專利名稱：一種道路交通能見度差值獲取方法
技術領域：
本發明涉及一種道路交通能見度差值獲取方法，主要用于地面交通低能見度預 警和安全通行保障系統。
背景技術：
能見度數值的變化將直接影響到道路交通中的安全預視距離(安全預視距離是 指安全駕駛車輛所必需獲得的滿足安全駕駛所需要的有效可視距離)，進而會影響道路交 通的安全。在現有對低能見度的描述中，大部分是針對雨霧等自然氣象變化，而實際在道路 交通領域導致能見度降低的因素則遠不止雨霧，例如季節性的燒荒、風沙揚塵、工業污染等 等因素都會導致局部的能見度下降，這些因素與雨霧共同構成的低能見度直接影響到道路 交通的安全。現有的能見度探測設備，尤其是應用于道路交通中的能見度探測設備基本上 是以探測霧為主，很少有根據道路交通實際需要且全方位兼顧的能見度探測設備投入實際 應用。低能見度會影響道路交通安全已經是一個公認的事實，但是并非低能見度就必然 會導致道路交通事故；例如道路交通在有霧的狀態下，同樣的能見度數值下，有些則會發生 事故或連續追尾事故，而有些則連小事故也不會發生。這不是偶然的，而是形成低能見度的 物理形態、特性的差異及組成方式差異導致了低能見度環境危險程度的差異。目前，國內及國際上目前還沒有發現對低能見度的物理差異導致交通事故的深入 研究文獻或資料，也沒有發現除能見度數值區分以外對低能見度危險程度分級或依據低能 見度的危險程度研制對應的檢測設備和相關的防霧減災技術裝備。本申請人收集了距今十年內全球發生的由于低能見度所導致的一次事故、二次及 以上事故的部分案例進行分析與歸納，在分析和歸類后發現，在駕駛員視角觀察的層面突 然能見度降低是導致一次事故的重要原因之一，而二次及以上事故的主要原因幾乎大部分 都是由于后續車輛安全預視距離不足或快速失去其預期可獲得的安全預視距離所致。形成快速失去其預期可獲得的安全預視距離的原因通常是突然能見度降低所致， 例如在霧區環境下，原因大致有團霧、進入霧區或在霧區內行車車速過快、進入霧區時與 前車距離過近；在上述誘因中，可以歸納出其本質是基于車輛駕駛人員的視角觀察前方道 路綜合信息的能見度數值快速降低。盡管低能見度狀態的形成機制有多種，但是在低能見度區域與正常能見度區域之 間通常會有邊界，低能見度區域內部各點之間的能見度數值也是不均衡的，從正常能見度 區域進入低能見度區域后，其能見度數值會隨著進入低能見度區域的深度而變化，但是這 種變化不是線性的，并且具有隨機性。目前尚無法對一個霧區的中心點進行測定或評判，并 且評估一個霧區的中心是以能見度(濃度)數值為依據還是以物理中心為依據也沒有明確 的定論，目前對能見度的測報是以靜態實測為依據的，并且以實測點數值為測報依據；由于 霧是動態的，并且其邊界、中心點、涉及范圍以目前的技術還無法準確測報，這就直接導致 了誤報或漏報。
目前國際上通用的能見度預報及評估方式都是靜態的，也就是在檢測點獲得的能 見度數值，事實上霧或導致能見度變化的物理集合幾乎都是動態的，導致能見度降低的原 因通常是一種或多種物質聚集或組合并動態變化的懸浮物集合。在一個低能見度區域內的 能見度數值不會是一個均值，其能見度數值會隨各種物理條件變化而變化，在道路交通中 使用靜態能見度數值相對于安全駕駛車輛所必需的足夠的安全預視距離而言，其數值對道 路交通安全的預警作用不是很明顯，因為車輛是在動態行駛，使用一種不具備針對性和實 效的能見度評估方式去定義或研制道路交通用防霧設備不符合要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中所存在的上述缺點，而提供一種道 路交通能見度差值獲取方法。獲取到的能見度差值作為一個重要參數，用于道路交通低能 見度預警系統，為道路交通低能見度預警系統的預警方法的實施提供支持。本發明解決上述問題所采用的技術方案是一種道路交通能見度差值獲取方法， 其特征在于
a、沿道路車輛行駛方向依次設置多個能見度探測器，各個能見度探測器均可以與前向 及后向的能見度探測器實現實時檢測數據的傳輸；每兩個相鄰的能見度探測器組成一個最 基本的檢測區段，多個相連的基本檢測區段組成一個檢測陣列；
b、第N號能見度探測器檢測出的能見度數值設為Dn，第N+1號能見度探測器檢測出的 能見度數值設為Dn+1 ；在第N號能見度探測器與第N+1號能見度探測器組成的檢測區段內， Dn和Dn+1進行比對時必須基于相同的時間，相同的時間是指參與比對的Dn和Dn+1必須是相 同時間或允許時間誤差內采集的數據；
c、第N號能見度探測器將Dn傳輸給第N+1號能見度探測器，在第N+1號能見度探測器 中處理如下過程比對第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器組成的檢測區段的能 見度差，該能見度差設為C，該檢測區段的C= Dn - Dn+1 ；
或者；
第N號能見度探測器及第N+1號能見度探測器均將相同或允許誤差時間內采集的能見 度數值都傳輸給上位控制系統，在上位控制系統中處理過程如下比對第N號能見度探測 器和第N+1號能見度探測器組成的檢測區段的能見度差，該能見度差設為C，該檢測區段的
C_ Dn DN+ι ο本發明每個能見度探測器在整個檢測陣列內均具有唯一的識別標識。本發明每個能見度探測器在實際安裝時均具有其安裝點的物理地址識別碼或者 坐標參數。本發明一個檢測區段或者一個檢測陣列中能見度探測器均必須使用相同的時鐘 源作為同步源，并以此作為數據采集和數據比對的同步依據。本發明當檢測區段或檢測陣列內的能見度沒有差值或差值在允許值之內時，可依 據檢測區段或者檢測陣列內任意一個能見度實測數據作為被檢區段的道路安全通行基礎 數據。本發明計算了一檢測區段內兩個能見度探測器的能見度差值，該能見度差值可作 為一個重要參數，為地面交通低能見度預警系統預警方法和具體實施提供實時動態的基礎數據支撐，以此提高了車輛的行駛安全。
圖1為能見度探測器安裝排列方式示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步說明。參見圖1，沿道路車輛行駛方向依次安裝多個能見度探測器，且呈現鏈式排列方 式，各個能見度探測器能夠實現能見度數值的實時探測。每個能見度探測器均內置有數據 鏈路，可以與前向位置安裝及后向位置安裝的能見度探測器實現數據鏈路連接，或至少與 其中一個方向的能見度探測器實現數據連接。每個能見度探測器通過數據鏈路在前向或后 向能見度探測器之間基于相同時間取得的檢測數據進行實時的能見度數值比對。比對可順 序進行也可跨越或跳躍進行。所有的能見度檢測器具有相同的時鐘，即相同的時間軸。相 同的時鐘獲取可基于本地時間源也可基于外置的時間源。相鄰兩個能見度探測器組成一個 檢測區段，需要說明的是，本發明中所述的相鄰兩個能見度探測器，并不是指物理位置上的 相鄰，而是指定意義上的相鄰，即，共有W個能見度探測器，編號分別為一號、二號、三號…… W號，實施者可以指定兩個能見度探測器作為相鄰，比如指定一號和三號是相鄰的，這兩個 能見度探測器組成一個檢測區段；三號和五號是相鄰的，這兩個能見度探測器組成一個檢 測區段；五號和七號是相鄰的，這兩個能見度探測器組成一個檢測區段；即在編號上相隔 一個編號的能見度探測器作為相鄰。當然，也可指定在編號上相隔兩個或者多個編號的能 見度探測器作為相鄰，具體相隔幾個編號的能見度探測器作為相鄰，要看具體實施的環境 及實施要求，例如用于短距離測報時，物理上相鄰的能見度探測器之間組態，當需要中長距 離的動態能見度數值時，可跨越組態；在實踐中，也可同時進行短距離和長距離同時組合組 態，也就是既進行短距離組態測報也同時將中、長距離的數值進行組態測報。為了獲得連續的能見度差值，必須連續安裝能見度探測器至檢測陣列結束，在連 續的能見度探測區段內獲得的連續的能見度差值所轉換的面向具體應用的能見度數據才 具有指導意義。二個或以上不連續的能見度探測點的能見度數值無法轉換成具有實際應用 價值的能見度差值，不連續是指二個能見度探測器的檢測數值與途徑該區段的車輛安全預 視距離沒有相關性，例如能見度探測器設置間距大于正常能見度時的目視距離最大值或未 安裝在道路沿線的能見度探測器或沒有相同時間軸的能見度探測器。安全預視距離是指車 輛駕駛人員為安全駕駛所必需獲得的足夠的安全預視距離，其基本定義是安全預視距離需 >車輛駕駛人員反應時間內車輛所經過的距離+車輛制動至停止所需要的距離。每一個能見度探測器均具有精確的坐標或物理位置，坐標可基于內置的坐標源或 在安裝時一次性輸入固化。能見度樣本獲取密度(能見度探測器安裝間隔)取決于應用需求，但是安裝間隔原 則上不應超過正常能見度下的最大目視距離。以下是一些專業應用的配置建議
如果需要獲得的動態能見度數值是為了滿足當前速度下的安全預視距離，則檢測樣本 間隔距離應≤ 以本路段設計時速行駛時緊急制動公允的所需平均距離的一半。該配置可提 供對“團霧”的檢測及預警能力，并避免封道。
如果需要獲得的動態能見度數值是為了給車輛提供前方區域的安全駕駛最高限 速則可以使用<封道所需能見度數值的間隔距離。在該配置下可提供穩妥型的安全策略， 使管理方縮短重點管理區域。能見度探測器為現有技術，主要有前、后向激光能見度探測器、透射能見度探測器 等。本實施例中在道路起點單側護欄外沿間隔50米配置杭州博達偉業公共安全工程有限 公司專門為道路交通設計和生產的VCJ型道路交通專用多功能能見度探測器。該能見度探 測器使用透射衰減方式檢測能見度數值，具有前向及側向二個檢測視窗，可組成前向連續 監測陣列(鏈式檢測陣列)，它是一種專門為地面交通應用環境設計的廉價短距離透射式能 見度探測裝置，透射最大距離150米，能見度檢測范圍15 1500米，精度誤差士8%，取樣間 隔從100毫秒 10000毫秒可選，檢測時間同步誤差小于10毫秒。本實施例中不配置側向 檢測的副檢測射源(對穿道路的檢測射源)，僅配置與道路走向平行的檢測射源。在VCJ型道路交通專用多功能能見度探測器上配置雙向數字無線通訊模塊并通 過數字無線通訊模塊對現場安裝的能見度探測器進行組網，前向、后向、側向能見度探測器 之間能夠實現交互，整個能見度探測鏈具有數據傳輸能力，可在任意節點之間上傳或下載 數據，能夠將任意一個能見度探測器上的數據傳輸到上位控制裝置上，也可在任意一組或 者一個能見度組合中對能見度數值進行分析。本實施例雙向數字無線通訊模塊使用TI的 CC2500，使用2. 4G傳輸波段，它可以與覆蓋區內的同類模塊自組網。每一個能見度探測器 均已經設置了全網唯一的地址作為識別標志，該標識也可用于定位能見度探測器在物理上 的位置；在每一個能見度探測器內嵌入的通訊模塊上還有一個RS-232 口作為直連端口，當 需要時通過它可以與外場設備直連或經轉換器與光端機連接。能見度探測器通過數字無線 組網后能夠實現前向、后向、側向能見度探測器之間的數據交互，并使整個能見度探測鏈具 有數據傳輸能力，可在任意節點之間上傳或下載數據(含對無線覆蓋區內的動態受眾)，能 夠將任意一個能見度探測器上的數據傳輸到上位控制裝置上，也可在任意一組或者一個能 見度組合中對能見度數值進行分析。在3公里路段上總共需要配置60臺VCJ型道路交通專用多功能能見度探測器組 成一個檢測陣列，這些能見度探測器全部安裝在道路護欄外沿的立柱上，通過調整能見度 探測器的主動探測射線角度與前向能見度探測器配對(任意一對物理上相鄰的能見度探測 器為一個探測組合)后向能見度探測器向前向的能見度探測器發射檢測源射線，前向安裝 的能見度探測器接收并解碼后分析接收到的檢測源信號，根據解碼和分析信號獲得實時的 信號衰減并換算出能見度數值；上述檢測過程通過連續排列的能見度探測器連續進行，直 至檢測陣列結束。在每一個能見度探測器內嵌入了一個衛星接收模塊，本實施例使用杭州博達偉業 公共安全工程有限公司生產的LGS型同步信號源，內置基于SIRF公司生產的衛星接收芯 片，它能夠提供誤差不低于1毫秒的同步時間源，同時還提供了誤差小于5米的坐標定位； 該坐標及所包含的實時動態信息也可通過無線網絡向動態受眾播報，例如路過的車輛，并 且也可直接與GIS系統組態并自動生成霧區態勢圖。在本發明中，N為1 M-I之間的整數，M為被指定的能見度探測器的總數量。這 樣，就共有M-I個檢測區段，即第1號能見度探測器與第2號能見度探測器組成的檢測區 段，第2號能見度探測器與第3號能見度探測器組成的檢測區段，第3號能見度探測器與第4號能見度探測器組成的檢測區段，第4號能見度探測器與第5號能見度探測器組成的檢測 區段……第M-I號能見度探測器與第M號能見度探測器組成的檢測區段。物理上相鄰的第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器之間的相對位置是固 定的；當第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器之間出現能見度數值差時，如果機 動車從第N號能見度探測器駛往第N+1號能見度探測器，則駕駛人員位于第N號能見度探 測器時其目視感覺是與第N號能見度探測器檢測到的能見度數值基本一致的，在行駛至第 N+1號能見度探測器過程中，其能見度變化是WDn漸進到DN+1，當到達第N+1號能見度探測 器點時，其目視能見度數值與第N+1號能見度探測器一致。如果第N號能見度探測器和第 N+1號能見度探測器之間的能見度數值差不變的情況下，從第N號能見度探測器前往第N+1 號能見度探測器行進期間，從駕駛人員視角獲得的能見度數值變化速率取決于機動車的行 進速度，不同運動速度的車輛所獲得的變化梯度是不一樣的，基于駕駛人員視角的能見度 變化也稱為動態能見度。相對于靜態能見度，動態能見度是一種基于靜態能見度與動態受 體之間相互關系的描述方法。本發明也是檢測低能見度環境下視線斷層及落差(也稱團霧) 的一種技術方法。在實際應用中連續排列的能見度探測裝置可檢測到連續的能見度數值， 并基于連續的能見度數值換算出面向應用的各種動態能見度數值。動態能見度數值主要應 用于道路交通預警系統中。在雙向應用中，逆向測算可為逆向車道提供動態能見度。以下數據的換算均基于同一時刻采集到的靜態能見度數據作為換算基數。第N號能見度探測器檢測出的該點的能見度數值為Dn，第N+1號能見度探測器檢 測出的該點的能見度數值為Dn+1。同一檢測區段兩個能見度探測器檢測到能見度后，通過以 下兩種方法進行處理
第一種方法第N號能見度探測器將Dn傳輸給第N+1號能見度探測器，在第N+1號能 見度探測器中處理如下過程計算上述時間第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器 組成的檢測區段的能見度差，該能見度差設為C，該檢測區段的C= Dn - Dn+1。或者采用第二種方法第N號能見度探測器及第N+1號能見度探測器均將能見度 數值都傳輸給上位控制系統，在上位控制系統中處理如下過程計算上述時間第N號能見 度探測器和第N+1號能見度探測器組成的檢測區段的能見度差，該能見度差設為C，該檢測 區段的C= DN - Dn+10上位控制系統可采用現有技術，安裝于交通預警或管理系統中。以上步驟完成后，即獲得了第N號能見度探測器及第N+1號能見度探測器所在檢 測區段的在上述時間的能見度差。能見度差作為一個重要參數，用于道路交通預警系統中，為道路交通預警系統的 預警方法的實施提供支持，以此提高了車輛的行駛安全。采用了實施例的預警方式的工作流程說明 (1)檢測區段能見度差計算
已知Dn為480米，Dn+1為230米；公式=C= Dn — DN+1，能見度差值C =480-230=250米。(2)檢測區段單位距離能見度變化計算
已知安裝點間隔50米，Dn為480米，Dn+1為230米；公式(Dn — DN+1) /L=R,即 (480-230) /50=5，即第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器組成的檢測區段內距離 每變化1米能見度數值變化5米，該數值將可用于預測前方能見度，并且可在各區段間銜接 已取得短距離能動態能見度數值和中、長距離的動態能見度數值。其中短距離急變的動態能見度數值對道路交通安全的危害性最高。(3)離開檢測起點H米能見度數值變化測算
設機動車已經離開第N號能見度探測器30米，則該點距第N號能見度探測器點能見度 數值已經變化公式RV=HXR，即30X5=150米。(4)任意點位能見度數值計算
如果需要估算實時能見度數值則可以將數據與起點相減或與終點相加即為實時的能 見度數值公式X=Dn-RL，即480-5 X 30=330米，此為距第N號能見度探測器30米的實時能 見度數值。(5)低能見度區域安全通行速度預測
預測前方安全速度本公式是基于單位距離能見度變化判斷當前能見度與當前車輛行 駛速度是否匹配。本實施例主要是說明能見度數值與速度及距離之間的函數關系，為說明 問題及簡化計算，不考慮加速度問題，僅使用均速來計算，在實際應用中可以根據應用側重 修改算法。公式(Dn-RL)彡(J+F)XR0本公式描述了基于單位距離能見度變化R獲得的當前車速可確保行車安全。其 中=(Dn-RL)描述了車輛所在地的實際能見度數值；公式(J+F) XR描述了基于R測算的車 輛所在地再向前行進所需安全預視距離，當二組數值相比相等或大于“零”時，當前車速下 具有足夠的安全預視距離，如果相減后數值小于零則表示當前車速沒有足夠的安全預視距 離，是不安全的。上述公式中
Dn=第N號能見度探測器實時能見度數值；
R=自第N號能見度探測器至第N+1號能見度探測器之間單位距離能見度變化的數值； L=從第N號能見度探測器出發汽車行駛路程；
J=車輛駕駛人員反應時間內車輛所經過的距離，其中J=KXI，K=實時速度，取米/秒； I=總反應時間可取常數2. 5秒；
F=車輛制動至停止所需要的距離，F為當前時速下緊急停車所需距離，簡易取值可選 擇取整數表達，即將時速中的公里替換成米，例如以120公里時速行駛的機動車緊急停車 距離約為120米；80公里時速行駛的機動車緊急停車距離約為80米，類推。式中(J+F) XR描述當前速度下的安全預視必須的距離要求，該距離是隨車輛實 際位置前移的。其中R數值的取值范圍需獲取較大前方距離的檢測數值，實際應用中將取 下一個檢測區段或者跳躍獲取足夠距離的檢測數據，如果獲得的檢測數據不足以覆蓋前移 距離則該結論僅為當前動態能見度數值下的估測值。需要特別說明的是其中J、F均為估算值，在實際應用中與實際應用環境中的很 多因素相關，例如輪胎與地面摩擦系數、地面的干燥程度、車輛載重、輪胎與地面的摩擦方 式(滑動還是滾動)等等。本實施例公式僅提供一種基于動態能見度數值來評估道路交通中 能夠確保在各種能見度下均可安全行駛的一種參考方法。基于上述公式，可以獲得在低能見度環境下當前安全行駛速度，也可以測報較大 距離范圍內的安全車速，基于本發明所提供的實時檢測數值能夠對高速公路全路段在低能 見度環境下的安全通行提供技術保障，可將減少封道。同時，本發明可以實時發現具有危險性的“團霧”，在“團霧”形成危害前發現并精確測報和預警，它能夠有效防范的低能見度環 境下的一次事故發生。當能見度沒有差值時，各檢測點之間任意一個檢測點實測的能見度數值可代表整 個檢測陣列的能見度；當然，一個較大檢測陣列能見度完全沒有差值的情況很少見，在實踐 中，整個檢測陣列能見度峰谷值相差小于10%均可作為沒有能見度差值處理；檢測區段能 見度差值小于5%也可作為沒有能見度差值處理。以上方法基于一個確定的起點及終點來測算動態能見度數值，其結果比較精確， 在連續排列的能見度檢測器中，使用此方式可獲得一個連續的，較高精度的能見度變化數 值串或變化曲線，它可描述在檢測區段內任意點位的能見度數值，并且可以基于本發明所 采集的實時能見度數值換算成多種面向應用的動態數據。例如在實際應用中可根據實時的 能見度數值動態驅動路面已經安裝的預警裝置。在本發明中如何獲取能見度數值的方法不限，其要求是在相同的時間軸上能夠獲 得各檢測點的能見度數值；由于取樣點設置的不同，應用目標的差異將會導致動態能見度 數值獲取的方式產生差異。所以即使順序排列的方式下，也可以采用跨越或跳躍方式獲取 靜態能見度數值或者是在順序取值的基礎上在進行跨越取值并提供中短距離動態能見度 數值。跨越取值或跳躍取值時的計算方法與順序取值一樣，只是將N點和N+1點的數值代 入新的取樣點數值即可。所述的能見度差值是從車輛駕駛人員的視角判定實時動態能見度數值變化的一 種方法，其動態能見度數值范圍是隨時間、距離和能見度差值之間的相互關系而變化的。
權利要求
一種道路交通能見度差值獲取方法，其特征在于a、沿道路車輛行駛方向依次設置多個能見度探測器，各個能見度探測器均可以與前向及后向的能見度探測器實現實時檢測數據的傳輸；每兩個相鄰的能見度探測器組成一個最基本的檢測區段，多個相連的基本檢測區段組成一個檢測陣列；b、第N號能見度探測器檢測出的能見度數值設為DN，第N+1號能見度探測器檢測出的能見度數值設為DN+1；在第N號能見度探測器與第N+1號能見度探測器組成的檢測區段內，DN和DN+1進行比對時必須基于相同的時間，相同的時間是指參與比對的DN和DN+1必須是相同時間或允許時間誤差內采集的數據；c、第N號能見度探測器將DN傳輸給第N+1號能見度探測器，在第N+1號能見度探測器中處理如下過程比對第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器組成的檢測區段的能見度差，該能見度差設為C，該檢測區段的C= DN－DN+1；或者；第N號能見度探測器及第N+1號能見度探測器均將相同或允許誤差時間內采集的能見度數值都傳輸給上位控制系統，在上位控制系統中處理過程如下比對第N號能見度探測器和第N+1號能見度探測器組成的檢測區段的能見度差，該能見度差設為C，該檢測區段的C= DN－DN+1。
2.根據權利要求1所述的道路交通能見度差值獲取方法，其特征在于每個能見度探 測器在整個檢測陣列內均具有唯一的識別標識。
3.根據權利要求1所述的道路交通能見度差值獲取方法，其特征在于每個能見度探 測器在實際安裝時均具有其安裝點的物理地址識別碼或者坐標參數。
4.根據權利要求1所述的道路交通能見度差值獲取方法，其特征在于一個檢測區段 或者一個檢測陣列中能見度探測器均必須使用相同的時鐘源作為同步源，并以此作為數據 采集和數據比對的同步依據。
5.根據權利要求1所述的道路交通能見度差值獲取方法，其特征在于當檢測區段或 檢測陣列內的能見度沒有差值或差值在允許值之內時，可依據檢測區段或者檢測陣列內任 意一個能見度實測數據作為被檢區段的道路安全通行基礎數據。
全文摘要
本發明涉及一種道路交通能見度差值獲取方法。本發明通過設置的能見度探測器，以相鄰兩個能見度探測器組成一個檢測區段，在檢測區段內通過算法計算出該檢測區段的在某一時刻的能見度差值，該能見度差值可作為一個重要參數，為地面交通低能見度預警系統預警方法和具體實施提供實時動態的基礎數據支撐，以此提高了車輛的行駛安全。
文檔編號G01N21/59GK101986140SQ201010530158
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者陳偉 申請人:陳偉