、x2)和车辆信息(x车、y车、v车)，同时，信息处理模块根据车辆信息实时计算三级预警位置(x3)；
三级预警位置x3的计算公式为：
x3＝v车×(t换道+t预警+t反应)
其中，t换道为正常情况下驾驶员执行换道操作所需要的时间，t预警为车载控制器预警模块发布三级预警的时间，t反应为驾驶员接收到车载控制器发出的预警信号后的反应决策时间。根据工程技术人员的以往研究结果及经验，在本实施例中，可设t换道＝6s，t预警＝4s，t反应＝3s，此时的三级预警位置也即驾驶员在听到三级预警后，进行相应的驾驶操作可以成功换道而撞不上施工区相关设施的极限位置。
s4、若车辆处于施工区所在车道，中央控制器信息处理模块实时比较车辆位置(x车)与预警位置(x1、x2、x3)，判断是否需要发布预警信息；
当x车＝x1时，发布一级预警，预警信息为：“前方施工区，在听到下一条语音提示前请保持直行”；当x车＝x2时，发布二级预警，预警信息为：“前方施工区，请注意汇合”；当x车≤x3且v车≠0时，发布三级预警，预警信息为：“距前方施工区过近，请停车等待”。
s5、若需要发布预警信息，则中央控制器通过信号发射器发送到车载控制器，有车载控制器接收后，通过预警模块发布预警信息。
综上所述，本发明通过采集施工路段车流量信息，根据各个车辆位置和速度，结合施工位置，确定一级预警位置和二级预警位置，再通过一级预警位置和二级预警位置结合车辆速度计算三级预警位置，根据一级预警位置、二级预警位置、三级预警位置结合车辆的实时位置判断是否发送预警信息，通过车载控制器接收预警信息，从而为驾驶员提供可靠的驾驶策略，避免了施工路段交通堵塞的发生，提高了交通道路利用率和交通效率，保证了道路施工的安全。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。