本实用新型属于交通安全技术领域，具体涉及一种地下立交合流区预警系统。
背景技术：
高速公路立交匝道汇入的合流区位置一直都是高速公路上发生冲突及交通事故高频区域，主要原因在于匝道车辆无法提前获取主路车流间的可汇入空挡信息，同时主线车辆也无法提前获取匝道车辆的待汇入信息，从而易造成交通冲突。且随着近年来我国汽车保有量的不断增加以及受占地因素的影响，地下立交的数量也在不断增加，而由于隧道内视距较差，且在合流鼻端驾驶员视线会被隧道侧墙阻挡，无法得知侧墙另一侧的交通运行状况，更易产生交通事故。
目前国内关于地下立交合流区的研究很少，大多集中在交通设计和交通组织方面，关于高速公路合流区预警系统的研究也主要集中于动态交通标志、通行能力和待汇入车道控制等方面。目前合流区一般采用交通标志和隔离设施结合的方式保证行车安全，而隔离设施只有标线隔离和物理隔离，手段较为单一，难以达到动态预警的效果。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种地下立交合流区预警系统，能够为主线车辆提供匝道车辆汇流提醒，为待汇入车辆提供后方主线来车提醒，为隧道内合流区车辆合流安全提供了有力保障，大大降低了隧道内合流区事故发生率。
为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种地下立交合流区预警系统，包括控制器、设置在地下立交合流区合流鼻端且位于主线侧边上的测距模块、设置于入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处的地磁感应模块以及设置于地下立交合流区隔离段上的若干报警模块，所述测距模块、所述地磁感应模块和若干所述报警模块分别与所述控制器连接；
所述第一距离x1等于隔离段长度l除以该路段主线车辆规定行驶速度后再乘以该路段匝道车辆规定行驶速度；
所述测距模块用于检测主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2；
所述地磁感应模块用于检测入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处是否有车辆经过，并将检测信息发送给所述控制器；
当入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处有车辆经过时，所述控制器用于控制所述测距模块获取主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2，并用所述第二距离x2除以该路段主线车辆规定行驶速度后得到主线上该车辆行驶至合流鼻端所需第一时间t1，并将所述第一时间t1与预设的第二时间t2和预设的第三时间t3比较，根据比较结果控制若干所述报警模块是否发出预警信号；所述第二时间t2为入口匝道待汇入车辆从所述地磁感应模块行驶至合流鼻端所需时间，所述第三时间t3为入口匝道待汇入车辆从所述地磁感应模块行驶至隔离段末端所需时间；
当所述第一时间t1大于等于所述第三时间t3时，若干所述报警模块不发出预警信号；
当所述第一时间t1大于等于所述第二时间t2且小于所述第三时间t3时，若干所述报警模块发出预警信号；
当所述第一时间t1小于所述第二时间t2时，若干所述报警模块发出预警信号。
进一步地，若干所述报警模块为声光报警器。
进一步地，所述地下立交合流区隔离段上间隔设置有若干柱式缓冲隔离墩，每个所述柱式缓冲隔离墩上对应设置一个声光报警器。
进一步地，所述控制器的型号为stc89c52rc单片机或stc51系列单片机。
进一步地，所述测距模块为超声波测距模块。
进一步地，所述超声波测距模块的型号为hc-sr04。
进一步地，所述地磁感应模块的型号为macnode-3。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的一种地下立交合流区预警系统，通过地磁感应模块检测入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处是否有车辆经过，并将检测信息发送给控制器；当入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处有车辆经过时，控制器控制测距模块获取主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2，并用第二距离x2除以该路段主线车辆规定行驶速度后得到主线上该车辆行驶至合流鼻端所需第一时间t1，并将第一时间t1与预设的第二时间t2和预设的第三时间t3比较，根据比较结果控制若干报警模块是否发出预警信号，当第一时间t1大于等于第三时间t3时，若干报警模块不发出预警信号，在报警模块不发出预警信号时，主线车辆和匝道待汇入车辆可按照该路段规定速度继续正常行驶；当第一时间t1大于等于第二时间t2且小于第三时间t3时，若干报警模块发出预警信号；当第一时间t1小于第二时间t2时，若干报警模块发出预警信号，在报警模块发出预警信号时，主线车辆则应减速行驶，注意匝道待汇入车辆汇入主线，匝道待汇入车辆则应注意观察主线车辆行驶状况，确认安全后再汇入主线。综上可见，本实用新型相较于传统的静态隔离设施，能够动态的控制报警模块警示合流区车辆，为主线车辆提供匝道车辆汇流提醒，为匝道待汇入车辆提供后方主线来车提醒，通过这些功能，为隧道内合流区车辆合流安全提供了有力保障，本实用新型可提前判断是否应开启报警模块进行提醒，实现了一种提前预警的效果，改善原本主线和待汇入车道完全独立、信息封闭的情况，大大降低了隧道内合流区事故发生率，本实用新型所提供的地下立交合流区预警系统适用性强、安全性高、操作方便，可实时检测并及时预警，应用前景广泛。
进一步地，本实用新型的若干报警模块为声光报警器，能够同时发出声音预警信号和发光预警信号，驾驶员根据光信号和声信号及时得知路况，预警可靠性更高。
进一步地，本实用新型的地下立交合流区隔离段上间隔设置有若干柱式缓冲隔离墩，柱式缓冲隔离墩能够起到很好的缓冲作用，如发生交通事故时，能够有效减缓车辆的撞击损伤，有利于提高道路安全性，同时能够更好的阻止匝道车辆随意或过早汇入主线。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种地下立交合流区预警系统中各模块分布示意图；
图2为本实用新型一种地下立交合流区预警系统中隔离段设置的柱式缓冲隔离墩和声光报警器结构示意图；
图3为本实用新型技术流程图。
图中：1-测距模块；2-地磁感应模块；3-报警模块；4-柱式缓冲隔离墩。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
作为本实用新型的某一具体实施方式，如图1所示，一种地下立交合流区预警系统，包括控制器、设置在地下立交合流区合流鼻端且位于主线侧边上的测距模块1、设置于入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处的地磁感应模块2以及设置于地下立交合流区隔离段上的若干报警模块3。隔离段位于地下立交合流区加速车道和主线直行车道之间，隔离段的起点位于合流区合流鼻端，隔离段长度为主线的一倍停车视距，隔离段用于阻止匝道车辆随意或过早汇入主线。第一距离x1等于隔离段长度l除以该路段主线车辆规定行驶速度后再乘以该路段匝道车辆规定行驶速度。
优选的，若干报警模块3为声光报警器，也就是说，报警模块3能够同时发出声音预警信号和发光预警信号。结合图1和图2所示，地下立交合流区隔离段上间隔设置有若干柱式缓冲隔离墩4，每个柱式缓冲隔离墩4上对应设置一个声光报警器。本实施方式中，地下立交合流区隔离段上每个2米间隔设置有一个柱式缓冲隔离墩4，每个柱式缓冲隔离墩4为pvc隔离墩，柱式缓冲隔离墩4能够起到很好的缓冲作用，如发生交通事故时，能够有效减缓车辆的撞击损伤，有利于提高道路安全性。
测距模块1、地磁感应模块2和若干报警模块3分别与控制器连接，测距模块1用于检测主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2；地磁感应模块2用于检测入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处是否有车辆经过，并将检测信息发送给控制器；当入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处有车辆经过时，控制器用于控制测距模块1获取主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2，并用第二距离x2除以该路段主线车辆规定行驶速度后得到主线上该车辆行驶至合流鼻端所需第一时间t1，并将第一时间t1与预设的第二时间t2和预设的第三时间t3比较，根据比较结果控制若干报警模块3是否发出预警信号。第二时间t2为入口匝道待汇入车辆从地磁感应模块2行驶至合流鼻端所需时间，第三时间t3为入口匝道待汇入车辆从地磁感应模块2行驶至隔离段末端所需时间。
控制器控制若干报警模块3是否发出预警信号，具体如下：
当第一时间t1大于等于第三时间t3时，若干报警模块3不发出预警信号，在报警模块3不发出预警信号时，主线车辆和匝道待汇入车辆可按照该路段规定速度继续正常行驶。
当第一时间t1大于等于第二时间t2且小于第三时间t3时，若干报警模块3发出预警信号；
当第一时间t1小于第二时间t2时，若干报警模块3发出预警信号，在报警模块3发出预警信号时，主线车辆则应减速行驶，注意匝道待汇入车辆汇入主线，匝道待汇入车辆则应注意观察主线车辆行驶状况，确认安全后再汇入主线。
本实施方式中，控制器的型号为stc89c52rc单片机或其他stc51系列单片机，测距模块1为超声波测距模块，超声波测距模块的型号为hc-sr04，地磁感应模块2的型号为macnode-3。
本实用新型一种地下立交合流区预警系统的工作原理为：地磁感应模块2检测入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处是否有车辆经过，并将检测信息发送给控制器；当入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处有车辆经过时，控制器控制测距模块1获取主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2，并用第二距离x2除以该路段主线车辆规定行驶速度后得到主线上该车辆行驶至合流鼻端所需第一时间t1，并将第一时间t1与预设的第二时间t2和预设的第三时间t3比较，根据比较结果控制若干报警模块3是否发出预警信号，控制方式具体如下：
当第一时间t1大于等于第三时间t3时，若干报警模块3不发出预警信号。在报警模块3不发出预警信号时，主线车辆和匝道待汇入车辆可按照该路段规定速度继续正常行驶。
当第一时间t1大于等于第二时间t2且小于第三时间t3时，若干报警模块3发出预警信号。
当第一时间t1小于第二时间t2时，若干报警模块3发出预警信号。
在报警模块3发出预警信号时，主线车辆则应减速行驶，注意匝道待汇入车辆汇入主线，匝道待汇入车辆则应注意观察主线车辆行驶状况，确认安全后再汇入主线。
下面结合某一路段对本实用新型做更加详细的解释说明。
实施例1
如图1所示，在合流鼻端靠主线一侧硬路肩上设置超声波测距模块1，在匝道路面中线距合流鼻端第一距离x1位置处设置地磁感应模块2，并在隔离段上设置了若干报警模块3。
当入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处有车辆经过时，控制器控制测距模块1获取主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2，并用第二距离x2除以该路段主线车辆规定行驶速度v0后得到主线上该车辆行驶至合流鼻端所需第一时间t1，其中v0为主线车辆规定行驶速度80km/h；
为了减少判断流程，不用判断当匝道车辆经过地磁感应模块时，隔离段主线一侧是否有车，x1值按照以下情形计算：当待汇入车辆经过地磁感应模块时，主线车辆刚好行驶至隔离段起点，而当待汇入车辆行驶至合流鼻端时，主线车辆刚好驶出隔离段范围，即该情形下，匝道待汇入车辆和主线车辆不可能同时出现在隔离段两侧，则声光报警器不用启动，此时要求匝道待汇入车辆从地磁感应模块位置驶至合流鼻端的时间等于主线车辆从隔离段起点驶至终点的时间，即t2＝l/v0，则t2＝110/(80/3.6)＝4.95s；进一步，根据公式x1＝v1×t2，v1为匝道车辆规定行驶速度40km/h，即x1＝4.95×40/3.6＝55m；
进一步地，为减少判断流程，可通过计算确定t3的取值，所述第三时间t3为入口匝道待汇入车辆从所述地磁感应模块行驶至隔离段末端所需时间，即匝道待汇入车辆从所述地磁感应模块行驶至合流鼻端所需时间加上从隔离段起点行驶至隔离段终点所需时间，其中匝道待汇入车辆从隔离段起点行驶至隔离段终点是一个先进行匀加速再匀速行驶的过程，其所需时间与待汇入车辆的加速度a的取值大小密切相关。如果a取值过大，则车辆加速过快，会造成安全隐患，驾驶舒适性差，排放增加；如果a取值过小，车辆加速过慢会影响畅通性，增加通行时间，甚至在车辆驶出加速车道时未加速到主线速度，影响主线车辆通行。通常加速度在1.5～2.5m/s2这个范围内舒适感、安全性和能量消耗都会得到保证，故可取a＝2.5m/s2。故待汇入车辆加速时间t4根据时间和速度公式t4＝(v0-v1)/a＝4.4s；所述待汇入车辆匀速行驶时间t5根据路程和速度公式t5＝(l-x3)/v0。其中，l为所述隔离段的长度，取主线的一倍停车视距110m，x3为所述待汇入车辆加速至主线速度所行驶的路程，根据公式x3＝(v1 v0)×t4/2，即x3＝74m，t5＝1.62s。故所述第三时间t3＝t2 t4 t5＝4.95 4.4 1.62＝10.97s。
所述控制器对所述主线车辆信息和所述待汇入车辆信息，按以下方式进行处理：
情形(1)：当t1>t3时，即当待汇入车辆驶至隔离段终点时，主线车辆仍未抵达隔离段起点，此时隔离段仅靠加速车道一侧有车辆行驶，则不启动声光报警器，主线车辆和匝道待汇入车辆可按照该路段规定速度继续正常行驶；
情形(2)：当t2<t1<t3时，即匝道上所述待汇入车辆将先抵达隔离段，而当其在隔离段范围内行驶时，主线车辆驶入隔离段范围内，此时将启动声光报警器，警示隔离段两侧车辆注意合流，小心驾驶；
情形(3)：当t1<t2时，即主线车辆将先抵达隔离段，且当其在隔离段范围内行驶时，所述待汇入车辆驶入隔离段范围内，此时将启动声光报警器，警示隔离段两侧车辆注意合流，小心驾驶。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
1.一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，包括控制器、设置在地下立交合流区合流鼻端且位于主线侧边上的测距模块(1)、设置于入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处的地磁感应模块(2)以及设置于地下立交合流区隔离段上的若干报警模块(3)，所述测距模块(1)、所述地磁感应模块(2)和若干所述报警模块(3)分别与所述控制器连接；
所述第一距离x1等于隔离段长度l除以该路段主线车辆规定行驶速度后再乘以该路段匝道车辆规定行驶速度；
所述测距模块(1)用于检测主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2；
所述地磁感应模块(2)用于检测入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处是否有车辆经过，并将检测信息发送给所述控制器；
当入口匝道上距离合流鼻端第一距离x1位置处有车辆经过时，所述控制器用于控制所述测距模块(1)获取主线上距离合流鼻端前最近车辆的第二距离x2，并用所述第二距离x2除以该路段主线车辆规定行驶速度后得到主线上该车辆行驶至合流鼻端所需第一时间t1，并将所述第一时间t1与预设的第二时间t2和预设的第三时间t3比较，根据比较结果控制若干所述报警模块(3)是否发出预警信号；所述第二时间t2为入口匝道待汇入车辆从所述地磁感应模块(2)行驶至合流鼻端所需时间，所述第三时间t3为入口匝道待汇入车辆从所述地磁感应模块(2)行驶至隔离段末端所需时间；
当所述第一时间t1大于等于所述第三时间t3时，若干所述报警模块(3)不发出预警信号；
当所述第一时间t1大于等于所述第二时间t2且小于所述第三时间t3时，若干所述报警模块(3)发出预警信号；
当所述第一时间t1小于所述第二时间t2时，若干所述报警模块(3)发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，若干所述报警模块(3)为声光报警器。
3.根据权利要求2所述的一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，所述地下立交合流区隔离段上间隔设置有若干柱式缓冲隔离墩(4)，每个所述柱式缓冲隔离墩(4)上对应设置一个声光报警器。
4.根据权利要求1所述的一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，所述控制器的型号为stc89c52rc或stc51系列单片机。
5.根据权利要求1所述的一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，所述测距模块(1)为超声波测距模块。
6.根据权利要求5所述的一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，所述超声波测距模块的型号为hc-sr04。
7.根据权利要求1所述的一种地下立交合流区预警系统，其特征在于，所述地磁感应模块(2)的型号为macnode-3。
技术总结