CN114363316A - 一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统，包括：监测模块用于监测路网中若干条道路上不同位置的多参数数据；通信模块用于将多参数数据进行预处理并传输到云中心；云中心用于接收经过预处理的多参数数据并进行分析，生成分析结果；决策模块用于基于分析结果生成若干种决策方案，由工作人员选择执行；显示模块用于显示路网及决策方案。本发明通过分布式边缘计算先一步处理出局，减轻了云中心计算量，提高了处理效率；通过决策模块，全自动生成可行方案，提高管理的自动化程度；通过路网的二维三维切换查看模式，提高了监控的精度和监管效率。

Description

一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统

技术领域

本发明属于道路监管领域，特别是涉及一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统。

背景技术

我国高速公路基本实现“覆盖成网”，现阶段基础设施数字化多采用2D GIS地图进行数据展示，较少结合建养数据的融合及数据管理分析能力进行深入应用研究，二维图像的信息存在扁平化、横向和纵向关联较弱，数据信息难以传递到监管、施工和运维的阶段。

对公路进行管理的过程中存在信息孤岛现象，各项目、各专业运用不同的信息系统和数据库，而且系统间技术手段不同，数据标准不统一，导致信息分散，缺少整体性。且传统的管理方案数字化水平不高，精度不准，信息交互性差，一些基础设施只是简单的台账式记录，给后期的养护管理带来一定困难，不能形成路网级的统一管理和监控，无法进行一站式管理，且现有的路网级管理系统存在数据传输慢的问题，这会导致关键信息的滞后，另外还有由于路网采集的数据量大，导致处理速度慢，无法保证实时监管的效率，面对现有技术中存在的诸多问题，亟需一种方法来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统，包括：

监测模块、通信模块、云中心、决策模块和显示模块；

所述监测模块用于监测路网中若干条道路上不同位置的多参数数据；

所述通信模块用于将所述多参数数据进行预处理并传输到所述云中心；

所述云中心用于接收经过预处理的所述多参数数据并进行分析，生成分析结果；

所述决策模块用于基于分析结果生成若干种决策方案，由工作人员选择执行；

所述显示模块用于显示路网及所述决策方案。

可选的，所述监测模块包括车速监测模块、通行量监测模块、气象监控模块、路面监控模块、收费站数据监控模块和公路视频监控模块。

可选的，所述多参数数据包括车速数据、通行数据、气象数据、路面数据、收费站数据和和公路视频数据；

其中所述通行数据包括经过所述通行量监测模块的车辆数；

所述路面数据包括路面破损程度和路面老旧程度；

所述收费站数据包括车辆的入口收费站、车辆的出口收费站、驶入高速时间和驶出高速时间；

所述公路视频数据包括车辆的视频数据和地面的视频数据。

可选的，所述通信模块包括数据收发模块和边缘计算模块；

所述边缘计算模块用于基于分布式边缘计算技术对接收到的多参数数据进行处理，并对处理后的数据进行优先级划分；

所述数据收发模块用于接受和发送所述多参数数据，其中发送数据时基于优先级的优先等级发送。

可选的，所述边缘计算模块包括数据处理模块和优先级划分模块；

所述数据处理模块用于对所述多参数数据进行处理，删除其中无用数据，基于所述车速数据和所述通行数据获得拥堵指数，基于所述气象数据获得气象指数，基于所述路面数据获得路面指数；

其中获取拥堵指数的过程包括：对所述通行数据和所述车速数据进行加权平均计算，得到每个小时的平均交通量和平均车速，再根据所述平均交通量与预设交通量作差，得到交通拥堵指数；

所述优先级划分模块用于对处理后的数据进行优先级划分，将拥堵指数划分为一级优先级，将气象指数划分为二级优先级，将路面指数划分为三级优先级，其中所述一级优先级的优先等级最高。

可选的，所述云中心包括拥堵分析模块、气象分析模块、路面分析模块和事故分析模块；

所述拥堵分析模块用于基于所述交通拥堵指数生成交通拥堵等级，并基于不同的所述交通拥堵等级对路网中所有路段的所述交通拥堵指数进行排名，其中所述交通拥堵等级包括：畅通、基本畅通、轻度拥堵、中度拥堵和严重拥堵，并计算拥堵路段的预计拥堵时间、拥堵长度及拥堵的路段在路网中对其周围路段造成拥堵的可能性及预计拥堵等级；

所述气象分析模块用于基于气象指数生成气象等级，还用于生成当前路段的气象条件对周围路段造成影响的气象扩散等级及预计消除影响的时间；

所述路面分析模块用于基于路面指数生成路面等级，还用于生成路面等级对路网中其他路段的影响指数及根据历史数据和影响指数预估的拥堵趋势；

所述事故分析模块用于按照拥堵指数的排名对拥堵路段进行视频核查，判断是否存在事故，若存在事故则判断事故属性并获得事故地理位置，还用于基于所述通行数据和所述拥堵指数预计事故将造成的拥堵时间及拥堵等级，并分析在路网中对其他路段造成影响的范围。

可选的，所述决策模块包括消除拥堵模块、养护模块、路段关闭模块和事故处理模块；

所述消除拥堵模块用于基于所述预计拥堵时间、所述预计拥堵长度及对周围其他路段造成拥堵的可能性及预计拥堵等级遍历路网中周围道路，分析可行的绕行路线，生成分流绕行决策方案，若没有绕行方案则对此路段进行标记，列为待扩建路段，基于拥堵排名对所述待扩建路段进行处理，基于扩建资金、扩建长度对周围道路造成的影响程度生成建设决策方案；

所述养护模块用于在拥堵路段分析路面等级对于拥堵的影响系数，若影响系数高于预定阈值将对应路段列为待养护路段，基于养护路段的养护费用、养护路段对周边路段的将同情况的影响系数生成养护决策；

所述路段关闭模块用于将气象等级与预设的气象等级阈值进行比较，若所述气象等级大于等于所述预设的气象等级阈值，则生成关断路段方案并通过气象信息和实测气象数据预测未来气象变化规律，根据未来气象变化规律判断气象对路网的影响范围及影响系数，根据影响系数和影响范围做出提前关断受影响路段的决策，以当下不受气象影响的路段作为待选的绕行路段，以消除气象影响所需的时长确定未来不气象影响的路段作为未来待选的绕行路段，基于待选的绕行路段和未来待选的绕行路段生成绕行的决策方案；

所述事故处理模块用于基于所述事故属性和所述事故地理位置生成调动周边应急资源的决策方案和派遣应急人员的决策方案，还用于遍历此事故位置所在道路周围可行的绕行路段，生成若干种绕行方案。

可选的，所述显示模块包括二维路网显示模块、三维路网显示模块、分析结果显示模块、二维三维切换模块和决策预览模块；

所述二维路网显示模块用于显示路网的二维平面图；

所述三维路网显示模块用于显示路网的三维立体图，还用于显示路段上车道级的三维立体图像，所述事故地理位置发生的事故占用的车道位置，发生拥堵的相关车道；

所述分析结果显示模块用于分别在所述二维平面图和所述三维立体图上显示所述拥堵等级、所述气象等级、所述路面等级和所述事故地理位置；

所述二维三维切换模块用于对二维显示模式和三维显示模式进行切换；

所述决策预览模块用于在所述二维平面图和所述三维立体图上显示若干种所述决策方案。

可选的，所述三维路网显示模块包括道路历史数据收集模块和BIM构建模块；

所述道路历史数据收集模块用于收集在道路建设过程中的历史数据，所述历史数据包括地形地物调查数据、断面资料调查数据、公路周边地质环境调查数据和桥涵水文数据；

所述BIM构建模块用于基于所述历史数据和BIM模型构建三维立体路网图。

本发明的技术效果为：

本发明提供了一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统，通过监测模块获取路网中道路的多参数数据，并通过采用了分布式边缘计算的通信模块先一步对多参数数据进行处理，将生成的结果按照优先级进行排序，并按照优先级进行传输，使得优先级高的数据优先进行传输，提高了监管系统的响应速度，并且通过分布式边缘计算将数据进行处理，减少了数据量的同时减轻了云中心的计算量，提高了云中心对数据的分析速度，提高了处理效率，通过决策模块对预设标准和采集到的实际参数等级进行比较，对不符合标准的情况生成不同的决策方案，将决策方案显示在显示模块上方便工作人员进行查看和决策，本发明还提供了三维立体路网图和二维平面路网图切换查看的模式，三维立体图在查看存在纵向重叠的路段的详细情况时，效果远好于二维平面图，提高了显示效果，二维平面图则更适合显示宏观信息，工作人员可通过三维二维切换查看，提高监管效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，本实施例中提供一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统，包括：

监测模块、通信模块、云中心、决策模块和显示模块；

监测模块用于监测路网中若干条道路上不同位置的多参数数据；

通信模块用于将多参数数据进行预处理并传输到云中心；

云中心用于接收经过预处理的多参数数据并进行分析，生成分析结果；

决策模块用于基于分析结果生成若干种决策方案，由工作人员选择执行；

显示模块用于显示路网及分析结果。

可本实施例中的监测模块包括车速监测模块、通行量监测模块、气象监控模块、路面监控模块、收费站数据监控模块和公路视频监控模块。

气象监控模块包括气象监测站和通过网络途径获取气象数据的网络气象数据获取模块；

车速监测模块、通行量监测模块、气象监控模块、路面监控模块和公路视频监控模块设置于公路两侧；

收费站数据监控模块设置于收费站处。

本实施例中的多参数数据包括车速数据、通行数据、气象数据、路面数据、收费站数据和和公路视频数据；

其中通行数据包括经过通行量监测模块的车辆数；

气象数据包括温湿度、气压、风速、风向、雨量和能见度等；

路面数据包括路面破损程度和路面老旧程度；

收费站数据包括车辆的入口收费站、车辆的出口收费站、驶入高速时间和驶出高速时间；

公路视频数据包括车辆的视频数据和地面的视频数据。

本实施例中的通信模块包括数据收发模块和边缘计算模块；

边缘计算模块用于基于分布式边缘计算技术对接收到的多参数数据进行处理，并对处理后的数据进行优先级划分；

数据收发模块用于接受和发送多参数数据，其中发送数据时基于优先级的优先等级发送。

边缘计算模块包括数据处理模块和优先级划分模块；

数据处理模块用于对多参数数据进行处理，删除其中无用数据，基于车速数据和通行数据获得拥堵指数，基于气象数据获得气象指数，基于路面数据获得路面指数；

其中获取拥堵指数的过程包括：对通行数据和车速数据进行加权平均计算，得到每个小时的平均交通量和平均车速，再根据平均交通量与预设交通量作差，得到交通拥堵指数；

路面指数包括平整度、抗滑性能及路面状况指数PCI；

优先级划分模块用于对处理后的数据进行优先级划分，将拥堵指数划分为一级优先级，将气象指数划分为二级优先级，将路面指数划分为三级优先级，其中一级优先级的优先等级最高。

本实施例中的云中心包括拥堵分析模块、气象分析模块、路面分析模块和事故分析模块；

拥堵分析模块用于基于交通拥堵指数生成交通拥堵等级，并基于不同的交通拥堵等级对路网中所有路段的交通拥堵指数进行排名，其中交通拥堵等级包括：畅通、基本畅通、轻度拥堵、中度拥堵和严重拥堵，并计算拥堵路段在路网中对其周围路段造成拥堵的可能性及预估拥堵程度；

气象分析模块用于基于中国气象局颁发的《高速公路交通气象条件等级》和气象指数生成气象等级，基于传播速度和气象等级分析气象影响系数，基于气象影响系数判断对路网中的其他道路造成的影响，基于气象影响系数及现有气象等级判断预计消除影响的时间；

路面分析模块用于基于路面指数生成路面等级，并分析路面等级低的路段对路网中其他路段的影响系数，以及根据历史数据预估此路段未来的拥堵趋势；

事故分析模块用于按照拥堵指数的排名对拥堵路段进行视频核查，判断是否存在事故，若存在事故则判断事故属性并获得事故地理位置，其中视频为公路视频监控模块采集的公路视频，并基于车流量和拥堵指数计算此事故可能会造成的拥堵时间及拥堵等级，判断预计影响的路段范围。

本实施例中的决策模块包括消除拥堵模块、养护模块、路段关闭模块和事故处理模块；

消除拥堵模块用于基于路段的适用交通量和预设时间段内的实际交通量进行比较，获得的商若大于1，则代表此路段经常处于拥堵状态，将此类路段列入待消除拥堵序列，计算此路段对路网中周围路段的影响系数，判断此路段是否会导致其他路段拥堵，并遍历路网中其他道路，分析可行的绕行路段，生成绕行方案，通过分流方式消除拥堵，若没有绕行方案，则考虑扩建拥堵道路，对待扩建道路依照一段时间内的通行量和拥堵等级进行排序，按照排序生成扩建建议，扩建建议基于扩建资金及预计扩建后的道路对其他路段造成的影响程度进行生成；

消除拥堵模块还可连接工程建设系统中的公路建设数据，根据公路建设数据生成相关的决策方案；

养护模块用于基于路面等级和预设的路面等级阈值进行比较，若路面等级小于等于预设的路面等级阈值，则列为待养护路段，根据各项参数的权重系数或优先级、养护对象的养护费用及待养护路段对周边路段交通情况的影响系数进行综合养护决策计算，生成路面综合养护决策以供工作人员选择；例如根据路面等级和车流量及拥堵等级的相关性进行排序，由路面原因引起拥堵的养护优先级高，养护优先级相同的再根据车流量进行排序，车流量高的养护优先级高，确定路面养护排行榜后，根据具体路段一段时间周期内的车流量、拥堵指数生成合适的养护时机；

养护模块还可连接路政系统中的公路养护数据，根据公路养护数据生成相关的决策方案；

所述路段关闭模块用于将气象等级与预设的气象等级阈值进行比较，若所述气象等级大于等于所述预设的气象等级阈值，则生成关断路段方案并通过气象信息和实测气象数据预测未来气象变化规律，根据未来气象变化规律判断气象对路网的影响范围及影响系数，根据影响系数和影响范围做出提前关断受影响路段的决策，以当下不受气象影响的路段作为待选的绕行路段，以消除气象影响所需的时长确定未来不气象影响的路段作为未来待选的绕行路段，基于待选的绕行路段和未来待选的绕行路段生成绕行的决策方案；

路段关闭模块还可连接气象台，直接获取高速中路网的相关气象信息，根据气象信息自动判断是否需要关断路网中某些高速路段；

事故处理模块用于基于事故属性和事故地理位置生成调动周边应急资源的决策方案和派遣应急人员的决策方案，例如：发生有人员伤亡的交通事故后，生成派遣医护人员、救护车、交警及警车的决策方案，遍历此事故位置所在道路在路网中的周围可绕行的路段，生成若干种绕行方案，避免拥堵加剧。

生成决策方案后，最后选择哪条决策方案的决定权在相关工作人员手里，系统只负责自动生成决策方案。

本实施例中的显示模块包括二维路网显示模块、三维路网显示模块、分析结果显示模块、二维三维切换模块和决策预览模块。

其中二维路网显示模块用于显示路网的二维平面图，三维路网显示模块用于显示路网的三维立体图。

分析结果显示模块用于分别在二维平面图和三维立体图上显示拥堵等级、气象等级、路面等级和事故地理位置，对拥堵等级、气象等级、路面等级和事故地理位置通过不同的显示方式进行显示，方式包括通过不同颜色、不同图案和不同文字标识的方式显示分析结果，以对拥堵等级的显示为例：将严重拥堵显示为红色、将中度拥堵显示为黄色、将轻度拥堵显示为浅黄色、将基本畅通显示为绿色、将畅通显示为无色，或者直接在相关路段上用文字显示严重拥堵、中度拥堵和拥堵，或通过不同的图案标记相关路段的拥堵状态。

二维三维切换模块用于对二维显示模式和三维显示模式进行切换；决策预览模块用于在二维平面图和三维立体图上显示若干种决策方案。

三维路网显示模块包括道路历史数据收集模块和BIM构建模块；道路历史数据收集模块用于收集在道路建设过程中的历史数据，历史数据包括地形地物调查数据、断面资料调查数据、公路周边地质环境调查数据和桥涵水文数据；BIM构建模块用于基于历史数据和BIM模型构建三维立体路网模型，BIM技术实现对了路网信息的高效管理和资源的优化配置

另外显示模块还能够显示云平台基于需求进行多维度并行分析的分析视图，分析视图包括统计图、统计表、单柱图、簇状柱图、堆积柱图和气泡图。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种跨区域道路基础设施智能联网监测与监管系统，其特征在于，包括：

监测模块、通信模块、云中心、决策模块和显示模块；

所述监测模块用于监测路网中若干条道路上不同位置的多参数数据；

所述通信模块用于将所述多参数数据进行预处理并传输到所述云中心；

所述云中心用于接收经过预处理的所述多参数数据并进行分析，生成分析结果；

所述决策模块用于基于分析结果生成若干种决策方案，由工作人员选择执行；

所述显示模块用于显示路网及所述决策方案。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测模块包括车速监测模块、通行量监测模块、气象监控模块、路面监控模块、收费站数据监控模块和公路视频监控模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多参数数据包括车速数据、通行数据、气象数据、路面数据、收费站数据和和公路视频数据；

其中所述通行数据包括经过所述通行量监测模块的车辆数；

所述路面数据包括路面破损程度和路面老旧程度；

所述收费站数据包括车辆的入口收费站、车辆的出口收费站、驶入高速时间和驶出高速时间；

所述公路视频数据包括车辆的视频数据和地面的视频数据。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述通信模块包括数据收发模块和边缘计算模块；

所述边缘计算模块用于基于分布式边缘计算技术对接收到的多参数数据进行处理，并对处理后的数据进行优先级划分；

所述数据收发模块用于接受和发送所述多参数数据，其中发送数据时基于优先级的优先等级发送。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述边缘计算模块包括数据处理模块和优先级划分模块；

所述数据处理模块用于对所述多参数数据进行处理，删除其中无用数据，基于所述车速数据和所述通行数据获得拥堵指数，基于所述气象数据获得气象指数，基于所述路面数据获得路面指数；

其中获取拥堵指数的过程包括：对所述通行数据和所述车速数据进行加权平均计算，得到每个小时的平均交通量和平均车速，再根据所述平均交通量与预设交通量作差，得到交通拥堵指数；

所述优先级划分模块用于对处理后的数据进行优先级划分，将拥堵指数划分为一级优先级，将气象指数划分为二级优先级，将路面指数划分为三级优先级，其中所述一级优先级的优先等级最高。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述云中心包括拥堵分析模块、气象分析模块、路面分析模块和事故分析模块；

所述拥堵分析模块用于基于所述交通拥堵指数生成交通拥堵等级，并基于不同的所述交通拥堵等级对路网中所有路段的所述交通拥堵指数进行排名，其中所述交通拥堵等级包括：畅通、基本畅通、轻度拥堵、中度拥堵和严重拥堵，并计算拥堵路段的预计拥堵时间、拥堵长度及拥堵的路段在路网中对其周围路段造成拥堵的可能性及预计拥堵等级；

所述气象分析模块用于基于气象指数生成气象等级，还用于生成当前路段的气象条件对周围路段造成影响的气象扩散等级及预计消除影响的时间；

所述路面分析模块用于基于路面指数生成路面等级，还用于生成路面等级对路网中其他路段的影响指数及根据历史数据和影响指数预估的拥堵趋势；

所述事故分析模块用于按照拥堵指数的排名对拥堵路段进行视频核查，判断是否存在事故，若存在事故则判断事故属性并获得事故地理位置，还用于基于所述通行数据和所述拥堵指数预计事故将造成的拥堵时间及拥堵等级，并分析在路网中对其他路段造成影响的范围。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述决策模块包括消除拥堵模块、养护模块、路段关闭模块和事故处理模块；

所述消除拥堵模块用于基于所述预计拥堵时间、所述预计拥堵长度及对周围其他路段造成拥堵的可能性及预计拥堵等级遍历路网中周围道路，分析可行的绕行路线，生成分流绕行决策方案，若没有绕行方案则对此路段进行标记，列为待扩建路段，基于拥堵排名对所述待扩建路段进行处理，基于扩建资金、扩建长度对周围道路造成的影响程度生成建设决策方案；

所述养护模块用于在拥堵路段分析路面等级对于拥堵的影响系数，若影响系数高于预定阈值将对应路段列为待养护路段，基于养护路段的养护费用、养护路段对周边路段的将同情况的影响系数生成养护决策；

所述路段关闭模块用于将气象等级与预设的气象等级阈值进行比较，若所述气象等级大于等于所述预设的气象等级阈值，则生成关断路段方案并通过气象信息和实测气象数据预测未来气象变化规律，根据未来气象变化规律判断气象对路网的影响范围及影响系数，根据影响系数和影响范围做出提前关断受影响路段的决策，以当下不受气象影响的路段作为待选的绕行路段，以消除气象影响所需的时长确定未来不气象影响的路段作为未来待选的绕行路段，基于待选的绕行路段和未来待选的绕行路段生成绕行的决策方案；

所述事故处理模块用于基于所述事故属性和所述事故地理位置生成调动周边应急资源的决策方案和派遣应急人员的决策方案，还用于遍历此事故位置所在道路周围可行的绕行路段，生成若干种绕行方案。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述显示模块包括二维路网显示模块、三维路网显示模块、分析结果显示模块、二维三维切换模块和决策预览模块；

所述二维路网显示模块用于显示路网的二维平面图；

所述三维路网显示模块用于显示路网的三维立体图，还用于显示路段上车道级的三维立体图像，所述事故地理位置发生的事故占用的车道位置，发生拥堵的相关车道；

所述分析结果显示模块用于分别在所述二维平面图和所述三维立体图上显示所述拥堵等级、所述气象等级、所述路面等级和所述事故地理位置；

所述二维三维切换模块用于对二维显示模式和三维显示模式进行切换；

所述决策预览模块用于在所述二维平面图和所述三维立体图上显示若干种所述决策方案。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述三维路网显示模块包括道路历史数据收集模块和BIM构建模块；

所述道路历史数据收集模块用于收集在道路建设过程中的历史数据，所述历史数据包括地形地物调查数据、断面资料调查数据、公路周边地质环境调查数据和桥涵水文数据；

所述BIM构建模块用于基于所述历史数据和BIM模型构建三维立体路网图。

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