一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统的制作方法

1.本发明涉及公路交通技术领域，特别涉及一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统。


背景技术：

2.目前，我国高速公路通车总里程已超12万公里，连接全国地级行政中心、城镇人口超过20万的中等及以上城市、重要交通枢纽和重要边境口岸，但高速公路位置偏僻，受天气因素的影响大，目前在高速公路上传统的检测方法主要包括雷达、激光、传感器等，但是这仅仅属于事后监督方式，无法做到预防违规，特别是气候较差时驾驶员在没有看见路标的情况下更是如此。而驾驶员一般也都忽略了当前的路况的要求，给高速路通行带来了不小的隐患。
3.由此，提出一种根据天气状况来判断高速公路当前的路面情况，可以生成行车建议的系统，实时监测当前道路环境，最大限度的避免发生意外。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，用以实时监测当前道路环境，最大限度的避免发生意外。
5.本发明提供的一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，包括：
6.采集模块，用于采集指定公路的视频流，以及所述指定公路所在位置的当前环境因素；
7.处理模块，用于基于所述视频流中的地表区域的图像，同时根据所述指定公路所在位置的当前环境因素生成所述指定公路的当前环境特点；
8.执行模块，用于根据所述当前环境特点制定相应的行车建议，并传输到指定终端进行显示。
9.在一种可实施的方式中，
10.所述采集模块，包括：
11.视频采集单元，用于采集所述指定公路的视频流；
12.风速采集单元，用于采集所述指定公路所在位置的当前风速；
13.湿度采集单元，用于采集所述指定公路所在位置的当前湿度；
14.数据采集单元，用于基于所述指定公路所在的位置，在网络中获取所述指定公路的当前天气数据，并判断所述指定公路所在位置的当前温度是否低于预设温度；
15.若是，控制发射采集单元，向所述指定公路发射预设光线，并采集反射光线。
16.在一种可实施的方式中，
17.所述处理模块，包括：
18.图像处理单元，用于在视频流中持续获取所述地表区域的图像，建立地表图像集；
19.环境处理单元，用于根据所述当前天气数据并结合所述当前风速和当前湿度持续
分析所述指定公路的当前天气类型；
20.综合处理单元，用于基于时间轴顺序对所述地表图像集和所述当前天气类型进行同步分析，生成所述指定公路的当前环境特点。
21.在一种可实施的方式中，
22.所述综合处理单元，包括：
23.所述综合处理单元，还用于根据所述当前天气类型在预设天气模型集中获取对应的当前天气模型；
24.所述综合处理单元，还用于将地表图像集输入到所述当前天气模型中，生成公路环境模型；
25.获取所述预设光线和反射光线，再转换为对应的第一模拟光线和第二模拟光线，输入到所述公路环境模型中；
26.根据所述第一模拟光线与所述第二模拟光线的能量差判断所述指定公路是否结冰，并在所述指定公路结冰时生成危险信息传输到指定终端进行显示。
27.在一种可实施的方式中，
28.所述执行模块，包括：
29.无线传输单元，用于通过无线连接将所述行车建议传输到所述指定终端进行显示；
30.网络检测单元，用于检测所述无线传输单元与所述指定终端之间的网络情况，并在所述无线传输单元与所述指定终端之间的连接存在错误时生成切换指令；
31.有线传输单元，用于基于所述切换指令将所述行车建议传输到所述指定终端进行显示。
32.在一种可实施的方式中，
33.所述指定终端分别与所述无线传输单元和有线传输单元连接；
34.所述网络检测单元分别与所述无线传输单元和有线传输单元连接。
35.在一种可实施的方式中，
36.所述综合处理单元，包括：
37.基于时间轴建立所述地表图像集中每一帧地表图像与所述当前天气类型与时刻环境信息的对应关系；
38.基于所述对应关系，将所述地表图像和所述时刻环境信息同步输入到预设环境模型中，模拟所述指定公路的当前环境；
39.根据模拟结果，获取所述指定公路的当前湿滑度、能见度、光照度，并建立当前环境特点。
40.在一种可实施的方式中，
41.所述处理模块，还包括：
42.紧急处理单元，用于接收网络大数据发出的紧急情况信息，并在所述紧急情况信息中提取紧急车辆的预前进路线；
43.判断所述预前进路线是否经过所述指定公路，若是，生成紧急处理指令；
44.所述图像处理单元，还用于基于所述紧急处理指令，在所述视频流中获取所述指定公路的当前图像；
45.所述图像处理单元，还用于提前存储所述指定公路对应的第一像素，并在所述当前图像上随机标记与所述第一像素值一致的检验点；
46.再对标记后对所述当前图像进行光栅化处理，获取光栅图像并在所述光栅图像上标记对应的检验点；
47.将所述光栅图像投影到预设坐标系中，获取光栅灰度投影；
48.所述综合处理单元，还用于以所述光栅灰度投影每一光栅格对应的亮度为元素建立图像矩阵；
49.在所述图像矩阵中提取所述检验点对应的背景元素，获取前景矩阵；
50.利用矩形最小原则，在所述前景矩阵上标记若干个子矩阵；
51.根据每一所述子矩阵包含的子元素，建立子矩阵元素集；
52.根据所述子矩阵元素集在所述当前图像上提取对应的子图像；
53.根据所述子图像在所述当前图像上的分布以及所述预前进路线，模拟所述紧急车辆经过所述指定公路时的停留时长；
54.所述紧急处理单元，还用于当所述停留时长大于预设时长时，确定所述指定公路车流拥挤，生成紧急结果并传输到指定终端进行显示。
55.在一种可实施的方式中，
56.网络检测单元，包括：
57.所述网络检测单元，用于生成初信号，并通过所述无线传输单元将所述初信号传输到所述指定终端；
58.根据所述指定终端接受所述初信号的延迟时长，判断所述无线传输单元与所述终端之间的网络延迟是否在预设延迟时长范围内；
59.若在，获取所述初信号的信号长度，根据所述信号长度为所述初信号匹配对应的单位信号步长；
60.将所述初信号记作1输入到预设累加域中；
61.在预设信号库中选取与所述单位信号步长相同的第一信号，并建立加码参数输入到预设累加域中；
62.所述网络检测单元，还用于将所述预设累加域对应的累加信号通过所述无线传输单元传输到所述指定终端，并在所述指定终端连续获取加码信号；
63.根据时间顺序建立所述累加信号与所述加码信号的信号对比列表；
64.获取加码信号的第一信号量以及对应的累加信号的第二信号量；
65.判断所述第一信号量与所述第二信号量是否一致，若不一致，获取对应的累加信号的信号长度；
66.当所述无线传输单元向所述指定终端传输与所述信号长度一致的信号时，生成切换指令。
67.在一种可实施的方式中，
68.所述网络检测单元，还用于检测所述无线传输单元中是否含有与所述信号长度一致的待传输信号；
69.若存在，生成切换指令，将所述待传输信号输入到所述有线传输单元进行传输。
70.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
71.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
72.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
73.图1为本发明实施例一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统的组成图；
74.图2为本发明实施例一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统的采集模块的组成图；
75.图3为本发明实施例一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统的处理模块的组成图；
76.图4为本发明实施例一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统的执行模块的组成图。
具体实施方式
77.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
78.实施例1
79.本发明实施例提供了一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，如图1所示，包括：
80.采集模块，用于采集指定公路的视频流，以及所述指定公路所在位置的当前环境因素；
81.处理模块，用于基于所述视频流中的地表区域的图像，同时根据所述指定公路所在位置的当前环境因素生成所述指定公路的当前环境特点；
82.执行模块，用于根据所述当前环境特点制定相应的行车建议，并传输到指定终端进行显示。
83.该实例中，当前环境因素包括指定公路所在环境的当前风速、当前湿度以及当前天气状况；
84.该实例中，地表区域表示视频流中属于指定公路的部分；
85.该实例中，行车建议可以为直接通过、绕行通过、缓慢通过、快速驶离中额一种。
86.上述技术方案的工作原理以及有益效果：通过持续采集高速公路所在位置的视频流，以及所在环境的当前环境因素，生成指定公路的当前环境特点，在车辆未到达高速公路前制定相应的行车建议，实时监测当前的行车环境，最大限度的避免意味发生。
87.实施例2
88.在实施例1的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，所述所述采集模块，包括：
89.视频采集单元，用于采集所述指定公路的视频流；
90.风速采集单元，用于采集所述指定公路所在位置的当前风速；
91.湿度采集单元，用于采集所述指定公路所在位置的当前湿度；
92.数据采集单元，用于基于所述指定公路所在的位置，在网络中获取所述指定公路的当前天气数据，并判断所述指定公路所在位置的当前温度是否低于预设温度；
93.若是，控制发射采集单元，向所述指定公路发射预设光线，并采集反射光线。
94.该实例中，在网络中获取指定公路的当前天气数据包括：步骤1：采集指定公路的当前地理位置，并向终端发送查询指令、步骤2：将当前地理位置转换为行政区域信息，向网络服务器发送查询指令、步骤3：获取对应行政区域的天气预报，并发送到数据采集单元。
95.上述技术方案的工作原理以及有益效果：通过利用多个单元采集指定公路所在环境的不同因素，不仅可以获取对应的因素，还可以提高获取速度，避免单一模块执行多个功能造成紊乱。
96.实施例3
97.在实施例2的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，所述处理模块，包括：
98.图像处理单元，用于在视频流中持续获取所述地表区域的图像，建立地表图像集；
99.环境处理单元，用于根据所述当前天气数据并结合所述当前风速和当前湿度持续分析所述指定公路的当前天气类型；
100.综合处理单元，用于基于时间轴顺序对所述地表图像集和所述当前天气类型进行同步分析，生成所述指定公路的当前环境特点。
101.该实例中，地表图像集表示视频流中每一帧图像中的指定公路的位置的合集；
102.该实例中，天气类型可以为雨天、雪天、晴天、阴天以及风级中的一种或多种；
103.该实例中，当前环境特点表示指定公路所在环境的天气状况；
104.例如，指定公路的当前天气状况为下雨的阴天，当前为2级凤。
105.上述技术方案的工作原理以及有益效果：通过对视频流中的每一帧图像进行处理，建立指定公路的地表图像集，再获取指定公路的当前天气类型，最后将地表图像集和当前天气类型在同一时间轴中进行同步分析，获取指定公路的当前环境特点，这一来不仅可以监控指定公路本身的环境，还可以结合当前天气，生成当前环境特点，为后续工作做基础。
106.实施例4
107.在实施例3的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，所述综合处理单元，包括：
108.所述综合处理单元，还用于根据所述当前天气类型在预设天气模型集中获取对应的当前天气模型；
109.所述综合处理单元，还用于将地表图像集输入到所述当前天气模型中，生成公路环境模型；
110.获取所述预设光线和反射光线，再转换为对应的第一模拟光线和第二模拟光线，输入到所述公路环境模型中；
111.获取所述预设光线和反射光线，再转换为对应的第一模拟光线和第二模拟光线，并输入到所述公路环境模型中判断所述指定公路是否结冰，并在所述指定公路结冰时生成危险信息传输到指定终端进行显示。
112.该实例中，当前天气模型表示与当前天气类型相对应的模拟模型；
113.该实例中，危险信息可以为：道路结冰、道路湿滑。
114.上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了精确的获取道路当前的环境特点，通过建立公路环境模型，并在该模型上模拟预设光线和反射光线，从而判断道路上是否结冰，在道路结冰时及时生成危险信息供用户参考，避免发生意外。
115.实施例5
116.在实施例1的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统所述执行模块，包括：
117.无线传输单元，用于通过无线连接将所述行车建议传输到所述指定终端进行显示；
118.网络检测单元，用于检测所述无线传输单元与所述指定终端之间的网络情况，并在所述无线传输单元与所述指定终端之间的连接存在错误时生成切换指令；
119.有线传输单元，用于基于所述切换指令将所述行车建议传输到所述指定终端进行显示。
120.该实例中，无线传输和有线传输可以同时连接，但是当无线传输单元与指定终端直接的网络状况稳定时，仅利用无线传输进行传输。
121.上述技术方案的工作原理以及有益效果：当系统中生成结果或指令时，需要传输到指定终端，由于无线传输的速度高于有线传输，但无线传输过程具有不稳定性，故在传输信息前进行网络检测，判断无线传输单元与指定终端之间的连接情况，并在无线传输单元与指定终端之间的连接存在错误时将连接方式切换至有线连接，避免信息传输不及时造成后果。
122.实施例6
123.在实施例5的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，包括：
124.所述指定终端分别与所述无线传输单元和有线传输单元连接；
125.所述网络检测单元分别与所述无线传输单元和有线传输单元连接。
126.上述技术方案的工作原理以及有益效果：指定终端分别与无线传输单元和有线传输单元进行连接，可以保证传输线路的稳定，同时无线传输单元与有线传输单元分别与网络检测单元连接，可与及时检测网络状况，及时切换网络。
127.实施例7
128.在实施例3的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，所述综合处理单元，包括：
129.基于时间轴建立所述地表图像集中每一帧地表图像与所述当前天气类型与时刻环境信息的对应关系；
130.基于所述对应关系，将所述地表图像和所述时刻环境信息同步输入到预设环境模型中，模拟所述指定公路的当前环境；
131.根据模拟结果，获取所述指定公路的当前湿滑度、能见度、光照度，并建立当前环境特点。
132.上述技术方案的工作原理以及有益效果：将天气类型与时刻环境信息放置在同一时间轴下，获取指定公路的环境特点，为后续工作做基础。
133.实施例8
134.在实施例3的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，所述处理模块，还包括：
135.紧急处理单元，用于接收网络大数据发出的紧急情况信息，并在所述紧急情况信息中提取紧急车辆的预前进路线；
136.判断所述预前进路线是否经过所述指定公路，若是，生成紧急处理指令；
137.所述图像处理单元，还用于基于所述紧急处理指令，在所述视频流中获取所述指定公路的当前图像；
138.所述图像处理单元，还用于提前存储所述指定公路对应的第一像素，并在所述当前图像上随机标记与所述第一像素值一致的检验点；
139.再对标记后对所述当前图像进行光栅化处理，获取光栅图像并在所述光栅图像上标记对应的检验点；
140.将所述光栅图像投影到预设坐标系中，获取光栅灰度投影；
141.所述综合处理单元，还用于以所述光栅灰度投影每一光栅格对应的亮度为元素建立图像矩阵；
142.在所述图像矩阵中提取所述检验点对应的背景元素，获取前景矩阵；
143.利用矩形最小原则，在所述前景矩阵上标记若干个子矩阵；
144.根据每一所述子矩阵包含的子元素，建立子矩阵元素集；
145.根据所述子矩阵元素集在所述当前图像上提取对应的子图像；
146.根据所述子图像在所述当前图像上的分布以及所述预前进路线，模拟所述紧急车辆经过所述指定公路时的停留时长；
147.所述紧急处理单元，还用于当所述停留时长大于预设时长时，确定所述指定公路车流拥挤，生成紧急结果并传输到指定终端进行显示。
148.该实例中，紧急车辆可以为救护车、消防车、警车；
149.该实例中，预前进路线表示紧急车辆预先制定的前进路线；
150.该实例中，第一像素表示指定公路在当前图像上的像素；
151.该实例中，检验点表示在当前图像上标记的与第一像素值一致的像素点；
152.该实例中，光栅灰度投影表示对光栅图像进行投影后的结果；
153.该实例中，图像矩阵表示根据光栅灰度投影每一光栅格对应的亮度建立的矩阵；
154.该实例中，背景元素表示与检验点元素相同的元素；
155.该实例中，矩阵最小原则表示在图像矩阵上获取的最小矩阵。
156.上述技术方案的工作原理以及有益效果：由于紧急车辆执行任务时往往具有突发性，对前方道路状况一无所知，所以在紧急车辆执行任务时，采集其前进路线对应的道路状况并进行检测，判断前方道路是否符合行走条件，并做出相应的提示，保证紧急车辆快速通行。
157.实施例9
158.在实施例5的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，网络检测单元，包括：
159.所述网络检测单元，用于生成初信号，并通过所述无线传输单元将所述初信号传
输到所述指定终端；
160.根据所述指定终端接受所述初信号的延迟时长，判断所述无线传输单元与所述终端之间的网络延迟是否在预设延迟时长范围内；
161.若在，获取所述初信号的信号长度，根据所述信号长度为所述初信号匹配对应的单位信号步长；
162.将所述初信号记作1输入到预设累加域中；
163.在预设信号库中选取与所述单位信号步长相同的第一信号，并建立加码参数输入到预设累加域中；
164.所述网络检测单元，还用于将所述预设累加域对应的累加信号通过所述无线传输单元传输到所述指定终端，并在所述指定终端连续获取加码信号；
165.根据时间顺序建立所述累加信号与所述加码信号的信号对比列表；
166.获取加码信号的第一信号量以及对应的累加信号的第二信号量；
167.判断所述第一信号量与所述第二信号量是否一致，若不一致，获取对应的累加信号的信号长度；
168.当所述无线传输单元向所述指定终端传输与所述信号长度一致的信号时，生成切换指令。
169.该实例中，初信号表示含有不大于5个信息量的短时信号；
170.该实例中，延迟时长表示无线传输单元发送初信号和指定终端接受初信号之间的时间差；
171.该实例中，信号步长表示初信号包含信息量的单位；
172.该实例中，累加域表示执行信号长度累加的域；
173.该实例中，第一信号表示与初信号单位步长一致的信号；
174.该实例中，加码信号表示初信号和第一信号进行累加的结果，且加码信号随着累加次数而变化。
175.上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了保持信号的传输速度，由网络传输单元生成初信号并通过无线传输单元传输到指定终端，用来检测无线传输单元与指定终端之间是否发生中断，再通过传输加码信号，判断无线传输单元向指定终端传输任意长度的信号时是否会发生漏传现象，并获取其对应的信号长度，当需要传输该长度的的信号时，将对应的传输路径改为有线传输。
176.实施例10
177.在实施例9的基础上，所述一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，包括：
178.所述网络检测单元，还用于检测所述无线传输单元中是否含有与所述信号长度一致的待传输信号；
179.若存在，生成切换指令，将所述待传输信号输入到所述有线传输单元进行传输。
180.上述技术方案的工作原理以及有益效果：为了避免信号丢失，当待传输信号的长度与信号长度一致时，改为有线传输，保证指定终端接受到无误信号。
181.实施例11
182.在实施例4的基础上，一种基于全天候视频监测的公路试验监测系统，将第一模拟光线和第二模拟光线输入到所述公路环境模型中判断所述指定公路是否结冰的过程中，包
括：
183.获取所述第二模拟光线，并判断所述第二模拟光线中是否存在偏折光线，若是，确定所述指定公路表面存在异物，生成初步检测指令；
184.根据所述初步检测指令，获取所述第一模拟光线对应的第一能量；
185.根据所述第一模拟光线的传播路径，将所述第一模拟光线在所述公路模型中的传播路径依次划分为异物折射区域、路面反射区域；
186.根据公式(ⅰ)计算所述异物折射区域的折射因子；
[0187][0188]
其中，z1表示所述异物折射区域的折射因子，r1表示光线垂直照射所述冰层表面时的最佳折射率，α表示所述第一模拟光线与所述异物表面的入射角，r2表示所述异物下表面的折射率，β表示折射光线与所述异物下表面的折射角；
[0189]
当所述异物折射区域的折射因子在预设范围内时，确定所述指定道路上的异物为冰层，生成冰层厚度检测指令；
[0190]
基于所述冰层厚度检测指令，将所述异物折射区域视为冰层折射区域，并根据公式(ⅱ)(ⅲ)计算冰层区域和路面区域的总反射因子；
[0191][0192][0193]
其中，z2表示所述路面反射区域的反射因子，r3表示当光线垂直照射所述路面时的最佳反射率，γ表示所述第一模拟光线与所述路面的反射角，z3表示冰层区域和路面区域的总反射因子，d表示冰的介电常数，n1表示所述第一模拟光线在所述冰层内部的总衰减系数，n2表示所述第一模拟光线在所述冰层内部的散射衰减，φ表示将折射因子转换为反射因子的转换参数；
[0194]
其中，当所述第一模拟光线经过所述冰层区域和地面区域反射后变为第二模拟光线；
[0195]
根据所述第一能量和公式(ⅲ)的计算结果，获取所述第二模拟光线能量与所述第一能量之间的能量差；
[0196]
基于所述能量差在预设差值-厚度列表中获取所述指定公路的当前冰层厚度，并传输到指定终端进行显示。
[0197]
该实例中，初步检测指令的目的是检测指定道路表面是否有异物；
[0198]
该实例中，冰层厚度检测指令的目的是检测指定道路表面冰层的厚度；
[0199]
该实例中，异物(可以为冰层)下表面的反射角可视为路面上表面的入射角；
[0200]
该实例中，异物(可以为冰层)的下表面与路面的上表面接触。
[0201]
上述技术方案的工作原理以及有益效果：利用模拟光照，判断道路是否结冰以及通过路面的反射光线计算冰层区域和路面区域的总反射因子，从而确定道路结冰的厚度，及时将检测结果发送到指定终端，起到了提醒司机的作用，有效的避免意外发生。
[0202]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精
神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。