本发明涉及隧道交通领域，尤其涉及一种预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统。
背景技术：
隧道属于半封闭环境，汽车在驶入隧道和驶出隧道时光线明暗交替的变化幅度很大，因人眼无法快速适应光纤明暗的骤变，驶入隧道时极易产生“黑洞效应”，驶出隧道极易产生“白洞效应”，在“黑白洞效应”持续期间，驾驶人员无法看清路况，即盲开状态，加之高速公路上行车速度快，故高速公路的隧道入口段和隧道出口段交通事故频发；为缓解高速公诉隧道口交通事故频发，专利号2016210363006公开了一种高速公路隧道出入口防追尾装置，通过对隧道口的车辆进行测速，并将发生紧急情况的车辆的紧急减速信息传输给即将驶入或驶出隧道的车辆，以此来提醒驾驶人员，但该方法实施的前提能接受上述提示信息的车辆必须是已经安装了zigbee协调器和语音报警器的车辆，而非即将驶入或驶出隧道的所有车辆，故上述方法不具有普适性。
因此，亟需一种能对即将驶入或驶出隧道的所有车辆进行提示从而减少高速路隧道口交通事故数量的预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统和方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种能够帮助驾驶人员提前获知隧道入口段和隧道出口段路面实时情况，避免发生追尾或碰撞的预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统。
一种预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：包括：用于采集高速公路隧道口路面实时状态信息的信息采集单元、用于接收路面实时状态信息并将所述路面实时状态信息转换为与所述路面实时状态信息相匹配的提示信息并输出的主控单元和用于接收所述提示信息并显示的显示单元；
所述信息采集单元包括高清摄像头、图像识别单元和第一无线收发单元，所述图像识别单元的输入端和高清摄像头的输出端连接，所述图像识别单元与第一无线收发单元通信连接；
所述主控单元包括第二无线收发单元和主控处理器，所述第二无线收单元分别与第一无线收发单元和主控处理器通信连接；
所述显示单元包括用黄色和红色两色显示隧道口路面实时信息的信号指示灯显示子单元和用文字显示隧道口路面实时信息的信息显示子单元，所述信号指示灯显示子单元的输入端与所述主控单元的信号指示灯输出端连接，所述信息显示子单元与所述主控单元的信息输出端连接。
进一步，所述信号指示灯显示子单元包括第三无线收发单元、信号指示灯和信号灯驱动电路，所述第三无线收发单元与所述主控单元通信连接，所述信号灯驱动电路与第三无线收发单元通信连接，所述信号指示的输入端与所述信号灯驱动电路的输出端连接。
进一步，所述信号指示灯包括红色信号指示灯和黄色信号指示灯，所述红色信号指示灯与黄色信号指示灯并联，所述红色信号指示灯与所述信号灯驱动电路的红色指示灯输出端连接，所述黄色信号指示灯与所述信号灯驱动电路的黄色指示灯输出端连接。
进一步，所述信号灯驱动电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、三极管q1、三极管q2、光耦g1、黄色led灯和红色led灯，
三极管q1的集电极经电阻r1与电源连接，三极管q1的基极经电阻r3与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与电源连接，三极管q1的发射极与黄色led灯的正极连接，黄色led灯的负极接地；三极管q2的发射极经电阻r4与电源连接，三极管q2的基极经电阻r5与电阻r2和电阻r3的公共连接点连接，三极管q2的集电极与红色led灯的正极连接，红色led灯的负极接地；光耦g1的三极管的集电极与电阻r5和电阻r2的公共连接点连接，光耦g1的三极管的发射极接地，光耦g1的发光二极管的正极与所述主控单元的信号灯输出端连接，光耦g1的发光二极管的负极接地；
其中，三极管q1为npn型三极管，三极管q2为pnp型三极管。
进一步，所述信息显示子单元包括第四无线收发单元、led显示屏和显示控制器，所述第四无线收发单元与所述主控单元通信连接，所述显示控制器与所述第四无线收发单元通信连接，所述led显示屏的输入端与所述显示控制器的输出端连接。
进一步，所述信号指示灯显示子单元设置在所述信息显示子单元的前方，其中，以车辆行驶方向的反方向为参考方向。
进一步，还包括存储器，所述存储器与所述主控处理器通信连接。
进一步，还包括上位主机，上位主机与所述主控处理器通信连接。
本发明的有益技术效果：通过设置在隧道入口段的高清摄像头实时采集隧道入口段或隧道出口段高速路路面状况，并将实时采集到的路面图像投放至信息显示子单元的led屏上，同时将实时采集到的路面图像转换为相应颜色的信号灯和文字提醒信息，并将不同颜色的信号灯和文字提醒信息通过设置在隧道入口或隧道出口前的提示装置进行显示，帮助即将驶入或驶出隧道的驾驶人员提前获知前方路面状况，预防车辆的追尾和碰撞，减少因“黑白洞效应”产生的视觉失明导致驾驶人员无法获知前方路面状况而导致的追尾或撞车的事故数量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1本发明结构示意图。
图2本发明的框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本发明提供的一种预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：包括：用于采集高速公路隧道口路面实时状态信息的信息采集单元、用于接收路面实时状态信息并将所述路面实时状态信息转换为与所述路面实时状态信息相匹配的提示信息并输出的主控单元和用于接收所述提示信息并显示的显示单元；所述隧道口包括隧道入口和隧道出口；
所述信息采集单元包括高清摄像头、图像识别单元和第一无线收发单元，所述图片识别处理器的输入端和高清摄像头的输出端连接，所述图片设备处理器与第一无线收发单元通信连接；所述高清摄像头采用现有的高清摄像头，本领域技术人员可根据实际需要选购合适的高清摄像头；所述图片识别单元采用现有的图片识别处理器，如ibm人工智能系统，在此不再赘述；所述摄像头设置在隧道口前方，即设置在隧道入口或隧道出口前方，所述前方以车辆行驶方向的相反方向为参考方向，使高清摄像头的镜头对准隧道入口段预设的路面或隧道出口预设的路面；
所述主控单元包括第二无线收发单元和主控处理器，所述第二无线收单元分别与第一无线收发单元和主控处理器通信连接；所述主控处理器采用现有的单片机，如stm32单片机或51系列单片机，本领域技术人员可根据单片机的规格说明即可完成芯片的电路连接，具体的单片机主程序的编写应根据所选择的单片机的不同采用现有公知技术实现，电路连接属于现有技术，在此不再赘述；本领域技术人员可根据需要进行选购，在此不再赘述；所述第一无线收发单元、第二无线收发单元、第三无线收发单元和第四无线收发单元结构相同，均采用现有的无线收发模块，如uwb模块、蓝牙模块、zigbee模块；
所述显示单元包括用黄色和红色两色显示隧道口路面实时信息的信号指示灯显示子单元和用文字显示隧道口路面实时信息的信息显示子单元，所述信号指示灯显示子单元的输入端与所述主控单元的信号指示灯输出端连接，所述信息显示子单元与所述主控单元的信息输出端连接。
通过上述技术方案，使驾驶人员通过预设在隧道口前方的提示装置提前获知其即将通过的隧道口的入口段或出口段的路面情况，给驾驶人员预留充足的反应时间，从而减小因“黑洞”“白洞”效应对驾驶人员的影响，避免车辆高速接近有障碍物的路面而无充足时间和足够地空间来避让障碍物而导致的车辆追尾和碰撞。
在本实施例中，所述指示灯显示子单元包括第三无线收发单元、信号指示灯和信号灯驱动电路，所述第三无线收发单元与所述主控单元通信连接，所述信号灯控制器与第三无线收发单元通信连接，所述信号指示的输入端与所述信号灯驱动电路的输出端连接；所述信号指示灯包括红色信号指示灯和黄色信号指示灯，所述红色信号指示灯与黄色信号指示灯并联，所述红色信号指示灯与所述信号灯控制器的红色指示灯输出端连接，所述黄色信号指示灯与所述信号灯控制器的黄色指示灯输出端连接。所述信号指示灯采用现有的信号指示灯，在此不再赘述；所述指示灯显示子单元还包括与高速路路边固定连接的支撑杆和与支撑杆固定连接用于固定所述信号指示灯的悬臂。通过支撑杆和悬臂将信号灯架设在路面上方，使驾驶人员在观察前方路面情况时信号灯自动进入驾驶人员的视野范围，增加信号灯的显现度。
在本实施例中，所述信号灯驱动电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、三极管q1、三极管q2、光耦g1、黄色led灯和红色led灯，
三极管q1的集电极经电阻r1与电源连接，三极管q1的基极经电阻r3与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与电源连接，三极管q1的发射极与黄色led灯的正极连接，黄色led灯的负极接地；三极管q2的发射极经电阻r4与电源连接，三极管q2的基极经电阻r5与电阻r2和电阻r3的公共连接点连接，三极管q2的集电极与红色led灯的正极连接，红色led灯的负极接地；光耦g1的三极管的集电极与电阻r5和电阻r2的公共连接点连接，光耦g1的三极管的发射极接地，光耦g1的发光二极管的正极与所述主控单元的信号灯输出端连接，光耦g1的发光二极管的负极接地；
其中，三极管q1为npn型三极管，三极管q2为pnp型三极管。
其实现原理如下：
其中，黄色信号指示灯为常亮灯，当图像识别单元识别出路面有障碍物时，所述主控处理器的信号指示灯输出端输出控制信号，控制光耦g1导通，从而使三极管q1截止、三极管的q2导通，实现红色的信号指示灯亮起，同时黄色的指示灯关闭；当图像识别单元识别路面无障碍物，即路面处于正常状态时，所述主控处理器的信号指示灯输出端并不向外输出控制信号，此时，控制光耦g1截止，从而使三极管q1导通、三极管的q2截止，实现使红色的指示灯关闭，同时黄色指示灯亮起。通过上述驱动电路的设计避免了常亮黄色指示灯频繁的开启或关闭，从而延长信号指示灯的使用寿命。
通过上述信号灯驱动电路的设计，在考虑高速公路的实际情况，即，通过实际默认设置高速公路隧道口的路面无障碍物，黄色的指示灯亮起，提醒驾驶人员靠近隧道口请减速行驶；通过实时监测，发现高速公隧道口的路面出现障碍物，则红色的指示灯亮起，同时黄色的指示灯熄灭，用于提醒驾驶人员靠近隧道口的路面上出现了障碍物，请驾驶人员强制减速，避让路面障碍物。通过信号灯的设置，通过颜色的转换从视觉上提示驾驶人员，且无需占用驾驶人员过多的关注力，简单、易行、高效。
在本实施例中，所述信息显示子单元包括第四无线收发单元、led显示屏和显示控制器，所述第四无线收发单元与所述主控单元通信连接，所述显示控制器与所述第四无线收发单元通信连接，所述led显示屏的输入端与所述显示控制器的输出端连接。所述信息显示子单元还包括龙门结构的用于支撑所述信息显示子单元的支撑架，所述支撑架两侧壁沿高速公路宽边方向相对设置在高速公路路边。通过支撑架将信息显示子单元架设在高速路路面上方，使文字信息能轻易的被驾驶人员获知；所述显示控制单元采用现有的单片机，比如avr单片机、89s51单片机、stm32系列单元机等，本领域技术人员可以根据实际的工况环境选择适宜的单片机；所述led显示屏采用现有的led显示屏，在此不再赘述。
通过上述技术方案，将隧道口的实时画面投放在led显示屏上，并将与隧道口实时路面情况对应的文字提示信息显示在实时图片的下方，使驾驶人员提前详尽地获知路面的障碍物信息。
在本实施例中，所述信号指示灯显示子单元设置在所述信息显示子单元的前方，其中，以车辆行驶方向的反方向为参考方向。驾驶人员首先接收的提示信息是信号指示灯发出的颜色信息，驾驶人员首先是减速，然后在相对较低的速度通过信息显示子单元时才能清楚识别显示屏上的文字提示信息；通过信号指示灯先于信息显示子单元的设置，人性设计，使本发明所提供的提示装置的提示效果更佳。所述述信号指示灯显示子单元设置在隧道入口前方距离隧道入口200米至300米处，所述信息显示子单元设置在隧道入口前方距离隧道入口100米至150米处，或者述信号指示灯显示子单元设置在隧道出口前方距离隧道出口100米至150米处，所述信息显示子单元设置在隧道出口前方距离隧道出口50米至80米处。
在本实施例中，还包括存储器，所述存储器与所述主控处理器通信连接。所述存储器采用现有的存储器，本领域技术人员可根据实际需要选用合适存储形式和存储空间的存储器，设置存储器，以备后续信息的查询。
在本实施例中，还包括上位主机，所述上位主机与所述主控处理器通信连接，当图像识别单元识别路面障碍物时，所述主控处理器主动将路面障碍信息传输给上位机，由上位机传输给高速公路监视中心，便于高速公路监控中心及时清理路面障碍物；避免路面障碍物引发交通事故。
本系统的工作原理，采用高清摄像头实时采集隧道口的路面状况并将记载路面状况的图片输出至图片识别处理器，同时，将采集到的图像信息传输至所述主控处理器；所述图片识别处理器接收所述记载路面状况的图片并进行识别，并将图片识别结论传输至主控处理器；所述主控处理器接收所述图片识别结论，并根据所述图片识别结论在预设的路面提示信息匹配表中获取与所述图片识别结论相匹配的提示信息，所述提示信息包括信号灯颜色信息和文字信息；所述主控处理器将所述信号灯颜色信息发送至显示单元的指示灯显示子单元，同时将文字信息发送至显示单元的信息显示子单元，并将接收到的图像信息传送至信息显示子单元；所述指示灯显示子单元根据所述信号灯颜色信息显示相应颜色的指示灯；同时所述信息显示子单元实时同步显示所述高清摄像头的图像信息，并将所述图像信息对应的文字提示信息显示在图片下方。
通过本系统，驾驶人员可提前获知前方隧道口的路面实时情况，避免发生追尾或者碰撞。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：包括：用于采集高速公路隧道口路面实时状态信息的信息采集单元、用于接收路面实时状态信息并将所述路面实时状态信息转换为与所述路面实时状态信息相匹配的提示信息并输出的主控单元和用于接收所述提示信息并显示的显示单元；
所述信息采集单元包括高清摄像头、图像识别单元和第一无线收发单元，所述图像识别单元的输入端和高清摄像头的输出端连接，所述图像识别单元与第一无线收发单元通信连接；
所述主控单元包括第二无线收发单元和主控处理器，所述第二无线收单元分别与第一无线收发单元和主控处理器通信连接；
所述显示单元包括用黄色和红色两色显示隧道口路面实时信息的信号指示灯显示子单元以及用文字和图像显示隧道口路面实时信息的信息显示子单元，所述信号指示灯显示子单元的输入端与所述主控单元的信号指示灯输出端连接，所述信息显示子单元与所述主控单元的信息输出端连接。
2.根据权利要求1所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：所述信号指示灯显示子单元包括第三无线收发单元、信号指示灯和信号灯驱动电路，所述第三无线收发单元与所述主控单元通信连接，所述信号灯驱动电路与第三无线收发单元通信连接，所述信号指示的输入端与所述信号灯驱动电路的输出端连接。
3.根据权利要求2所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：所述信号指示灯包括红色信号指示灯和黄色信号指示灯，所述红色信号指示灯与黄色信号指示灯并联，所述红色信号指示灯与所述信号灯驱动电路的红色指示灯输出端连接，所述黄色信号指示灯与所述信号灯驱动电路的黄色指示灯输出端连接。
4.根据权利要求3所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：所述信号灯驱动电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、三极管q1、三极管q2、光耦g1、黄色led灯和红色led灯，
三极管q1的集电极经电阻r1与电源连接，三极管q1的基极经电阻r3与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与电源连接，三极管q1的发射极与黄色led灯的正极连接，黄色led灯的负极接地；三极管q2的发射极经电阻r4与电源连接，三极管q2的基极经电阻r5与电阻r2和电阻r3的公共连接点连接，三极管q2的集电极与红色led灯的正极连接，红色led灯的负极接地；光耦g1的三极管的集电极与电阻r5和电阻r2的公共连接点连接，光耦g1的三极管的发射极接地，光耦g1的发光二极管的正极与所述主控单元的信号灯输出端连接，光耦g1的发光二极管的负极接地；
其中，三极管q1为npn型三极管，三极管q2为pnp型三极管。
5.根据权利要求1所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：所述信息显示子单元包括第四无线收发单元、led显示屏和显示控制器，所述第四无线收发单元与所述主控单元通信连接，所述显示控制器与所述第四无线收发单元通信连接，所述led显示屏的输入端与所述显示控制器的输出端连接。
6.根据权利要求1所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：所述信号指示灯显示子单元设置在所述信息显示子单元的前方，其中，以车辆行驶方向的反方向为参考方向。
7.根据权利要求1所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：还包括存储器，所述存储器与所述主控处理器通信连接。
8.根据权利要求1所述预防高速公路隧道口车辆追尾和碰撞的系统，其特征在于：还包括上位主机，上位主机与所述主控处理器通信连接。
技术总结