一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统及方法
阅读说明：本技术 一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统及方法 (Highway traffic safety early warning system and method based on vehicle-road cooperation ) 是由 黄松山 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明属于智能交通技术领域,尤其是一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统及方法,现提出如下方案,其包括位于地面上的第一支架和第二支架,所述第一支架和第二支架相互靠近的一侧固定连接有同一个连接板,所述连接板的底部固定连接有第一扫描仪,所述第一支架和第二支架相互靠近的一侧均固定连接有第二扫描仪,第一支架的一侧固定连接有固定座,本发明结构简单,通过将监控结构安装在车辆顶部能够实时对车辆进行监控,避免出现监控盲区,导致信息滞后性,而且通过控制中心对车辆的三维外形数据、自重、车速和路况等数据的分析能够计算出车辆最佳行驶速度,并还能够及时对车辆进行预警。(The invention belongs to the technical field of intelligent traffic, in particular to a highway traffic safety early warning system and a highway traffic safety early warning method based on vehicle-road cooperation, and the system and the method comprise a first bracket and a second bracket which are positioned on the ground, wherein one side, close to each other, of the first bracket and the second bracket is fixedly connected with the same connecting plate, the bottom of the connecting plate is fixedly connected with a first scanner, one side, close to each other, of the first bracket and the second bracket is fixedly connected with a second scanner, and one side of the first bracket is fixedly connected with a fixed seat. And can also early warn the vehicle in time.)
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统。
背景技术
高速公路中的事故往往由交通事件引起，交通事件可分为偶发性事件和常发性事件，偶发性事件包括交通事故、拥堵、逆行、车辆故障等，常发性事件包括车道限速、道路施工、道路湿滑等。根据交通事故白皮书，高速公路上由碰撞静止车辆、行人引起的事故比例高达 28％，再叠加其他事件信息，由事件引起的高速公路事故占比将会更高。在高速公路上一旦发生交通事件，就易诱发二次事故，据统计二次事故造成的人员伤亡和财产损失较一次交通事件更为严重。只有快速发现交通事件并迅速采取有效措施才能有效的避免二次事故的发生。
现有技术中，交通事件检测方法大多数为人工检测，人工检测方法包括专职人员巡检、人工监测闭路电视等，但这种方法不仅费时、费力，而且监测闭路电视是间隔放置，无法对检测范围外的道路情况进行检测，因此具有信息滞后性，另外无法根据车辆当前行驶情况及时给与驾驶建议，在前方发生交通事故时，不能及时给与驾驶员预警，进而可能导致连环追尾事故的发生，因此不适合现代化高速公路场景。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种实时检测、事前给与预警、能够根据驾驶环境、车速、自重等元素给以驾驶的全自动化的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，包括位于地面上的第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架相互靠近的一侧固定连接有同一个连接板，所述连接板的底部固定连接有第一扫描仪，所述第一支架和第二支架相互靠近的一侧均固定连接有第二扫描仪，第一支架的一侧固定连接有固定座，所述固定座的顶部设置有输送带，所述第一支架内设有通孔，所述输送带的上方放置有监控结构，所述输送带的一端贯穿通孔，所述第一支架和第二支架的一侧滑动连接有同一个升降臂，所述第一支架内设有用于控制升降臂升降的升降组件，所述升降臂内设有用于给车辆安装监控结构的安装组件，所述升降臂远离转动电机的一侧固定连接有摄像头。
所述升降组件包括设置在第一支架内的第一滑槽，所述第一滑槽内呈纵向转动连接有丝杆，所述丝杆的外壁固定套设有从动伞齿轮，所述第一支架内设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过主动伞齿轮与从动伞齿轮相啮合，所述第二支架内设有第二滑槽，所述第二滑槽内呈纵向固定连接有滑杆，所述滑杆的外壁滑动连接有滑块，所述丝杆的外壁螺纹套设有螺母，所述螺母和滑块远离第一支架的一侧均和升降臂固定连接。
所述安装组件包括设置在升降臂内的滑动槽，所述滑动槽的底部内壁滑动连接有滑动块，所述升降臂远离第一支架的一侧固定连接有转动电机，所述滑动槽的一侧内壁转动连接有链轮，所述转动电机的输出轴延伸至滑动槽内并和链轮的外侧通过链条传动连接，所述链条靠近滑动块的一侧固定连接有连接杆，所述滑动块内设有与连接杆相配合的第一矩形滑槽，所述滑动块的底部固定连接有滑动贯穿滑动槽底部的连接块。
所述升降臂的底部设有滑动板，所述滑动板内设有第二矩形滑槽，连接块的底端延伸至第二矩形滑槽内并和第二矩形滑槽的底部内壁滑动连接，所述第二矩形滑槽的一侧内壁固定连接有第一弹簧，且第一弹簧的另一端与连接块固定连接，所述滑动板的底部滑动连接有滑动底板，所述滑动底板的底部固定连接有机械爪，所述滑动板的底部一侧固定连接有电动伸缩杆，且电动伸缩杆的活塞杆与滑动底板固定连接。
所述监控结构包括壳体，所述壳体内设有控制子芯片，所述壳体的顶部固定连接有测速仪和定位器，所述壳体的一侧设有监控探头，所述壳体的底部等距设有多个套筒，所述套筒内固定连接有电磁铁，当监控结构放置在车辆顶部时，开启电磁铁，电磁铁通过磁性，将监控结构吸附在车辆的顶部。
所述滑动板的顶部固定连接有两个相对称的垫块，且垫块的顶部与升降臂的底部相碰触，在连接块带动滑动板滑动时，通过垫块能够避免滑动板出现晃动。
所述壳体的底部固定连接有吸盘，在通过电磁铁将监控结构吸附在车辆顶部时，壳体向下挤压吸盘，通过吸盘能够加深壳体和车辆之间的稳固性。
所述套筒的底部固定连接有棉垫，当监控结构吸附在车辆顶部时，通过棉垫避免套筒在车辆上造成划痕。
所述第一支架和第二支架之间设有凹槽，所述凹槽内滑动连接有称重板，所述凹槽的底部内壁等距设有多个第二弹簧，且第二弹簧的顶端与称重板的底部固定连接，所述凹槽的底部内壁固定连接有相对称的两个重力感应器，当车辆位于称重板上时，通过称重板、第二弹簧和重力感应器的配合能够测量出车辆的自重，方便后期控制中心根据车辆的三维外形、车速和路况计算出车辆的最佳行驶速度。
所述一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的使用方法，它包括以下步骤：
S1、当车辆行驶进入第一支架和第二支架之间时，车辆位于称重板上方，车辆的自重带动称重板向下滑动，通过重力感应器能够测量车辆的重量，而摄像头拍摄到车辆的车牌号；
S2、启动驱动电机，驱动电机通过主动伞齿轮和从动伞齿轮相啮合，驱动电机带动从动伞齿轮和丝杆转动，且丝杆和螺母螺纹连接，随着丝杆的转动，升降臂开始向下方滑动，启动转动电机，转动电机通过链条带动链轮转动，进而链条能够通过连接杆带动滑动块和连接块沿着滑动槽的轨迹移动；
S3、在滑动块带动滑动板向左移动时，滑动板与第一支架相碰触，滑动板的斜边与第一支架的一侧接触，能够带动滑动板在升降臂的底部向一侧滑动，此时第一弹簧开始拉伸，接着启动输送带，输送带对监控结构进行输送，而此时机械爪位于监控结构的正上方，然后升降臂继续带动滑动板和机械爪下降，通过机械爪夹持监控结构；
S4、接着驱动电机反向转动，机械爪夹持监控结构向上移动，转动电机开始反向转动，滑动块带动机械爪和监控结构向反方向移动，滑动板失去第一支架的阻挡，滑动板在第一弹簧的作用下开始复位，直至滑动板位于车辆的正上方，然后启动电动伸缩杆，电动伸缩杆推动机械爪在滑动板上进行一定距离的移动，调整监控结构位于车辆顶部的位置，然后升降臂带动机械爪向下移动，将监控结构放置在车辆的顶部，启动电磁铁，通过电磁铁的磁性，将监控结构吸附在车辆的顶部；
S5、当车辆从称重板上驶出时，第一扫描仪和第二扫描仪能够检测到车辆的外形，控制中心将重力感应器检测到的车辆自重、车牌号和车辆三维外形与监控结构进行关联；
S6、在车辆行驶时，监控探头能够实时监测车辆行驶路况，测速仪能够实时监测车辆车速，并将数据传输至控制中心，控制中心通过对车辆自重、车辆三维外形、车速、路况等元素进行计算，给予驾驶员行驶的车速范围，避免车辆速度过快，进而无法掌控车辆，当前方发生事故时，控制中心计算事故距离与车辆行驶速度，通过监控结构给予驾驶员进行预警，使车辆减速、保持车距，避免出现连环追尾，当车辆下高速公路时，能够对监控结构进行回收。
本发明具有以下优点：
1、该一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，通过第一扫描仪和第二扫描仪能够检测出车辆的外形三维数据，且重力感应器能够测量出测量的自重，进而能够计算出车辆行驶的速度范围，避免车辆速度过快。
2、该一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，通过在车辆的顶部放置监控结构，能够实时检测车辆的车速及路况，避免在监测闭路电视盲区无法对车辆进行监控。
3、该一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，通过在监控结构的底部设有多个电磁铁，能够使监控结构紧紧的吸附在车辆的顶部，且监控结构吸附在车辆顶部时，对吸盘形成挤压，进一步通过吸盘加深监控结构与车辆的稳固性。
4、该一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，通过在监控结构中设有监控探头、测速仪和定位器，能够在车辆行驶时实时监控车辆的行驶速度、路况和位置，并将数据传输至控制中心，方便控制中心能够及时的对车辆进行行驶建议与预警。
5、该一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，在套筒的底部设有棉垫，当监控结构吸附在车辆顶部时，通过棉垫避免套筒在车辆上造成划痕。
6、该一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，通过在滑动板的顶部设有两个垫块，通过垫块与升降臂的碰触，从而能够使滑动板在滑动时，避免出现晃动现象，进而使滑动板从连接块上脱离。
本发明结构简单，通过将监控结构安装在车辆顶部能够实时对车辆进行监控，避免出现监控盲区，导致信息滞后性，而且通过控制中心对车辆的三维外形数据、自重、车速和路况等数据的分析能够计算出车辆最佳行驶速度，并还能够及时对车辆进行预警。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的主视剖视图；
图2为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的三维结构图；
图3为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的A-A剖视图；
图4为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的升降臂和滑动板的B-B剖视图；
图5为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的C处放大图；
图6为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的监控结构的主视剖视图；
图7为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的监控结构的D方向视图；
图8为本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的系统框图；
图9为实施案例二的本发明提出的一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的主视剖视图。
图中：1、第一支架；2、第一滑槽；3、丝杆；4、从动伞齿轮； 5、驱动电机；6、第二支架；7、第二滑槽；8、滑杆；9、螺母；10、滑块；11、升降臂；12、连接板；13、第一扫描仪；14、第二扫描仪； 15、固定座；16、输送带；17、通孔；18、监控结构；19、滑动槽； 20、滑动块；21、第一矩形滑槽；22、转动电机；23、链轮；24、链条；25、连接杆；26、连接块；27、滑动板；28、第二矩形滑槽；29、第一弹簧；30、滑动底板；31、机械爪；32、电动伸缩杆；33、摄像头；34、壳体；35、监控探头；36、控制子芯片；37、测速仪；38、定位器；39、套筒；40、电磁铁；41、凹槽；42、称重板；43、第二弹簧；44、重力感应器；45、棉垫；46、吸盘；47、垫块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1-8，一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，包括位于地面上的第一支架1和第二支架6，第一支架1和第二支架 6相互靠近的一侧固定连接有同一个连接板12，连接板12的底部固定连接有第一扫描仪13，第一支架1和第二支架6相互靠近的一侧均固定连接有第二扫描仪14，第一支架1的一侧固定连接有固定座 15，固定座15的顶部设置有输送带16，第一支架1内设有通孔17，输送带16的上方放置有监控结构18，输送带16的一端贯穿通孔17，第一支架1和第二支架6的一侧滑动连接有同一个升降臂11，第一支架1内设有用于控制升降臂11升降的升降组件，升降臂11内设有用于给车辆安装监控结构18的安装组件，升降臂11远离转动电机 22的一侧固定连接有摄像头33。
本发明中，升降组件包括设置在第一支架1内的第一滑槽2，第一滑槽2内呈纵向转动连接有丝杆3，丝杆3的外壁固定套设有从动伞齿轮4，第一支架1内设有驱动电机5，驱动电机5的输出轴通过主动伞齿轮与从动伞齿轮4相啮合，第二支架6内设有第二滑槽7，第二滑槽7内呈纵向固定连接有滑杆8，滑杆8的外壁滑动连接有滑块10，丝杆3的外壁螺纹套设有螺母9，螺母9和滑块10远离第一支架1的一侧均和升降臂11固定连接。
本发明中，安装组件包括设置在升降臂11内的滑动槽19，滑动槽19的底部内壁滑动连接有滑动块20，升降臂11远离第一支架1 的一侧固定连接有转动电机22，滑动槽19的一侧内壁转动连接有链轮23，转动电机22的输出轴延伸至滑动槽19内并和链轮23的外侧通过链条24传动连接，链条24靠近滑动块20的一侧固定连接有连接杆25，滑动块20内设有与连接杆25相配合的第一矩形滑槽21，滑动块20的底部固定连接有滑动贯穿滑动槽19底部的连接块26。
本发明中，升降臂11的底部设有滑动板27，滑动板27内设有第二矩形滑槽28，连接块26的底端延伸至第二矩形滑槽28内并和第二矩形滑槽28的底部内壁滑动连接，第二矩形滑槽28的一侧内壁固定连接有第一弹簧29，且第一弹簧29的另一端与连接块26固定连接，滑动板27的底部滑动连接有滑动底板30，滑动底板30的底部固定连接有机械爪31，滑动板27的底部一侧固定连接有电动伸缩杆32，且电动伸缩杆32的活塞杆与滑动底板30固定连接。
本发明中，监控结构18包括壳体34，壳体34内设有控制子芯片36，壳体34的顶部固定连接有测速仪37和定位器38，壳体34的一侧设有监控探头35，壳体34的底部等距设有多个套筒39，套筒 39内固定连接有电磁铁40，当监控结构18放置在车辆顶部时，开启电磁铁40，电磁铁40通过磁性，将监控结构18吸附在车辆的顶部。
本发明中，通过在车辆的顶部放置监控结构18，能够实时检测车辆的车速及路况，避免在监测闭路电视盲区无法对车辆进行监控。
本发明中，通过在监控结构18中设有监控探头35、测速仪37 和定位器38，能够在车辆行驶时实时监控车辆的行驶速度、路况和位置，并将数据传输至控制中心，方便控制中心能够及时的对车辆进行行驶建议与预警。
本发明中，滑动板27的顶部固定连接有两个相对称的垫块47，且垫块47的顶部与升降臂11的底部相碰触，在连接块26带动滑动板27滑动时，通过垫块47能够避免滑动板27出现晃动。
本发明中，壳体34的底部固定连接有吸盘46，在通过电磁铁40 将监控结构18吸附在车辆顶部时，壳体34向下挤压吸盘46，通过吸盘46能够加深壳体34和车辆之间的稳固性。
本发明中，通过在监控结构18的底部设有多个电磁铁40，能够使监控结构18紧紧的吸附在车辆的顶部，且监控结构18吸附在车辆顶部时，对吸盘46形成挤压，进一步通过吸盘46加深监控结构18 与车辆的稳固性。
本发明中，套筒39的底部固定连接有棉垫45，当监控结构18 吸附在车辆顶部时，通过棉垫45避免套筒39在车辆上造成划痕。
一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统的使用方法，它包括以下步骤：
S1、当车辆行驶进入第一支架1和第二支架6之间时，车辆位于称重板42上方，车辆的自重带动称重板42向下滑动，通过重力感应器44能够测量车辆的重量，而摄像头33拍摄到车辆的车牌号；
S2、启动驱动电机5，驱动电机5通过主动伞齿轮和从动伞齿轮 4相啮合，驱动电机5带动从动伞齿轮4和丝杆3转动，且丝杆3和螺母9螺纹连接，随着丝杆3的转动，升降臂11开始向下方滑动，启动转动电机22，转动电机22通过链条24带动链轮23转动，进而链条24能够通过连接杆25带动滑动块20和连接块26沿着滑动槽 19的轨迹移动；
S3、在滑动块20带动滑动板27向左移动时，滑动板27与第一支架1相碰触，滑动板27的斜边与第一支架1的一侧接触，能够带动滑动板27在升降臂11的底部向一侧滑动，此时第一弹簧29开始拉伸，接着启动输送带16，输送带16对监控结构18进行输送，而此时机械爪31位于监控结构18的正上方，然后升降臂11继续带动滑动板27和机械爪31下降，通过机械爪31夹持监控结构18；
S4、接着驱动电机5反向转动，机械爪31夹持监控结构18向上移动，转动电机22开始反向转动，滑动块20带动机械爪31和监控结构18向反方向移动，滑动板27失去第一支架1的阻挡，滑动板 27在第一弹簧29的作用下开始复位，直至滑动板27位于车辆的正上方，然后启动电动伸缩杆32，电动伸缩杆32推动机械爪31在滑动板27上进行一定距离的移动，调整监控结构18位于车辆顶部的位置，然后升降臂11带动机械爪31向下移动，将监控结构18放置在车辆的顶部，启动电磁铁40，通过电磁铁40的磁性，将监控结构18 吸附在车辆的顶部；
S5、当车辆从称重板42上驶出时，第一扫描仪13和第二扫描仪 14能够检测到车辆的外形，控制中心将重力感应器44检测到的车辆自重、车牌号和车辆三维外形与监控结构18进行关联；
S6、在车辆行驶时，监控探头35能够实时监测车辆行驶路况，测速仪37能够实时监测车辆车速，并将数据传输至控制中心，控制中心通过对车辆自重、车辆三维外形、车速、路况等元素进行计算，给予驾驶员行驶的车速范围，避免车辆速度过快，进而无法掌控车辆，当前方发生事故时，控制中心计算事故距离与车辆行驶速度，通过监控结构18给予驾驶员进行预警，使车辆减速、保持车距，避免出现连环追尾，当车辆下高速公路时，能够对监控结构18进行回收。
实施例二：如图9所示，一种基于车路协同的高速公路交通安全预警系统，本实施例与实施例一的区别在于：第一支架1和第二支架 6之间设有凹槽41，凹槽41内滑动连接有称重板42，凹槽41的底部内壁等距设有多个第二弹簧43，且第二弹簧43的顶端与称重板42的底部固定连接，凹槽41的底部内壁固定连接有相对称的两个重力感应器44，当车辆位于称重板42上时，通过称重板42、第二弹簧 43和重力感应器44的配合能够测量出车辆的自重，方便后期控制中心根据车辆的三维外形、车速和路况计算出车辆的最佳行驶速度。
本发明中，通过第一扫描仪13和第二扫描仪14能够检测出车辆的外形三维数据，且重力感应器44能够测量出测量的自重，进而能够计算出车辆行驶的速度范围，避免车辆速度过快。
工作原理：当车辆行驶进入第一支架1和第二支架6之间时，车辆位于称重板42上方，车辆的自重带动称重板42向下滑动，通过重力感应器44能够测量车辆的重量，而摄像头33拍摄到车辆的车牌号，启动驱动电机5，驱动电机5通过主动伞齿轮和从动伞齿轮4相啮合，驱动电机5带动从动伞齿轮4和丝杆3转动，且丝杆3和螺母9螺纹连接，随着丝杆3的转动，升降臂11开始向下方滑动，启动转动电机22，转动电机22通过链条24带动链轮23转动，进而链条24能够通过连接杆25带动滑动块20和连接块26沿着滑动槽19的轨迹移动，在滑动块20带动滑动板27向左移动时，滑动板27与第一支架 1相碰触，滑动板27的斜边与第一支架1的一侧接触，能够带动滑动板27在升降臂11的底部向一侧滑动，此时第一弹簧29开始拉伸，接着启动输送带16，输送带16对监控结构18进行输送，而此时机械爪31位于监控结构18的正上方，然后升降臂11继续带动滑动板 27和机械爪31下降，通过机械爪31夹持监控结构18，接着驱动电机5反向转动，机械爪31夹持监控结构18向上移动，转动电机22 开始反向转动，滑动块20带动机械爪31和监控结构18向反方向移动，滑动板27失去第一支架1的阻挡，滑动板27在第一弹簧29的作用下开始复位，直至滑动板27位于车辆的正上方，然后启动电动伸缩杆32，电动伸缩杆32推动机械爪31在滑动板27上进行一定距离的移动，调整监控结构18位于车辆顶部的位置，然后升降臂11带动机械爪31向下移动，将监控结构18放置在车辆的顶部，启动电磁铁40，通过电磁铁40的磁性，将监控结构18吸附在车辆的顶部，当车辆从称重板42上驶出时，第一扫描仪13和第二扫描仪14能够检测到车辆的外形，控制中心将重力感应器44检测到的车辆自重、车牌号和车辆三维外形与监控结构18进行关联，在车辆行驶时，监控探头35能够实时监测车辆行驶路况，测速仪37能够实时监测车辆车速，并将数据传输至控制中心，控制中心通过对车辆自重、车辆三维外形、车速、路况等元素进行计算，给予驾驶员行驶的车速范围，避免车辆速度过快，进而无法掌控车辆，当前方发生事故时，控制中心计算事故距离与车辆行驶速度，通过监控结构18给予驾驶员进行预警，使车辆减速、保持车距，避免出现连环追尾，当车辆下高速公路时，能够对监控结构18进行回收。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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