一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统技术方案

一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，属于光电领域，可解决现有高速公路全程信息监测缺乏全路段、全天候和及时性，易受到雨雾雪天等恶劣环境或深夜视线不明等条件制约等问题，本系统包括分布式声波探测光缆，声波信号解调仪，网络交换机，工作站和监控终端。通过一连串等间距分布的反射节点组成的传感光纤网络，高速、实时无盲区地监测交通事故发生时产生的声波信号，通过分析频率成分组成，准确定位交通事件，及时发送报警信息。实现高速公路沿线无盲区实时在线监测与及时报警，并通过局域网络与视频和无人机巡视系统进行联动，提供故障的准确位置和类别，实现了大容量、长距离的分布式声波监测。长距离的分布式声波监测。长距离的分布式声波监测。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统


[0001]本专利技术属于光电
，具体涉及一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统。

技术介绍

[0002]高速公路是现代经济和社会发展重要的基础设施，是构筑交通现代化的重要基础。高速公路作为现代交通的骄子，是速度和效率的代表，也成为衡量国民经济现代化的重要标志之一。然而，在高速公路通车里程不断增加、车辆保有量飞速增长的同时也带来很多问题，如高速公路交通事故频发，伤亡人数和财产损失居高不下，交通安全问题日益突出。高速公路具有车速高、封闭性强、车辆类型复杂等特点，致使高速公路交通事故往往不能及时发现和处置，给国家带来巨大的伤亡与财产损失、影响相比于城市道路交通事故而言都更为严重，并且我国高速公路交通事故死亡率远远高于普通公路并居世界首位。因此，改善高速公路交通安全管理形成有效对策与措施是我国函待解决的社会问题之一。
[0003]目前针对于高速公路全程信息监测，主要有事故人员报警和摄像头监控报警等手段，从而得知交通事故位置信息，缺乏全路段、全天候和及时性，易受到雨雾雪天等恶劣环境或深夜视线不明等条件制约。其他一些例如利用白光干涉模块、振动传感器、压力传感器等采集公路护栏受到的碰撞信号技术方式来判断事故发生的方法系统复杂、实现成本高，难以大规模推广使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有高速公路全程信息监测缺乏全路段、全天候和及时性，易受到雨雾雪天等恶劣环境或深夜视线不明等条件制约以及系统复杂、实现成本高的问题，提供一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，通过波长、相位解调实现交通事故发生时车辆撞击声波的智能感知，通过局域网络与视频和无人机巡视系统进行联动，提供故障的准确位置和类别，解决人工检测效率低、不能实时监测等难题。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，包括位于不同监控区域的公路探测单元、监测信号处理单元和定位巡视单元，所述公路探测单元包括设置于高速公路护栏上用于交通事故发生时碰撞声音进行分布式在线监听的分布式声波探测光缆，所述监测信号处理单元包括光纤声波解调仪，所述定位巡视单元包括工作站和监控终端及无人机联动，不同监控区域之间通过数据传输单元进行数据互通形成整体的传感监测网络，所述数据传输单元包括网络交换机；
[0007]分布式声波探测光缆的输出端与光纤声波解调仪的输入端连接，光纤声波解调仪的输出端与监控终端和工作站的输入端连接。
[0008]进一步地，所述分布式声波探测光缆，包括若干等间距分布的反射节点，布置在高速公路两边的围栏上。
[0009]进一步地，所述分布式声波探测光缆每隔10米为一段探测点。
[0010]进一步地，所述光纤声波解调仪基于相干干涉的分布式声波原理。
[0011]进一步地，所述监控终端基于云计算，构建声波探测物联网。
[0012]进一步地，所述定位融合了GIS地理坐标标定技术。
[0013]进一步地，所述系统基于光时域反射技术(OTDR)和光纤干涉技术发展而成的光纤传感技术。
[0014]进一步地，所述光纤声波解调仪包括光源、脉冲调制器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、FBG阵列、FPGA、环形器Ⅰ、环形器Ⅱ、3x3耦合器、法拉第旋转镜Ⅰ、法拉第旋转镜Ⅱ、探测器、高速数据采集卡和上位机，所述FPGA包括信号发生器和延迟模块，光源的输出端与脉冲调制器的输入端连接，脉冲调制器的输出端与掺铒光纤放大器的输入端连接，掺铒光纤放大器的输出端通过偏振控制器与环形器Ⅰ的输入端连接，环形器Ⅰ的输出端分别与FBG阵列和环形器Ⅱ的输入端连接，环形器Ⅱ的输出端与3x3耦合器的输入端连接，3x3耦合器的输出端分别与法拉第旋转镜Ⅰ和法拉第旋转镜Ⅱ的输入端连接；
[0015]探测器的输出端与高速数据采集卡的输入端连接，高速数据采集卡的输出端与上位机的输入端连接，上位机的输出端与FPGA的输入端连接。
[0016]所述监测光缆为感知外界声波信号变化的光缆，以10米一段光纤作为探测点，单根光缆最大监测距离50公里，分布置在高速公路两侧围栏上。单纤传感点容量达到数千支以上，比传统光栅传感器复用容量提高了两个数量级，克服了传统基于波长的强光栅传感器容量的不足。
[0017]根据以上方案，所述的声波解调仪包括超窄线宽光源、脉冲EDFA.、Raman放大器,同时集成了声光调制器等光学器件。集成度高、尺寸小,采用EDFA放大与拉曼放大相结合，增加了分布式光纤振动传感系统的传感距离,同时提高了传感系统的信噪比。
[0018]根据以上方案，所述的监控终端基于云计算构建了高速公路交通故障声波探测物联网的网络环境，结合大数据特质，设计大数据下的云计算物联网信息化管理系统。以“云服务器”为基础、“移动互联网”为载体、“监测终端”为核心，形成集风险自动化“采集、储存、解算、传输、预警、显示”等功能于一体的综合平台，实现现场安全风险的可视化表达。
[0019]根据以上方案，所述巡视系统当检测到事故发生时监控终端会即刻对事故发生点进行定位并调用无人机到现场查看并确认现场信息，报警响应时间<5s，大大缩减事故处置的响应时间。
[0020]根据以上方案，所述定位通过将声波感知光缆与高速公路的地理信息做好对应。基于GIS地理坐标标定工作，沿光纤振动预警系统传感光缆，对传感线路迚行坐标标定，每500m～1000m做一次，在传感光缆线路拐点、接头标桩等设标定点。
[0021]本系统采用分布式光纤声波传感是一种基于光时域反射技术(OTDR)和光纤干涉技术发展而成的先进的光纤传感技术，它同时具有光时域反射技术定位精度高和光纤干涉技术灵敏度高的特点。
[0022]本系统针对高速公里复杂的情况，拥有一套多种混合声波信号、极弱干扰信号的辨别解调算法、设计了一种新型的数据建模方案，采用光信号到达时延的方法准确定位声源的方向和距离问题。定位依赖于到达时的时差法来计算两个感测点之间的时差。通过这种方法，可以得到声源与传感光纤之间的精确垂直距离。
[0023]该高速公路监测系统，采用光纤声学传感网络，判断道路运行状况，并实时上传监控终端，实现全自动监控。
[0024]本专利技术通过一连串等间距分布的反射节点组成传感光纤网络，高速、实时无盲区地监测交通事故发生时产生的声波信号，通过分析频率成分组成，准确定位交通事件，及时发送报警信息，并通过局域网络与视频和无人机巡视系统进行联动，提供故障的准确位置和类别，实现高速公路沿线的实时监测。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]本系统采用线型反射节点传感阵列时分
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波分混合复用光纤声波检测技术，通过收集公路沿线车辆碰撞声音频率，准确定位事故发生地，结合智能人机交互云平台数据网络研究和GIS地理坐标标定技术搭建了一个完整的有机整体网络，具有精准定位功能、超长距离监测功能以及昼夜连续可用功能,并且能够抗电磁干扰、环境本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，其特征在于：包括位于不同监控区域的公路探测单元、监测信号处理单元和定位巡视单元，所述公路探测单元包括设置于高速公路护栏上用于交通事故发生时碰撞声音进行分布式在线监听的分布式声波探测光缆，所述监测信号处理单元包括光纤声波解调仪，所述定位巡视单元包括工作站和监控终端及无人机联动，不同监控区域之间通过数据传输单元进行数据互通形成整体的传感监测网络，所述数据传输单元包括网络交换机；分布式声波探测光缆的输出端与光纤声波解调仪的输入端连接，光纤声波解调仪的输出端与监控终端和工作站的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，其特征在于：所述分布式声波探测光缆，包括若干等间距分布的反射节点，布置在高速公路两边的围栏上。3.根据权利要求1所述的一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，其特征在于：所述分布式声波探测光缆每隔10米为一段探测点。4.根据权利要求1所述的一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，其特征在于：所述光纤声波解调仪基于相干干涉的分布式声波原理。5.根据权利要求1所述的一种高速公路突发事故无盲区实时监测与报警系统，其特征在于：所述监控终端基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：童杏林，王沁宇，邓承伟，张翠，冒燕，魏敬闯，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：