一种应急安全防护预警系统的制作方法

本发明涉及交通运输控制技术领域，尤其是涉及一种应急安全防护预警系统。

背景技术：

由基础设施损坏、异物入侵、运行组织不当造成的车-车、人-车、车-物碰撞应急交通事故正成为主要的事故缘由，而且由上述事故造成的二次事故正成为交通安全事故的另一主要因素。

当前的应急交通控制手段存在以下不足：

1、载具(即交通工具)的不断提速，使得交通参与者准确感知交通运行状况并做出合理反应的时间越来越短，通过在视距范围内观察交通运行状况的感知方式，存在有严重的安全隐患。

2、当前的警示手段主要通过vms(variablemessagesign，可变情报板)、布设交通锥、对运行组织进行调整等手段进行应急信息发布，这些手段均是单向地对驾驶人进行信息发布，而没有对在场的工作人员、沿线人员进行信息反馈，存在安全风险，实质上是一种开环的控制方式。

3、由于驾驶员在驾驶过程中注意力高度集中，存在忽视临时警示信息的现象，因此，控制效果有限。即使观察到了警示信息，往往也因为反应时间过短，载具行驶速度过快，而难以避让，造成恶性事故。

因此如何有效地对应急交通状况进行闭环控制，同时提供多样化的信息发布手段，保证信息传播路径冗余，对交通参与各方进行充分的安全预警防护，提升交通系统安全性、可靠性，降低事故风险，为交通参与各方应对应急交通事故提供充分的反应时间，对于运营管理者和交通参与各方者均有重大意义。上述弊端正是本发明所要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应急安全防护预警系统，有效地对应急交通状况进行闭环控制，对交通参与各方进行充分的安全预警防护，提升交通系统安全性、可靠性，降低事故风险，为交通参与各方应对应急交通事故提供充分的反应时间。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种应急安全防护预警系统，用于对现场工作人员、沿线人员和载具驾驶员发出预警，包括两两间可实现双向通信的防护终端、载具终端和地面防护中继端，其中，

防护终端设置于应急安全防护地点，用于接收载具信息，发送并授权载具临时移动权限，获取并发送报文信息，并产生灯光预警信号和语音预警信号；

载具终端设置在对应的载具上，与所述防护终端、地面防护中继端或其他载具终端通信连接，用于解析本载具位置，接收临时移动权限，获取并发送报文信息，产生灯光预警信号和语音预警信号，并向外发送本载具运行状态信息；

地面防护中继端沿路线间隔式设置，在防护终端和载具终端之间进行双向交互信息的接力传递，以扩大防护半径，用于发射警示测距信号，并产生灯光预警信号和语音预警信号。

进一步地，所述临时移动权限包括最大行驶位置和临时限速。

进一步地，所述地面防护中继端至少设置0个。

进一步地，所述地面防护中继端的设置数量根据应急安全防护预警范围d确定，所述应急安全防护预警范围d满足以最大限速行驶最大反应预留时间的最大限速行驶距离：

式中，δti为第i个相邻地面防护中继端间或地面防护中继端与防护终端间信号传播的时间，c为光速。

进一步地，所述防护终端包括第一移动电源模块、第一信息处理模块、第一灯光警示模块、第一语音警示模块、人机操作界面模块和全向无线电收发模块，其中，

第一移动电源模块用于为防护终端各模块供电；

第一信息处理模块用于处理全向无线电收发模块接收的信息和人机操作界面模块输入的信息，计算载具到达当前位置的时间信息，并驱动第一灯光警示模块和第一语音警示模块进行相应预警；

第一灯光警示模块与第一信息处理模块连接，用于通过视觉警示方式，产生与载具到达当前位置时间相对应的灯光预警信号；

第一语音警示模块与第一信息处理模块连接，用于通过听觉警示方式，产生与所述灯光信号相应的语音预警信号；

人机操作界面模块与第一信息处理模块连接，显示载具信息，获取对特定载具的临时移动权限和报文信息；

全向无线电收发模块与第一信息处理模块连接，用于接收载具信息，发射警示测距信号、报文信息和临时移动权限信息。

进一步地，所述地面防护中继端包括第二移动电源模块、第二信息处理模块、第二灯光警示模块、第二语音警示模块、第一定向无线电收发模块和第二定向无线电收发模块，其中，

第二移动电源模块用于为地面防护中继端各模块供电；

第二信息处理模块用于处理第一定向无线电收发模块和第二定向无线电收发模块接收的信息，计算载具到达当前位置的时间信息，并驱动第二灯光警示模块和第二语音警示模块进行相应预警；

第二灯光警示模块与第二信息处理模块连接，用于通过视觉警示方式，产生与载具到达当前位置时间相对应的灯光预警信号；

第二语音警示模块与第二信息处理模块连接，用于通过听觉警示方式，产生与所述灯光信号相应的语音预警信号；

第一定向无线电收发模块与第二信息处理模块连接，用于接收安全防护侧的警示测距信号和防护终端信号，并向背向安全防护侧转发防护终端信号，同时，向背向安全防护侧发射警示测距信号和距离测量信息；

第二定向无线电收发模块与第二信息处理模块连接，用于接收背向安全防护侧载具终端信号或其他地面防护中继端信号，并向安全防护侧转发。

进一步地，所述第二灯光警示模块还包括用于显示中继链路是否畅通的链路指示灯。

进一步地，所述载具终端包括第三移动电源模块、第三信息处理模块、第三灯光警示模块、第三语音警示模块、dmi模块、第三定向无线电收发模块和第四定向无线电收发模块，其中，

第三移动电源模块用于为载具终端各模块供电；

第三信息处理模块用于处理第三定向无线电收发模块和第四定向无线电收发模块接收的信息和dmi模块输入的信息，计算载具到安全防护位置的时间信息，并驱动第三灯光警示模块和第三语音警示模块进行相应预警；

第三灯光警示模块与第三信息处理模块连接，，用于通过视觉警示方式，产生与载具到达当前位置时间相对应的灯光预警信号；

第三语音警示模块与第三信息处理模块连接，用于通过听觉警示方式，产生与所述灯光信号相应的语音预警信号；

dmi模块与第三信息处理模块连接，显示临时移动权限、报文内容、时间信息和距离信息，并接收编辑的报文信息；

第三定向无线电收发模块与第三信息处理模块连接，用于接收安全防护侧警示测距信号、防护终端信号和地面防护中继端信号，并向安全防护侧发送载具自身运动信息和测距信息；

第四定向无线电收发模块与第三信息处理模块连接，用于接收其他载具终端信号，并向背向安全防护侧发射警示测距信号。

进一步地，所述防护终端和地面防护中继端中，灯光预警信号具体为：

绿灯常亮表示5分钟内无载具通过，绿灯闪烁表示载具5分钟后经过当前位置，黄灯常亮表示载具4分钟后经过当前位置，黄灯闪烁表示载具3分钟后经过当前位置，红灯闪烁表示载具2分钟后经过当前位置，红灯常亮表示载具1分钟后经过当前位置。

进一步地，所述载具终端中，灯光预警信号具体为：

绿灯常亮表示当前路径没有安全防护路段，绿灯闪烁表示载具5分钟后经过安全防护位置，黄灯常亮表示载具4分钟后经过安全防护位置，黄灯闪烁表示载具3分钟后经过安全防护位置，红灯闪烁表示载具2分钟后经过安全防护位置，红灯常亮表示载具1分钟后经过安全防护位置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明设置有防护终端和地面防护中继端，可对防护现场工作人员和沿线人员均进行信息反馈，实现闭环控制，降低安全风险。

2、本发明通过防护终端、地面防护中继端和载具终端之间的双向通信，有效地对应急交通状况进行信息发布，信息传播路径冗余，对交通参与各方进行充分的安全预警防护，提升交通系统安全性、可靠性。

3、因为无线电的直线传播和功率的限制，仅靠单一的无线电发射器覆盖范围较小，本发明可设置多个地面防护中继端，实现中继功能，起到在信息传递的纽带、中继、接力作用，扩大防护半径，通过扩大应急安全防护预警范围的方式提高预警安全性。

4、本发明同时具有灯光预警信号和语音预警信号，提供多样化的信息发布手段，进一步提升交通系统安全性、可靠性，降低事故风险，减少人员伤亡的目的。

5、本发明根据载具到达时间产生相对应的灯光预警信号，形成多级预警，留足充分的预警和反应时间，从而有效减小二次事故的发生风险。

6、本发明优化操作流程，为交通参与各方应对应急交通事故提供充分的反应时间，针对不同场景下的应急事故，提升交通系统安全性、可靠性。

附图说明

图1是本发明的架构示意图；

图2是本发明的防护终端的架构示意图；

图3是本发明的地面防护中继端的架构示意图；

图4是本发明的载具终端的架构示意图；

图5是本发明的地-车应急安全防护预警的示意图；

图6是本发明的车-车应急安全防护预警的示意图；

图7是本发明的车-地-车应急安全防护预警的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明提供一种应急安全防护预警系统，用于对现场工作人员、沿线人员和载具驾驶员发出预警，包括两两间可实现双向通信的防护终端10、载具终端30和地面防护中继端20。

防护终端10与地面防护中继端20和载具终端30通信，授权载具临时移动权限，编辑并发送报文信息，通过灯光、声音对工作人员进行预警；地面防护中继端20可设置多个，构成传播链路，接力传递从防护终端10和载具终端30发送的信息，并发射警示测距无线电波，通过灯光、声音对沿线人员进行预警；载具终端30，与防护终端10、地面防护中继端20和其他载具终端30互相通信，解析载具自身位置，接收临时移动权限，编辑并发送报文信息，并向外发送本车运行状态信息。

在所述应急安全防护预警系统中，地面防护中继端20沿路线间隔式设置，用于发射警示测距信号，在防护终端10和载具终端20之间进行双向交互信息的传递，通过灯光、声音对沿线人员进行预警。防护终端10用于接收载具位置信息，发送并授权载具临时移动权限，编辑并发送报文信息，通过灯光、声音对工作人员进行预警。载具终端20设置在对应的载具上，用于接收地面防护中继端信号、防护终端信号和其他载具终端信号，解析本载具位置，接收临时移动权限，编辑并发送报文信息，并向外发送本载具运行状态信息，所述临时移动权限包括最大行驶位置、临时限速。

本载具位置通过计算防护终端和载具终端间里程l的方式进行描述，具体如下：

式中：m为载具终端和防护终端间地面防护中继端的个数，δt1为防护终端发射的警示测距信号传输时间，i≥2时，δti为第i-1个地面防护中端警示测距信号的传输时间，δtm+1为载具终端接收到的第m个地面防护终端发射的警示测距信号传输时间，c为光速。

临时移动权限中的最大行驶位置由工作人员视现场具体情况确定，当线路具备通过能力时，不予以限制，当线路不具备通过能力时，最大行驶位置应为距离防护终端所在地处，靠近安全侧200m以上距离为宜；临时限速由工作人员视现场具体情况确定，当线路不具备同行能力时，要求到达最大安全距离处速度为0km/h，当线路具备通过能力时，临时限速为保证安全前提下的最大速度，一般设置为20km/h。

如图2所示，防护终端10包含以下部分：

第一移动电源模块110，用于为防护终端各模块供电；

第一信息处理模块120，用于处理全向无线电收发模块160接收的信息和人机操作界面模块150输入的信息，计算载具到达当前位置的时间信息，并驱动第一灯光警示模块130、第一语音警示模块140进行相应预警；

第一灯光警示模块130，与第一信息处理模块120相连通，用于通过视觉警示的方式，提示工作人员载具到达当前位置的时间，绿灯常亮表示没有车辆，绿灯闪烁表示载具5分钟后经过当前位置，黄灯常亮表示载具4分钟后经过当期位置，黄灯闪烁表示载具3分钟后经过当前位置，红灯闪烁表示载具2分钟后经过当前位置，红灯常亮表示载具1分钟后经过当前位置；

第一语音警示模块140，与第一信息处理模块120相连通，用于通过听觉警示的方式，提示工作人员载具到达当前位置的时间，自动播报“车辆在x分钟后即将通过”，没有车辆时，第一语音警示模块保持静默；

人机操作界面模块150，与第一信息处理模块120相连通，显示载具终端发送的信息内容、载具编号、时间信息，并生成对特定载具的临时移动权限，编辑对特定载具的报文信息；

全向无线电收发模块160，与第一信息处理模块120相连通，用于接收地面防护中继端信息、载具终端信息，发射警示测距信号、报文信息和临时移动权限信息。警示测距信号采用协议的方式，发射含有发射时间戳的短文，接收方根据警示测距信号发射时间和到达时间时间差进行距离计算。

如图3所示，地面防护中继端20包含以下部分：

第二移动电源模块210，用于为防护终端各模块供电；

第二信息处理模块220，用于处理第一定向无线电收发模块250和第二定向无线电收发模块260接收的信息，计算载具到达当前位置的时间信息，并驱动第二灯光警示模块230、第二语音警示模块240进行相应预警；

第二灯光警示模块230，与第二信息处理模块220相连通，用于通过视觉警示的方式提示沿线人员载具到达当前位置的时间，绿灯常亮表示没有车辆，绿灯闪烁表示载具5分钟后经过当前位置，黄灯常亮表示载具4分钟后经过当期位置，黄灯闪烁表示载具3分钟后经过当前位置，红灯闪烁表示载具2分钟后经过当前位置，红灯常亮表示载具1分钟后经过当前位置；

第二语音警示模块240，与信第二信息处理模块220相连通，用于通过听觉警示的方式提示沿线人员载具到达当前位置的时间，自动播报“车辆在x分钟后即将通过”，没有车辆时，第二语音警示模块保持静默；

第一定向无线电收发模块250，与第二信息处理模块220相连通，用于接收安全防护侧的警示测距信号和防护终端信号，并向背向安全防护侧转发防护终端信号，同时，向背向安全防护侧发射警示测距信号和距离测量信息；

第二定向无线电收发模块260，与第二信息处理模块220相连通，用于接收背向安全防护侧载具终端信号、其他地面防护中继端信号，并向安全防护侧转发。

在某些实施例中，所述地面防护中继端的第二灯光警示模块还包括链路指示灯，当中继链路保持畅通时，链路指示灯显示绿色，否则，链路指示灯显示红色。所述中继链路指的是防护终端、地面防护中继端、载具终端之间构成的无线电通信通道。

地面防护中继端20的摆放位置需根据地形、通视性条件、应急安全防护预警范围进行设置。防护终端10、载具终端30和地面防护中继端20的有效警示预警范围与最大可传输距离相关，是有限的，可通过设置多个地面防护中继端20来扩大应急安全防护预警范围，沿某一方向的应急安全防护预警范围d按照下式计算：

式中，δti为第i个相邻地面防护中继端间或地面防护中继端与防护终端间信号传播的时间，c为光速，一般取30×10⁴km/h。

要求应急安全防护预警范围d的覆盖范围满足以最大限速行驶最大反应预留时间的最大限速行驶距离，即：

如图4所示，载具终端30包含以下部分：

第三移动电源模块310，用于为载具终端各模块供电；

第三信息处理模块320，用于处理第三定向无线电收发模块360和第四定向无线电收发模块370接收的信息和dmi模块输入的信息，计算载具到安全防护位置的时间信息，并驱动灯光警示模块、语音警示模块进行相应预警；

第三灯光警示模块330，与第三信息处理模块320相连通，用于通过视觉警示的方式，提示驾驶员载具到达安全防护位置的时间，绿灯常亮表示当前路径没有安全防护路段，绿灯闪烁表示载具5分钟后经过安全防护位置，黄灯常亮表示载具4分钟后经过安全防护位置，黄灯闪烁表示载具3分钟后经过安全防护位置，红灯闪烁表示载具2分钟后经过安全防护位置，红灯常亮表示载具1分钟后经过安全防护位置；

第三语音警示模块340，与第三信息处理模块320相连通，用于通过听觉警示的方式，提示驾驶员载具到达安全防护位置的时间，自动播报“车辆在x分钟后即将通过”，没有车辆时，第三语音警示模块保持静默；

dmi模块350，与第三信息处理模块320相连通，显示防护终端发送的临时移动权限、报文内容、时间信息、距离信息，对报文信息进行编辑；

第三定向无线电收发模块360，与第三信息处理模块相320连通，用于接收安全防护侧警示测距信号、防护终端信号和地面防护中继端信号，向安全防护侧发送载具自身运动信息、测距信息；

第四定向无线电收发模块370，与第三信息处理模块320相连通，用于接收其他载具终端信号，并向背向安全防护侧发射警示测距信号。

由于防护终端10、载具终端30和地面防护中继端20两两之间可相互通信，所以本发明的应急安全防护预警系统可应用于多种应急场景中，包括地-车应急安全防护预警场景、车-车应急安全防护预警场景、车-地-车应急安全防护预警场景等。

如图5所示，地-车应急安全防护预警场景下，该应急安全防护预警系统的布设实施如下：

在应急安全防护地点400处布设防护终端410，防护终端410通过全向无线电收发模块向周围发射警示测距信号、临时移动权限；

载具430所属载具终端431接收到通过地面防护中继端421、422接力传递的由防护终端410发送的载具临时移动权限、报文信息和最近的地面防护中继端422发射的警示测距信号，计算载具430距离各个地面防护中继端和防护终端410的距离，执行临时移动权限命令，向外发送本车运行状态信息，图中432为载具终端431的第四定向无线电收发模块；

对向的载具450、载具终端451、第四定向无线电收发模块452、地面防护中继端441执行相同的流程；

防护终端410根据测距信息，通过所属灯光警示模块、语音警示模块向工作人员发布安全防护预警信息；地面防护中继端422、421、441根据测距信息，通过所属灯光警示模块、语音警示模块向沿线人员发布安全防护预警信息；载具终端431、451根据测距信息，通过所属灯光警示模块、语音警示模块向驾驶员发布安全防护预警信息。

如图6所示，载具发生异常，但可离开线路的安全防护预警场景为车-车应急安全防护预警场景，应急安全防护预警系统的布设实施如下：

载具500发生异常，但可自行离开线路，载具终端510向外发送本车运行状态，并通过载具终端510的第四定向无线电收发模块520向后发射警示测距信号；

载具600为载具500后方最近载具，所属载具终端610接收到载具500异常信息，并计算间距，通过所属灯光警示模块、语音警示模块向驾驶员进行应急安全防护预警，并通过其第四定向无线电收发模块620继续向后传递信号。

如图7所示，在图6实施例的基础上，当载具发生异常，瘫痪在线路上无法移动的安全防护预警场景为车-地-车应急安全防护预警场景，该应急安全防护预警系统的布设实施如下：

载具500发生异常，瘫痪在线路上无法移动，载具终端510向外发送本车运行状态，并通过载具终端510的第四定向无线电收发模块520向后发射警示测距信号；

驾驶员在载具所在线路的行驶方向布设地面防护中继端710、720，以扩大应急安全防护预警范围；

载具600为载具500后方最近载具，所属载具终端610接收到通过地面防护中继端710、720中继传播的载具500异常信息，并计算间距，通过所属灯光警示模块、语音警示模块向驾驶员进行应急安全防护预警，并通过其第四定向无线电收发模块620继续向后传递信号。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。