一、技术领域

本发明属高速公路行车安全监控系统。特别是在浓雾、暴雨等恶劣气 象造成能见度差的情况下，能有效防止多车连环相撞重大恶性事故的发 生，能对公路全程全部车辆的行车安全有效监控。

二、背景技术

当今，经常有关于国内外高速公路多车连环相撞一类重大恶性交通事 件的报道，如何防止此类事故发生已引起普遍关注。为此，高速公路通常 都安装了监控系统，但追尾撞车事故仍时有发生，特别在大雾等恶劣天气 发生率更高，世界各国均未有效解决。对高速公路行车安全监控问题也提 出过许多方案，大致可分为三类：一是车载式测距防撞系统，利用雷达等 测距设备，测量与前车之间的距离，一旦相距太近可能有相撞危险时，向 驾驶员发出告警信号或采取其它相应措施；二是选择若干路段位置，在道 路上方安装测速雷达、摄像机等监控设备，或在路面埋设感应线圈，并将 获取的现场信息传送公路指挥中心，实时监测路面车流情况；三是预测恶 劣气象条件，及时采取信息告示牌提示及其它相应路政管理措施，直至封 闭道路。以上三种方式，特别是后两类往往同时采用，是当前高速公路行 车安全管理采用的主要技术手段。路政管理是道路安全保障不可替代的重 要环节，但需要有良好的技术支撑，现有的技术手段和方法都不足以提供 良好保障，未能构成完整的监控体系。主要存在以下缺陷：

1.要求在所有车辆上安装防撞系统不现实，代价太大，不符合 国情。即使部分车辆安装了这类装置，防止了与前车相撞，也难免后车与 之相撞；

2.雷达设备通常价格较高，宽带视频信号的传输和显示处理技 术也相对复杂，因此，对于数十公里以上的较长道路，通常仅在少量重要 路段安装监控设备，难以做到全线路监控；

3.摄像机一类监控设备只能监视而不能控制路面状态，并且难 以预测或预警行车事故的发生；

4.不能对全部车辆跟踪，不能掌握全线路车流情况和行车安全 状况，发生紧急情况难以及时处置；

5.当出现影响行车安全的紧急情况时不能及时向驾驶员发出告 警信号；

6.预测气象难以防范雾团这种局部气象，封闭道路将给各方面 造成损失。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的是利用微波探测技术、信息处理技术、 信息显示技术、数据传输技术、微处理器技术、软件技术等一些先进成熟 的相关技术，提出一种防止高速公路追尾撞车的预警系统及其预警方法。 该系统以较低的费用，解决现有高速公路行车安全监控技术的各种缺陷， 预防高速公路追尾撞车事故的发生，特别是避免在恶劣气象条件下连环撞 车问题，并能对全线路所有车辆行车状况实时监控，提高公路行车安全等 级，减少高速公路因恶劣气象而封闭的次数，提高畅通率。

2、技术方案：本发明所说的防止高速公路追尾撞车的预警系统，其 特征在于该系统包括中央处理装置CP和由微波探测器、路终端和告警指 示灯组成的检测线DL；检测线DL等间距地安装在高速公路全程双向车道 的内侧并通过数据传输线路L1与中央处理装置CP连接，每个检测线分别 与其前后各二个检测线连接，检测线DL中的路终端分别与微波探测器和 告警指示灯连接。

所述的防止高速公路追尾撞车的预警系统，其特征在于所述的检测 线DL中的路终端包括I/O电路、整形放大电路、串行接口、单片机、扩 充存储器和灯光控制电路，单片机通过I/O电路分别与整形放大电路、微 波探测器、灯光控制电路、串行接口连接，整形放大电路与相邻检测线连 接，串行接口与中央处理装置CP连接。

本发明所说的防止高速公路追尾撞车的预警方法，其特征在于该预 警方法是：

(1)微波探测器实时感知通过该检测线的车辆，确定车辆在车道上 的位置，并将感知信号送路终端处理；

(2)路终端对微波探测器接受的信号以及前方二个、后方一个检测 线传送的信息进行处理，形成一个包括检测线编号、车辆编号、通过时 间、路边距、即时车速和正常车速的信息码组传送给相关检测线，同时送 中央处理装置；

(3)路终端根据当前检测线、前方二个检测线和后方一个检测线的 信息码组确定前方二个检测线内和后方一个检测线内各车道的行车状况， 并由灯光控制电路控制告警指示灯发出交通信号；

(4)中央处理装置汇集、处理全线所有检测线发出的信息，显示全 线所有车辆的实时位置和行车安全状况。

所述的防止高速公路追尾撞车的预警方法，其特征在于告警指示灯 可选择控制发出红、黄、绿不同光色或闪亮发光，指示不同的告警内容， 并用两个指示灯分别对于超车道和行车道的告警显示。

所述的防止高速公路追尾撞车的预警方法，其特征在于告警指示灯 分畅通警示、预警警示和告警警示。

所述的防止高速公路追尾撞车的预警方法，其特征在于对超速、慢 速和停车作特别告警警示。

为了防止同向行驶车辆前后相撞，一是要实时检测前后车辆间距是否 接近危险距离；二是一旦出现这种征兆，及时向驾驶员发出有效的预警信 号，使驾驶员有足够的时间处理，减速缓行或避让；三是对超速行驶或过 缓行驶的车辆予以制止性告警提示，同时向指挥中心报告，采取相应的路 政管理措施予以制止。本发明要解决全线路所有车辆即时位置的感知，对 感知信息的分布式处理与传递，由此获得全线路所有车辆的实时位置和行 驶速度，相互之间的距离等信息，当后车车速超过前车，且前、后车之间 的距离接近或达到危险间距时发出预警和紧急告警信号，并使指挥中心等 管理部门全面掌握全线路行车状况。

本发明提出的防止高速公路追尾撞车预警方法主要使用微波探测器、 路终端、告警指示灯、中央处理装置、数据传输线路及供电线路等基本部 件，并可以与车牌识别器、道路显示屏等有关部件接口。

微波探测器用于感知通过的车辆，并能确定车辆在车道上的位置(即 离开路面内侧安全护栏的距离，简称“路边距”)。实际上微波探测器相当 是一个小型雷达，由于要求的探测范围小(单向路幅宽度＜12米)，精度 低(区分超车道、行车道、停车道，允许误差约10％)，不需要测向伺服 跟踪，因此可以用简单的方法，很低的成本来实现。

路终端是以微处理器为核心的信息处理与数据传输部件，实现对微波 探测器的信号处理，以及前、后路终端发出的相关信息运算和编码传输处 理，同时控制与本终端相接的告警指示灯发出相应的告警信号。

告警指示灯利用由LED半导体发光管矩阵为发光体的城市交通信号灯 (面阵更小)，可选择控制发出红、黄、绿不同光色或闪亮发光，用以指 示不同的告警内容。每个灯具有两个指示灯，分别显示数字“1”和“2”，对 应于超车道和行车道的告警显示。

中央处理装置采用高性能计算机和图形工作站，接收、处理全线所有 车辆的行车数据信息，以图形及表格形式显示全线路动态车流状况，告警 显示故障车辆、超速及低速行驶车辆信息，从而使高速公路管理人员可以 准确掌握全线路所有车辆的实时位置，以及全线路行车安全状况的全部信 息。并可与指挥中心大屏幕显示器相接，也可控制道路显示屏显示相关的 提示信息。

在所控制高速公路全程双向车道内侧，间隔100米，等距离安装微波 探测器、路终端和告警指示灯，这三个部件相互连接，共同组成一个检测 线。中央处理装置安装在高速公路指挥中心或相应路政管理机构的指挥控 制机房。检测线的交流供电可从公路服务区及公路出入口就近接入。由于 组成检测线的各部件成本较低，因此可以全线路、高密度设置检测线，从 而实现以较高的准确度监控全部车辆的行驶状况。微波探测器感知通过该 检测线的车辆，并将感知信号送路终端处理，由路终端首先计算出该车的 路边距。在高速公路入口处所有车辆总是逐次进入道路的，当第1个检测 线感知到有车辆通过时，对该车进行编号，并加上即时时间信息和路边距 信息，组成1个信息码组，传送给相关检测线，同时送中央处理装置。如 果在道路入口处安装车牌识别器，则可以在中央处理装置中实现车辆编号 与该车的牌照关联。下一个检测线接收该信息，等待车辆到来，同样感知 获得车辆的到达时间及路边距，由此可计算出该车的行驶速度。实际上所 有车辆速度随时都可能变化，在100米距离上算出的平均速度大致反映了 车辆的即时速度，如此经过3个检测线，就可以获得该车正常行驶速度。 将速度信息也加入信息码组，由此组成完整的信息码组格式如下： 检测线编号 车辆编号 通过时间 路边距 即时车速 正常车速

之所以要传送正常车速，是为了在超车时能区分车号，同时获得超速 或低速行驶车辆信息。在道路全线各出入口处，检测车辆是否出口，对入 口车辆同样进行编号处理。

所有车辆通过每一条检测线时，各检测线都根据所接收的前一条检测 线的信息码组和通过本检测线的时间重新计算，并将更新的数据装入信息 码组发送。该信息码组同时由中央处理装置和该检测线的前后检测线接 收，例如第i检测线发出的信息码组，同时由第i-2、i-1、i+1检测线 接收。对相邻检测线获得的车辆信息，进行分布式相关处理，就可以获得 该检测线前后车辆的相对位置，判断相互之间的距离是否接近或达到危险 间距。即每个检测线接收前方二个和后方一个检测线的信息码组，分别用 来确定前方200米、100米内，各车道当前是否有车辆，当后方检测线有 车辆通过时，判断是否有危险。如果两车间距在100-300米之间，后车速 度比前车大很多，不分是否在同一车道，都预示有危险，控制告警指示灯 黄色光闪亮，向后车发预警信号；当在同一车道上两车间距小于100米， 后车速度比前车大很多时，则控制红色光闪亮，发出紧急告警信号。这就 是危险车距的概念。各检测线检查所有车辆速度，当超速或慢速行驶时， 黄灯快速闪亮警示，当车道上有停车时，提前300米向后面车辆警示。在 有撞车预兆时，提前发送预警信号，提醒驾驶员预先防范。中央处理装置 接收处理全线所有检测线发出的信息码组，可以准确掌握全线路所有车辆 的实时位置，以及全线路行车安全状况的全部信息，从而可以及时采取必 要的路政防范措施。

3、有益效果：本发明的有益效果是以现有先进成熟技术为基础，以 较低的可以接受的费用，无需使用车载设备，将对全线路所有车辆行驶状 况的检测与对驾驶员的预警提示结合起来，使驾驶员提前准备，应付自 如，形成良好的驾驶心理，实现了完整意义的高速公路行车安全监控，解 决至今尚无有效方法的高速公路追尾撞车问题，提高公路的运行效率。其 具体效果是：

1.在高速公路全线双向间隔100米设置检测线，测量所有行驶车辆 的位置、速度，判别危险车距，分车道在行驶车辆前方0-100米距离用符 合驾驶员习惯的交通指示灯形式发出畅通、预警或告警信号：

(1)当前方300米内没有车辆时，绿灯亮，提示放心行车。不管什 么气象，只要能够看见检测线的告警指示灯，就可以安全行车；

(2)当前方100-300米内有车辆时，不区分车道：如果后车速度明 显高于前车，黄灯闪亮预警，提示驾驶员注意；如果两车速度相近，或后 -6-：较慢，绿灯亮，可放心行车；

(3)当前方0-100米内有车辆时，区分车道：如果同车道后车速度 明显高于前车，红灯闪亮告警，提示驾驶员危险车距，紧急处理；否则， 即同车道两车速度相近或后车较慢，或者两车在不同车道，黄灯闪亮，提 示小心行驶；

(4)当前方300米内停车道上有车时，黄灯闪亮，提示驾驶员注 意；

(5)当前方300米内行车道上有停车时，红灯快速闪亮，提前向行 驶车辆预警，从而预防恶劣气象条件下连环撞车；

(6)对超速及慢速行驶车辆，黄灯快速闪亮警示。

2.中央处理装置实时采集、处理全线所有车辆的行车数据信息，以 图形及表格形式显示全线路动态车流状况，告警显示故障车辆、超速及低 速行驶车辆信息，从而使高速公路管理人员可以准确掌握全线路所有车辆 的实时位置，以及全线路行车安全状况的全部信息。一旦有事故征兆，可 及时采取有效的路政管理措施。

3.采用先进成熟技术，费用少。经测算，本发明的实施费用占公路 建设总费用的千分之五以内，具有良好的可行性和显著的经济社会效益。

四、附图说明

图1是本发明所说的预警系统总体布局图。

图2是本发明所说的检测线框图。

五、具体实施方式

以单向行驶路面的一个路段说明设备的布局和相互之间的连接关系。 图中CP中央处理装置，DL检测线，L1数据传输线路，L2供电线路，箭 头为行车方向。所有检测线通过数据传输线路与中央处理装置相连。检测 线的交流供电可从公路服务区及公路出入口就近接入。以第i-2，i-1， i，i+1，i+2检测线DLi-2，DLi-1，DLi，DLi+1，DLi+2为例图示各 检测线的位置和相互连接关系。

框图表示检测线三个部件的连接关系和路终端的基本组成部分。路终 端的核心单片机通过I/O(输入/输出)电路与外部连接。针对到相邻检 测线和中央处理装置的距离差别，采用不同的数据传输电路。

以DLi的操作为例，将整个检测和预警、报警过程阐述如下：

①当第n号车通过DLi-1时，将经过计算得到的相应数据编码，发 送该车的信息码组。该信息码组被DLi接收后，等待车辆的到来。显 然，在DLi检测到n号车之前，该车一定位于DLi-DLi-1之间的100米 路段上。；

②当DLi接收到n号车通过DLi-1的信息码组后，在预测时间或规定 时间内(例如10秒)检测到有车辆通过，则同样计算出新的数据，组成 信息码组发送，说明n号车已通过DLi。该信息码组由中央处理装置和 DLi-2，DLi-1和DLi+1接收。DLi+1接受到DLi的n号车信息码组后执 行以上相同操作；

③如果在DLi发出n号车通过的信息码组，并接收到n号车通过 DLi+2的信息码组后，接收到DLi-1发出的后一辆车(即n+1号车)通过 的信息码组，可以确定这时前、后车间距在300米以上，DL1控制绿灯 亮，指示驾驶员可以安全行车；

④如果在DLi发出n号车通过的信息码组，并在接收到DLi+1的n号 车信息码组后，在接收到DLi+2的信息码组前，接收到DLi-1发出的后 一辆通过的信息码组，可以确定前车在DLi+1-DLi+2之间，后车在 DLi-1-DLi之间，这时前后车间距在100-300米之间，DL1不判别路边距 而只判别车速：如果后车速度明显高于前车，DL1控制黄灯闪亮，向后车 发出危险间距预警，指示驾驶员谨慎驾驶；否则，如果两车速度相近或后 车较慢，DLi控制绿灯亮，可安全行车；

⑤如果在DLi发出n号车通过的信息码组后，在接收到DLi+1的信息 码组前，又接收到DLi-1发出的后一辆通过的信息码组，可以确定前车位 于DLi-DLi+1之间，后车位于DLi-1-DLi之间的路段上，这时前后车间 距在0-200米之间，路终端判别两车的路边距和车速：如果两车在同一车 道，并且后车速度明显高于前车，则DLi控制红灯闪亮，发出危险间距告 警信号；如果两车在不同车道，黄灯闪亮，提示前方有车，谨慎驾驶；如 果后车速度较前车低，绿灯亮，可安全行车；

⑥如果DLi接收到n号车通过DLi-1的信息码组后，尚未检测到有车 辆通过，又接收到DLi-1后一辆车(即n+1号车)的信息码组，可以确定 这时前后车均位于DLi-1-DLi之间的路段上，间距在0-100米之间。路 终端与⑤作同样处理；

⑦如果接收到DLi-1的信息码组后，在预测时间或规定时间内(例如 10秒)，DLi没有检测到有车辆通过，或者检测到有车辆长时间(例如 10秒)停留在检测线上，反映出该车可能发生故障，可以确定故障车辆 位置在DLi-1-DLi之间的100米路段上，并可判断车停在哪个车道。DLi 发出车辆故障信息码组，即将信息码组中即时车速置0，此码组被中央处 理装置及DLi-2、DLi-1接收处理。如果该车停留在停车道上，三个检测 线都控制告警指示灯黄灯闪亮，指示驾驶员谨慎驾驶；如果该车停留在行 车道或超车道上，三个检测线都控制告 警指示灯红色光快速闪亮，提前紧急告警驾驶员前面有车停留。如果这时 出现路面多车停留情况，则停车告警信号会自动向后传播；

⑧如果DLi接收到n号车通过DLi-1的信息码组后，判断该车超速或 慢速行驶，控制告警指示灯黄灯快速闪亮，发出超速警示信号；

⑨中央处理装置接收全线所有检测线发送的信息码组，经处理后以图 形及表格形式显示全线路动态车流状况，告警显示故障车辆、超速及低速 行驶车辆信息，从而使高速公路管理人员可以准确掌握全线路所有车辆的 实时位置，以及全线路行车安全状况的全部信息。