一种隧道照明顶灯和隧道道路异常检测系统的制作方法

本实用新型涉及交通安全设施领域，具体涉及一种隧道照明顶灯和隧道道路异常检测系统。

背景技术：

由于隧道内道路空间的封闭性,空间环境狭窄、光线变化大、视野不清，故而在隧道中往往会在内部隧道内部上方间隔若干距离设置隧道照明顶灯进行照明，照亮前方道路，改善隧道内视觉享受，减轻驾驶员疲劳，有利于提高隧道通行能力保证交通安全。隧道照明顶灯作为一种本身作用十分巨大且不可欠缺的设备，每个隧道都会大量安装，但是考虑到现有的隧道照明顶灯在功能上却是十分单一的，仅能起到照明的作用，再考虑到特别是每个隧道内顶灯的庞大安装量，扩展隧道照明顶灯的功能以更好的保障道路安全和来往车辆行驶安全就变的比较迫切了。

技术实现要素：

为避免背景技术的不足之处，本实用新型提供一种隧道照明顶灯，可固定在隧道内部隧道内部上方，可监测车道上是否存在静止物体或车辆。

本实用新型提出的一种隧道照明顶灯，包括照明模块、壳体以及设在壳体内的电路板，电路板包括微控制器模块以及与微控制器模块连接的无线通信模块、超声波收发模块；超声波收发模块用于检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体；当检测到车道上有新增的静止物体存在时，微控制器模块控制无线通信模块对外发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号。

进一步的，当超声波收发模块检测到车道上有新增的静止物体存在，且无线通信模块前后预设时间内未接收到车道前方的隧道照明顶灯的检测信号时，微控制器模块控制无线通信模块上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号。

进一步的，电路板还包括与微控制器模块连接的环境参数检测模块，环境参数检测模块用于检测周边环境的环境参数；微控制器模块控制无线通信模块对外发送包括环境参数和设备编号在内的环境数据；当检测到的环境参数与周边隧道照明顶灯的环境参数的变化超过预设条件时，微控制器模块控制无线通信模块上传包括消防警报信息和设备编号在内的警报信号。

优选的，环境参数检测模块包括烟雾浓度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、易燃易爆气体检测模块、有毒气体检测模块中的至少一种。

本实用新型另外提出的一种隧道道路异常检测方法，包括：

检测预设车道区域并获取物体检测数据；

确定当前场景下相比空旷背景下新增了静止物体；

发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；

获取前后预设时间内同类设备发送的检测信号，检测信号包括物体存在信息和设备编号；

比较本设备和同类设备的设备编号并确定没有属于车道前方同类设备的设备编号；

判定本设备检测到引起道路异常的源头物体；

上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号。

进一步的，物体检测数据为超声波数据，根据确定当前场景下相比空旷背景下新增了静止物体的步骤包括：

获取空旷背景下检测的超声波数据并确定为对照数据，单次超声波数据包括持续的回波时间以及与回波时间对应的回波强度值；

获取当前场景下检测的连续预设次数的超声波数据并以此确定连续预设次数的目标数据；

比较连续预设次数的目标数据并确定各目标数据之间的波动情况符合预设波动条件；

判定车道区域当前场景下无运动物体；

比较单次目标数据和对照数据并确定该单次目标数据相对于对照数据的变化情况超过预设变化条件；

判定当前场景下相比空旷背景下新增了静止物体。

本实用新型另外提出的一种隧道道路异常检测设备，包括用于存储程序的存储器和用于执行程序的处理器，程序被处理器执行时实现如上述任意一项隧道道路异常检测方法的步骤。

本实用新型另外提出的一种隧道道路异常检测系统，包括隧道照明顶灯和数据平台；隧道照明顶灯沿隧道方向间隔预设距离分布固定在隧道内部上方；隧道照明顶灯可检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体，当检测到车道上有新增的静止物体存在时，广播发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；当隧道照明顶灯检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方的隧道照明顶灯的检测信号时，上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台；隧道照明顶灯根据自身的与检测信号中的设备编号的比较确定检测信号来自车道前方或后方的隧道照明顶灯；数据平台内存有隧道照明顶灯的设备编号以及与设备编号对应的隧道位置信息；数据平台接收隧道照明顶灯上传的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道照明顶灯的所在位置并通知相关管理人员。

进一步的，还包括隧道提示装置，隧道提示装置安装于隧道入口或隧道内部；隧道提示装置接收数据平台或隧道照明顶灯发送的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道照明顶灯的所在位置，并通过语音或图像或信号灯方式提示后方的车辆驾驶员。

本实用新型隧道照明顶灯有益效果在于在现有仅有照明的功能上增加了可以检测预设车道区域上静止物体的功能以及环境参数检测的功能，使得本实用新型隧道照明顶灯新增隧道道路异常检测的功能以及消防检测的功能，通过周边其他隧道照明顶灯彼此的无线组网交互数据做边缘计算，综合分析判断引起道路异常或消防事故的源头物体或车辆，并上传警报信息。

附图说明

图1是实施例1隧道照明顶灯的硬件模块组成示意图。

图2是实施例1隧道照明顶灯的使用示意图。

图3是实施例2隧道道路异常检测系统的组成示意图。

图4是实施例3隧道道路异常检测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1，参照附图1-2，一种隧道照明顶灯，包括照明模块、壳体以及设在壳体内的电路板，电路板包括微控制器模块101以及与微控制器模块101连接的无线通信模块102、超声波收发模块103；超声波收发模块103用于检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体，根据隧道照明顶灯的实际安装位置，其探头的朝向可以是竖直朝下，或是在竖直朝下的基础上偏向车道左方或右方；当检测到车道上有新增的静止物体存在时，微控制器模块101控制无线通信模块102对外发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；当超声波收发模块103检测到车道上有新增的静止物体存在，且无线通信模块102前后预设时间内未接收到车道前方的隧道照明顶灯的检测信号时，微控制器模块101控制无线通信模块102上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号。隧道照明顶灯通过比较检测信号中的设备编号与自身的设备编号来确定设备在车道行驶方向上的前后关系。本实施例中，无线通信模块102包括两种类型及用途不同的通信模块，一种是用于与同类设备之间的数据交互，优选无线射频收发模块；另一种是用于与数据平台之间的数据交互，可选用nb-iot通信模块或gprs通信模块或lora通信模块等，优选nb-iot通信模块。

本实施例中，超声波收发模块103通过检测到的超声波数据确定预设车道区域上是否有静止物体存在；具体原理是：超声波数据包括持续的回波时间和与回波时间对应的回波强度值。超声波收发模块103有几种优势：一是发射角度更大，可检测的预设车道区域范围更大；二是超声波收发模块103除了根据反射回的超声波获取与最近物体的距离数据外，还可以检测反射回波的强度值也即回波强度值，当超声波发射器向某一物体发射超声波，超声波接收器收到反射回波时不停止计时，获得回波强度值和回波时间；由于超声波具有较大波束角，在波束角范围内的物体表面可能存在许多可反射超声波的反射点，反射点与超声波装置的距离有大有小，故随着回波时间的增加，超声波收发模块103就可以持续检测到与回波时间对应的回波强度值。如果预设车道区域内没有车辆存在，以隧道照明顶灯竖直向下最近距离的地面处所对应的回波时间点处为分界点，该回波时间点可称为分界时间点，在该分界时间点处对应的回波强度值有较大强度的回波强度值波峰，小于该分界时间点的回波时间段内对应的回波强度值趋近于零，大于于该分界时间点的回波时间段内对应的回波强度值有大有小上下变化；在车道路面情况不发生改变且无车辆的情况下，多次检测获得的超声波数据中的各波峰对应的回波时间点基本是不变化或变化很小。

而如果预设车道区域内有车辆存在，要么小于该分界时间点的回波时间段内出现明显的新的较强回波强度值波峰，要么大于于该分界时间点的回波时间段内波峰对应的回波时间点发生明显变化，即出现新的回波强度值波峰或原本的回波强度值波峰消失不见；这些明显变化就是因为车辆反射导致的；总的来说，本实施例隧道照明顶灯可以根据超声波收发模块103检测到的持续的回波时间和与回波时间对应的回波强度值这些数据综合去判断是否有物体或车辆存在，判断更加全面、精准；三是超声波数据还进一步可以用于辅助判断高温、火焰以及烟雾等情况，高温和火焰会引起空气流动加剧进而造成多次超声波检测信号中同回波时间点对应的回波强度值剧烈上下波动，而烟雾会引起多次超声波检测信号中同回波时间点对应的回波强度值衰减出现。具体原理可详见专利cn111179561a（一种厨房点火监测及判断方法、厨房用火监测及判断方法）内容。

本实施例的隧道照明顶灯与现有的隧道照明顶灯安装方式相同，均是应用在公路隧道中，沿隧道方向间隔预设距离分布并固定安装在在隧道内部上方，功能上也同样具有照明功能。在此基础上，本实施例的隧道照明顶灯还增加了可以检测预设车道区域上的静止物体的功能，本实施例中的静止物体以停车车辆举例。在检测到预设车道区域上有静止物体存在时，虽然隧道照明顶灯此时可以确定车道上有停车车辆，但是无法确定是该车辆是违法停车或是因前方道路堵塞而停车；此时有两种选择，第一种选择是直接上传包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号至数据平台，这种选择的缺点在于当发生堵车或类似情况时，隧道沿路的所有隧道照明顶灯都会检测到物体存在并上传检测信号至数据平台，此时会增加了nb网络并发的压力，而且数据平台需要接收并处理大量数据从而增加平台负担，同时还额外需要判断隧道内堵车的源头；本实施例采用的是第二种选择，即不直接上传检测信号至数据平台，而是先通过无线射频收发模块外发送检测信号给周边的其他隧道照明顶灯；当隧道照明顶灯检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方隧道照明顶灯的检测信号时，也即可以确定前方车道是通畅时，才会通过nb-iot通信模块上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台，换句话说，第二种方式即使在堵车时也最终仅有一个且是第一个检测到物体的隧道照明顶灯才会上传警报信号至数据平台。至于隧道照明顶灯如何判断检测信号是否属于车道前方的隧道照明顶灯，可以通过比较本设备的设备编号与检测信号中的设备编号来确定接收的检测信号来自车道前方或后方隧道照明顶灯，这需要隧道照明顶灯在安装时沿车辆行进方向按一定顺序条件将设备编号由大到小或由小到大进行安装。

现有的隧道内有可能出现故障停车、违法停车或遗撒货物等情况，而这些情况在隧道内因视野原因不易被其他车辆及时发现，极易引发交通事故甚至进而引发二次交通事故。本实用新型通过改进现有功能单一的隧道照明顶灯，使其可采集数据检测车道上是否存在物体或车辆，并通过信号范围内设备彼此的无线组网交互数据，使得隧道内的每一个隧道照明顶灯节点都是数据的采集者，同时也是数据的分析者，结合其他周围隧道照明顶灯的数据做边缘计算，综合分析判断为停车的源头处时才会上传警报信号。本实施例隧道照明顶灯可降低了nb网络并发的压力，减少数据平台接收的数据量和次数，同时提高了数据通讯的可靠性。

在高速公路隧道中，除了可能会发生车辆停车、遗撒货物等情况外，还有可能出现比如车辆自燃起火、爆炸等亟需处理的消防事故，而现有技术也无法及时监测到消防事故并上报消防部门，往往需要驾驶员或过往其他车辆的驾驶员主动电话报警，延误的可能性很大。为了解决这种隐患，本实施例隧道照明顶灯中的电路板还包括与微控制器模块101连接的环境参数检测模块104，环境参数检测模块104用于检测周边环境的环境参数；微控制器模块101控制无线通信模块102对外发送环境参数和设备编号在内的环境数据；当隧道照明顶灯检测到的环境参数与周边隧道照明顶灯的环境参数相比变化超过预设条件时，微控制器模块101控制nb-iot通信模块上传包括消防警报信息和设备编号在内的警报信号至数据平台。环境参数检测模块104包括烟雾浓度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、易燃易爆气体检测模块、有毒气体检测模块中的至少一种，可分别检测烟雾浓度、温度、湿度、易燃易爆气体浓度、有毒气体浓度等环境参数。

实施例2，一种隧道道路异常检测系统，包括隧道照明顶灯100和数据平台200；隧道照明顶灯100沿隧道方向间隔预设距离分布固定在隧道内部上方；隧道照明顶灯100可检测预设车道区域上是否存在新增的静止物体，当检测到车道上有新增的静止物体存在时，广播发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；当所述隧道照明顶灯100检测到车道上有新增的静止物体存在，且前后预设时间内未接收到车道前方的隧道照明顶灯100的检测信号时，上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号至所述数据平台200；所述隧道照明顶灯100根据自身的与检测信号中的设备编号的比较确定检测信号来自车道前方或后方的隧道照明顶灯100；所述数据平台200内存有隧道照明顶灯100的设备编号以及与设备编号对应的隧道位置信息；所述数据平台200接收所述隧道照明顶灯100上传的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道照明顶灯100的所在位置并通知相关管理人员。

本实施例系统的原理和技术效果可参照实施例1，此处不再赘述。

在检测到停车或消防情况时，为了提醒过往车辆注意安全，避免产生二次事故，本实施例系统还包括隧道提示装置300，隧道提示装置300安装于隧道入口或隧道内部；隧道提示装置300接收数据平台200或隧道照明顶灯100发送的警报信号，根据其中的设备编号确定检测到物体的隧道照明顶灯100的所在位置，并通过语音或图像或灯光组合方式提示车辆驾驶员。隧道提示装置300可包括3类，一是隧道内的喇叭，可以语音提醒过往车辆驾驶员注意前方并在安全情况下更换车道；二是隧道入口的显示屏，可以直接图像提示前方路况，使隧道前的车辆驾驶员提前更换车道或避免进入事故隧道；三是类似与红绿灯的交通信号灯，可以提示过往车辆驾驶员可通行车道和不可通行车道。

实施例3，参考附图4，一种隧道道路异常检测方法，包括：

s301检测预设车道区域并获取超声波数据；

s302获取空旷背景下检测的超声波数据并确定为对照数据，单次超声波数据包括持续的回波时间以及与回波时间对应的回波强度值；

s303获取当前场景下检测的连续预设次数的超声波数据并以此确定连续预设次数的目标数据；

s304比较连续预设次数的目标数据并确定各目标数据之间的波动情况符合预设波动条件；

s305判定车道区域当前场景下无运动物体；

s306比较单次目标数据和对照数据并确定该单次目标数据相对于对照数据的变化情况超过预设变化条件；

s307判定当前场景下相比空旷背景下新增了静止物体；

s308发送包括物体存在信息和设备编号在内的检测信号；

s309获取前后预设时间内同类设备发送的检测信号，检测信号包括物体存在信息和设备编号；

s310比较本设备和同类设备的设备编号并确定没有属于车道前方同类设备的设备编号；

s311判定本设备检测到引起道路异常的源头物体；

s312上传包括物体警报信息和设备编号在内的警报信号。

本实施例方法的原理和技术效果可参照实施例1，此处不再赘述。

虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。