一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统的制作方法

本发明属于交通安全技术领域，涉及环境照度对驾驶人视觉机能的影响，为一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统。

背景技术：

警告标志是一种常见的道路交通标志，它用于告知驾驶人或行人前方道路有危险。为了引起交通参与者对警告标志的注意，其背景颜色被设置为黄色，但在夜间、雨天或雾天等低能见度环境中，警告标志仍存在可读性差等问题，这使得驾驶人在发现标志时已经没有足够的时间调整驾驶行为，从而存在安全隐患。

交通标志以文字和符号的形式向交通参与者传递与道路相关的指示或警示信息，视认交通标志是驾驶人行驶过程中的一项重要任务。经典的标志视认过程分为发现、认读、判断和行动四个阶段，为了使驾驶人能够在标志实施点前完成视认标志的一系列操作，交通标志通常被安装在实施点的前方，从标志设置点到标志实施点间的距离被称为标志前置距离。目前，关于警告标志前置距离的相关研究，并未探究车辆速度和环境照度对标志视认距离的耦合影响。然而，赵炜华等在论文“驾驶人所处环境照度对视认距离影响”指出速度和环境照度会影响驾驶人的视认距离，并确定了不同车速（80km/h和100km/h）条件下驾驶人视认距离与环境照度的关系，但并未探究环境照度和行驶速度对视认距离的耦合影响。实际上，行驶速度和环境照度会影响驾驶人的视觉机能，进而影响标志视认距离。因此，如果警告标志的最小前置距离忽略了行驶速度和环境照度对驾驶人标志认读距离的影响，可能导致驾驶人无法在标志实施点前完成标志认读等一系列操作，从而增加行驶风险。

实际中，不同天气状况（晴天、雨天或雾天）以及同一天的不同时段（白天、黄昏或夜间）环境照度差异较大，并且不同车辆到达警告标志附近的速度也存在较大差异，因此，固定的警告标志前置距离无法满足变化的环境照度和行驶速度对于前置距离的要求，导致驾驶人的行动结束点在标志实施点的后方，从而影响交通安全。为了弥补现有警告标志前置距离缺乏普适性的不足，本发明提出一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有警告标志的前置距离是固定的，忽略了行驶速度和环境照度对标志视认距离的影响，容易导致驾驶人无法在设定的前置距离内前完成认读、决策、反应和行动等一系列操作，从而影响交通安全。因此，需要发明一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，根据车辆行驶速度和环境照度动态调整警告标志环境照度，增加警告标志的可认读性，使驾驶人在警告标志实施点前完成相应操作，提高行车安全。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：包括有设置在警告标志上的雷达测速仪、光电式照度计、主控制器、照度补偿触发装置、速度警示装置、速度显示装置和照度补偿装置，所述的雷达测速仪用于检测到达车辆的速度，光电式照度计用于检测该车辆到达时的环境照度，雷达测速仪、光电式照度计的信号输出端与主控制器的信号输入端连接，主控制器的信号输出端与照度补偿触发装置、速度警示装置、速度显示装置的信号输入端连接，照度补偿触发装置的信号输出端与照度补偿装置的信号输入端连接。

所述的一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：所述雷达测速仪、光电式照度计、速度警示装置、速度显示装置设置在警告标志的前端面上；所述主控制器、照度补偿触发装置、照度补偿装置设置在警告标志的背面。

所述的一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：所述照度补偿触发装置用于确定在实际前置距离和当前行驶速度条件下驾驶员所需最适环境照度，并根据确定的最适环境照度触发相应的LED灯带。

所述的一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：所述照度补偿装置采用多圈三角盘绕式LED灯带，由照度补偿触发装置控制LED灯带的启闭。

所述的一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：所述速度警示装置用于提醒驾驶员已经超速或者提示驾驶员注意在最大补偿照度条件下的合理行驶速度。

所述的一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：所述速度显示装置采用LED显示屏。

所述的一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，其特征在于：所述速度警示装置采用LED闪光灯。

本发明采用雷达测速仪检测车辆速度，雷达测速仪的最小可测距离是150米，而驾驶人在距离标志150米时仅能大约看清标志牌的轮廓，即警告标志光照强度动态补偿系统可以在驾驶人认读之前完成亮度调整，从而保证驾驶人可以清楚地认读标志。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置雷达测速仪和光电式照度计，检测车辆速度及其对应的环境照度，并通过主控制器判断实际前置距离是否能满足当前车辆安全行车的要求（即驾驶人可以在警告标志实施点前方完成认读、决策、反应和行动等一系列操作）：如果实际前置距离小于驾驶人需要的前置距离，照度补偿触发装置会根据实际前置距离确定一个适合当前行驶速度的最适环境照度，照度补偿装置根据确定的最适照度增加警告标志的亮度，提高交通标志的可认读性，保证驾驶人在标志实施点前完成相应操作，从而提高行车安全。本发明根据检测的车辆速度和环境照度信息，确定保证每一位驾驶人安全行车的环境照度，满足驾驶员在不同行驶速度和环境照度（阴天、雨天或雾天）条件下行驶时对于警告标志前置距离的不同需求，体现了以人为本的管理理念。

本发明通过主控制器控制照度补偿触发装置的启闭，当实际前置距离无法满足驾驶员安全行车的要求时，系统会开启照度补偿触发装置，否则，不开启照度补偿触发装置。因此，该系统既提高行车安全，又降低能源消耗。

本发明提出的照度补偿装置采用多圈三角盘绕式LED灯带，根据接收的触发信号启动相应的LED灯带，满足驾驶人对环境强度的不同需求；通过照度补偿装置，可以避免驾驶人因照度低、标志视认性差而不当地开启远光灯的现象，从而减少交通隐患，提高交通安全。

本发明通过主控制器判断车辆是否超速以及确定在最大补偿照度条件下车辆的合理行驶速度，并通过速度显示装置将当前速度、已超速度或建议速度反馈给驾驶员。在车速超过路段限制速度或者超过在最大补偿照度条件下的合理速度

时，系统会启动速度警示装置以引起注意，避免驾驶员选择不合适的行驶速度，从而保障行车安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为经典的驾驶人视认警告标志示意图。

1 雷达测速仪、 2 光电式照度计、 3 主控制器、4 照度补偿触发装置、 5速度警示装置、6 速度显示装置、7 照度补偿装置

具体实施方式：

如附图1所示，一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，包括有设置在警告标志上的雷达测速仪1、光电式照度计2、主控制器3、照度补偿触发装置4、速度警示装置5、速度显示装置6和照度补偿装置7，雷达测速仪1用于检测到达车辆的速度，光电式照度计2用于检测该车辆到达时的环境照度，雷达测速仪1、光电式照度计2的信号输出端与主控制器3的信号输入端连接，主控制器3的信号输出端与照度补偿触发装置4、速度警示装置5、速度显示装置6的信号输入端连接，照度补偿触发装置6的信号输出端与照度补偿装置7的信号输入端连接。

雷达测速仪、光电式照度计、速度警示装置、速度显示装置设置在警告标志的前端面上；雷达测速仪能够向路面不断发射电磁波并接收其回波，当有车辆出现在电磁波的辐射区域内时，其接收的回波会发生变化。雷达测速仪就是通过反射波频移量测出被测物体的运动速度；光电式照度计能够检测警告标志周围光线的强弱，包括警告标志反射的光线。

主控制器、照度补偿触发装置以及照度补偿装置设置在警告标志的背面；照度补偿触发装置用于确定在实际前置距离和当前行驶速度条件下驾驶员所需最适环境照度，由主控制器控制启闭，主控制器根据采集的速度和照度信息判断实际警告标志前置距离是否满足驾驶员安全行车的要求：若满足，则不启动照度补偿触发装置；若不能满足，启动照度补偿触发装置。

本发明提出的照度补偿装置采用多圈三角盘绕式LED灯带，照度补偿装置根据接收的触发信号启动相应的LED灯带，满足驾驶人对环境强度的不同需求。

本发明提出的主控制器需要判断驾驶员需要的前置距离与实际前置距离的关系，照度补偿触发装置需要确定在实际前置距离和行驶速度条件下驾驶员所需的最适环境照度，这些装置要实现上述功能，需要确定警告标志前置距离与环境照度和车辆行驶速度的关系，实施流程如下：

1）设计实验，探究环境照度和车辆速度对标志视认距离的耦合影响；

实验以急转弯警告标志为识别对象，通过改变环境照度和实验车辆的行驶速度，探究不同照度和速度组合下驾驶员的标志视认距离。其中，环境照度的变化范围是0.1-750lx(照度增量是50lx),车辆速度的变化范围是10-100km/h(速度增量是10km/h)。

2）根据实验数据，建立照度和速度耦合影响的标志视认距离模型；

根据实验采集的数据，利用Matlab绘制标志视认距离、环境照度和行驶速度三维曲面图，并对构造的曲面图进行拟合，确定照度和速度耦合影响的标志视认距离模型。

3）根据标志视认特点和安全行车要求确定警告标志前置距离；

在驾驶人视认标志的过程中，随着车辆的继续前进，驾驶人视线与警告标志的夹角不断增大，当驾驶人视线与警告标志的夹角增至驾驶人的视角阈值时，标志将从驾驶人视野中消失。因此，为了确保行驶的安全性，驾驶人应该在标志消失前完成标志认读工作，即标志认读距离与标志消失距离不超过标志视认距离。此外，为了保证标志设置的有效性，驾驶人应该在警告标志实施点之前完成认读、决策、反应和行动等一系列操作，即认读距离、决策距离、反应距离和行动距离之和不超过标志识认距离和标志前置距离之和。因此，将确定的标志视认距离代入上述两个约束条件即可得到合理的警告标志前置距离。

本发明的主要工作过程及原理：

1）雷达测速仪采集每一辆到达车辆的速度，光电式照度计采集环境照度；

2）雷达测速仪采集的速度信息被传送至主控制器，主控制器判断当前车辆是否超速，并向速度显示装置和速度警示装置传送相应指令。如果车辆没有超速，速度显示装置显示为“当前速度××”，此时不启动速度警示装置 ；如果车辆已超速，速度显示装置显示为“已经超速××”，同时启动速度警示装置，引起驾驶员的注意；

3）雷达测速仪采集的速度信息和光电式照度计采用的照度信息都被传送至主控制器。主控制器根据输入信息确定当前环境照度和行驶速度条件下保证驾驶人安全行驶的前置距离（记为安全前置距离），并判断实际前置距离与安全前置距离的关系：若实际前置距离大于安全前置距离，表明实际前置距离能满足保证当前车辆安全行驶的要求，即车辆可以在标志实施点前方完成视认标志的一系列操作。此时，系统执行步骤7；若实际前置距离小于安全前置距离，表明驾驶人无法在实际前置距离前方完成视认标志的一系列操作，此时，主控制器启动照度补偿触发装置，系统转为执行步骤4；

4）照度补偿触发装置根据接收的速度信息确定在实际前置距离条件下保证驾驶人安全行驶的最适环境照度，并判断最适照度与照度补偿装置极限照度的关系：若最适照度小于极限照度，照度补偿触发装置启动照度补偿装置，此时系统执行步骤5；若最适照度大于极限照度，照度补偿触发装置启动照度补偿装置，并将照度补偿装置的极限照度传送至主控制器，此时系统同时执行步骤5和步骤6；

5）照度补偿装置7根据照度补偿触发装置4发送的指令，启动相应的LED灯带，将警告标志照度调整至驾驶员所需的环境照度；

6）主控制器根据照度补偿触发装置发送的指令，确定在极限补偿照度和实际前置距离条件下保证驾驶员安全行驶的合理速度，并将建议速度通过速度显示装置反馈给驾驶员，速度显示装置显示为“建议速度××”；同时，启动速度警示装置，引起驾驶员的注意。

7）系统持续检查下一辆到达车辆的速度及其对应的照度信息：如果两分钟内没有车辆到达，照度补偿触发装置将照度补偿装置的照度调整至适合当前环境照度的默认值；如果有车辆达到，系统将执行步骤1）。

在实际中，不同天气状况（晴天、雨天或雾天）和同一天的不同时段（白天、黄昏或夜间）的环境照度不同，并且车辆到达警告标志附近的速度也基本不同，这些差异会影响驾驶人的标志视认距离，进而影响警告标志最小前置距离。基于此，本发明设计一种基于前置距离的警告标志光照强度动态补偿系统，根据采集的车辆信息（速度及其对应的环境照度）判断实际前置距离是否能满足该车辆安全行驶的要求，若不能满足，系统会进一步确定在实际前置距离条件下保证该车辆以当前速度行驶所需要的环境照度，并通过照度补偿装置将环境照度补偿至驾驶人所需的照度，从而提高标志可认读性，保证驾驶人在标志实施点前完成认读、决策、反应和行动等一系列操作。本发明通过调整照度补偿装置LED灯带的圈数改变警告标志的亮度，有效地解决了低照度条件下实际前置距离无法满足驾驶人安全行车要求的问题。