一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法

本发明属于公路交通，尤其涉及一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国高速公路事业的快速发展，给经济社会发展和人们生活带来便利的同时也伴随着巨大的交通安全隐患。尤其是在恶劣气象条件下，高速公路更容易引发交通事故。例如，下雨和大雾天气会导致能见度降低，路面湿滑会给道路摩擦系数下降，空气中易产生水雾，水雾的产生严重影响驾驶员的视野，极易出现追尾等现象，因此气象状况的感知对于高速公路交通安全是十分重要的。

2、高速公路数字孪生模型，通过实时获取高速公路气象数据、车辆数据、交通流数据等，开展高速公路交通安全预测和交通管控措施的构建，进而为高速公路主管部门开展运营管理和决策支持，是智慧高速的重要发展方向。

3、现有技术中，针对在下雨和大雾天气下高速公路上的行驶完全依赖经验与人工判断，对于经验匮乏者造成严重的不便。故本发明提出一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，该方法基于数字孪生模型在下雨和大雾天气下对每个车辆都进行高速公路车速预警，实现高速公路下雨和大雾天气下对汽车速度的实时预警，用于降低高速公路行驶中在下雨和大雾天气下的安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提出了一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，基于数字孪生模型在极端雨水天气下对每个车辆都进行高速公路车速预警，以解决背景技术中提出的问题。

2、本发明提供如下技术方案：

3、一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，包括以下步骤：

4、s1，以各进站口为起点，各出站口为终点构建相对位置下的公路孪生模型；

5、s2，在每个etc龙门架上分别设置用于检测雨水参数和空气可见度的检测箱，并将实际位置和对应的实时参数与公路孪生模型进行匹配重合；

6、s3，从各个进站口检测获取每个车辆的车辆信息，并将车辆信息同步映射在公路孪生模型中；

7、s4，在每个车辆上分别设置用于实时定位车辆和实时检测车速并语音预警的预警盒，并将预警盒中的参数信息同步映射在公路孪生模型中；

8、s5，公路孪生模型根据降雨强度、空气可见度结合车辆信息进行仿真分析，通过预警盒提醒驾驶员最大车速，并仿真分析距离前车的距离提醒驾驶员是否减速；

9、s6，车辆出站后，车辆信息从公路孪生模型图层中消失。

10、进一步地，步骤s1中，所述公路孪生模型的构建包括以下步骤：

11、s11，利用三维建模工具基于设计图纸构建相对位置下的公路孪生模型；

12、s12，采集公路百米桩的实际经纬度，将公路孪生模型的百米桩位置与其实际对应的百米桩经纬度进行匹配重合。

13、进一步地，步骤s2中，所述检测箱包括用于实时检测雨水参数的翻斗式雨量传感器和用于实时检测空气可见度的能见度传感器。

14、进一步地，所述检测箱距离公路表面的距离为0.5-1.5m。

15、进一步地，步骤s3中，所述车辆信息包括车型、车重、车长以及车牌号。

16、进一步地，所述车型包括小型轿车、中小型货车、大巴客车、大型货车。

17、进一步地，所述车辆信息的获取包括以下步骤：

18、s31，当车辆经过进站口时，高清摄像头拍摄车辆车牌号，根据车牌号通过交通管理系统能够得知车辆的车型以及车长信息；

19、s32，进站口处设置的高速公路计重收费系统对车辆进行称重。

20、进一步地，步骤s4中，所述预警盒设置在车辆的前挡风玻璃的内侧，所述预警盒内部设置有精确gps定位系统用于获取车辆的实时位置并将位置信息同步映射在公路孪生模型中。

21、进一步地，所述预警盒内部还设置有车速获取系统用于获取车辆的实时速度并将速度信息同步映射在公路孪生模型中。

22、进一步地，所述车速获取系统包括速度获取芯片，所述速度获取芯片通过连接线与汽车obd接口电连接，用于读取车辆的实时速度。

23、进一步地，所述预警盒内部还设置有语音预警系统，所述语音预警系统用于接收公路孪生模型发出的信息并以语音的形式进行预警。

24、进一步地，步骤s5中，所述最大车速的计算方法包括以下步骤：

25、s51，通过高速公路计重收费系统获取车辆的车重为g，单位为kg；

26、s52，通过翻斗式雨量传感器获取实际位置的雨量为t，单位为mm；

27、s53，通过能见度传感器获取实际位置的空气可见度为l，单位为m；

28、s54，根据上述参数，求得最大车速为v大，单位为m/s。

29、进一步地，以空气可见度l为最大制动距离，所述车辆的车重g、实际位置雨量t与最大车速v大之间应满足一下关系：

30、

31、上式中，θ为摩擦系数，取值范围为16000-20000；α为关系系数，取值范围为1.0-1.12。

32、进一步地，本发明还包括一种基于数字孪生的高速公路交通安全预警系统，包括：

33、公路孪生映射模块，以各进站口为起点，各出站口为终点，通过工作站电脑创建与实际高速公路形貌及位置相匹配的孪生公路模型；

34、气象信息获取模块，通过在每个etc龙门架上分别设置检测箱，检测箱用于检测雨水参数和空气可见度，并将实际位置和对应的实时参数与公路孪生模型进行匹配重合；

35、车辆信息获取模块，从各个进站口检测获取每个车辆的车辆信息，并将车辆信息同步映射在公路孪生模型中；

36、车辆动态信息获取模块，在每个车辆上分别设置预警盒，预警盒用于实时定位车辆和实时检测车速并语音预警，并将预警盒中的参数信息同步映射在公路孪生模型中；

37、车辆分析预警模块，公路孪生模型根据降雨强度、空气可见度结合车辆信息进行仿真分析，通过预警盒提醒驾驶员最大车速，并仿真分析距离前车的距离提醒驾驶员是否减速。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、(1)本发明一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，本发明基于数字孪生模型在下雨和大雾天气下对车辆进行高速公路车速预警，实现高速公路下雨和大雾天气下对汽车速度的实时预警，用于降低高速公路行驶中在下雨和大雾天气下的安全隐患。

40、(2)本发明一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，本发明通过预警盒内部设置语音预警系统，语音预警系统接受到公路孪生模型发出的信息后能够以语音的形式提示驾驶员行驶的最大速度和是否需要减速。

技术特征：

1.一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，步骤s1中，所述公路孪生模型的构建包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，步骤s2中，所述检测箱包括用于实时检测雨水参数的翻斗式雨量传感器和用于实时检测空气可见度的能见度传感器。

4.根据权利要求3所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，所述检测箱距离公路表面的距离为0.5-1.5m。

5.根据权利要求1所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，步骤s3中，所述车辆信息包括车型、车重、车长以及车牌号。

6.根据权利要求5所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，所述车型包括小型轿车、中小型货车、大巴客车、大型货车。

7.根据权利要求6所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，所述车辆信息的获取包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，步骤s4中，所述预警盒设置在车辆的前挡风玻璃的内侧，所述预警盒内部设置有精确gps定位系统用于获取车辆的实时位置并将位置信息同步映射在公路孪生模型中。

9.根据权利要求8所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，所述预警盒内部还设置有车速获取系统用于获取车辆的实时速度并将速度信息同步映射在公路孪生模型中。

10.根据权利要求9所述一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法，其特征在于，所述预警盒内部还设置有语音预警系统，所述语音预警系统用于接收公路孪生模型发出的信息并以语音的形式进行预警。

技术总结
本发明公开了一种高速公路与数字孪生相结合的交通安全预警方法。本发明的方法基于数字孪生模型在下雨和大雾天气下对每个车辆都进行高速公路车速预警，实现高速公路下雨和大雾天气下对汽车速度的实时预警，用于降低高速公路行驶中在下雨和大雾天气下的安全隐患。

技术研发人员：李延峰,王志坚,申文杰,王敬,梁斌,张芳燕,梁超
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21