一种面向雾天的桥面车道引导装置及车道级诱导方法

1.本发明涉及车道引导装置及方法，尤其涉及一种面向雾天的桥面车道引导装置及车道级诱导方法，其目的是对进入雾区的车辆进行检测，引导车辆调整行驶车速与安全行车距离，确保车辆以与雾区能见度匹配的安全车速和安全行车间距驶出雾区，从而有效避免大雾天气下恶性连环相撞事故的发生，属于智能车路领域。


背景技术：

2.当车辆在桥面上行驶时，恶劣的天气条件，比如雾、霾、雨、雪、沙尘等，会影响大气的能见度，使驾驶员的视野变得模糊，严重时会引起交通事故，影响行车安全。据统计，因浓雾等恶裂天气影响造成的交通事故约占总数的1/4以上。然而，目前道路管理部门通常通过人为封道、禁止通行或者限制通行等方式来尽可能地减小事故发生的可能性，但是由于恶劣气象的发生地点具有不确定性，往往无法及时、准确地对所有需要的道路采取措施，同时，由于封路禁行，不仅会导致运输线路中断，给人们出行带来不便，还会导致道路营运损失。因此，为了提高道路使用效率，增加道路行驶安全系数，一种实时可靠的雾天车道引导装置和策略是十分必要的。
3.针对雾天的车道引导策略研究，目前主要有两类：(1)弱实时雾天车道引导策略，现有的高速公路一般通过交通广播或led显示屏提醒向驾驶员提供天气或道路信息，虽然具有一定的警示作用，但是这种方式显然无法基于实时的天气和路况信息对行进中的具体车辆进行直接的引导，无法实现精确的车道级引导，具有极大的局限性；(2)强实时车道级引导系统和策略，以南京理工大学的高速公路雾况监测系统、许永军等设计的高速公路桥梁自动防雾监测系统、四川大学陈武弟等设计的车载实时预警系统为代表，这些系统能够针对具体的车辆进行车道级诱导，具有较高的实时性。但这些监测系统一般只侧重于路侧诱导灯诱导或者车载提醒诱导这两种诱导方法其中之一，未能将两者有机结合，诱导效果有所局限。
4.针对上述引导策略存在的问题和不足，本发明的目的在于，提出一种面向雾天的桥面车道引导装置及车道级诱导方法，能够对进入桥面雾区的车辆进行准确检测，结合可见度识别结果，给出结合诱导灯和车载单元提醒的综合诱导策略，从而有效避免大雾天气下恶性连环相撞事故的发生。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种面向雾天的桥面车道引导装置及车道级诱导方法，装置部分包括路侧端模块和车载端模块，其中车载端模块布置在行驶入桥面的车辆上，由组合导航单元和无线通信单元构成，组合导航单元采集车辆的实时位置速度加速度等信息，通过无线通信单元实时地传递给路侧端模块，同时也可以通过无线通信单元接收到路侧端模块传来的车辆引导信号。路侧端模块均匀布置在桥面两侧，主要由能见度检测单元、核心控制单元、车辆检测单元、无线通信单元、发光引导单元和太阳能供电单元构成。以下对这几
块内容进行分别介绍。
6.能见度检测单元：能见度检测单元由能见度检测仪构成，负责整个系统能见度值的采集工作，其对该桥面路段能见度进行实时不间断检测，采集引导系统安置桥面路段的实时能见度值，并通过串口通信方式传输给核心控制单元。
7.核心控制单元：从功能实现、工作稳定、价格成本多个角度综合考虑，采用 stm32f103系列的stm32f103rct6作为路侧引导单元的控制芯片。核心控制单元主要硬件电路为stm32f103最小系统，就是使其实现正常运行的最低必要配置，包括电源系统、时钟系统及复位系统。核心控制单元负责整体的系统控制和控制策略的实现，能够对系统的各种数据输入进行处理，给出合理的引导策略。
8.车辆检测单元：车辆检测单元主要由毫米波雷达组成，其从环境影响、被测物、探测精度、成本等方面最具应用优势。所述毫米波雷达传感器为ttl电平输出型，当传感器检测到车辆通过时，输出持续0.5秒的高电平，传感器不间断检测车辆，在此期间若检测到车，高电平将持续保持0.5秒，随后再恢复到无效低电平的状态。毫米波雷达模块，有三个主要接口：信号、电源、地，因此在毫米波雷达接口电路设计中，将电源、地同系统端相连，信号线与radar if引脚连接，现场控制单片机芯片通过判断雷达信号输出端电平高低识别车辆。
9.无线通信单元：无线通信单元选择433mhz频段的cc1101为核心芯片，其具有适宜的传输速度、良好的衍射性能，尤其对于存在转弯路段、遮挡物的实际环境也同样适用，该芯片的功耗也相对较低。无线通信单元可以与车载端模块进行信息的交互，可以采集车辆的实时位置以及发送实时的引导控制指令。
10.发光引导单元：发光诱导单元主要由led灯构成，灯光颜色选择黄色和红色，能见度较低时仅黄色灯光开启，显示道路线形，起到警示和示意缓慢通行；当能见度降低到一定范围以下时，红色灯光亮起表示前方有车，黄色亮起示意缓慢通行。
11.供电单元：供电单元主要由太阳能电池板组成，将太阳能转化为电能，供整套系统使用，同时系统可以自动切换供电功能，当太阳能供电电压不足时，转为市电供电。
12.在上述的硬件系统的基础上，提出了一种面向雾天的桥面车道级诱导方法，包括如下步骤：
13.步骤1：开始，初始化系统各模块。
14.步骤2：能见度检测单元自动采集能见度值，经串行口将数据周期性上传至核心控制单元，经协议解析后，取每分钟能见度值及相关数据，核心控制单元预先设置不同能见度下实现不同诱导策略。在解析能见度值过程中，解析的每分钟能见度值保存为16 位bcd码，16位bcd码最大表示9999(十进制数)，能见度值超过9999可视做9999 来处理，不影响工作。
15.步骤3：车辆检测单元对驶入桥面的车辆进行检测，结合无线通信单元与车载端模块的信息交互，进一步确定车辆的位置和速度等信息，并传入核心控制单元。车辆检测单元毫米波雷达的输出信号为电平型，程序读取io电平状态来判断车辆通行情况。在主动诱导模式下，有车辆经过便产生中断，控制led灯颜色提示切换。软件模块中设计有计时功能，若检测到有效电平持续时间超过十秒，判断为车辆停止。
16.步骤4：核心控制单元综合能见度检测单元和车辆检测单元导入的信息，实现车道级诱导策略的实现。诱导方式包括诱导灯诱导和车载端模块提醒诱导，诱导灯三种工作状态分别为：
17.a0休眠模式(熄灭)：当能见度良好时，信号灯熄灭，依靠驾驶员自主驾驶，同时车载端模块提醒驾驶员前方能见度良好；
18.a1提醒模式(黄灯点亮)：当能见度较差但依然高于所设定的阈值时，只静态点亮黄灯，车载端模块提醒驾驶员，前方有薄雾，注意谨慎驾驶；
19.a2主动诱导(红黄灯转换)：当能见度低于所设定的阈值时，启动主动诱导模式，红灯和黄灯交替出现，车载端模块提醒驾驶员，前方有浓雾，减速驾驶。在a2主动诱导模式下，为维持红灯点亮一定时间，每个红灯都设有一个16位的内存空间，存放本次点亮时间的倒计时数字。当不为0时，该点亮红灯黄灯熄灭，直到值为0熄灭红灯，重新点亮黄灯。在主动诱导工作模式下，任意时间内检测到车辆经过给该内存空间赋非 0值，点亮对应红灯。每次点亮红led灯前，需通过无线发送道路对面设备点亮控制状态。道路两侧同向诱导灯可根据交通需要设置为1秒或更长的红灯持续时间。
20.本发明的优点及显著效果：
21.(1)采用本发明提供的方案，能够对进入桥面雾区车辆的行驶车速与安全行车距离进行有效引导，进入雾区车辆根据引导调整行驶车速与安全行车距离，确保车辆以与雾区能见度匹配的安全车速和安全行车间距驶出雾区，从而有效避免大雾天气下恶性连环相撞事故的发生。
22.(2)路侧诱导单元布设方面，道路的单一方向上不再需要采用成对的路侧诱导装置，仅需在双车道桥面两侧按一定间距布设路侧设备，不占用中央分隔带，适用于桥面双车道环境，同时降低成本。
附图说明
23.图1是场景及装置示意图；
24.图2是诱导策略流程图；
具体实施方式
25.本实施例的面向雾天的桥面车道引导装置，包括路侧端模块和车载端模块，其中车载端模块布置在行驶入桥面的车辆上，由核心控制单元、组合导航单元和无线通信单元构成，组合导航单元采集车辆的实时位置速度加速度等信息，通过无线通信单元实时地传递给路侧端模块，同时也可以通过无线通信单元接收到路侧端模块传来的引导信号。路侧端模块均匀布置在桥面两侧，主要由能见度检测单元、核心控制单元、车辆检测单元、无线通信单元、发光引导单元和太阳能供电单元构成。以下对这几块内容进行分别介绍。
26.能见度检测单元：能见度检测单元由能见度检测仪构成，负责整个系统能见度值的采集工作，其对该桥面路段能见度进行实时不间断检测，采集引导系统安置桥面路段的实时能见度值，并通过串口通信方式传输给核心控制单元。
27.核心控制单元：从功能实现、工作稳定、价格成本多个角度综合考虑，采用 stm32f103系列的stm32f103rct6作为路侧引导单元的控制芯片。核心控制单元主要硬件电路为stm32f103最小系统，就是使其实现正常运行的最低必要配置，包括电源系统、时钟系统及复位系统。核心控制单元负责整体的系统控制和控制策略的实现。
28.车辆检测单元：车辆检测单元主要由毫米波雷达组成，其从环境影响、被测物、探
测精度、成本等方面最具应用优势。所述毫米波雷达传感器为ttl电平输出型，当传感器检测到车辆通过时，输出持续0.5秒的高电平，传感器不间断检测车辆，在此期间若检测到车，高电平将持续保持0.5秒，随后再恢复到无效低电平的状态。毫米波雷达模块，有三个主要接口：信号、电源、地，因此在毫米波雷达接口电路设计中，将电源、地同系统端相连，信号线与radar if引脚连接，现场控制芯片通过判断雷达信号输出端电平高低识别车辆。
29.无线通信单元：无线通信单元选择433mhz频段的cc1101为核心芯片，其具有适宜的传输速度、良好的衍射性能，尤其对于存在转弯路段、遮挡物的实际环境也同样适用，该芯片的功耗也相对较低。无线通信单元可以与车载端模块进行信息的交互，可以采集车辆的实时位置以及发送实时的引导控制指令。
30.发光引导单元：发光诱导单元主要由led灯构成，灯光颜色选择黄色和红色，能见度较低时仅黄色灯光开启，起到警示和示意缓慢通行；当能见度降低到一定范围以下时，红色灯光亮起表示前方有车，黄色亮起示意缓慢通行。
31.供电单元：太阳能供电单元主要由太阳能电池板组成，将太阳能转化为电能，供整套系统使用，同时系统可以自动切换供电功能，当太阳能供电电压不足时，转为市电供电。
32.在上述的硬件系统的基础上，本实施例还提出了一种面向雾天的桥面车道级诱导方法，具体步骤如图2所示，包括如下步骤：
33.步骤1：开始，初始化系统各模块。
34.步骤2：能见度检测单元自动采集能见度值，经串行口将数据周期性上传至核心控制单元，经协议解析后，取每分钟能见度值及相关数据，核心控制单元预先设置不同能见度下实现不同诱导策略。在解析能见度值过程中，解析的每分钟能见度值保存为16 位bcd码，16位bcd码最大表示9999(十进制数)，能见度值超过9999可视做9999 来处理，不影响工作。
35.步骤3：车辆检测单元对驶入桥面的车辆进行检测，结合无线通信单元与车载端模块的信息交互，进一步确定车辆的位置和速度等信息，并传入核心控制单元。车辆检测单元毫米波雷达的输出信号为电平型，程序读取io电平状态来判断车辆通行情况。在主动诱导模式下，有车辆经过便产生中断，控制led灯颜色提示切换。软件模块中设计有计时功能，若检测到有效电平持续时间超过十秒，判断为车辆停止。
36.步骤4：核心控制单元综合能见度检测单元和车辆检测单元导入的信息，实现车道级诱导策略的实现。诱导方式包括诱导灯诱导和车载端模块提醒诱导，诱导灯三种工作状态分别为：
37.a0休眠模式(熄灭)：当能见度良好时，信号灯熄灭，依靠驾驶员自主驾驶，同时车载端模块提醒驾驶员前方能见度良好；
38.a1提醒模式(黄灯点亮)：当能见度较差但依然高于所设定的阈值时，只静态点亮黄灯，车载端模块提醒驾驶员，前方有薄雾，注意谨慎驾驶；
39.a2主动诱导(红黄灯转换)：当能见度低于所设定的阈值时，启动主动诱导模式，红灯和黄灯交替出现，车载端模块提醒驾驶员，前方有浓雾，减速驾驶。在a2主动诱导模式下，为维持红灯点亮一定时间，每个红灯都设有一个16位的内存空间，存放本次点亮时间的倒计时数字。当不为0时，该点亮红灯黄灯熄灭，直到值为0熄灭红灯，重新点亮黄灯。在主动诱导工作模式下，任意时间内检测到车辆经过给该内存空间赋非 0值，点亮对应红灯。每次点亮红led灯前，需通过无线发送道路对面设备点亮控制状态。道路两侧同向诱导灯可根据交
通需要设置为1秒或更长的红灯持续时间。灯光颜色选择黄色和红色，能见度较低时仅黄色灯光开启，起到警示和示意缓慢通行；当能见度降低到一定范围以下时，红色灯光亮起表示前方有车，黄色亮起示意缓慢通行。