一种桥梁智能预警避碰系统及方法与流程

本技术涉及桥梁智能预警避碰系统，更具体地说，涉及一种桥梁智能预警避碰系统及方法。

背景技术：

1、桥梁可以连续水面陆地，跨越山涧或其他复杂地形，是重要的交通通道，让而在桥梁上发生交通事故的危险程度由于处于空中比路面高处许多，需要进行智能预警避碰。

2、现有技术公开号为cn109212533a的文献提供一种桥梁防碰撞智能预警系统，该装置通过壳体组件、监控组件、警示组件和控制组件，所述壳体组件包括外壳和禁锢箍，所述禁锢箍与所述外壳固定连接，且位于所述外壳的后表面上，监控组件包括雷达测距仪和摄像头，所述雷达测距仪与所述外壳固定连接，且位于所述外壳前表面中间位置处，所述摄像头与所述外壳固定连接，且位于所述外壳上表面中间位置处，警示组件包括喇叭、预警灯和警报灯，所述喇叭与所述外壳固定连接，且位于所述外壳的左侧，所述预警灯与所述外壳固定连接，且位于所述雷达测距仪的右侧，所述警报灯与所述外壳固定连接，且位于所述雷达测距仪的左侧。

3、上述中的现有技术方案虽然通过现有技术的结构可以实现与有关的有益效果，但是仍存在以下缺陷：该装置通过监测摄像头等进行预报警示，可以避免部分撞击，然而在复杂的车况路况面前，可能存在反应制动的时间较短等出现撞击趋势或发生撞击，此时，预警的效果较差，不能有效的强制预警或强行改变碰撞的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间，进行有效的避碰。

4、针对上述中的相关技术中，发明人认为在进行预警避碰系的过程中，不仅需要进行提前的警示，而且需要针对复杂的车况路况，在反应制动的时间较短等出现撞击趋势或发生撞击，可以强制预警或强行改变碰撞过程的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间，进而在导向后可以进行有效的避碰，减少直面的撞击，让其擦肩而过。

5、鉴于此，我们提出一种桥梁智能预警避碰系统。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、本技术的目的在于提供一种桥梁智能预警避碰系统的方法，解决了上述背景技术中的装置通过监测摄像头等进行预报警示，可以避免部分撞击，然而在复杂的车况路况面前，可能存在反应制动的时间较短等出现撞击趋势或发生撞击，此时，预警的效果较差，不能有效的强制预警或强行改变碰撞的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间，进行有效的避碰的技术问题，实现了技术效果。

3、2.技术方案

4、本技术技术方案提供了一种桥梁智能预警避碰系统，包括

5、收集避碰导向数据，收集在接触并发生撞击时的力度位置数据；

6、避碰导向数据预处理，对避碰导向数据进行归一化、去除噪声、处理异常值的预处理；

7、建立避碰导向模型训练，利用避碰导向数据建立避碰导向模型并对避碰导向模型通过数据集进行训练学习；

8、避碰导向模型验证调整，使用验证集评估避碰导向模型的性能，并根据结果调整避碰导向模型的超参数，以提高其泛化能力；

9、避碰导向模型部署，将训练好的避碰导向模型部署到实际的避碰缓冲装置中；

10、导向执行设备，根据避碰导向模型的监测结果，对受力方向进行调整，从而导向物体到安全的方向，强行改变碰撞的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间。

11、通过采用上述技术方案，通过避碰导向的设置，在进行预警避碰系的过程中，可以在进行提前的警示的同时，还可以由于复杂的车况路况出现撞击趋势或发生撞击时，根据受力的调整进行不同避碰调节组件的调整强度的可以强制预警或强行引导改变碰撞过程的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间，进而在导向后可以进行有效的避碰，减少直面的撞击，让其擦肩而过。

12、作为本技术文件技术方案的一种可选方案，所述收集避碰导向数据，包含受力情况的各种变化以及相应的避碰调节组件中弹簧的调整对应的导向方向，使用力传感器安装在展开杆b及展开杆a外侧的表面，以测量受到的外力，根据物体受力产生的变形或压力变化来测量力的大小；

13、利用应变传感器安装在弹簧检测弹簧的形变或变化，从而推断受力情况；

14、利用设置于护栏外侧的摄像头进行监测调整后车辆的导向情况数据。

15、作为本技术文件技术方案的一种可选方案，所述避碰导向数据预处理，使用平滑技术减少噪声的影响，包含简单移动平均通过计算一定窗口大小内数据点的平均值来创建新的平滑数据点，其公式为：[sma_t＝\frac{x_{t-1}+x_{t-2}+\ldots+x_{t-n}}{n}]其中(x_t)是原始数据序列的第(t)个数据点，(n)是窗口大小；

16、加权移动平均通过为不同的数据点分配不同的权重来反映其在平均值中的重要性；

17、指数加权移动平均赋予近期数据更高的权重，相对于简单移动平均，更能反映数据的最新趋势，ema的计算公式为：[ema_t＝\alpha\times x_t+(1-\alpha)\times ema_{t-1}]其中(\alpha)是平滑参数，通常在(0<\alpha<1)之间。

18、作为本技术文件技术方案的一种可选方案，所述建立避碰导向模型训练，利用递归神经网络进行构架，基本结构包括一个循环单元，该单元能够接收输入并保持一个内部状态，同时将该内部状态传递给下一个时间步，使得rnn能够处理不同时间步之间的信息，并在处理序列数据时具有灵活性，rnn在时间步(t)的计算可以表示为：

19、[h_t＝f(w_{hh}\cdot h_{t-1}+w_{xh}\cdot x_t+b_h)]

20、其中：

21、(h_t)是在时间步(t)的隐藏状态。

22、(x_t)是在时间步(t)的输入。

23、(w_{hh})、(w_{xh})是权重矩阵。

24、(b_h)是偏置项。

25、(f)是激活函数，常用的包括tanh或sigmoid。

26、作为本技术文件技术方案的一种可选方案，所述避碰导向模型验证调整，利用网格搜索通过在预定义的超参数值网格中组合不同的参数来搜索最佳超参数组合的方法，通过交叉验证评估每个组合的性能，最终选择性能最好的超参数组合，

27、

28、

29、利用随机搜索在超参数空间中随机采样组合来搜索最佳超参数，与网格搜索相比，随机搜索能在更大的超参数空间内找到更好的组合，尤其是当超参数之间的相互作用不明显时；

30、

31、作为本技术文件技术方案的一种可选方案，所述导向执行设备，包括护栏；

32、缓冲罩，所述缓冲罩通过展开组件设置于护栏一侧；

33、避碰调节组件，所述避碰调节组件设置于缓冲罩内侧，用于调整防撞效果。

34、本技术还公开了前述桥梁智能预警避碰系统的使用方法，包括以下步骤：

35、s1、首先，收集在接触并发生撞击时的力度位置数据，包含受力情况的各种变化以及相应的避碰调节组件中弹簧的调整对应的导向方向，使用力传感器安装在展开杆b及展开杆a外侧的表面，以测量受到的外力，根据物体受力产生的变形或压力变化来测量力的大小，利用应变传感器安装在弹簧检测弹簧的形变或变化，从而推断受力情况，利用设置于护栏外侧的摄像头进行监测调整后车辆的导向情况数据；

36、s2、此时，对避碰导向数据进行归一化、去除噪声、处理异常值的预处理，使用平滑技术减少噪声的影响，包含简单移动平均通过计算一定窗口大小内数据点的平均值来创建新的平滑数据点，其公式为：[sma_t＝\frac{x_{t-1}+x_{t-2}+\ldots+x_{t-n}}{n}]其中(x_t)是原始数据序列的第(t)个数据点，(n)是窗口大小，加权移动平均通过为不同的数据点分配不同的权重来反映其在平均值中的重要性，指数加权移动平均赋予近期数据更高的权重，相对于简单移动平均，更能反映数据的最新趋势，ema的计算公式为：[ema_t＝\alpha\times x_t+(1-\alpha)\times ema_{t-1}]其中(\alpha)是平滑参数，通常在(0<\alpha<1)之间；

37、s3、此时，利用递归神经网络进行构架，基本结构包括一个循环单元，该单元能够接收输入并保持一个内部状态，同时将该内部状态传递给下一个时间步，使得rnn能够处理不同时间步之间的信息，并在处理序列数据时具有灵活性，rnn在时间步(t)的计算可以表示为：

38、[h_t＝f(w_{hh}\cdot h_{t-1}+w_{xh}\cdot x_t+b_h)]

39、其中：

40、(h_t)是在时间步(t)的隐藏状态。

41、(x_t)是在时间步(t)的输入。

42、(w_{hh})、(w_{xh})是权重矩阵。

43、(b_h)是偏置项。

44、(f)是激活函数，常用的包括tanh或sigmoid；

45、s4、此时，使用验证集评估避碰导向模型的性能，并根据结果调整避碰导向模型的超参数，利用网格搜索通过在预定义的超参数值网格中组合不同的参数来搜索最佳超参数组合的方法，通过交叉验证评估每个组合的性能，最终选择性能最好的超参数组合，

46、

47、利用随机搜索在超参数空间中随机采样组合来搜索最佳超参数，与网格搜索相比，随机搜索能在更大的超参数空间内找到更好的组合，尤其是当超参数之间的相互作用不明显时；

48、

49、

50、s5、此时，将训练好的避碰导向模型部署到实际的避碰缓冲装置中；

51、s6、此时，根据车辆位置通过展开组件展开缓冲罩，避碰导向模型的监测结果，通过避碰调节组件对受力方向进行调整，从而导向物体到安全的方向，强行改变碰撞的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间。

52、3.有益效果

53、本技术技术方案中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

54、1.本技术通过避碰导向的设置，在进行预警避碰系的过程中，可以在进行提前的警示的同时，还可以由于复杂的车况路况出现撞击趋势或发生撞击时，根据受力的调整进行不同避碰调节组件的调整强度的可以强制预警或强行引导改变碰撞过程的轨迹，从而避开直接碰撞，争取制动时间，进而在导向后可以进行有效的避碰，减少直面的撞击，让其擦肩而过。

55、2.本技术通过展开组件的设置，在利用摄像头检测到避免不了发生摩擦时，让缓冲罩展开进行避碰预备，将撞击减少到最低。

56、3.本技术通过避碰调节组件，可以让由展开杆a及展开杆b围成的防撞缓冲设备，在接受到外力后，让每个不同展开杆a及展开杆b进行不同缓冲力度强度的调整，从而改变方向或进行撞击导向形成角度最终有与护栏平行的趋势，从而避开撞击，在此过程中，驾驶人员利用此时间进行制动或方向的调整，争取时间。