一种基于无人机的公路行车环境自动综合监测警示系统的制作方法

本实用新型涉及公路巡检技术领域，具体特指一种基于无人机的公路行车环境自动综合监测警示系统。

背景技术：

截止2015年底，我国高速公路通车总里程达到12万公里，其中山区高速公路达到6万公里，对其进行日常安全巡查不仅消耗大量的人力物力，而且不确定因素多、难度大，是摆在我国高速公路管理人员面前的一道难题。

传统的高速公路安全巡检主要采用巡逻车辆和定点摄像头监控相结合的方式。由于每次道路巡检费时费力费财，所以目前人工巡视的间隔周期比较长，具有很强的随机性，发现信息具有滞后性，且巡视过程主要受巡视人员的主观性控制，因此存在漏查或者效率低下等问题，此外，巡视车辆在巡视过程中发现问题需要及时停车处理，而高速公路其他社会车辆行驶速度较快且在高速公路路段上禁止停车，这样势必影响路段其他车辆的通行，还可能产生安全隐患；利用摄像头定点监控只能得到特定点附近片区内的道路安全情况且存在视觉盲区，无法反应道路全段的真实状况，在大范围内建立定点监控装置成本高。

我国现在基于GPS的智能导航技术已经成熟，GPS技术已经广泛地应用在自动驾驶领域，且市场上存在小型GPS导航装置，能够安装在无人机上飞行，但目前无人机的电池大部分电池不能直接充电，且续航时间较短，普遍低于30分钟，这样限制了无人机的大规模推广使用，此外还有大部分无人机采用的是遥控飞行，智能化程度不高。

当前视频图像监控信息采用点对点送往中心站的模拟方式，这种传送方式需要安装光纤，不仅费用高而且需要维修保养。当前控制中心采用人工检测，在上下换班或者休息时未能及时发现信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于无人机的公路行车环境自动综合监测警示系统，解决了现有公路行车环境存在漏查或者效率低下等问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案具体如下：

本实用新型提供的一种基于无人机的公路行车环境自动综合监测警示系统，包括无人机监测装置、控制中心、地面基座和可变情报板，其中，所述无人机监测装置用于采集公路环境信息并将数据传输到控制中心；所述控制中心将接收到的公路环境信息进行数据对比处理，并根据对比结果判断是否生成警示信息，同时，将该警示信息发布在与控制中心连接的可变情报板上；所述地面基座用于无人机监测装置的停靠及充电。

优选地，所述无人机监测装置为直升机式无人机，所述无人机上设置有机载CPU、机载无线信息传输装置、机载摄像头、GPS定位导航装置和红外线测距传感器，所述机载CPU分别与机载无线信息传输装置、机载摄像头、GPS定位导航装置和红外线测距传感器连接，其中，所述机载CPU用以收集各个装置的信号进而控制无人机的飞行状态；所述机载摄像头用于全程拍摄路段的视频画面，所述GPS定位导航装置接收无人机的方位信号，并将该方位信号传输到机载CPU；所述机载无线信号传输装置能够将机载摄像头拍摄的视频和GPS定位导航装置接收到的无人机的方位信号实时传输到控制中心，所述控制中心对接收到的信息进行加工处理。

优选地，所述机载CPU还连接有机载无线充电蓄电池装置，所述与地面基座相匹配，可以实现无线电充电。

优选地，所述机载CPU还连接有机载存储装置，所述机载存储装置采用ssd固态硬盘。

优选地，：所述红外线测距传感器设置在无人机机身四周，用以实现无人机360°全方位的距离监测。

优选地，所述控制中心设置有无线信号接收装置和处理器，所述无线信号接收装置与机载无线信号传输装置相配合，用以数据信息的接收，并将接收到的数据信息传输给处理器，所述处理器用以对接收到的数据进行处理。

优选地，所述可变情报板设置在公路沿线上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种基于无人机的公路行车环境自动综合监测警示系统，首先通过无人机监测装置对公路行车环境进行采集，并将采集到的数据传输到控制中心，所述控制中心将接收到的公路环境信息进行数据对比处理，并根据对比结果判断是否生成警示信息，同时，将该警示信息发布在与控制中心连接的可变情报板上；所述地面基座用于无人机监测装置的停靠及充电。本实用新型采用无人机监测装置代替公路巡检车辆或巡逻人员进行公路巡检，自动化程度高，可节省大量人力投入，同时，避免了公路行车环境的漏查等情况，同时，将警示信息发布在可变情报板上，提醒驾驶员行车环境，避免出现交通事故。

进一步的，采用机载摄像头全程拍摄路段视频画面，摄像头角度及焦距可以由CPU及控制中心调节，对公路交通影响小，航拍范围大，反应路段情况及时真实。

进一步的，所述无人机可根据预设航线自主飞行也可根据控制中心人员发出的指令遥控飞行，遇紧急情况，自动生成警示信息，由值班人员判断是否立即在可变情报板发布，若无人值守，时间超过设定阈值后电脑将自动发布警示信息至相对应位置的可变情报板，智能化程度高。

附图说明

图1是无人机的俯视图；

图2是无人机的主视图；

图3是监测系统结构示意图；

图4是监测系统流程图；

其中，1、无人机 2、机载无线信息传输装置 3、机载无线充电蓄电池装置 4、机载摄像头 5、机载数据存储装置 6、GPS定位导航装置 7、红外线测距传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实用新型提供的一种基于无人机的公路行车环境自动综合监测警示系统，包括无人机监测装置、控制中心、地面基座和可变情报板。其中，所述无人机监测装置用于采集公路环境信息并将数据传输到控制中心，所述公路环境信息包括路面是否有障碍物、道路的能见度以及道路沿线交安设施是否损坏等信息；所述控制中心将接收到的公路环境信息进行数据对比处理，并根据对比结果判断是否生成警示信息，同时，将该警示信息发布在与控制中心连接的可变情报板上；所述地面基座用于无人机监测装置的停靠及充电，同时，所述地面基座设置的数量由监控路段长度和无人机监测装置续航时间决定，所述地面基座通过连接电缆并带有无线充电装置，可以实现无人机续航的无线充电；所述可变情报板根据路段特点设置在公路沿线，与控制中心相连接，情报板上显示内容由控制中心发送。

具体地，所述无人机监测装置为直升机式无人机1，所述无人机上设置有机载CPU、驱动装置、机载无线信息传输装置2、机载无线充电蓄电池装置3、机载摄像头4、机载数据存储装置5、GPS定位导航装置6和红外线测距传感器7，所述机载CPU分别与驱动装置、机载无线信息传输装置2、机载无线充电蓄电池装置3、机载摄像头4、机载数据存储装置5、GPS定位导航装置6和红外线测距传感器7连接。

其中，所述机载CPU用以收集各个装置的信号进而控制无人机的飞行状态；

所述机载摄像头4用于全程拍摄路段的视频画面，所述摄像头的角度及焦距通过控制中心控制记载CPU进行调节；

所述GPS定位导航装置6接收无人机的方位信号，并将该方位信号传输到机载CPU，进而通过机载CPU控制无人机的行动。

所述机载无线信号传输装置2能够将机载摄像头拍摄的视频和GPS定位导航装置接收到的无人机的方位信号实时传输到控制中心，所述控制中心通过人机结合的方式对接收到的信息进行加工处理，判断公路沿线是否有交安设施损坏、路段局部是否有不利于安全行车的天气、以及路面是否有障碍物，根据判断结果，工作人员及时采取措施并由控制中心发送警示信息至沿线可变情报板；

所述机载存储装置5采用ssd固态硬盘，能够实现数据的快速写入与读取；

所述红外线测距传感器7等距设置在无人机机身四周，可以实现无人机360°全方位的距离监测，当遇到障碍物时，所述红外线测距传感器将采集到的障碍物距离无人机的距离信息传输至机载CPU，进而通过机载CPU控制无人机改变飞行方向；

所述机载无线充电蓄电池装置3与地面基座相匹配，可以实现无线电充电。

所述控制中心设置有无线信号接收装置和处理器，所述无线信号接收装置与机载无线信号传输装置相配合，用以数据信息的接收，并将接收到的数据信息传输给处理器，所述处理用以对数据的处理。

应用上述系统对公路行车环境进行自动综合监测警示，通过下述步骤完成：

步骤1：地面基座设置

根据所需监控路段长度和无人机续航时间决定地面基座设置数量；

相邻两地面基座的间距为：S＝V*(T-t)，其中，V为无人机飞行速度，T为无人机最大续航时间，t为无人机预留机动时间，用于无人机处理一些意外情况；

地面基座设置个数为：N₁＝X/S+1，其中，式中X为需要监控路段总长度。

步骤2：无人机航拍

如图4所示，无人机上设置的GPS定位导航装置接收无人机的位置信息，同时将该位置信息反馈至机载CPU，由机载CPU控制无人机沿预设航道飞行及起降，实现在预设的飞行航线上自主飞行，也可通过接受控制中心的指令遥控飞行。无人机飞行过程中使用机载摄像头采集视频数据并通过无线信号传输装置实时将视频传输至控制中心。无人机安装有红外线测距传感仪，用于反馈距离信息至机载CPU，由机载CPU控制无人机躲避障碍物。当无人机电量不足时将降落至最近地面基座进行无线充电。此过程涉及到图3所示的感知层、控制层和执行层。

步骤3：控制中心工作

如图4所示，控制中心主要负责接收无人机装置无线传输数据，并进行人机结合的数据处理，最终将行车环境信息反映至对应路段可变情报板，此过程主要涉及图3所示的控制层。

控制中心根据无人机拍摄视频判断沿线交安设施损坏的方法，具体如下：

无人机定期采集完整路段视频信息传输存入控制中心数据库，由管理人员确定后作为标准对比视频；无人机巡逻过程中实时传输视频及方位信息回控制中心，电脑根据方位信息定位视频所处路段，通过计算机图像识别功能，逐帧与数据库中标准视频比对，当交安设施出现与原视频中不同时，自动向值班人员反馈。

控制中心根据无人机拍摄视频判断沿线局部恶劣天气主要为雾的方法，具体如下：

在控制中心端数据库中预先导入不同能见度下的视频或照片，作为对比样本，电脑将接收到的实时视频信息与不同能见度的照片进行比对，判断路段能见度。电脑确定能见度后，结合值班人员对不同的判断结果采取以下措施如下措施。

1能见度小于500米大于200米时。在可变情报板处提示驾驶员必须开启防眩目近光灯、示宽灯和尾灯；时速不得超过80公里；保持150米以上的行车间距。

2能见度小于200米大于100米时，在可变情报板处提示驾驶员必须开启雾灯和防眩目近光灯、示宽灯和尾灯；时速不得超过60公里；保持100米以上的行车间距。

3能见度小于100米大于50米时，在可变情报板处提示驾驶员必须开启雾灯和防眩目近光灯、示宽灯、尾灯，时速不得超过40公里；保持50米以上的行车间距。

4能见度小于50米时，在匝道附近可变情报板处提示驾驶员车辆禁止驶入前方高速公路。此时已进入高速公路的车辆，必须按规定开启有关灯光，驶离雾区，时速不得超过20公里。

控制中心根据无人机拍摄视频判断沿线路段路面障碍物的方法，具体如下：

无人机定期采集完整路段视频信息传输存入控制中心数据库，由管理人员确定后作为标准对比视频；无人机巡逻过程中实时传输视频及方位信息回控制中心，电脑根据方位信息定位视频所处路段，通过计算机图像识别功能以及颜色对比功能，逐帧与数据库中标准视频比对，当交发现路面与标准视频有不同时，自动向值班人员反馈并在系统中预警，如果此时没有值班人员进行操作，当时间超过预设阈值时，自动在障碍物前方可变信息版处发布警示信息，提醒驾驶员注意安全。