一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法及系统与流程

一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法及系统
1.本技术是名为《一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统及方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年11月05日，申请号为201911073095.9。
技术领域
2.本发明涉及公路交通安全技术领域，特别是涉及一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法及系统。


背景技术：

3.近年来，桥隧路段的交通事故数量在逐年上升，其中由桥隧路段车辆超速与变道、货车超载、危险品车辆等导致的交通事故更是极为普遍。桥隧过渡段发生的事件虽然具有时空不确定性的特点，却仍属于可防可控的事件。可防可控指的是事件的发生概率可以降低或者事件的灾害后果可以减轻，因此，预警思想适用于桥隧过渡段智能预警安全管理。在桥隧路段上，事件的发生往往会影响整个路段，乃至整条高速公路交通运行的稳定与安全，预警管理期望通过一系列活动来抑制这种破坏，从而保障交通畅通和交通安全。
4.桥隧路段运行风险主要表现在以下几个方面：在弯道速度过快发生倾覆或侧滑，驾驶员长时间驾驶导致操作失误，与前车距离过近跟车不当造成碰撞事故。
5.目前，公路上用于保障桥隧路段行车安全的设施主要有标志标线，信息提示板，避险车道，车速检测器，视频监控设备等，然而现有的桥隧路段运行安全保障措施提示信息比较单一，不能针对实际情况实时提示，现有桥隧路段安全保障措施中，标志标线的内容和设置位置局限，可变信息板也是滚动发布一些常规信息，这些措施不能有效地针对桥隧路段实际情况及时提出对应预警信息，不能适应桥隧路段实际的运行状态。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法及系统，可有效加强对桥隧路段运行状态的监控与安全管理，提高桥隧路段运行安全和风险管理水平。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法，包括以下步骤：
9.采集气象数据、桥隧路段道路数据以及桥隧路段待测车辆行驶数据；
10.根据所述气象数据和桥隧路段道路数据，计算桥隧路段路况预警参数；
11.根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算桥隧路段实时运行风险值；
12.将所述桥隧路段路况预警参数与预先设定的对策信息进行比对判断，得到桥隧路段路况预警信息；
13.当所述桥隧路段实时运行风险值超过预先设定的阈值时，将所述桥隧路段实时运行风险值与预先设定的对策信息进行比对判断，得到桥隧路段实时运行对策措施信息；
14.将所述桥隧路段路况预警信息、所述桥隧路段实时运行风险值及所述桥隧路段实时运行对策措施信息发布。
15.可选地，所述桥隧路段行车风险值包括运行速度风险值、驾驶员长时间驾驶风险值和跟车风险值；
16.所述根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算桥隧路段实时运行风险值，具体包括：
17.根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算运行速度风险值；
18.根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算驾驶员长时间驾驶风险值；
19.根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算跟车风险值。
20.可选地，所述根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算运行速度风险值，具体包括：
21.按下式计算桥隧路段转弯处的抗侧滑安全临界车速v
ch
：
[0022][0023]
其中，为桥隧路段转弯处道路横向附着系数，r为桥隧路段转弯处的平曲线半径，ih为桥隧路段转弯处的平曲线超高；
[0024]
按下式计算桥隧路段转弯处的抗倾覆安全临界车速v
qf
：
[0025][0026]
其中，b为桥隧路段待测车辆前后轮距，h为桥隧路段待测车辆重心距离路面的高度，r为桥隧路段转弯处的平曲线半径，ih为桥隧路段转弯处的平曲线超高；(与上一个公式中的含义统一)
[0027]
比较桥隧路段限速v
限
与桥隧路段抗侧滑安全临界速度v
ch
，桥隧路段抗倾覆安全临界速度v
qf
，取三者的最小值表征桥隧路段运行位置的安全临界速度v
安
，即v
安
＝min(v
限
，v
ch
，v
qf
)；
[0028]
将待测车辆实时车速v
实
与所述安全临界速度v
安
作比较，获得桥隧路段车速差值，根据预设的桥隧路段运行速度风险表中的速度差值标准，确定桥隧路段运行速度风险值。
[0029]
可选地，所述根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算驾驶员长时间驾驶风险值，具体包括：
[0030]
进入定长路段时开始记录待测车辆行驶时间；
[0031]
驶出所述定长路段时停止记录所述待测车辆行驶时间，得到待测车辆通过定长路段的连续行驶时间t；
[0032]
比较待测车辆通过定长路段的连续行驶时间t与预设桥隧路段连续行驶时间风险表中的标准值，得到桥隧路段驾驶员长时间驾驶风险值。
[0033]
可选地，所述根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计
算跟车风险值，具体包括：
[0034]
根据实时采集的待测车辆的运行速度v
后
和所述待测车辆前车的运行速度v
前
，按下式计算同一车道上所述待测车辆与前车的临界安全车头时距h
min
：
[0035][0036]
其中：v
后
为后车运行速度，即待测车辆的实时车速；v
前
为行驶在待测车辆同一车道且位于所述待测车辆前车位置的车辆的实时车速；μs为路面摩擦系数；i为道路纵坡；τs为视距条件良好情况下正常驾驶反应时间，取值范围为0.4～1.5s；τw为雾天驾驶反应延迟时间，取值范围为1～2s；l为最短安全停车距离，取值范围为3～5m；
[0037]
根据实际测得的所述待测车辆与前车的间距ls，计算所述待测车辆与前车之间的实际车头时距hs，计算公式为hs＝3.6ls/v
前
；
[0038]
将所述待测车辆与前车之间的实际车头时距hs和所述待测车辆与前车的临界安全车头时距h
min
进行比较，获得车头时距差值，根据预设的桥隧路段跟车行驶风险表中的车头时距差值标准，得到待测车辆跟车行驶风险值。
[0039]
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：
[0040]
一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统，包括数据采集单元、数据处理单元、信息决策单元和信息发布单元；
[0041]
所述数据采集单元包括气象信息采集模块、桥隧路段道路信息采集模块和桥隧路段车辆信息采集模块；
[0042]
所述数据处理单元包括路况预警计算模块和风险计算模块；
[0043]
所述路况预警计算模块通过对所述气象信息采集模块和桥隧路段道路信息采集模块获得的气象数据和桥隧路段道路数据进行计算处理，得到桥隧路段路况预警参数；
[0044]
所述风险计算模块通过对所述桥隧路段道路信息采集模块和桥隧路段车辆信息采集模块获得的桥隧路段道路数据和桥隧路段待测车辆行驶数据进行计算处理，得到桥隧路段实时运行风险值；
[0045]
所述信息决策单元通过将所述桥隧路段路况预警参数和桥隧路段实时运行风险值与预先设定的对策信息进行比对判断，得到桥隧路段路况预警信息和桥隧路段实时运行对策措施信息；
[0046]
信息发布单元对所述桥隧路段路况预警信息和桥隧路段实时运行对策措施信息进行发布。
[0047]
可选地，所述桥隧路段实时运行风险值包括运行速度风险值，驾驶员长时间驾驶风险值，跟车风险值。
[0048]
可选地，所述桥隧路段道路数据包括道路平纵横设计参数、道路结构物信息、道路交通状态、道路事故历史数据。
[0049]
所述气象数据包括能见度、路面湿滑系数。
[0050]
所述桥隧路段路况预警信息包括桥隧路段位置，路段特征，危险类型；
[0051]
所述桥隧路段待测车辆行驶数据包括桥隧路段运行速度、跟车行为、变道行为以及事件信息。
[0052]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过信息提醒控制风险，事件发生之后，要跟踪监测事件实时的发展动态，并预判事件未来的发展动向，并要结合事件的态势来把握、估计事件对交通的当前影响局势和将来影响趋势；本发明可以及时向驾驶员发布预警信息，使驾驶员及时采取相应措施，保障桥隧路段行车安全，有效加强对桥隧路段运行状态的监控与管理，提高桥隧路段运行安全和风险管理水平。
[0053]
从系统特点分析，本发明一方面可以屏蔽高速公路管理人员所不关心的数据传输层和数据管理层等非交通运输专业的内容，另一方面可以明晰高速公路管理人员所关心的数据应用层的内容，以利于预警分析模型的开发与预控管理流程的制定。
[0054]
从社会经济效益上分析，随着面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统在未来的推广使用，一方面可以给系统各组成设备的相关厂商带来广阔的市场空间，另一方面，面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统可以显著提升桥隧路段的运行安全。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1是本发明面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统功能模块结构简图；
[0057]
图2是本发明面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法的工作逻辑框图；
[0058]
图3是灾害天气事件监测预警方法的工作逻辑框图；
[0059]
图4是超速事件监测预警方法的工作逻辑框图。
具体实施方式
[0060]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]
本发明的目的是提供一种面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法及系统，通过信息提醒控制风险，事件发生之后，要跟踪监测事件实时的发展动态，并预判事件未来的发展动向，并要结合事件的态势来把握、估计事件对交通的当前影响局势和将来影响趋势；本发明可以及时向驾驶员发布预警信息，使驾驶员及时采取相应措施，保障桥隧路段行车安全，有效加强对桥隧路段运行状态的监控与管理，提高桥隧路段运行安全和风险管理水平。
[0062]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0063]
如图2所示，为本发明的工作逻辑框图，本发明面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法包括信息采集、信息处理、决策分析和信息发布，具体包括：
[0064]
s1：采集气象数据、桥隧路段道路数据以及桥隧路段待测车辆行驶数据。在本实施例中，通过气象传感器、交通检测器和视频检测器实时采集桥隧路段气象信息、交通流信息
和事件。并通过通讯模块将数据传输至数据处理模块储存；路侧终端系统接入其它路网路政管理系统，获取道路线形、桥隧路段分布信息、历史事故等信息。
[0065]
具体地，所述桥隧路段待测车辆行驶数据还包括：待测车辆前后轮距b、待测车辆重心距离路面的高度h、待测车辆通过定长路段的连续行驶时间t、待测车辆的实时车速、待测车辆前车的实时车速以及待测车辆与待测车辆前车的间距。
[0066]
s2：根据所述气象数据和所述桥隧路段道路数据，计算桥隧路段路况预警参数。
[0067]
s3：根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算桥隧路段实时运行风险值。
[0068]
s4：将所述桥隧路段路况预警参数与预先设定的对策信息进行比对判断，得到桥隧路段路况预警信息。
[0069]
s5：当所述桥隧路段实时运行风险值超过预先设定的阈值时，将所述桥隧路段实时运行风险值与预先设定的对策信息进行比对判断，得到桥隧路段实时运行对策措施信息。
[0070]
在本实施例中，通过路侧终端系统将车辆运行速度与安全临界速度对比，生成车速预警信息，并通过信息发布单元向驾驶员提示预警信息。通过路侧终端系统分析道路线形、结构物和路网信息，及时向驾驶员提示危险路段。通过路侧终端系统数据处理单元根据采集的实时车辆运行数据、危险品运输车辆，生成车辆、危险品车辆预警信息并通过信息发布单元向驾驶员提示预警信息。
[0071]
s6：将所述桥隧路段路况预警信息、所述桥隧路段实时运行风险值及所述桥隧路段实时运行对策措施信息发布。具体地，通过路侧终端系统数据处理单元根据采集的时间信息发布事件提醒信息。
[0072]
进一步地，所述桥隧路段实时运行风险值包括运行速度风险值、驾驶员长时间驾驶风险值以及跟车风险值。桥隧路段运行速度风险值是桥隧路段在弯道行驶时由于车速过快而发生侧滑或倾覆事故的可能性大小，其计算步骤如下：
[0073]
(1)按下式计算桥隧路段的抗侧滑安全临界车速v
ch
：其中，为道路横向附着系数，r为曲线半径，ih为曲线超高。
[0074]
(2)按下式计算桥隧路段的抗倾覆安全临界车速v
qf
：其中，b为桥隧路段轮距，h为桥隧路段重心距路面高度，r为曲线半径，ih为曲线超高。
[0075]
(3)比较道路路段桥隧路段限速v
限
与桥隧路段抗侧滑安全临界速度v
ch
，桥隧路段抗倾覆安全临界速度v
qf
，取三者的最小值表征桥隧路段运行位置的安全临界速度，即v
安
＝min(v
限
，v
ch
，v
qf
)。
[0076]
(4)将系统实时采集的桥隧路段实际运行速度v
实
与桥隧路段安全临界速度v
安
作比较，获得桥隧路段车速差值，根据预设的桥隧路段运行速度风险表中的速度差值标准，确定桥隧路段运行速度风险值。
[0077]
桥隧路段驾驶员长时间驾驶风险是桥隧路段长时间行驶造成驾驶员疲劳而导致操作失误的风险大小，其确定步骤如下：
[0078]
(1)当桥隧路段运行速度由0开始变化时，开始记录桥隧路段行驶时间。
[0079]
(2)当桥隧路段运行速度变为0时，停止记录桥隧路段行驶时间，并输出桥隧路段连续行驶时间t至系统的数据处理单元。
[0080]
(3)比较桥隧路段连续行驶时间t与预设桥隧路段连续行驶时间风险表中的标准值，得到桥隧路段驾驶员长时间驾驶风险值。
[0081]
桥隧路段跟车行驶风险是指车辆在桥隧路段跟车行驶时，由于运行速度较快或与前车距离过小而与前车发生追尾碰撞的风险，其确定步骤如下：
[0082]
(1)根据实测的某车辆运行速度和前车运行速度，按下式计算同一车道上某车辆与前车的临界安全车头时距h
min
：其中，v
后
为后车运行速度，即某车辆本身运行速度；v
前
为前车运行速度；μs为路面摩擦系数；i为道路纵坡；τs为视距条件良好情况下正常驾驶反应时间，取值范围为0.4～1.5s；τw为雾天驾驶反应延迟时间；l为最短安全停车距离，一般取5m。
[0083]
(2)根据实际测得的某车辆与前车间距ls，反算某车辆与前车间的实际车头时距hs，计算公式为hs＝3.6ls/v
前
。
[0084]
(3)比较某车辆与前车实际车头时距hs与安全临界车头时距h
min
，获得车头时距差值，根据预设的桥隧路段跟车行驶风险表中的车头时距差值，得到某车辆跟车行驶风险值。
[0085]
如图3所示，本发明还提供一种灾害天气事件监测预警方法，在实际应用中，具体包括以下实施过程：
[0086]
采用能见度仪、路面状态检测器采集雾天、雨天、雪天气象数据，包括能见度、路面湿滑系数，与表1事件分级标准对比，确定气象事件等级；
[0087]
表1
[0088][0089]
根据雾天、雨天、雪天气象事件等级，对应雾天、雨天、雪天灾害天气行车控制对策库，确定需采取的对策。
[0090]
表2雾天天气行车控制对策
[0091]
事件等级能见度(m)车速限制安全行车间距(m)四级事件＞500限速80km/h
‑‑
三级时间200～500限速60km/h＞150二级时间50～200限速40km/h＞100一级事件≤50关闭桥隧路段或编队行驶
‑‑
[0092]
表3雨天天气行车控制对策
[0093]
事件等级能见度(m)湿滑系数车速限制四级事件＞500≤0.25限速80km/h三级时间200～5000.25-0.4限速60km/h二级时间50～2000.4-0.8限速40km/h一级事件≤50＞0.8关闭桥隧路段或编队行驶
[0094]
表4雪天天气行车控制对策
[0095]
事件等级能见度(m)湿滑系数车速限制四级事件＞375≤0.25限速60km/h三级时间250～3750.25-0.4限速40km/h二级时间150～2500.4-0.8限速20km/h一级事件≤150＞0.8关闭桥隧路段或编队行驶
[0096]
根据事件等级，确定预警信息发布内容，对应的发布内容如表5。
[0097]
表5灾害天气事件信息发布
[0098][0099][0100]
如图4所示，本发明还提供了一种超速事件监测预警方法，在实际应用中，具体包括以下实施过程：
[0101]
按下式计算桥隧路段转弯处的车辆抗侧滑安全临界车速v
ch
：
[0102][0103]
其中，为桥隧路段转弯处道路横向附着系数，r为桥隧路段转弯处的曲线半径，ih为桥隧路段转弯处的曲线超高。
[0104]
按下式计算桥隧路段转弯处的抗倾覆安全临界车速v
qf
：
[0105][0106]
其中，b为桥隧路段待测车辆前后轮距，h为桥隧路段待测车辆重心距离路面的高
度，r为桥隧路段转弯处的平曲线半径，ih为桥隧路段转弯处的平曲线超高。
[0107]
比较桥隧路段限速v
限
与桥隧路段抗侧滑安全临界速度v
ch
，桥隧路段抗倾覆安全临界速度v
qf
，取三者的最小值表征桥隧路段运行位置的安全临界速度v
安
，即v
安
＝min(v
限
，v
ch
，v
qf
)。
[0108]
通过车牌识别视频测速设备采集待测车辆实时车速v
实
，并与所述安全临界速度v
安
作比较，获得桥隧路段车速差值，根据预设的桥隧路段运行速度风险表中的速度差值标准，确定桥隧路段运行速度风险值。
[0109]
根据运行速度风险值，确定预警信息发布内容，对应的发布内容如表6。
[0110]
表6
[0111][0112]
在某高速公路设计速度80km/h，桥隧过渡段1220m，由于左线存在一定的纵坡(3.1％)且路面排水能力有限，使得桥隧过渡段隧道入口段路面抗滑能力进一步降低，自开通试运营后，交通事故频发，为改善桥隧过渡段运营安全状况，通过利用面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统，有效地降低事故率70％，进一步说明智能监测与预警系统的科学性，风险计算方法的有效性。
[0113]
如图1所示，本发明面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统包括：数据采集单元、数据处理单元、信息决策单元以及信息发布单元。
[0114]
数据处理单元接收由数据采集单元得到的数据信号，并基于采集到的数据，经数据处理单元得到预警信息，再经由信息决策单元得到相应的对策和预警信息，并实时通过信息发布单元，将预警信息与对策提示驾驶员。
[0115]
具体地，所述数据采集单元包括气象传感器、交通检测器和视频检测器。
[0116]
所述数据采集单元用于采集气象信息、桥隧路段道路数据和桥隧路段待测车辆行驶数据。所述气象信息包括能见度和路面湿滑系数。所述桥隧路段道路数据包括道路平纵横设计参数、道路结构物信息(桥梁、隧道、桥隧过渡段)、道路交通状态和道路事故历史数据。所述桥隧路段待测车辆行驶数据包括桥隧路段运行速度、跟车行为、变道行为以及事件信息。
[0117]
进一步地，所述面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统还包括：通讯模块。气象传感器、交通检测器和视频检测器通过通讯模块与路侧终端系统相连。
[0118]
优选地，数据采集单元、数据处理单元和信息发布单元集成内置于路侧终端系统。
[0119]
具体地，所述数据处理单元包括路况预警计算模块及风险计算模块。
[0120]
其中，所述路况预警计算模块与所述数据采集单元连接，所述路况预警计算模块用于根据所述气象数据和所述桥隧路段道路数据，计算桥隧路段路况预警参数。具体地，桥隧路段路况预警参数包括桥隧路段位置、路段特征，危险类型和历史事故状况。桥隧路段实时运行参数采集包括运行速度、跟车行为、变道行为以及事件信息。
[0121]
所述风险计算模块与所述数据采集单元连接，所述风险计算模块用于根据所述桥隧路段道路数据及所述桥隧路段待测车辆行驶数据，计算桥隧路段实时运行风险值。所述桥隧路段实时运行风险值包括运行速度风险值、驾驶员长时间驾驶风险值以及跟车风险值。
[0122]
相对于现有技术，本发明面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警系统与上述面向桥隧路段行车安全的智能监测与预警方法的有益效果相同，在此不再赘述。
[0123]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0124]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。