一種高速公路團霧的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，具體涉及一種針對高速公路團霧的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]團霧本質(zhì)上也是霧，是受局部地區(qū)微氣候環(huán)境的影響，在大霧中數(shù)十米到上百米的局部范圍內(nèi)，出現(xiàn)的霧氣更濃、能見度更低的霧。團霧外視線良好，團霧內(nèi)一片朦朧。團霧預(yù)測預(yù)報難、區(qū)域性強，容易造成重大交通事故。團霧因局部水汽受輻射降溫而引起。當?shù)蛯铀麠l件比較好的時候，團霧比較容易出現(xiàn)，尤其是雨后一到兩天，如果天氣晴好就比較容易出現(xiàn)。
[0003]高速公路重要的交通特征是車速快、交通量大，一旦發(fā)生交通事故后，其慘烈度較大，而團霧是影響尚速公路通彳丁的最惡劣氣象影響因素之一。與市區(qū)相比，為什么尚速公路所處的郊區(qū)和鄉(xiāng)村地帶更容易出現(xiàn)團霧，經(jīng)過專家研宄分析，得出以下原因:
1、由于團霧與局部小氣候環(huán)境關(guān)系密切，而高速公路路面白天溫度較高，晝夜溫差更大，更有利于團霧形成；
2、公路附近一些排放污染物顆粒的增加，如秋季秸桿焚燒、工業(yè)粉塵污染、汽車尾氣排放等，空氣中微小顆粒的增加，有利于形成團霧。
[0004]團霧與大霧彌漫有所不同，它的勢力范圍比較小，就像一朵落在地上的云彩，團霧外視線良好，團霧內(nèi)四顧朦朧；團霧能見度很低，一般只有十至二十米；其覆蓋范圍呈一段一段的形態(tài)，有的地方少，有的地方很濃；而且覆蓋面積大小也不一致，一般來說，大的團霧覆蓋面積長約五公里，小的團霧僅有一公里。
[0005]團霧給行車帶來極大的安全隱患，尤其是在行車速度較快的高速公路上。由于團霧出現(xiàn)的區(qū)域性很強，預(yù)測預(yù)報難，車輛難以提前得到通知或警示，目前尚未具備有效解決團霧問題的辦法。對高速路運營管理影響較大的主要是能見度小于500米的濃霧天氣，尤其是200米以下的低能見度天氣。由于霧的生消變化很快，有時能見度從幾千米降到幾十米只需幾分鐘，人工觀測很難及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)管理措施。要實現(xiàn)智能交通，需采用自動監(jiān)測。由于團霧預(yù)測預(yù)報難、區(qū)域性很強，車輛難以提前得到通知或警示，等駕駛員意識到有霧的時候，已進入團霧中心了，有時駕駛員剛從一團霧中出來，可下一團霧卻又在不經(jīng)意間降臨，讓人防不勝防，常常釀成重大交通事故，因此團霧被稱為高速公路上的“流動殺手”。據(jù)統(tǒng)計，霧天發(fā)生交通事故的概率比平常高出幾倍，甚至幾十倍，因濃霧、團霧造成多車連續(xù)追尾事故屢有發(fā)生，損失嚴重，極具殺傷力。
[0006]在團霧檢測技術(shù)中，能見度的檢測技術(shù)至關(guān)重要，傳統(tǒng)的能見度檢測一般是光源部分采用紅外二極管，并進行調(diào)制，以紅外脈沖形式發(fā)出。光接收部分主要PIN 二極管或者其他光敏部件，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，主要采用鎖相電路實現(xiàn)微弱信號提取。這種檢測方法的好處是調(diào)制后的光信號可以不受背景光的影響，因此能見度儀通?？梢灾苯釉诖髿饪諘绛h(huán)境下使用，并可做到24小時連續(xù)工作，精度高。但是該檢測方法組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常需要輔助裝置，成本高，尤其是接收端的信號提取比較困難，提取的信號通常是正弦信號，需要轉(zhuǎn)換后才能確定出能見度。
[0007]我國現(xiàn)有的高速公路團霧監(jiān)測設(shè)備只能對大范圍區(qū)域性大霧進行預(yù)報，但是團霧的生消變化非常快，高速公路團霧采用人工監(jiān)測難度大，氣象監(jiān)測站的自動能見度儀多為前向散射式，僅能監(jiān)測該點附近的氣象變化情況，不能對高速公路狹長帶狀空間內(nèi)的團霧進行可靠的監(jiān)測。由于不能及時掌握高速公路上團霧狀況，向路上行駛的車輛及時提供團霧信息。目前高速公路管理部門只能采取封路禁行等消極方法對團霧發(fā)生時段進行管理，雖然防止了交通事故的發(fā)生，但是犧牲了高速公路的通行能力，降低了運輸效率，給高速公路業(yè)主造成了巨大的經(jīng)濟損失。
[0008]氣象部門用的能見度儀比較標準，國內(nèi)也有一些機構(gòu)研宄并生產(chǎn)，目前比較認可而大面積用的是維薩拉的，能見度儀根據(jù)最大量程、附帶產(chǎn)品不同價位也有所區(qū)別，20km能見度量程的價位在7萬元，如果帶有天氣形勢監(jiān)測，外加3萬元，也就是10萬元。這些檢測設(shè)備價格昂貴，很難大范圍推廣使用。高速公路能見度自動觀測儀器的布設(shè)密度和資料傳輸時間間隔不同。在設(shè)施相對先進的滬寧高速上，能見度自動觀測空間距離的間隔約10公里，每I分鐘傳一次資料，但團霧距離一般不足10公里，所以自動觀測儀也不能完全監(jiān)測到團霧。能見度在200米以下時，自動觀測儀也可能出現(xiàn)較大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低廉，布設(shè)靈活，維護方便的高速公路團霧的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法，可以廣泛應(yīng)用于高速公路沿線安全監(jiān)測領(lǐng)域。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種高速公路團霧的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括能見度檢測單元、傳感器模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、本地顯示模塊、語音報警器、遠程上位機，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下:
上述模塊均由太陽能供電模塊供電；所述能見度檢測單元、傳感器模塊的輸出端與信息處理模塊的輸入端連接；所述信息處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、本地顯示模塊、語音報警器的輸入端分別連接；所述GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊與遠程上位機連接；
所述能見度檢測單元包括光源和集成數(shù)字光強檢測芯片；
所述信息處理模塊包括互相連接配合的控制器和1擴展板；所述控制器包括通過主從控制線連接的主控制器和從控制器，所述主控制器和從控制器的核心均為Atmega328單片機。
[0011]進一步的，所述光源和集成數(shù)字光強檢測芯片的距離為50— 60cm。
[0012]進一步的，所述光源為5VLED白光光源。
[0013]進一步的，所述傳感器模塊包括濕度傳感器和風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器和大氣壓傳感器。
[0014]進一步的，所述本地顯示模塊為24V紅綠警示燈或電子警示牌的任意一種。
[0015]本發(fā)明還公開了一種如上所述的高速公路團霧的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的方法，包括如下方法步驟:
a.模塊初始化； b.傳感器模塊開始工作，探測當前背景光照度、空間內(nèi)前向散射光照度，檢測濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓參數(shù)；
C.啟動主控制器采集傳感器探測到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整理封裝；
d.主控制器通過主從控制線控制從控制器的讀寫、存儲、顯示功能，數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線從主控制器傳送至從控制器；
e.從控制器接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)分別發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲模塊和GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊來存儲并傳輸；
f.啟動GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，每塊模塊在首次使用前先配置，目標地址設(shè)為遠程上位機IP地址下某一端口地址，每個模塊對應(yīng)一個端口號，發(fā)送數(shù)據(jù)；
g.判斷能見度等級，是否威脅行車安全，若達到預(yù)警條件，啟動本地顯示模塊的警示燈或警示牌，啟動語音報警器；若沒有達到預(yù)警條件，則返回步驟b ;
h.啟動GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊的同時，GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程上位機，運行監(jiān)控界面；
1.偵測端口信息，并讀取數(shù)據(jù)；
j.數(shù)據(jù)包解碼，分離出各傳感器探測到的數(shù)據(jù)，并送至顯示控件進行數(shù)據(jù)顯示； k.由監(jiān)控中心專業(yè)人員人工判斷決定是否需要發(fā)布預(yù)警信息。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
1.本發(fā)明檢測速度快，成本低廉，布設(shè)靈活，維護方便，可以廣泛應(yīng)用于高速公路沿線安全監(jiān)測領(lǐng)域。
[0017]2.本發(fā)明能見度檢測單元采用前向散射法原理，利用LED白光光源和數(shù)字光強檢測芯片作為核心部件來檢測光照度，簡單直觀，無需復(fù)雜的光源和信號檢測電路設(shè)計，判斷速度快。
[0018]3.本發(fā)明使用多傳感器采集技術(shù)采集與團霧相關(guān)的高速公路環(huán)境參數(shù)，使用GPRS網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的遠程通訊方式，將高速公路監(jiān)測點采集的數(shù)據(jù)傳輸至交通指揮中心的上位機，如果達到預(yù)警條件，監(jiān)測點附近的電子顯示牌以及語音報警裝置就會及時反映預(yù)警信息，提醒過往車輛，指揮中心工作可以根據(jù)預(yù)警等級采取相應(yīng)措施，確保高速公路行車安全。
[0019]4.本發(fā)明的能見度檢測單元采用光源和集成數(shù)字光強檢測芯片，信息處理模塊運用的Atmega328單片機，都具有成本低廉，布設(shè)靈活，維護方便的優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于高速公路沿線安全監(jiān)測領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖。
[0021]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)總體通訊框圖。
[0022]圖3為本發(fā)明的前向散射法原理圖。
[0023]圖4為本發(fā)明的能見度檢測單元在暗環(huán)境下光照檢測數(shù)據(jù)圖。
[0024]圖5為本發(fā)明的能見度檢測單元在有光環(huán)境下光照檢測數(shù)據(jù)圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的工作原理框圖。
[0026]圖7為本發(fā)明的工作方法流程圖。
[0027]附圖3標號:1、光源；2、光強檢測芯片；3、團霧。
【具體實施方式】
[0028]以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的一種高速公路團霧的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括能見度檢測單元、傳感器模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、本地顯示模塊、語音報警器和遠程上位機，具體連接結(jié)構(gòu)如下:
上述模塊均由太陽能供電模塊供電，能見度檢測單元、傳感器模塊的輸出端與信息處理模塊的輸入端連接，信息處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、本地顯示模塊、語音報警器的輸入端分別連接，GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊與遠程上位機連接。
[0030]本發(fā)明的創(chuàng)新點為能見度檢測單元包括光源和集成數(shù)字光強檢測芯片，光源穿過團霧散射到檢測芯片，形成前向散射角；上述能見度檢測單元，負責(zé)檢測高速公路沿線能見度。信息處理模塊包括互相連接配合的控制器和1擴展板，控制器包括主控制器和從控制器，核心均為Atmega328單片機。主控制器負責(zé)數(shù)據(jù)采集封裝，從控制器負責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送、存儲和顯示。
[0031]如圖2所示，信息處理模塊負責(zé)整個監(jiān)測節(jié)點的控制管理和與傳感器模塊通信，并對采集數(shù)據(jù)進行處理封裝，并將信息傳送至本地顯示模塊及語音報警器，同時負責(zé)將信息傳送至GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊利用遠程上位機實現(xiàn)遠程通信，還可以將監(jiān)測到的信息保存至數(shù)據(jù)存儲模塊。
[0032]作為對本發(fā)明的進一步優(yōu)化，光源和集成數(shù)字光強檢測芯片的距離為50— 60cm，這樣保證了光源經(jīng)過團霧散射后能發(fā)送至集成數(shù)字光強檢測芯片，光源為5VLED白光光源，集成數(shù)字光強檢測芯片為BH1750FVI芯片。傳感器模塊包括濕度