CN108182286A - 一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于公路养护技术领域，公开了一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法，所述基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统包括：公路数据采集模块、路面破损自动识别模块、数据处理模块、信息评价模块、养护决策模块、维修模块、报警模块、可视化交互模块。本发明通过路面破损自动识别模块可以自动的识别公路破损情况，如果破损严重则通过报警模块通知工作人员，大大减少工作检查量，提高工作效率；同时通过可视化交互模块将三维可视化窗口与公路养护检测信息资源整合数据库进行交互，更加形象立体的展示公路信息，更加有利于公路养护工作的展开。

Description

一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法

技术领域

本发明属于公路养护技术领域，尤其涉及一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法。

背景技术

公路建成通车后，因承受车轮的磨损和冲击，受到暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冰融等自然力的侵蚀和风化，以及人为的破坏和修建时遗留的某些缺陷，公路使用质量会逐渐降低。因此，公路建成通车后必须采取养护维修措施，并不断进行更新改善。公路养护必须及时修复损坏部分,否则将导致修复工程的投资加大,缩短公路的使用寿命，并给用路者造成损失。公路维修还必须注意进行紧急服务和抢修，保持公路畅通无阻。在中国及其他发展中国家，公路养护还要对原有技术标准过低的路段、构造物和沿线设施进行局部改善、更新和添建，以提高公路的通行能力和服务水平。然而，现有公路检测需要人工判断，加大了人工成本，且判断容易出现主观因素导致错判；同时通过平面影响不能立体的展示公路的具体情况信息。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有公路检测需要人工判断，加大了人工成本，且判断容易出现主观因素导致错判；同时通过平面影响不能立体的展示公路的具体情况信息。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统包括：

公路数据采集模块，与数据处理模块连接，用于通过摄像头采集公路路况信息；

所述公路数据采集模块的传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d₀，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为d₀的接收点的能量消耗如下：

其中E_elec为发射电路能量消耗，ε_fs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，ε_mp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：

E_Rx(l)＝l×E_elec；

聚合比特数据的能量消耗：

E_A＝l×E_DA；

其中E_DA表示聚合1比特数据的能量消耗；

所述传感器的安全数据检索方法包括以下步骤：

步骤一，传感器S_i完成一个周期的数据采集，采集的数据为(i，t，{d₁，d₂，…，d_n})，其中i为传感器号，t为周期号；S_i首先采用AES对数据{d₁，d₂，…，d_n}进行加密，生成加密数据{(d₁)_K，(d₂)_K，…，(d_n)_K}，其中K为数据加密密钥；

步骤二，S_i为每一个数据构建一个不可区分布鲁姆过滤器，且每一个不可区分布鲁姆过滤器分配一个唯一的ID号，对数据d_j，S_i构建一个分配ID号为i_j的不可区分布鲁姆过滤器B_ij；

步骤三，S_i将加密数据、对应的不可区分布鲁姆过滤器以及其ID号上传到存储节点，上传的数据形式为：{(i₁，B_i1，(d₁)_K)，(i₂，B_i2(d₂)_K)，…，(i_n，B_in，(d_n)_K)}；

路面破损自动识别模块，与数据处理模块连接，用于根据采集公路路况信息数据，以及路面破损特征库对公路上的路面破损进行识别和分类，得到所述公路上的路面破损信息；路面破损特征库是由预设置的不同种类路面破损的影像特征的集合构成；

数据处理模块，与公路数据采集模块、路面破损自动识别模块、信息评价模块、养护决策模块、维修模块、报警模块、可视化交互模块连接，用于对公路数据采集模块、路面破损自动识别模块传递而来的数据信息进行存储与处理分析；

所述数据处理模块生成高维空间的目标样本数据具体包括：

(1)按维度分别统计背景样本的高维空间变换中N个数据的直方图，将直方图的每一维数据等分为h个区间；

(2)统计每一个区间的样本计数，记为y_t，y_t为一行向量，表示背景样本高维空间变换中第t维数据的每个区间的样本计数，对该维数据的区间样本计数y_t除所有区间中样本个数的最大值进行归一化

(3)归一化后的区间样本计数y_t'进行求补和标准化处理，得到目标样本的概率分布

(4)计算该维数据中每个区间要生成的目标样本数据点的个数k_t＝M×p_t，k_t为一行向量，表示第t维每个区间生成数据的计数，M表示要生成数据点的个数，在每个区间内按照均匀分布随机生成k_t个数据点，并将生成的目标样本数据记录为l_1,t,l_2,t,…,l_m,t,…,l_M,t；

(5)对背景样本的高维空间变换中每一维样本数据进行上述过程，生成要扩增的M个数据点的高维空间的各维样本数据，对其按维度进行内部随机打乱得到扩增数据的高维空间样本数据：

信息评价模块，与数据处理模块连接，用于对数据处理模块处理数据进行养护评估；

养护决策模块，与数据处理模块连接，用于对公路养护计划决策出合理可行的最佳方案；

维修模块，与数据处理模块连接，用于实施对公路的维护修复；

报警模块，与数据处理模块连接，用于根据路面破损自动识别模块识别的破损程度进行报警，通知工作人员进行及时维修；

可视化交互模块，与数据处理模块连接，用于根据采集公路路况信息数据、养护检测信息构建资源整合数据库，以便用户通过三维可视化窗口与资源整合数据库进行交互。

本发明的另一目的在于提供一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法包括以下步骤：

步骤一，公路数据采集模块、路面破损自动识别模块将采集和识别的数据信息通过数据处理模块进行存储与处理分析；

步骤二，数据处理模块启动信息评价模块进行养护评估，并通过养护决策模块公路养护计划决策出合理可行的最佳方案；

步骤三，通过维修模块实施对公路的维护修复；

步骤四，如果路面破损自动识别模块识别的破损程度严重，通过报警模块进行报警，通知工作人员进行及时维修；

步骤五，通过可视化交互模块实现用户使用三维可视化窗口与资源整合数据库进行交互。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过路面破损自动识别模块可以自动的识别公路破损情况，如果破损严重则通过报警模块通知工作人员，大大减少工作检查量，提高工作效率；同时通过可视化交互模块将三维可视化窗口与公路养护检测信息资源整合数据库进行交互，更加形象立体的展示公路信息，更加有利于公路养护工作的展开。

附图说明

图1是本发明实施提供的基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法流程图。

图2是本发明实施提供的基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统结构框图。

图中：1、公路数据采集模块；2、路面破损自动识别模块；3、数据处理模块；4、信息评价模块；5、养护决策模块；6、维修模块；7、报警模块；8、可视化交互模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明提供的一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互方法包括以下步骤：

步骤S101，公路数据采集模块、路面破损自动识别模块将采集和识别的数据信息通过数据处理模块进行存储与处理分析；

步骤S102，数据处理模块启动信息评价模块进行养护评估，并通过养护决策模块公路养护计划决策出合理可行的最佳方案；

步骤S103，通过维修模块实施对公路的维护修复；

步骤S104，如果路面破损自动识别模块识别的破损程度严重，通过报警模块进行报警，通知工作人员进行及时维修；

步骤S105，通过可视化交互模块实现用户使用三维可视化窗口与资源整合数据库进行交互。

如图2所示，本发明提供的基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统包括：公路数据采集模块1、路面破损自动识别模块2、数据处理模块3、信息评价模块4、养护决策模块5、维修模块6、报警模块7、可视化交互模块8。

公路数据采集模块1，与数据处理模块3连接，用于通过摄像头采集公路路况信息；

路面破损自动识别模块2，与数据处理模块3连接，用于根据采集公路路况信息数据，以及路面破损特征库对公路上的路面破损进行识别和分类，得到所述公路上的路面破损信息；路面破损特征库是由预设置的不同种类路面破损的影像特征的集合构成；

数据处理模块3，与公路数据采集模块1、路面破损自动识别模块2、信息评价模块4、养护决策模块5、维修模块6、报警模块7、可视化交互模块8连接，用于对公路数据采集模块1、路面破损自动识别模块2传递而来的数据信息进行存储与处理分析；

信息评价模块4，与数据处理模块3连接，用于对数据处理模块3处理数据进行养护评估；

养护决策模块5，与数据处理模块3连接，用于对公路养护计划决策出合理可行的最佳方案；

维修模块6，与数据处理模块3连接，用于实施对公路的维护修复；

报警模块7，与数据处理模块3连接，用于根据路面破损自动识别模块识别的破损程度进行报警，通知工作人员进行及时维修；

可视化交互模块8，与数据处理模块3连接，用于根据采集公路路况信息数据、养护检测信息构建资源整合数据库，以便用户通过三维可视化窗口与资源整合数据库进行交互。

所述公路数据采集模块的传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d₀，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为d₀的接收点的能量消耗如下：

其中E_elec为发射电路能量消耗，ε_fs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，ε_mp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：

E_Rx(l)＝l×E_elec；

聚合比特数据的能量消耗：

E_A＝l×E_DA；

其中E_DA表示聚合1比特数据的能量消耗；

所述传感器的安全数据检索方法包括以下步骤：

步骤一，传感器S_i完成一个周期的数据采集，采集的数据为(i，t，{d₁，d₂，…，d_n})，其中i为传感器号，t为周期号；S_i首先采用AES对数据{d₁，d₂，…，d_n}进行加密，生成加密数据{(d₁)K，(d₂)_K，…，(d_n)_K}，其中K为数据加密密钥；

步骤二，S_i为每一个数据构建一个不可区分布鲁姆过滤器，且每一个不可区分布鲁姆过滤器分配一个唯一的ID号，对数据d_j，S_i构建一个分配ID号为i_j的不可区分布鲁姆过滤器B_ij；

步骤三，S_i将加密数据、对应的不可区分布鲁姆过滤器以及其ID号上传到存储节点，上传的数据形式为：{(i₁，B_i1，(d₁)_K)，(i₂，B_i2(d₂)_K)，…，(i_n，B_in，(d_n)_K)}。

所述数据处理模块生成高维空间的目标样本数据具体包括：

(1)按维度分别统计背景样本的高维空间变换中N个数据的直方图，将直方图的每一维数据等分为h个区间；

(2)统计每一个区间的样本计数，记为y_t，y_t为一行向量，表示背景样本高维空间变换中第t维数据的每个区间的样本计数，对该维数据的区间样本计数y_t除所有区间中样本个数的最大值进行归一化

(3)归一化后的区间样本计数y_t'进行求补和标准化处理，得到目标样本的概率分布

(4)计算该维数据中每个区间要生成的目标样本数据点的个数k_t＝M×p_t，k_t为一行向量，表示第t维每个区间生成数据的计数，M表示要生成数据点的个数，在每个区间内按照均匀分布随机生成k_t个数据点，并将生成的目标样本数据记录为l_1,t,l_2,t,…,l_m,t,…,l_M,t；

(5)对背景样本的高维空间变换中每一维样本数据进行上述过程，生成要扩增的M个数据点的高维空间的各维样本数据，对其按维度进行内部随机打乱得到扩增数据的高维空间样本数据：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统，其特征在于，所述基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统包括：

公路数据采集模块，与数据处理模块连接，用于通过摄像头采集公路路况信息；

所述公路数据采集模块的传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d₀，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为d₀的接收点的能量消耗如下：

其中E_elec为发射电路能量消耗，ε_fs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，ε_mp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：

E_Rx(l)＝l×E_elec；

聚合比特数据的能量消耗：

E_A＝l×E_DA；

其中E_DA表示聚合1比特数据的能量消耗；

所述传感器的安全数据检索方法包括以下步骤：

步骤一，传感器S_i完成一个周期的数据采集，采集的数据为(i，t，{d₁，d₂，…，d_n})，其中i为传感器号，t为周期号；S_i首先采用AES对数据{d₁，d₂，…，d_n}进行加密，生成加密数据{(d₁)_K，(d₂)_K，…，(d_n)_K}，其中K为数据加密密钥；

步骤二，S_i为每一个数据构建一个不可区分布鲁姆过滤器，且每一个不可区分布鲁姆过滤器分配一个唯一的ID号，对数据d_j，S_i构建一个分配ID号为i_j的不可区分布鲁姆过滤器B_ij；

步骤三，S_i将加密数据、对应的不可区分布鲁姆过滤器以及其ID号上传到存储节点，上传的数据形式为：{(i₁，B_i1，(d₁)_K)，(i₂，B_i2(d₂)_K)，…，(i_n，B_in，(d_n)_K)}；

路面破损自动识别模块，与数据处理模块连接，用于根据采集公路路况信息数据，以及路面破损特征库对公路上的路面破损进行识别和分类，得到所述公路上的路面破损信息；路面破损特征库是由预设置的不同种类路面破损的影像特征的集合构成；

数据处理模块，与公路数据采集模块、路面破损自动识别模块、信息评价模块、养护决策模块、维修模块、报警模块、可视化交互模块连接，用于对公路数据采集模块、路面破损自动识别模块传递而来的数据信息进行存储与处理分析；

所述数据处理模块生成高维空间的目标样本数据具体包括：

(1)按维度分别统计背景样本的高维空间变换中N个数据的直方图，将直方图的每一维数据等分为h个区间；

(2)统计每一个区间的样本计数，记为y_t，y_t为一行向量，表示背景样本高维空间变换中第t维数据的每个区间的样本计数，对该维数据的区间样本计数y_t除所有区间中样本个数的最大值进行归一化

(3)归一化后的区间样本计数y_t'进行求补和标准化处理，得到目标样本的概率分布

(4)计算该维数据中每个区间要生成的目标样本数据点的个数k_t＝M×p_t，k_t为一行向量，表示第t维每个区间生成数据的计数，M表示要生成数据点的个数，在每个区间内按照均匀分布随机生成k_t个数据点，并将生成的目标样本数据记录为l_1,t,l_2,t,…,l_m,t,…,l_M,t；

(5)对背景样本的高维空间变换中每一维样本数据进行上述过程，生成要扩增的M个数据点的高维空间的各维样本数据，对其按维度进行内部随机打乱得到扩增数据的高维空间样本数据：

信息评价模块，与数据处理模块连接，用于对数据处理模块处理数据进行养护评估；

养护决策模块，与数据处理模块连接，用于对公路养护计划决策出合理可行的最佳方案；

维修模块，与数据处理模块连接，用于实施对公路的维护修复；

报警模块，与数据处理模块连接，用于根据路面破损自动识别模块识别的破损程度进行报警，通知工作人员进行及时维修；

可视化交互模块，与数据处理模块连接，用于根据采集公路路况信息数据、养护检测信息构建资源整合数据库，以便用户通过三维可视化窗口与资源整合数据库进行交互。

2.如权利要求1所述基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统，其特征在于，所述基于物联网的公路养护检测与可视化交互系统的方法包括以下步骤：

步骤一，公路数据采集模块、路面破损自动识别模块将采集和识别的数据信息通过数据处理模块进行存储与处理分析；

步骤二，数据处理模块启动信息评价模块进行养护评估，并通过养护决策模块公路养护计划决策出合理可行的最佳方案；

步骤三，通过维修模块实施对公路的维护修复；

步骤四，如果路面破损自动识别模块识别的破损程度严重，通过报警模块进行报警，通知工作人员进行及时维修；

步骤五，通过可视化交互模块实现用户使用三维可视化窗口与资源整合数据库进行交互。