CN104794898B - 一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置及工作方法，包括LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、多功能车载多媒体信息终端、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、交通预警手机APP、循迹主体航拍系统、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置和后台控制与数据中心，本发明还提供上述预警装置的工作方法。本发明实现高速公路全路段无盲区高速无线数据通信服务、高速公路车辆亚米级高精度导航定位，准确识别车辆所处车道并判定其超速占道等违法行为，通过定点监控与无人机定点巡航识别事故信息，实时采集高速公路沿线气象信息，及时发布预警信息，雪霜天气下自动喷洒融雪剂保障行车安全。

Description

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置及工作方法

技术领域

本发明涉及一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置及工作方法，尤其针对于高速公路通信导航监视预警场景，属于智能交通与监视导航定位技术领域。

背景技术

随着我国交通事业的迅速发展，高速公路里程逐年增加，高速公路车辆违法行为屡禁不止，超速行驶、非法占用应急车道等违法行为造成了极大的事故隐患，同时由于对恶劣气象条件原因导致的高速公路事故也时有发生，给国家和人民生命财产安全带来极大损失。

保障高速公路行车安全，一是要杜绝高速公路车辆违章行为，二是要建立起实时高效的监视预警系统，三是要制定抵抗恶劣天气条件解决方案。高速公路车辆违法行为主要包括超速行驶和非法占用应急车道，若要及时发现此类行为必须要实现车辆的精准定位，确定车辆所处车道，还要实时测定车辆行驶速度，从而判定车辆速度与所处车道是否匹配、车辆是否非法占用应急车道。而当前民用GPS/北斗定位系统的定位精度仅能达到15米左右，无法判定车辆所处车道信息，从而无法有效识别高速公路车辆违法行为。

对于建立实时高效的监视预警系统包括三个方面，一是对高速公路沿线实施有效稀疏分布式监控，二是实现有效路况与气象信息提示与预警，三是要保障信息通信的稳定高效。当前高速公路沿线监控点严重不足，并缺乏有效辅助手段，无法及时发现车辆违章行为，不能对违章司机进行及时的危险预警，不能够实时查看交通事故现场情况；当前的高速公路路况提示方式仅仅是通过高速公路沿线少量的指示灯或指示牌进行提示，由于距离、光线等原因容易造成驾驶员误判；信息通信方面，当前高速公路为带状延伸区域，缺乏高速无线数据传输链路，而借助于3G/4G公网，由于无法设定通信优先级，在公网用户数量、数据传输量增加时，存在数据传输速度缓慢、网络通信不稳定等缺陷，并且系统中各类信息对实时性的要求不同，在多类信息并发传输时，无法对各类信息按照合理优先级进行传输，尤其对于高速公路场景，通信网络的延迟将无法提供及时有效的路况提示与预警服务，给高速公路行车安全带来极大隐患。

影响高速公路车辆行驶安全的天气因素主要是雾霾与霜雪，当前高速公路场景下气象信息的获取仅能依靠气象部门的发布，无法对高速公路沿线实际气象信息进行实时监测与预警，尤其对于霜雪天气，路面霜雪造成路面湿滑、摩擦力减小，极易引发交通事故。

郭忠印等人的名为“一种基于高速公路运营安全的移动监控和预警系统及方法”的专利文件CN103150907公开了一种高速公路运营安全移动监控和预警系统及方法，该系统包括数据采集单元、数据存储单元、数据处理单元、电子显示屏及无线通信模块；数据采集单元、数据存储单元、电子显示屏及无线通信模块均与数据处理单元相连；该系统安装于车辆上，采用蓄电池供电。该方法的具体步骤为：构建基础数据库；数据采集单元实时采集动态数据；数据处理单元将实时路况参数与安全路况参数比较，生成预警信息；无线通信模块将实时路况参数和预警信息发送至监控中心。该发明车载硬件设备与监控中心间未建立高速专网通信链路，无法满足高速公路场景下数据通信的实时性与可靠性，尤其在无线通信网络接入用户增多，数据传输量增加，通信延迟造成预警信息发布滞后，给车辆行驶带来安全隐患；该发明采用GPS系统进行定位，而其民用定位精度仅能达到15米，无法实现对高速公路行驶车辆的高精度定位导航，无法判定车辆所处车道，从而无法判定车辆车速是否与其所处车道匹配，无法判定车辆是否违法占用应急车道；该发明仅对高速公路气象信息进行监测与预报提醒，未建立恶劣天气应对设施应对路面霜雪等灾变情况。

天津市华海计算机技术有限公司的一件名为“公路交通电子监控管理系统”的专利文件CN1665297，公开了一种公路交通电子监控管理系统，在重要道路重点路段设立自动监控点－公路交通视频监控系统，有球形摄像机和摄像机连接网络视频服务器，网络视频服务器连接光端机，模拟光端机通过光缆连接交警指挥中心的光端机，光端机连接网络解码器，网络解码器连接大型电视屏幕；公路交通视频监控系统连接光端机还连接以太网桥接器，以太网桥接器连接以太网交换机，以太网交换机连接管理服务器和指挥中心网络终端。本发明仅实现了对公路车辆信息的监控，且其监控模式为静态监控，受监控点部署密度影响，其仅能识别监控点有效监控范围内的信息，无法对道路事件实现动态追踪监控，尤其在道路事故发生地点，无法快速识别现场事故信息。

基于以上现状，建立带状专网通信系统、研发高精度车辆导航定位方法与设施、设计高速路车辆违章监视与交通事故预警装置，设立高速公路微气象系统和恶劣气候应对设备是实现高速公路车辆文明与安全驾驶的重要保障。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置。

本发明还提供了利用上述预警装置对违章、路况、气象进行监控预警的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，包括LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、多功能车载多媒体信息终端、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、交通预警手机APP、循迹主体航拍系统、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置和后台控制与数据中心；

所述LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置分别通过光纤网络与所述后台控制与数据中心通信；所述的LTE专网通信基站为多功能车载多媒体信息终端、循迹主体航拍系统以及手持智能设备提供高速无线传输接入网络；所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站用以获取定位修正数；所述多功能车载多媒体信息终端通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时监视并显示信息；所述的交通预警手机APP运行于手持智能终端，为行车人员提供实时路况提示与预警服务，实时发布后台控制与数据中心下发的公告与预警信息，使行车人员及时了解高速公路路况动态信息，同时为用户提供高速公路违章记录查询；所述的循迹主体航拍系统位于高速公路巡逻车，通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的微气象采集设备监测采集气象信息并与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的分布式自动除雪霜装置在霜雪气象条件下自动喷洒融雪剂。

根据本发明优选的，所述的LTE专网通信基站包括电源模块、控制模块、数据处理模块、天线模块和光纤通信模块，所述电源模块、数据处理模块、天线模块、光纤通信模块各自与控制模块相连；所述电源模块提供基站的电量供应，所述控制模块控制基站各部分协调工作，所述数据处理模块用于对基站无线链路收发数据的解析与通信协议封装，所述天线模块提供无线信号覆盖，所述光纤通信模块建立基站与后台控制与数据中心的网络通信；

所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站包括电源模块、CPU控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块和光纤通信模块，所述的电源模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块、光纤通信模块各自与所述的CPU控制模块相连；所述的电源模块负责基准站的电量供应，所述的CPU控制模块协调基准站各部分工作运行，所述的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，所述的数据存储模块用来存储基准站精确坐标位置，所述的差分定位计算模块根据GPS/北斗双模定位模块接收的卫星定位数据与基准站的精确坐标位置计算定位修正数，所述的光纤通信模块建立基准站与后台控制与数据中心的通信链路；

所述多功能车载多媒体信息终端包括电源模块、CPU控制模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块、语音模块各自与所述的CPU控制模块相连；所述的电源模块为多功能车载多媒体信息终端供电，所述的CPU控制模块控制多功能车载多媒体信息终端中各部分协同工作，所述的LTE通信模块建立多功能车载多媒体信息终端与LTE专网通信基站的无线通信链路，所述的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，所述的数据存储模块存储数据包括地图信息、车辆位置信息、设备参数，所述的显示模块用来显示数据信息，包括车辆导航地图界面、信息公告和日期时间，所述的语音模块用来对行车人员进行语音提示，包括路况提示、违章提示和导航提示；

所述稀疏分布式监视与LED诱导预警设备包括电源模块、控制模块、摄像模块、视频图像处理模块、数据存储模块、LED显示模块和光纤通信模块，所述的电源模块、摄像模块、视频图像处理模块、数据存储模块、LED显示模块、光纤通信模块各自与所述的控制模块相连；所述的电源模块为稀疏分布式监视与LED诱导预警设备提供电力供应，所述的控制模块控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备中其他各模块工作，所述的摄像模块通过监视摄像头进行车辆违章拍照与视频监控，所述的视频图像处理模块用来对摄像模块拍摄的视频图像进行处理，所述的视频图像处理模块的处理内容包括车牌识别、格式转换、数据压缩和数据上传；所述的数据存储模块用来存储数据，包括LED显示信息和设备参数，所述的LED显示模块用来控制LED诱导屏显示信息，包括路况信息、预警信息和气象信息，所述的光纤通信模块实现稀疏分布式监视与LED诱导预警设备与后台控制与数据中心的网络通信；

所述的循迹主体航拍系统为无人机，所述的无人机上设置有模块包括控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、摄像模块、视频图像处理模块和LTE通信模块，所述的GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、摄像模块、视频图像处理模块、LTE通信模块各自与所述的控制模块相连；所述的控制模块负责循迹主体航拍系统中各模块协调工作，所述的无人机在所述的控制模块控制下进行循迹飞行，所述的GPS/北斗双模定位模块负责接收卫星定位信息，确定无人机的方位，所述的数据存储模块用来存储数据，包括设备参数和航行轨迹，所述的摄像模块控制进行拍照与录影，所述的视频图像处理模块对所述的摄像模块拍摄的图片与视频进行格式转换、数据压缩和数据上传，所述的LTE通信模块建立循迹主体航拍系统与LTE专网通信基站的无线通信链路，实现循迹主体航拍系统与后台控制与数据中心的通信；

所述的微气象采集设备包括控制模块、气象传感器、电源模块和光纤通信模块，所述的气象传感器、电源模块、光纤通信模块各自与所述的控制模块相连；所述电源模块负责对微气象采集设备进行电源供应；所述控制模块控制微气象采集设备中其他各模块协同工作；所述的气象传感器实时采集气象信息，所述气象信息包括雨雪、空气能见度、风力、风速、气温和湿度；所述的光纤通信模块用于实现微气象采集设备和后台控制与数据中心的光纤通信；

所述的分布式自动除雪霜装置包括控制模块、融雪剂喷洒模块、光纤通信模块和电源模块，所述的融雪剂喷洒模块、光纤通信模块、电源模块各自与所述的控制模块相连；所述控制模块用于控制分布式自动除雪霜装置中其他模块间协同工作；所述的融雪剂喷洒模块用于喷洒融雪剂；所述的光纤通信模块用于建立分布式自动除雪霜装置与后台控制与数据中心的通信链路；所述电源模块用于分布式自动除雪霜装置的电力供应；

所述后台控制与数据中心包括管理工具客户端、服务程序和数据库，管理工具客户端进行信息发布、车辆追踪、视频监控查看、无人机调度、车辆违章审核和违章信息上传至交通管理部门，所述的信息发布包括公告信息、路况信息、预警信息的发布；所述的服务程序实现管理工具客户端与数据库的通信互联，并经防火墙与外部网络进行通信。后台控制与数据中心通过防火墙与外部网络进行隔离，既实现了通信又保障了内网安全。

根据本发明优选的，所述的LTE专网通信基站位于高速公路路旁，所述的LTE专网通信基站信号覆盖半径为10km，相应的，相邻两个LTE专网通信基站相距距离小于等于20KM，所述的LTE专网通信基站提供上行30M与下行50M的数据传输速率。

根据本发明优选的，所述的后台控制与数据中心设置LTE通信专网数据传输优先级，优先级由高到低为：导航定位数据、预警提示数据、气象与路况监测数据。

根据本发明优选的，所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站位于高速路服务区，相邻的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站相距距离小于等于60km。

根据本发明优选的，所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备位于高速公路两侧，所述的监视摄像头安装于所述的LED诱导屏上方。

进一步优选的，所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备设置在交叉路口、上下坡路段起始位置、服务区临近位置和事故多发路段的公路两侧。

根据本发明优选的，所述的微气象采集设备分布于高速公路路旁。

根据本发明优选的，所述的分布式自动除雪霜装置分布于高速路中央隔离带。在霜雪气象条件下自动喷洒融雪剂，促进霜雪融化，保障行车安全。

一种利用上述预警装置进行违章、路况监控预警的方法，包括步骤如下：

A、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站接收卫星定位数据，计算并通过LTE专网通信基站广播定位修正数；

B、多功能车载多媒体信息终端根据定位修正数计算车辆精确位置和车辆速度，并上传至后台控制与数据中心；

C、后台控制与数据中心判断车辆是否非法占用应急车道，或是否超速，或是否发生拥堵；

若车辆为非法占用应急车道或超速，后台控制与数据中心控制多功能车载多媒体信息终端对车辆发出语音提示，并对车辆进行追踪，通过稀疏分布式监视与LED诱导预警设备对违章车辆进行拍照并上传到后台控制与数据中心；

若车辆为发生拥堵，且拥堵区域位于稀疏分布式监视与LED诱导预警设备的监控范围内，后台控制与数据中心调取稀疏分布式监视与LED诱导预警设备中的视频监控，后台控制与数据中心根据具体路况信息控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备发布路况信息，同时，后台控制与数据中心将路况信息发布于交通预警手机APP上；

若车辆为发生拥堵，且拥堵区域不在稀疏分布式监视与LED诱导预警设备的监控范围内，后台控制与数据中心控制循迹主体航拍系统进行定点航拍，后台控制与数据中心根据具体路况信息控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备发布路况信息，同时，后台控制与数据中心将路况信息发布于交通预警手机APP上；

若车辆不属于非法占用应急车道、超速、发生拥堵中任何一项，则返回步骤B。

一种利用上述预警装置进行气象监控预警的方法，包括步骤如下：

D、微气象采集设备监测采集气象信息，并将气象信息上传至后台控制与数据中心，所述气象信息包括雨、雪、霜、空气能见度、风力、风速、气温和湿度；

E、后台控制与数据中心控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时发布气象信息，并进行预警信息提示；

F、根据微气象采集设备监测的气象信息，后台控制与数据中心判断路面是否出现雪或霜天气，若出现执行步骤G，若未出现，则返回步骤D；

G、后台控制与数据中心控制分布式自动除雪霜装置开始喷洒融雪剂，促进霜雪融化，保障高速公路行车安全；

H、后台控制与数据中心根据微气象采集设备监测到的气象信息，判断霜雪天气是否解除，若解除则控制分布式自动除雪霜装置停止融雪剂喷洒。

本发明的有益效果在于：

1、利用本发明的技术方案通过建立高速公路LTE带状通信专网实现了高速公路无盲区高速无线通讯覆盖，为智能手持设备提供高速无线接入服务；

2、利用本发明的技术方案通过在服务区建立GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站与多功能车载多媒体信息终端结合使用实现了车辆的高精度导航定位，将定位精度精确到亚米级，可精确分析车辆所处车道信息，并实时测速，实现了对高速公路超速行驶、非法占用应急车道等违章行为的实时监控；

3、利用本发明的技术方案通过对违章车辆的追踪定位与定点监视摄像头的结合，有效识别违章车辆车牌信息；

4、利用本发明的技术方案使用微气象系统实时监测高速公路沿线气象信息，及时识别恶劣气象因素，并利用分布式自动除雪霜装置及时去除路面霜雪，保障行车安全。

5、利用本发明的技术方案对通信专网内导航定位数据、预警提示数据与气象与路况监测数据设定传输优先级，有效避免在各类数据并发传输时的通信延迟，保障了对高优先级数据的实时性通信需求。

6、通过交通预警手机APP、LED诱导屏与循迹航拍无人机，有效实现了路况信息和气象信息的实时发布以及交通事故的及时预警。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中LTE专网通信基站组成框图；

图3为本发明在GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站组成框图；

图4为本发明中多功能车载多媒体信息终端的组成框图；

图5为本发明中稀疏分布式监视与LED诱导预警设备组成框图；

图6为本发明中循迹主体航拍系统结构图；

图7为本发明中微气象采集设备系统结构图；

图8为本发明中分布式自动除雪霜装置系统结构图；

图9为本发明中后台控制与数据中心软件结构图；

图10为本发明利用殊域带状专网交通通信导航监视预警装置进行监控预警的方法流程图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其整体结构如图1所示，装置包括LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、多功能车载多媒体信息终端、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、交通预警手机APP、循迹主体航拍系统、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置和后台控制与数据中心；LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置分别通过光纤网络与后台控制与数据中心通信，所述的LTE专网通信基站为多功能车载多媒体信息终端、循迹主体航拍系统以及手持智能设备提供高速无线传输接入网络；所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站用以获取定位修正数；所述多功能车载多媒体信息终端通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时监视并显示信息；所述的交通预警手机APP运行于手持智能终端，为行车人员提供实时路况提示与预警服务，实时发布后台控制与数据中心下发的公告与预警信息，使行车人员及时了解高速公路路况动态信息，同时为用户提供高速公路违章记录查询；所述的循迹主体航拍系统位于高速公路巡逻车，通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的微气象采集设备监测采集气象信息并与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的分布式自动除雪霜装置在霜雪气象条件下自动喷洒融雪剂。

所述LTE专网通信基站包括电源模块、控制模块、数据处理模块、天线模块和光纤通信模块，连接方式如图2所示，所述电源模块、数据处理模块、天线模块、光纤通信模块各自与控制模块相连。电源模块提供基站的电量供应，控制模块控制基站各部分协调工作，数据处理模块负责对基站无线链路收发数据的解析与通信协议封装，天线模块提供无线信号覆盖，光纤通信模块建立基站与后台控制与数据中心的网络通信。

所述GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站包括电源模块、CPU控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块和光纤通信模块，各模块间连接方式如图3所示，所述的电源模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块、光纤通信模块各自与所述的CPU控制模块相连；电源模块负责基准站的电量供应，CPU控制模块协调基准站各部分工作运行，GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，数据存储模块用来存储基准站精确坐标位置，差分定位计算模块根据GPS/北斗双模定位模块接收的卫星定位数据与基准站的精确坐标位置计算定位修正数，光纤通信模块建立基准站与后台控制与数据中心的通信链路。

所述多功能车载多媒体信息终端包括电源模块、CPU控制模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块和语音模块，各模块逻辑连接如图4所示，所述的电源模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块、语音模块各自与所述的CPU控制模块相连；电源模块为多功能车载多媒体信息终端供电，CPU控制模块控制多功能车载多媒体信息终端中各部分协同工作，LTE通信模块建立多功能车载多媒体信息终端与LTE专网通信基站的无线通信链路，从而实现多功能车载多媒体信息终端与后台控制与数据中心之间的实时通信，GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，数据存储模块存储数据包括地图信息、车辆位置信息、设备参数，显示模块用来显示数据信息，包括车辆导航地图界面、信息公告和日期时间，语音模块用来对行车人员进行语音提示，包括路况提示、违章提示和导航提示，如“前方20km交通事故，请减速慢行”。

所述稀疏分布式监视与LED诱导预警设备包括电源模块、控制模块、摄像模块、视频图像处理模块、数据存储模块、LED显示模块和光纤通信模块，各模块逻辑结构如图5所示，所述的电源模块、摄像模块、视频图像处理模块、数据存储模块、LED显示模块、光纤通信模块各自与所述的控制模块相连；电源模块为稀疏分布式监视与LED诱导预警设备提供电力供应，控制模块控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备中其他各模块工作，摄像模块通过监视摄像头进行车辆违章拍照与视频监控，视频图像处理模块用来对摄像模块拍摄的视频图像进行处理，处理内容包括车牌识别、格式转换、数据压缩和数据上传。数据存储模块用来存储数据，包括LED显示信息和设备参数，LED显示模块用来控制LED诱导屏显示信息，包括路况信息、预警信息和气象信息，光纤通信模块实现稀疏分布式监视与LED诱导预警设备与后台控制与数据中心的网络通信。

所述循迹主体航拍系统为无人机，所述的无人机上设置有模块包括控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、摄像模块、视频图像处理模块和LTE通信模块，其组成结构如图6所示，所述的GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、摄像模块、视频图像处理模块、LTE通信模块各自与所述的控制模块相连；控制模块负责循迹主体航拍系统中各模块协调工作，无人机在控制模块控制下进行循迹飞行，GPS/北斗双模定位模块负责接收卫星定位信息，确定无人机的方位，数据存储模块用来存储数据，包括设备参数和航行轨迹，摄像模块控制进行拍照与录影，所述的视频图像处理模块对所述的摄像模块拍摄的图片与视频进行格式转换、数据压缩和数据上传，LTE通信模块建立循迹主体航拍系统与LTE专网通信基站的无线通信链路，实现循迹主体航拍系统与后台控制与数据中心的通信。

所述的微气象采集设备包括控制模块、气象传感器、电源模块和光纤通信模块，其结构连接如图7所示，所述的气象传感器、电源模块、光纤通信模块各自与所述的控制模块相连；所述电源模块负责对微气象采集设备进行电源供应；所述控制模块控制微气象采集设备中其他各模块协同工作；所述的气象传感器实时采集气象信息，所述气象信息包括雨、雪、霜、空气能见度、风力、风速、气温和湿度；所述的光纤通信模块用于实现微气象采集设备和后台控制与数据中心的光纤通信；

所述的分布式自动除雪霜装置包括控制模块、融雪剂喷洒模块、光纤通信模块和电源模块，其结构连接如图8所示，所述的融雪剂喷洒模块、光纤通信模块、电源模块各自与所述的控制模块相连；所述控制模块用于控制分布式自动除雪霜装置中其他模块间协同工作；所述的融雪剂喷洒模块用于喷洒融雪剂；所述的光纤通信模块用于建立分布式自动除雪霜装置与后台控制与数据中心的通信链路；所述电源模块用于分布式自动除雪霜装置的电力供应；

所述后台控制与数据中心包括管理工具客户端、服务程序和数据库，其逻辑结构如图9所示。管理工具客户端进行信息发布、车辆追踪、视频监控查看、无人机调度、车辆违章审核和违章信息上传至交通管理部门，所述的信息发布包括公告信息、路况信息、预警信息的发布；服务程序实现管理工具客户端与数据库的通信互联，并经防火墙与外部网络进行通信，搭建专用服务器用来运行服务程序与数据库。

后台控制与数据中心根据各类数据对通信实时性要求设定合理的LTE通信专网数据传输优先级，避免在各类数据并发传输时的通信延迟。本实施例中，设定优先级由高到低为：导航定位数据、预警提示数据、气象与路况监测数据；导航定位数据是实现导航定位与监视预警的基础，其优先级最高；预警提示数据是保障行车安全的重要前提，其优先级其次；气象与路况监视数据较多，传输缓慢，优先级最低。

一种利用上述预警装置进行违章、路况监控预警的方法，包括步骤如下：

A、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站接收卫星定位数据，计算并通过LTE专网通信基站广播定位修正数：

GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站中的控制模块将卫星定位数据发送至差分定位计算模块，差分定位计算模块获取数据存储模块中的基准站的精确坐标位置，并计算卫星定位数据与精确坐标位置的偏离值，统计多次偏离值获得定位修正数，并通过光纤通信模块连接到LTE专网通信基站，以无线方式对外广播；

B、多功能车载多媒体信息终端根据定位修正数计算车辆精确位置和车辆速度，并上传至后台控制与数据中心：

多功能车载多媒体信息终端中的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，多功能车载多媒体信息终端通过内部的LTE通信模块接收定位修正数，多功能车载多媒体信息终端中的CPU控制模块根据卫星定位数据以及接收到的定位修正数进行差分计算，得到车辆精确位置，根据多功能车载多媒体信息终端中数据存储模块的地图信息判断车辆所处车道，并通过LTE通信模块连接到LTE专网通信基站，将判断结果上传至后台控制与数据中心；多功能车载多媒体信息终端中的CPU控制模块根据多次精准定位距离除以定位时差，计算出车辆行驶速度并通过LTE专网通信基站将车辆行驶速度上传至后台控制与数据中心；

C、后台控制与数据中心判断车辆是否非法占用应急车道，或是否超速，或是否发生拥堵：若车辆行驶速度高于车道限速，则认定车辆超速；若车辆在应急车道行驶时间超过限定时间值，则认定车辆非法占用应急车道；若车辆车速运行缓慢或趋于停止，则认定发生拥堵；

若车辆为非法占用应急车道或超速，后台控制与数据中心控制多功能车载多媒体信息终端对车辆发出语音提示，并对车辆进行追踪，通过稀疏分布式监视与LED诱导预警设备对违章车辆进行拍照并上传到后台控制与数据中心，后台控制与数据中心的工作人员对拍照信息进行审核，判定车辆违章信息，确认违章后上传至交通管理部门；

若车辆为发生拥堵，且拥堵区域位于稀疏分布式监视与LED诱导预警设备的监控范围内，后台控制与数据中心调取稀疏分布式监视与LED诱导预警设备中的视频监控，后台控制与数据中心根据具体路况信息控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备发布路况信息，同时，后台控制与数据中心将路况信息发布于交通预警手机APP上；

若车辆为发生拥堵，且拥堵区域不在稀疏分布式监视与LED诱导预警设备的监控范围内，后台控制与数据中心控制循迹主体航拍系统进行定点航拍，后台控制与数据中心根据具体路况信息控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备发布路况信息，同时，后台控制与数据中心将路况信息发布于交通预警手机APP上；

若车辆不属于非法占用应急车道、超速、发生拥堵中任何一项，则返回步骤B。

一种利用上述预警装置进行气象监控预警的方法，包括步骤如下：

D、微气象采集设备中的气象传感器监测采集气象信息，控制模块控制气象信息通过光纤通信模块上传至后台控制与数据中心，所述气象信息包括雨、雪、霜、空气能见度、风力、风速、气温和湿度；

E、后台控制与数据中心控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时发布气象信息，并进行预警信息提示，如“前方20km空气能见度为200m,请减速慢行”；

F、根据微气象采集设备监测的气象信息，后台控制与数据中心判断路面是否出现雪或霜天气，若出现执行步骤G，若未出现，则返回步骤D；

G、后台控制与数据中心控制分布式自动除雪霜装置开始喷洒融雪剂，促进霜雪融化，保障高速公路行车安全；

H、后台控制与数据中心根据微气象采集设备监测到的气象信息，判断霜雪天气是否解除，若解除则控制分布式自动除雪霜装置停止融雪剂喷洒。

实施例2：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其整体结构如实施例1所述，区别在于，进一步的，所述的LTE专网通信基站位于高速公路路旁，所述的LTE专网通信基站信号覆盖半径为10km，相应的，相邻两个LTE专网通信基站相距距离小于等于20KM，所述的LTE专网通信基站提供上行30M与下行50M的数据传输速率。

实施例3：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其整体结构如实施例1所述，区别在于，进一步的，所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站位于高速路服务区，相邻的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站相距距离小于等于60km。

实施例4：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其整体结构如实施例1所述，区别在于，进一步的，所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备位于高速公路两侧，所述的监视摄像头安装于所述的LED诱导屏上方。稀疏分布式监视与LED诱导预警设备设置在交叉路口、上下坡路段起始位置、服务区临近位置和事故多发路段的公路两侧。

实施例5：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其整体结构如实施例1所述，区别在于，进一步的，微气象采集设备分布于高速公路路旁。

实施例6：

一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其整体结构如实施例1所述，区别在于，进一步的，分布式自动除雪霜装置分布于高速路中央隔离带。在霜雪气象条件下自动喷洒融雪剂，促进霜雪融化，保障行车安全。

Claims (10)

1.一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，包括LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、多功能车载多媒体信息终端、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、交通预警手机APP、循迹主体航拍系统、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置和后台控制与数据中心；

所述LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置分别通过光纤网络与所述后台控制与数据中心通信；所述的LTE专网通信基站为多功能车载多媒体信息终端、循迹主体航拍系统以及手持智能设备提供高速无线传输接入网络；所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站用以获取定位修正数；所述多功能车载多媒体信息终端通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时监视并显示信息；所述的交通预警手机APP运行于手持智能设备，实时发布后台控制与数据中心下发的公告与预警信息；所述的循迹主体航拍系统位于高速公路巡逻车，通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的微气象采集设备监测采集气象信息并与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的分布式自动除雪霜装置用于喷洒融雪剂。

2.根据权利要求1所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的LTE专网通信基站包括电源模块、控制模块、数据处理模块、天线模块和光纤通信模块，所述电源模块、数据处理模块、天线模块、光纤通信模块各自与控制模块相连；所述电源模块提供基站的电量供应，所述控制模块控制基站各部分协调工作，所述数据处理模块用于对基站无线链路收发数据的解析与通信协议封装，所述天线模块提供无线信号覆盖，所述光纤通信模块建立基站与后台控制与数据中心的网络通信；

所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站包括电源模块、CPU控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块和光纤通信模块，所述的电源模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块、光纤通信模块各自与所述的CPU控制模块相连；所述的电源模块负责基准站的电量供应，所述的CPU控制模块协调基准站各部分工作运行，所述的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，所述的数据存储模块用来存储基准站精确坐标位置，所述的差分定位计算模块根据GPS/北斗双模定位模块接收的卫星定位数据与基准站的精确坐标位置计算定位修正数，所述的光纤通信模块建立基准站与后台控制与数据中心的通信链路；

所述多功能车载多媒体信息终端包括电源模块、CPU控制模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块、语音模块各自与所述的CPU控制模块相连；所述的电源模块为多功能车载多媒体信息终端供电，所述的CPU控制模块控制多功能车载多媒体信息终端中各部分协同工作，所述的LTE通信模块建立多功能车载多媒体信息终端与LTE专网通信基站的无线通信链路，所述的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，所述的数据存储模块存储数据包括地图信息、车辆位置信息、设备参数，所述的显示模块用来显示数据信息，包括车辆导航地图界面、信息公告和日期时间，所述的语音模块用来对行车人员进行语音提示，包括路况提示、违章提示和导航提示；

所述稀疏分布式监视与LED诱导预警设备包括电源模块、控制模块、摄像模块、视频图像处理模块、数据存储模块、LED显示模块和光纤通信模块，所述的电源模块、摄像模块、视频图像处理模块、数据存储模块、LED显示模块、光纤通信模块各自与所述的控制模块相连；所述的电源模块为稀疏分布式监视与LED诱导预警设备提供电力供应，所述的控制模块控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备中其他各模块工作，所述的摄像模块通过监视摄像头进行车辆违章拍照与视频监控，所述的视频图像处理模块用来对摄像模块拍摄的视频图像进行处理，所述的视频图像处理模块的处理内容包括车牌识别、格式转换、数据压缩和数据上传；所述的数据存储模块用来存储数据，包括LED显示信息和设备参数，所述的LED显示模块用来控制LED诱导屏显示信息，包括路况信息、预警信息和气象信息，所述的光纤通信模块实现稀疏分布式监视与LED诱导预警设备与后台控制与数据中心的网络通信；

所述的循迹主体航拍系统为无人机，所述的无人机上设置有模块包括控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、摄像模块、视频图像处理模块和LTE通信模块，所述的GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、摄像模块、视频图像处理模块、LTE通信模块各自与所述的控制模块相连；所述的控制模块负责循迹主体航拍系统中各模块协调工作，所述的无人机在所述的控制模块控制下进行循迹飞行，所述的GPS/北斗双模定位模块负责接收卫星定位信息，确定无人机的方位，所述的数据存储模块用来存储数据，包括设备参数和航行轨迹，所述的摄像模块控制进行拍照与录影，所述的视频图像处理模块对所述的摄像模块拍摄的图片与视频进行格式转换、数据压缩和数据上传，所述的LTE通信模块建立循迹主体航拍系统与LTE专网通信基站的无线通信链路，实现循迹主体航拍系统与后台控制与数据中心的通信；

所述的微气象采集设备包括控制模块、气象传感器、电源模块和光纤通信模块，所述的气象传感器、电源模块、光纤通信模块各自与所述的控制模块相连；所述电源模块负责对微气象采集设备进行电源供应；所述控制模块控制微气象采集设备中其他各模块协同工作；所述的气象传感器实时采集气象信息，所述气象信息包括雨雪、空气能见度、风力、风速、气温和湿度；所述的光纤通信模块用于实现微气象采集设备和后台控制与数据中心的光纤通信；

所述的分布式自动除雪霜装置包括控制模块、融雪剂喷洒模块、光纤通信模块和电源模块，所述的融雪剂喷洒模块、光纤通信模块、电源模块各自与所述的控制模块相连；所述控制模块用于控制分布式自动除雪霜装置中其他模块间协同工作；所述的融雪剂喷洒模块用于喷洒融雪剂；所述的光纤通信模块用于建立分布式自动除雪霜装置与后台控制与数据中心的通信链路；所述电源模块用于分布式自动除雪霜装置的电力供应；

所述后台控制与数据中心包括管理工具客户端、服务程序和数据库，管理工具客户端进行信息发布、车辆追踪、视频监控查看、无人机调度、车辆违章审核和违章信息上传至交通管理部门，所述的信息发布包括公告信息、路况信息、预警信息的发布；所述的服务程序实现管理工具客户端与数据库的通信互联，并经防火墙与外部网络进行通信。

3.根据权利要求1所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的LTE专网通信基站位于高速公路路旁，所述的LTE专网通信基站信号覆盖半径为10km，相应的，设置相邻两个LTE专网通信基站相距距离小于等于20KM，所述的LTE专网通信基站提供上行30M与下行50M的数据传输速率。

4.根据权利要求1所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的后台控制与数据中心设置LTE专网数据传输优先级，优先级由高到低为：导航定位数据、预警提示数据、气象与路况监测数据。

5.根据权利要求1所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站位于高速路服务区，设置相邻的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站相距距离小于等于60km。

6.根据权利要求2所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备位于高速公路两侧，所述的监视摄像头位于所述的LED诱导屏上方。

7.根据权利要求6所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备设置在交叉路口、上下坡路段起始位置、服务区临近位置和事故多发路段的公路两侧。

8.根据权利要求1所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的微气象采集设备分布于高速公路路旁。

9.根据权利要求1所述的一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，其特征在于，所述的分布式自动除雪霜装置分布于高速路中央隔离带。

10.一种利用权利要求1或2所述的监视预警装置进行气象监控预警的方法，包括步骤如下：

(1)、微气象采集设备监测采集气象信息，并将气象信息上传至后台控制与数据中心，所述气象信息包括雨、雪、霜、空气能见度、风力、风速、气温和湿度；

(2)、后台控制与数据中心控制稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时发布气象信息，并进行预警信息提示；

(3)、根据微气象采集设备监测的气象信息，后台控制与数据中心判断路面是否出现雪或霜天气，若出现执行步骤(4)，若未出现，则返回步骤(1)；

(4)、后台控制与数据中心控制分布式自动除雪霜装置开始喷洒融雪剂；

(5)、后台控制与数据中心根据微气象采集设备监测到的气象信息，判断霜或雪天气是否解除，若解除则控制分布式自动除雪霜装置停止融雪剂喷洒。