CN106097744B - 一种基于gis系统的高速公路团雾实时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS系统的高速公路团雾实时监测系统及方法，所述系统包括设置于计算机内的GIS系统、设置于高速公路上的若干个摄像头、若干个气象站点、若干个环境监测站点以及显示屏，GIS系统中设置有图像识别模块，每个摄像头分别与周围距离最近的一个气象站点和一个环境监测站点相连接后与GIS系统的输入端相连接，显示屏与GIS系统的输出端相连接。该发明充分利用了现有的高速公路摄像头数据以及免费的环境监测站点的雾霾数据和气象站点的气象数据，并结合GIS系统的空间分析技术，有效的区分监测“雾霾”、“雾”、“团雾”；除设置GIS系统的计算机系统和显示屏外，没有增加其他硬件设备，成本低。

Description

一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测系统及方法，属于交通监测技术领域。

背景技术

团雾被称为高速公路上的“杀手”，团雾本质上也是雾，是受局部地区微气候环境的影响，在大雾中数十米到上百米的局部范围内，出现的雾气更“浓”、能见度更低的雾。团雾外视线良好，团雾内一片朦胧。团雾的出现突然，且范围小，团雾的监测、预测预报难、区域性强，容易造成重大交通事故。2016年4月2日，沪宁高速上海至无锡方向玉祁段发生重大车祸，现场至少50辆车连环相撞，现场交通单向中断。2014年，公安部交通管理局组织对高速公路团雾多发路段进行了排查，总结出年均发生3次以上团雾的高速公路路段1420处。

国内外针对团雾的监测研究多集中于对能见度的监测，如加利福尼亚州于2008年在99号高速公路的13英里路段内安置了一套雾预警系统，该系统由能见度仪、车速检测仪、摄像头组成，沿着公路每隔400米安置一台测速仪，每隔800米安置一台可变信息标志和一台能见度仪。2014年2月，河南省信阳市部署了一套气象监测预警系统，该系统在团雾高发路段安装了17套能见度传感器，当能见度低于200米时系统会自动报警，同时，沿途语音播报站自动播报预譬。目前针对团雾的专利还有：合肥霍金光电科技有限公司于2010年4月14日公开的公开号为101694748A 的专利“高速公路团雾实时监测预警系统”，刘伟于2013年11月27日公开的公开号为103413442A 的专利“基于通视距离监测的高速公路团雾预警装置制造方法”也都是基于对能见度的监测。

对团雾的监测除了基于对能见度监测方法外，还有基于数字摄像的团雾监测方法，如山东交通学院于2014年6月18日公开的公开号为103871251A的专利“基于数字摄像的团雾实时预警系统及方法”，系统包括CCD摄像机、AD转换器、数字图像处理器、SDRAM存储器、3G通信模块、第一zigbee模块、第二zigbee模块、信息发布控制器、LED显示屏和温度检测装置。

但是，目前的团雾监测技术和方法还存着一定问题，主要有：目前基于能见度的团雾监测方法，监测的是雾，很难区分出监测到的是“雾”还是“团雾”，根据其专利提供的技术说明，也很难区分“雾”与“雾霾”。如安徽省在高速公路布设196个气象监测站（能见度仪），15公里为间距，但由于团雾的距离一般不足10公里，所以很难完全监测到团雾，如果加密能见度仪的布设，则造价非常昂贵，另外专利“基于数字摄像的团雾监测方法”，其方法也存在上述问题。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测系统及方法。

术语解释：

GIS：Geographic Information System，地理信息系统。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测系统，包括设置于计算机内的GIS系统、设置于高速公路上的若干个摄像头、若干个气象站点、若干个环境监测站点以及显示屏，GIS系统中设置有图像识别模块，每个摄像头分别与周围距离最近的一个气象站点和一个环境监测站点相连接后与GIS系统的输入端相连接，显示屏与GIS系统的输出端相连接。

本发明还提供了一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测方法，包括步骤如下：

S1、将高速公路线路图、高速公路上的摄像头分布图、高速公路中心线方圆X米以内的气象站点分布图以及高速公路中心线方圆Y米以内的环境监测站点分布图导入GIS系统；

S2、每个摄像头分别与周围距离最近的一个气象站点和一个环境监测站点相连接以实现气象站点发布的气象数据和环境监测站点发布的雾霾数据的实时读取，然后将高速公路上的摄像头数据导入GIS系统；

S3、雾霾判断：

将雾霾数据分级，若连续2个以上摄像头所在位置相邻的环境监测站点的数据显示雾霾且影响车辆行驶，则直接发布雾霾预警，根据雾霾严重程度对车辆发布不同的减速、限速提示；

S4、图像识别模块采用影像识别算法对雾进行识别，每间隔2-6分钟处理一幅由摄像头传输到GIS系统中的实时摄像图像，其中将雾设置薄雾、中雾、大雾3个级别；如判断起雾，立即将图像处理间隔缩短为10-50秒，同时调用相邻的摄像头数据；

S5、雾判断：

根据气象站点监测的数据，若连续2个以上摄像头所在位置相邻的气象站点的数据中显示有雾，且连续10个以上摄像头影像中判定有雾，则直接发布雾预警，根据雾的严重程度对车辆发布不同的减速、限速提示；

S6、团雾判断：

若气象站点中存在能见度＞1km且影像识别算法连续3次判定为雾，但连续5个摄像头中存在无雾的情况，则判定为团雾，根据团雾的级别立即对团雾区域发布红色警告，对车辆发布警示减速、限速提示。

根据本发明优选的，所述步骤S1中，X的取值为<20；Y的取值为<20。

根据本发明优选的，所述步骤S4中，图像识别模块处理摄像图像的时间间隔为5分钟；所述步骤S6中，图像处理间隔缩短为30秒。

根据本发明优选的，所述步骤S3中，当判定为雾霾时，则连续2个以上摄像头所在位置相邻的环境监测站点的数据显示PM2.5＞75。

根据本发明优选的，所述步骤S5中，当判定为雾时，则连续2个以上摄像头所在位置相邻的气象站点的数据显示能见度＜1km时。

本发明的有益效果是：

1、本发现充分利用了现有的环境监测站点的雾霾数据、气象站点的气象数据等免费数据，并结合GIS系统的空间分析技术，每个摄影头匹配一个周围最近的气象站点和环境监测站点，实现摄影头与气象站点和环境监测站点的关联，有效的区分监测“雾霾”、“雾”、“团雾”。

2、本发明充分利用了现有的高速公路摄影头实现了对高速公路的全程监控，除设置GIS系统的计算机系统和显示屏外，没有增加其他硬件设备，充分利用了现有的仪器设备，改变了目前团雾监测中为实现全程监测需要增加大量仪器设备、造价昂贵的现状，该系统成本低，提高了经济效益。

3、本发明不但能实现对“团雾”的全程监测，还可以实现全程“雾”、“雾霾”的监测和预警。

4、本发明可根据“团雾”的不同浓度进行分级限速、减速提示和预警，而非单一的限速，可有效利用高速路，提高道路通畅程度。

附图说明

图1为本发明监测系统的原理示意图。

图2为本发明监测方法的流程示意图。

图中，1、GIS系统，11、图像识别模块，2、摄像头，3、气象站点，4、环境监测站点，5、显示屏。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。

实施例1、

如图1所示，本发明所述的一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测系统，包括设置于计算机内的GIS系统1、设置于高速公路上的若干个摄像头2、若干个气象站点3、若干个环境监测站点4以及显示屏5，所述显示屏5为LED显示屏，GIS系统1中设置有图像识别模块11，每个摄像头2分别与周围距离最近的一个气象站点3和一个环境监测站点4相连接后与GIS系统1的输入端相连接，显示屏5与GIS系统1的输出端相连接。

实施例2、

本发明所述的一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测方法，包括步骤如下，如图2所示：

S1、将高速公路线路图、高速公路上的摄像头分布图、高速公路中心线方圆5千米以内的气象站点分布图以及高速公路中心线方圆5千米以内的环境监测站点分布图导入GIS系统1；

S2、每个摄像头2分别与周围距离最近的一个气象站点3和一个环境监测站点4相连接以实现气象站点3发布的气象数据和环境监测站点4发布的雾霾数据的实时读取，然后将高速公路上的摄像头数据导入GIS系统2；

S3、雾霾判断：

将雾霾数据分级，若连续2个以上摄像头所在位置相邻的环境监测站点4的数据显示PM2.5＞75且影响车辆行驶，则直接发布雾霾预警，根据雾霾严重程度对车辆发布不同的减速、限速提示，限速后，PM2.5浓度和速度的对应关系如下表1：

表1：

S4、图像识别模块11采用影像识别算法对雾进行识别，每间隔5分钟处理一幅由摄像头2传输到GIS系统1中的实时摄像图像，其中将雾设置薄雾、中雾、大雾3个级别；如判断起雾，立即将图像处理间隔缩短为30秒，同时调用相邻的摄像头数据；

S5、雾判断：

根据气象站点3监测的数据，若连续2个以上摄像头所在位置相邻的气象站点3的数据中显示能见度＜1km，且连续10个以上摄像头影像中判定有雾，则直接发布雾预警，根据雾的严重程度对车辆发布不同的减速、限速提示，限速后，能见度和速度相对应的关系如下表2：

表2：

S6、团雾判断：

若气象站点3中存在能见度＞1km且影像识别算法连续3次判定为雾，但连续5个摄像头中存在无雾的情况，则判定为团雾，根据团雾的级别立即对团雾区域发布红色警告，对车辆发布警示减速、限速提示，限速后，雾浓度与速度相对应的关系如下表3：

表3：

以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于GIS系统的高速公路团雾实时监测方法，包括实时监测系统，所述实时监测系统包括设置于计算机内的GIS系统（1）、设置于高速公路上的若干个摄像头（2）、若干个气象站点（3）、若干个环境监测站点（4）以及显示屏（5），GIS系统（1）中设置有图像识别模块（11），每个摄像头（2）分别与周围距离最近的一个气象站点（3）和一个环境监测站点（4）相连接后与GIS系统（1）的输入端相连接，显示屏（5）与GIS系统（1）的输出端相连接；其特征在于，所述实时监测方法包括步骤如下：

S1、将高速公路线路图、高速公路上的摄像头分布图、高速公路中心线方圆X千米以内的气象站点分布图以及高速公路中心线方圆Y千米以内的环境监测站点分布图导入GIS系统（1）；

S2、每个摄像头（2）分别与周围距离最近的一个气象站点（3）和一个环境监测站点（4）相连接以实现气象站点（3）发布的气象数据和环境监测站点（4）发布的雾霾数据的实时读取，然后将高速公路上的摄像头数据导入GIS系统（2）；

S3、雾霾判断：

将雾霾数据分级，若连续2个以上摄像头所在位置相邻的环境监测站点（4）的数据显示有雾霾且影响车辆行驶，则直接发布雾霾预警，根据雾霾严重程度对车辆发布不同的减速、限速提示；

S4、图像识别模块（11）采用影像识别算法对雾进行识别，每间隔2-6分钟处理一幅由摄像头（2）传输到GIS系统（1）中的实时摄像图像，其中将雾设置薄雾、中雾、大雾3个级别；如判断起雾，立即将图像处理间隔缩短为10-50秒，同时调用相邻的摄像头数据；

S5、雾判断：

根据气象站点（3）监测的数据，若连续2个以上摄像头所在位置相邻的气象站点（3）的数据中显示有雾，且连续10个以上摄像头影像中判定有雾，则直接发布雾预警，根据雾的严重程度对车辆发布不同的减速、限速提示；

S6、团雾判断：

若气象站点（3）中存在能见度＞1km且影像识别算法连续3次判定为雾，但连续5个摄像头中存在无雾的情况，则判定为团雾，根据团雾的级别立即对团雾区域发布红色警告，对车辆发布警示减速、限速提示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，X的取值为<20；Y的取值为<20。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，图像识别模块处理摄像图像的时间间隔为5分钟；所述步骤S4中，图像处理间隔缩短为30秒。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，当判定为雾霾时，则连续2个以上摄像头（2）所在位置相邻的环境监测站点（4）的数据显示PM2.5＞75。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中，当判定为雾时，则连续2个以上摄像头（2）所在位置相邻的气象站点（3）的数据显示能见度＜1km。