一种施工作业区安全报警装置的制作方法

本发明涉及施工作业区安全领域，特别涉及一种施工作业区安全报警装置。

背景技术：

在公路施工作业过程中，如果不设防护或防护措施不到位，使施工区域周围的往来车辆驶入施工区域，就会严重威胁施工机械和作业人员的人身安全，甚至造成严重的后果。随着我国公路养护工作量的持续增加以及高速公路改扩建工程的逐渐增多，公路施工区也逐渐增多。

现有的施工区域安全措施当中常使用安全锥、警示牌等装置提醒往来车辆，在施工区设置声光报警装置等及时提醒施工区工作人员躲避危险，但由于报警装置受到位置和周围环境等的影响，常常无法及时有效的对施工人员进行预警提醒。一旦车辆闯入施工区，而施工人员没有得到及时的预警提醒，会给施工人员和施工设备造成严重的伤害。

因此，有必要采用现代传感技术、无线通讯等技术，设计一种能够向施工区域内的工作人员提供有效警报的施工作业区安全报警装置。实时监测车辆情况并提供及时有效的预警信息。并当施工区内的工作人员发生事故时可以快速通知相关人员进行救护。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种施工作业区安全报警装置，解决了现有的公路施工区域存在的预警判断不精确以及工作人员感知不及时的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种施工作业区安全报警装置，包括检测装置、信息整合装置、控制装置、无线通信装置和报警装置，其中，检测装置用于采集施工区外往来车辆的车速数据和距离交通锥的距离数据，并将检测到的数据传输到信息整合装置，信息整合装置将检测数据通过多数据库整合方案进行整合打包；并通过无线通信装置将检测数据包传送到控制装置，控制装置用于接收检测数据包并根据检测数据做出预警决策，并将预警决策通过无线通信装置传送给各个报警装置；各报警装置用于根据预警决策做出相应的预警响应。

优选地，检测装置包括车辆检测装置，其中，车辆检测装置用于实时检测靠近施工区往来车辆的当前车速v0以及车辆距离交通锥的距离x0；同时，将采集到的数据信息传输到信息整合装置进行整合。

优选地，车辆检测装置为多普勒检测器。

优选地，控制装置根据检测数据做出预警决策的具体方法是，包括以下步骤：

s1：根据接收的基础检测数据分别计算车辆在交通锥前的停止概率pstop和车辆以当前车速减速至停车所需的预测停车距离xc；基础检测数据包括车辆当前车速v0和车辆距离交通锥的距离x0；

s2：根据停止概率pstop、预测停车距离xc和车辆距检测装置的实际距离x0做出预警决策；并将预警决策通过无线通讯装置传送到各报警装置。

优选地，s1中，停车概率pstop的具体计算为：

kstop＝β0+β1*v0+β2*x0(1)

pstop＝[1+exp(-kstop)]^-1(2)

其中，β0＝0.798；β1＝-0.35；β2＝0.455；x0为车辆距交通锥的当前距离，单位为m；停车概率pstop的取值为pstop∈[0,1]；

车辆以当前车速减速至停车所需的预测停车距离xc的计算为：

其中：v0为行驶车辆的当前车速，单位为m/s；v为车辆停止时的车速，取值为0m/s；δ为驾驶员的感知反应时间，单位为s；这里取值为2.5s；a为车辆的舒适减速度，单位为m/s²；设为3.41m/s²。

优选地，s2中，当车辆的停车概率pstop≥90％且xc＜x0时，预警控制装置不作出任何预警决策；当车辆的停车概率60％＜pstop＜90％且xc＜x0时，报警控制装置作出低级预警决策；当车辆的停车概率30％＜pstop≤60％且xc≤x0时，报警控制装置作出中级预警决策；当车辆的停车概率pstop＜30％或xc≥x0时，报警装置作出高级预警决策。

优选地，检测装置还包括倾倒检测装置，该倾倒检测装置用于检测所依附的临时设施的倾倒状态；具体地：倾倒检测装置为角度传感器，其安装在交通锥的顶部位置，用于测量所述交通锥与地面之间夹角的状态信息。

优选地，控制装置用于接收角度传感器所测的交通锥与路面的垂直方向的倾斜角信息，并将该数据信息与设定的阈值进行比对，当大于设定的阈值时，则视为交通锥发生倾倒；进而控制报警装置作出高级预警决策。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种施工作业区安全报警装置，采用检测装置与倾倒装置共同进行数据采集的方式有效的保证了关键数据采集的可靠性，同时依据被检测车辆距离交通锥的停车概率和车辆与交通锥间的实时距离来进行相互验证，共同作用于最终决策结果，使决策更加精确，同时采用多级报警装置，使施工区工作人员可以及时感知危险，作出相应的规避行动；而传统的方法通常是根据监测设施所采集车辆的初始速度和距离以及加速度等数据来判断车辆是否有闯入施工区的危险，决策方法的数据依据较单一。

进一步的，本发明提出基于停车概率和车辆距交通锥的实时距离进行预警决策的方法，使预警决策更加精准可靠。

附图说明

图1是本发明报警装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图,对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种施工作业区安全报警装置，包括检测装置、信息整合装置、控制装置、无线通信装置和报警装置，其中，检测装置用于采集施工区外往来车辆的车速数据和距离交通锥的距离数据以及交通锥的倾倒状态数据，并将检测到的数据传输到信息整合装置，信息整合装置将检测数据通过多数据库整合方案进行整合打包；并通过无线通信装置将检测数据包传送到控制装置，控制装置用于接收检测数据包并根据检测数据做出预警决策，并将预警决策通过无线通信装置传送给各个报警装置；各报警装置用于根据预警决策做出相应的预警响应。

具体地：

检测装置包括倾倒检测装置和车辆检测装置，其中，倾倒检测装置用于检测所依附的临时设施的倾倒状态；车辆检测装置用于实时检测靠近施工区往来车辆的车速以及距离检测装置的距离。

车辆检测装置为多普勒检测器；

倾倒检测装置为角度传感器，其安装在交通锥的顶部位置，用于测量所述交通锥与地面之间夹角的状态信息，当交通锥上的角度传感器所测的交通锥与路面的垂直方向的倾斜角超过设置定的阈值45°时，则视为交通锥发生倾倒。

报警装置包括腕表装置、便携式报警装置和声光报警装置，其中，腕表装置用于接收控制装置发出的预警决策，产生佩戴人员可明显感知的相应级别的振动以及当人员发生伤害时，及时和救护人员取得联系；

便携式报警装置用于接收报警控制装置的预警决策，并作出闪光以及语音报警的响应；

声光报警装置用于接收无线通信装置传来的预警决策，并立刻作出声音报警和闪光报警响应。

腕表装置包括振动模块、紧急通讯模块和供电电源，其中，供电电源为锂电池；振动模块用于根据预警决策作出有明显感知区别的相应级别的振动响应；振动响应分为轻微振动、中度振动以及强烈振动。紧急通讯模块用于是当施工人员发生事故造成人身伤害时，可按下腕表上的紧急通讯按钮，则腕表会立刻拨打预先设定的救护电话，以便使受伤人员得到及时的救护；

振动模块为振动器。

紧急通讯模块为带有ups的手机远程控制系统的报警装置。

供电电源向振动模块和紧急通讯模块供电。

便携式报警装置用于是接收报警控制装置的预警决策，并作出闪光以及语音报警的响应；包括led闪光灯和扬声器，其中，led闪光灯直接附着在工作人员的工作服上的醒目位置，如胸前以及后背等位置；扬声器附着在工作服的肩部位置，便于工作人员听清语音报警内容。

led闪光灯和扬声器由独立锂电池供电，并与无线通讯装置2的接收端电连接。

声光报警装置安装在施工区附近；用于是接收无线通信装置传来的预警决策，并立刻作出声音报警和闪光报警响应；声光报警器采用型号lte-1101/1102/1201

控制装置为常用单片机，如8051单片机。

控制装置根据检测数据做出预警决策的具体方法是，包括以下步骤：

s1：接收无线通信装置传送来的基础检测数据，基础检测数据包括车辆当前车速v0、车辆距离交通锥的距离x0和交通锥的倾倒状态；

s2：根据s1得到的检测数据，分别计算车辆在交通锥前的停止概率pstop和车辆以当前车速减速至停车所需的预测停车距离xc；

其中，停车概率取值为pstop∈[0,1]，具体计算为：

kstop＝β0+β1*v0+β2*x0(1)

pstop＝[1+exp(-kstop)]^-1(2)

其中，β0＝0.798；β1＝-0.35；β2＝0.455；x0为车辆距交通锥的当前距离，单位为m；

车辆以当前车速减速至停车所需的预测停车距离xc的计算为：

其中：v0为行驶车辆的当前车速，单位为m/s；v为车辆停止时的车速，取值为0m/s；δ为驾驶员的感知反应时间，单位为s；这里取值为2.5s；a为车辆的舒适减速度，单位为m/s²；设为3.41m/s²。

s3：根据停止概率pstop、预测停车距离xc、车辆距检测装置的实际距离x0以及交通锥是否倾倒做出预警决策；并将预警决策通过无线通讯装置传送到各报警装置。

具体地：

一、当车辆的停车概率pstop≥90％且xc＜x0时，被测车辆不会对施工区造成潜在威胁，车辆处于车速较低或驾驶员采取舒适制动减速度进行减速可以在交通锥前使车辆完全停止，预警控制装置不作出任何预警决策。

二、当车辆的停车概率60％＜pstop＜90％且xc＜x0时,被测车辆继续以当前车速按照当前行驶轨迹行驶，驾驶员采取舒适制动减速度持续减速可以在交通锥前的一定安全距离内使车辆完全停止，报警控制装置作出低级预警决策，使腕表装置中的振动模块产生人体可明显感知的轻微振动，使便携式报警装置的闪光灯通电闪烁，使声光报警装置作出声音报警和闪光报警响应。

三、当车辆的停车概率30％＜pstop≤60％3且xc≤x0时,车辆继续以当前车速按照当前行驶轨迹行驶，驾驶员可以采用舒适减速度进行持续减速至车辆完全停止，车辆逼近交通锥并有可能会撞倒交通锥，报警控制装置作出中级预警决策，使腕表装置接中的振动模块产生人体可明显感知的振动，便携式报警装置接收预警决策作出通电闪光以及语音报警的响应。语音播报内容为“有车辆逼近，请注意”。使声光报警装置作出声音报警和闪光报警响应。

四、当车辆的停车概率pstop＜30％或xc≥x0时,车辆以当前车速以及行驶轨迹必然会撞倒交通锥或已经撞倒交通锥时，报警装置作出高级预警决策，使腕表装置接中的振动模块产生人体可明显感知的强烈振动，便携式报警装置的扬声器重复播报语音“有车辆闯入，请立即躲避”，使声光报警装置作出声音报警和闪光报警响应。使施工区的工作人员可以立即感知并发现危险信息，迅速撤离到安全区域。

无线通信装置采用工作在2.4ghz频率的zigbee通信协议以及相应的通信模块。

检测装置、信息整合装置和无线通信装置集成为一体式结构，共同依附于锥桶等临时设施上，由锂电池单独供电。

其中，车辆检测装置的位置可以根据需要通过伸拉杆等部件实现角度的调节，以适应复杂道路地形的需要。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。