專利名稱：高速公路安全即時預警方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種安全即時預警方法，尤其是一種應用在高速公路上的安全即時預警方法，同是本發明還涉及實現該方法的安全即時預警系統，屬于交通安全設施技術領域。
檢索發現，申請號為98119491.5、申請日為1998.10.18的中國專利公開了一種高速公路危險報警器，當高速公路上行駛的車輛因故障和事故等原因而妨礙其它車輛高速通行時，駕駛員立即打開高速公路危險報警器的發射系統，發出報警信號，被一定范圍內正常行駛的受妨礙車輛的高速公路危險報警器的接收系統接收，報警器發出報警警告駕駛員，車輛前方有路障，減速慢行，注意安全，杜絕追尾事故。該報警器需要車輛配備無線收發系統，并且無法與車輛控制中心進行信息交流。
申請號為02113003.5、申請日為2002.05.14的另一發明專利申請公開了一種防止高速公路追尾撞車的預警系統及其預警方法。該系統包括中央處理裝置CP和由微波探測器、路終端和告警指示燈組成的檢測線DL；檢測線DL等間距地安裝在高速公路全程雙向車道的內側并通過數據傳輸線路L1與中央處理裝置CP連接，每個檢測線分別與其前后檢測線連接，檢測線DL中的路終端分別與微波探測器和告警指示燈連接。該預警方法是微波探測器感知通過的車輛，路終端對微波探測器接受的信號及檢測線傳送的信息進行處理并發出交通信號。本發明的有益效果是實現了完整意義的高速公路行車安全監控，解決了高速公路追尾撞車問題，提高公路的運行效率。但該專利申請的技術方案投資成本大，并且有可能產生誤報警，實施比較困難。
為了達到以上的目的，本發明高速公路安全即時預警方法的技術方案為在高速公路安全即時預警系統中實施步驟A-D；——所述即時預警系統為由至少二個以上子系統組成的系統，所述各子系統之間通過網絡線連接；——每個子系統均含有單片機控制電路，并包含至少二個節點，各節點之間通過子系統內部網絡線連接；——每個節點含有信號開關和繼電開關控制的報警裝置，所述控制電路的信號輸入端接信號開關，所述控制電路的控制信號輸出端接繼電開關，所述控制電路通訊端接網絡線路；——各子系統中每個節點的信號開關和繼電開關控制的報警裝置按地址編號順序在高速公路護欄一側沿線分布；A、正常情況下，系統處于預警監控狀態；B、當某子系統中的一節點信號開關收到事故信號后，該節點通過子系統內部網絡發出含該節點地址的事故信息，進而通過網絡將事故信息傳輸給其他子系統；C、接收到事故信息的各子系統將報警控制指令信號發送到相關各個節點；D、接收到報警控制指令的各節點通過繼電開關使相應的報警裝置發出報警信號。
顯然，實施以上方法的高速公路安全即時預警系統——由至少二個以上子系統組成，所述各子系統之間通過網絡線連接；——每個子系統均包含至少二個節點，各節點之間通過子系統內部網絡線連接；——每個子系統均含有單片機控制電路，并包含至少二個節點，各節點之間也通過子系統內部網絡線進行連接；——每個節點含有信號開關和繼電開關控制的報警裝置，所述控制電路的信號輸入端接信號開關，所述控制電路的控制信號輸出端接繼電開關，所述控制電路通訊端接網絡線路；——各子系統中每個節點的信號開關和繼電開關控制的報警裝置按地址編號順序在高速公路護欄一側沿線分布；并且——所述系統在正常情況下，處于預警監控狀態；——所述子系統用以當其中一節點信號開關收到事故信號后，相應的控制電路通過子系統內部網絡線發出含該節點地址的事故信息，進而通過網絡將事故信息傳輸給其他子系統；；——所述各子系統用以接收到事故信息后，將報警控制指令信號發送到相關各個節點；——所述報警裝置用以執行接收到報警控制指令，使各節點通過繼電開關的控制，發出報警信號。
這樣，當高速公路某處突發事故時，只要此處有人通過就近的信號開關發出事故信號，高速公路安全即時預警系統立即作出響應，不僅監控中心可以及時反應事故地點等信息，而且事故地點之后一定距離的沿途報警裝置即時報警。提醒司機立即減速慢行，從而避免連續追尾的發生，將突發事故的損害降低到最小限度。
與以上98119491專利申請相比，由于無需在車輛上配備復雜的收發裝置，因此易于實施；而與02113003專利申請相比，由于可以很方便地嫁接在現有的各種網絡上(例如公用電話網)，因此不僅容易實現，而且成本經濟。
圖1為本發明一個實施例的總體方案邏輯結構框圖。
圖2是圖1實施例中子系統的內部結構框圖。
圖3(a)、(b)、(c)分別是圖1實施例中控制節點、指示電路、DTMF信號傳輸中繼器電路原理圖。
圖4為圖1實施例的系統布置結構示意圖。
圖5是圖1實施例系統主要工作過程框圖(燈代表報警裝置)。
圖6(a)、(b)、(c)、(d)是圖1實施例中控制電路、顯示電路、電話收發器以及主機uC(微型計算機，即單片機)的軟件流程圖。
圖7是本方案實施例二的總體方案邏輯結構框圖。
圖8是本方案實施例二子系統的內部結構圖。
圖9(a)、(b)分別為實施例二的控制節點和總控制器電路原理圖。
圖10(a)、(b)分別為實施例二的控制電路uC、總控制器uC的軟件主要流程圖。
圖11是本方案實施例三的總體方案邏輯結構框圖。
圖12是本方案實施例三的排列形式圖。
第一層次實現按鍵開關信號的輸入和繼電開關控制信號的輸出，采用的具體元器件根據所采用微機子系統的結構方案決定，主要用于完成開關信號的傳輸功能。第二層次核心部件是單片機，一方面，單片機接收本微機子系統內部的按鍵開關信號；另一方面，接收主機傳來的控制信號，單片機根據預先設置的程序向本微機子系統的繼電開關控制指令或通過電話網向主機發送信號。第三層次主要由一臺PC總線計算機和起總控制作用的單片機(主機，或總uC)構成，通常存放在管理中心。PC總線計算機可以提供良好的人機界面，它從單片機獲取系統運行狀態信息，直觀地顯示反映系統當前運行狀態的圖形；單片機接受微機子系統傳遞過來的信息，及時處理這些信息，并將控制指令傳遞給其他微機子系統。
系統總體結構為由主機和多個微機子系統構成。主機管理和協調各個微機子系統工作。在這種主從式結構中，某個子系統即使在出現故障時，整個系統仍然能夠工作。為了提高整個系統的可靠性和安全性，本實施例增加一臺備用主機，以便在主機出現故障時保持整個系統依然正常工作。2、子系統圖2為本實施例基于公共電話網的子系統內部結構圖。該子系統主要由電話信號收發節點、控制電路節點和指示電路節點以及中繼器組成。控制電路節點和指示電路節點并聯在總線上，與電話信號收發節點串接。中繼器采用DTMF信號傳輸中繼器。電話信號收發節點由電話信號收發器、控制電路和連接內部控制節點的總收發器組成。控制電路節點由控制電路收發器、節點上的控制電路和按鍵開關、繼電開關組成。繼電開關控制報警裝置的報警和不報警。指示電路節點由信號接收器、指示電路和警報裝置組成。警報裝置排列成陣列，方便人視覺的觀察。
子系統的電路原理如圖3(a)、(b)、(c)所示，其中圖3(a)為控制節點電路原理圖，圖3(b)為指示電路的電路原理圖，圖3(c)為DTMF信號傳輸中繼器電路原理圖。由圖不難看出，在控制節點電路中，主控制器采用ATMEL89C51單片機，其信號輸出端經信號驅動電路接繼電器，其數據輸出、輸入端通過DTMF收發芯片、信號放大電路以及切換開關接DIMF信號線路；在指示電路中，DTMF信號經過信號跟隨、放大、進入DIMF收發器，給單片機ATMEL89C51輸入；在信號傳輸中繼器電路中，DTMF信號經過信號跟隨、放大、進入DTMF收發器，然后從單片機ATMEL89C51輸入輸出，信號雙向傳輸。
簡言之，實施例一總體方案中的每個子系統均包含若干節點，每個節點由收發器、控制電路、按鍵開關和繼電開關組成。收發器由相應的DTMF信號發生和接收芯片構成。按鍵開關對應開關A和B。控制電路使用一片單片機芯片，完成所有的控制任務。當按鍵按下時，節點的控制電路通過節點上的收發器向總線上發出節點地址信息和按鍵信息。同時總線上的所有節點都將接收到信息，并且根據接收到的信息判斷相應操作，通過控制繼電開關來實現警報裝置的報警和不報警。由于子系統中的控制器一端連接在公用電話網上，另外一端連接于總線之上，因此可以通過公用電話來跟其它子系統交互控制信息。
各子系統中每個節點的信號開關和繼電開關控制的報警裝置按地址編號順序在高速公路一側沿行進方向(雙向)分布，形成圖4所示意的分布結構。3、工作過程本實施例整個系統的主要工作流程參見圖5。正常情況下，整個系統處于預警監控狀態。
當突發事故時，報警者按下控制開關線路中的按鍵開關，比如按下的是A1，則與之連接的控制電路通過節點上的收發器2向總線上發出該處的地址信息(確定信號發生位置)和按鍵信息(確定實現的是第1個功能)。
子系統總線上的所有收發器都將接收到信息，而總收發器則將此信號通過電話信號收發器、公用電話網傳遞給總機電話控制電路，由總機電話控制電路(總uC)決定將相應的信息再次傳遞給其他相關的子系統處理。本子系統及相關子系統的各個控制電路根據接收到的信息由軟件來判斷實行相應操作，通過控制繼電開關來實現報警裝置的報警與不報警，即A1合上，A1之后所有的報警裝置(圖4的第2-100個報警裝置及排列在此子系統后的所有子系統的全部報警裝置)全報警，A1之前的第1個報警裝置及此子系統前的所有子系統的全部報警裝置不報警。
若即時報警者按下按鍵開關B1，與之連接的控制電路通過節點上的收發器2向總線上發出該處的地址信息(確定位置)和按鍵信息(確定實現的是第2個功能)，子系統總線上的所有收發器將接收到信息，而總收發器則將此信號通過電話信號收發器、公用電話網傳遞給總機電話控制電路，由總機電話控制電路決定將相應的信息再次傳遞給其他相關的子系統處理。本子系統及相關子系統根據接收到的信息由軟件來判斷實行相應操作，通過控制繼電開關來實現報警裝置的報警與不報警。即B1合上，B1之后所有的m個報警裝置(個別開關控制的m個報警裝置可以跨子系統)全報警，其余所有的報警裝置全不報警(包括其他子系統的報警裝置)。
系統中控制電路、顯示電路、電話收發器以及主機uC的軟件流程圖分別參見圖6(a)、(b)、(c)、(d)。
由圖6(a)的單個控制電路uC的軟件流程圖可以看出，它主要接收與之相連的按鍵開關A，B的信號，同時根據按鍵開關A，B的信號，控制與之相連的繼電開關的開啟和閉合，并向本微機子系統的其他控制電路uC、顯示電路uC和電話收發器uC發送按鍵開關A，B的信號，同時，接收從本微機子系統傳來的指令，并對與之相連的繼電開關控制；由圖6(b)所示的單個顯示電路uC的軟件流程圖可以看出，它主要接收本微機子系統的各個控制的按鍵開關A，B的信號，并對這些信號判斷，顯示相應的信號(主機系統的顯示電路uC軟件流程與此相似)；由圖6(c)所示的電話收發器uC的軟件流程圖可以看出，它主要接收本微機子系統各個控制電路uC傳來的指令，并向主機uC的按鍵開關A，B的信號，同時，接收主機uC傳來的信息，并向本微機子系統各個控制電路uC、顯示電路uC需要執行的指令；由圖6(d)所示的主機uC的軟件流程圖可以看出，主機uC主要接收各個微機子系統uC傳來的指令，然后向其他微機子系統uC發出控制的指令。
整個系統實現的功能可以歸納為(1)合上以A為標記的開關(圖4)，該開關之后所有的報警裝置全報警，該開關之前所有的報警裝置不報警；(2)合上以B為標記的開關，該開關之后連續m(m＝1，2，...，10)個報警裝置報警，其余所有的報警裝置不報警；(3)各個開關的功能相互獨立，互不影響；(4)功能(1)或(2)的每次操作都反映在顯示屏和中心的指示板上。
因為每個子系統中都在總線上有接收器、指示電路與顯示屏相連，同時總機電話控制電路與中心的指示板之間也有類似的指示電路，因此可以保證即時報警者每次操作都反映在顯示屏和中心的指示板上。
本實施的總體方案(參見圖7)與實施例一基本相同，本總體方案邏輯結構圖與實施例一邏輯結構圖類似，它在第一、二層次與第三層次之間可以不通過公共電話網，而是通過雙膠線互連。
本實施的子系統與實施例一基本相同，不同之處在于采用差分傳輸，采用傳輸中繼的方式進行數據通信，接收端直接解碼來控制繼電開關。
本實施例子系統的內部結構如圖8所示。該子系統由總控制器、控制電路節點和指示電路節點、中繼器組成。總控制器、控制電路節點和中繼器串接，與指示電路節點并聯。中繼器采用DTMF信號傳輸中繼器。并且，控制系統的控制開關輸入信號經過光電隔離、整形等處理進入單片機的I/O接口，再進入單片機，單片機CPU根據對輸入信息進行處理的情況，決定是否發出進一步操作的控制指令；控制系統的輸出控制信號經過光電隔離，發送到各個驅動節點，再通過繼電開關控制報警裝置，控制信號在傳輸中需要不斷地放大。
本實施例子系統的電路原理如圖9(a)、(b)所示。其中圖9(a)所示的控制節點電路原理圖與實施例一子系統的控制節點電路原理圖基本相同，不同之處在于增加一套信號的收發電路，實現時更加強調信號的收發功能，通過電路切換，可以將信號傳遞給下一個節點。圖9(b)所示的總控制器電路原理圖，與控制節點電路原理圖相似，總控制器電路不含按鍵開關和繼電開關控制元件，只對主機、其他子系統總控制器或本子系統各個控制節點發送過來的信號進行處理。主機的電路原理圖與圖9(b)所示的總控制器電路原理圖基本相同，不同之處在于它與子系統相連，發送和接收的都是子系統的信息。
實施例二子系統的指示電路原理圖，信號傳輸中繼器電路原理圖與實施例一子系統的指示電路原理圖，信號傳輸中繼器電路原理圖相同，在此不另詳細敘述。
本實施例子系統的控制電路、顯示電路、總控制器都包含各自uC，顯示電路uC的軟件主要流程與實施例一相同。控制電路uC、總控制器uC的軟件主要流程分別如圖10(a)、(b)所示。其中圖10(a)為單個控制電路uC的軟件流程圖，它主要接收與之相連的按鍵開關A，B的信號，并根據按鍵開關A，B的信號控制與之相連的繼電開關的開啟和閉合，并向本微機子系統的總控制器uC和顯示電路uC發送按鍵開關A，B的信號，同時，接收從本微機子系統總控制器uC傳來的指令，并對與之相連的繼電開關控制或傳輸給下一個控制節點。圖10(b)為子系統總控制器uC的軟件流程圖，它主要接收控制電路uC發送的按鍵開關A，B的信號，向本微機子系統的控制電路uC、顯示電路uC發送按鍵開關A，B的信號，同時，接收從主機傳來的指令，并根據信號對本子系統的繼電開關進行控制或者向主機發送的信息。
將圖2中的子系統中的公用電話網和電話信號收發器刪除，即為本實施例的子系統結構。本實施例的子系統結構及工作原理和工作過程可以參照圖2加以說明。
在該圖中，子系統中每個控制節點由收發器，控制電路，按鍵開關和繼電開關組成。收發器由相應的DTMF信號發生和接收芯片構成。按鍵開關對應開關A和B。控制電路使用一片單片機芯片，完成所有的控制任務。當按鍵按下時，節點的控制電路通過節點上的收發器向總控制器發出節點地址信息和按鍵信息，由總控制器向本微機子系統的所有節點逐個發送信號，各個節點接收到信息，并且根據接收到的信息判斷相應操作，并且通過控制繼電開關來實現報警裝置的報警和不報警。同時，該總控制器單向地向其相鄰下一個微機子系統發送信息。
相鄰微機子系統收到總控制器信息后，根據信息由當前微機子系統的總控制器向本微機子系統的所有節點逐個發送信號，各個節點接收到信息，執行相應操作，實現報警裝置的報警和不報警。同時，該總控制器再單向地向其相鄰微機子系統發送信息。下一個微機子系統執行相同的處理，直到系統兩側最末尾的兩個微機子系統。
總而言之，以上實施例具有如下顯著優點；1、可靠性高——由于多機控制中的各個控制功能分散，每臺微電腦任務均衡減少，功能更加明確，因而可靠性得到提高。并且存在多臺功能相同的微電腦，構成微電腦的一級硬件系統，當其中某臺發生故障時，可在系統內重構備用機，因此進一步提高了系統的可靠性；2、響應速度快——由于各臺微電腦并行工作，大部分控制功能分散到各個子系統中，各個子系統獨立加工和處理信息，發出相應的控制指令，因此減少了信息的傳輸，提高了運算和控制速度；3、維護和擴展方便——由于采用模塊化結構，各模塊具有獨立的功能，因此設計簡捷，調試容易，維護方便，具有理想的適應性和靈活性；4、性能價格比高——由于采用價格低廉的微電腦，而且，在多機系統中，一般采用串行通信方式，減少了數據傳輸的成本，因此不僅保證了應有的功能，而且價格遠遠低于中小型計算機集中控制系統。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。例如，系統的連接網絡還可以是寬帶、載波電纜甚至是無線網絡；事故發生后，發出事故信號的方式可以是手動、遙控，或者自動，等等。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種高速公路安全即時預警方法，其特征在于在高速公路安全即時預警系統中實施步驟A-D；——所述即時預警系統為由至少二個以上子系統組成的系統，所述各子系統之間通過網絡線連接；——每個子系統均含有單片機控制電路，并包含至少二個節點，各節點之間通過子系統內部網絡線連接；——每個節點含有信號開關和繼電開關控制的報警裝置，所述控制電路的信號輸入端接信號開關，所述控制電路的控制信號輸出端接繼電開關，所述控制電路通訊端接網絡線路；——各子系統中每個節點的信號開關和繼電開關控制的報警裝置按地址編號順序在高速公路護欄一側沿線分布；A、正常情況下，系統處于預警監控狀態；B、當某子系統中的一節點信號開關收到事故信號后，該節點通過子系統內部網絡發出含該節點地址的事故信息，進而通過網絡將事故信息傳輸給其他子系統；C、接收到事故信息的各子系統將報警控制指令信號發送到相關各個節點；D、接收到報警控制指令的各節點通過繼電開關使相應的報警裝置發出報警信號。
2.根據權利要求1所述高速公路安全即時預警方法，其特征在于——所述即時預警系統為由至少一個主機和二個以上子系統組成的主從式系統，所述主機和各子系統之間通過網絡線連接；——所述步驟B中，當某子系統中的一節點信號開關收到事故信號后，該節點通過子系統內部網絡發出含該節點地址的事故信息，進而通過網絡，將信息傳遞給主機，接著主從式結構中的主機接收到有關事故的信息后，將指令信息通過網絡發送到其他各子系統。
3.根據權利要求1所述高速公路安全即時預警方法，其特征在于所述即時預警系統為由二個以上子系統組成的分布式并行系統。
4.根據權利要求2或3所述高速公路安全即時預警方法，其特征在于所述網絡為公用電話網。
5.根據權利要求2或3所述高速公路安全即時預警方法，其特征在于所述網絡為用雙膠線互連構成的網絡。
6.一種高速公路安全即時預警系統，其特征在于——由至少二個以上子系統組成，所述各子系統之間通過網絡線連接；——每個子系統均包含至少二個節點，各節點之間通過子系統內部網絡線連接；——每個子系統均含有單片機控制電路，并包含至少二個節點，各節點之間也通過子系統內部網絡線進行連接；——每個節點含有信號開關和繼電開關控制的報警裝置，所述控制電路的信號輸入端接信號開關，所述控制電路的控制信號輸出端接繼電開關，所述控制電路通訊端接網絡線路；——各子系統中每個節點的信號開關和繼電開關控制的報警裝置按地址編號順序在高速公路護欄一側沿線分布；并且——所述系統在正常情況下，處于預警監控狀態；——所述子系統用以當其中一節點信號開關收到事故信號后，相應的控制電路通過子系統內部網絡線發出含該節點地址的事故信息，進而通過網絡將事故信息傳輸給其他子系統；——所述各子系統用以接收到事故信息后，將報警控制指令信號發送到相關各個節點；——所述報警裝置用以執行接收到報警控制指令，使各節點通過繼電開關的控制，發出報警信號。
7.根據權利要求6所述高速公路安全即時預警系統，其特征在于所述網絡為公用電話網；所述子系統主要由電話信號收發節點、控制電路節點和指示電路節點以及中繼器組成；所述控制電路節點和指示電路節點并聯在總線上，與電話信號收發節點串接；所述中繼器采用DTMF信號傳輸中繼器；所述電話信號收發節點由電話信號收發器、控制電路和連接內部控制節點的總收發器組成；所述控制電路節點由控制電路收發器、節點上的控制電路和按鍵開關、繼電開關組成；所述指示電路節點由信號接收器、指示電路和警報裝置組成。
8.根據權利要求6所述高速公路安全即時預警系統，其特征在于所述子系統由總控制器、控制電路節點和指示電路節點、中繼器組成；所述總控制器、控制電路節點和中繼器串接，與指示電路節點并聯；所述中繼器采用DTMF信號傳輸中繼器；控制開關信號輸入端經過光電隔離與單片機的I/O接口連接。
9.根據權利要求7所述高速公路安全即時預警系統，其特征在于每個子系統中都在總線上與接收器、指示電路與顯示屏相連，同時總機電話控制電路與中心的指示板之間也接有所述指示電路。
全文摘要
本發明涉及一種應用在高速公路上的安全即時預警方法，以及實現該方法的安全即時預警系統，屬于交通安全設施技術領域。本發明所述由子系統組成網絡，子系統內的節點含有信號開關和報警裝置，在高速公路護欄一側沿線分布。當某節點接收到事故信號后，立即通過網絡進行信息傳輸，使報警裝置發出報警信號。因此當高速公路某處突發事故時，只要此處有人通過就近的信號開關發出事故信號，高速公路護欄安全即時預警系統立即作出響應，不僅監控中心可以及時反應事故地點等信息，而且事故地點之后一定距離的沿途報警裝置即時報警。提醒司機立即減速慢行，從而避免連續追尾的發生，將突發事故的損害降低到最小限度。本發明容易實現，成本經濟。
文檔編號G08G1/00GK1462986SQ03113328
公開日2003年12月24日 申請日期2003年4月29日 優先權日2003年4月29日
發明者石延辛, 李虹 申請人:石延辛