CN110310461A - 一种基于大数据的道路结冰实时预警系统 - Google Patents

一种基于大数据的道路结冰实时预警系统 Download PDF

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郭黎
官洲洋
姚红英
杨金帅
田相鹏
江鑫
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Abstract

本发明公开了一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，包括基于STM32单片机的硬件设计部分和手机APP平台搭建的软件部分，硬件设计部分包括数据采集系统、数据处理系统、图像识别检测系统、数据显示单元，软件部分包括手机APP客户端、网页客户端。整套系统的实现，可以及时的提醒驾驶员提前控制速度或者换路线行驶，极大地降低了由于路面打滑而出现重大交通事故的可能性，使得易结冰天气行车更加的安全和放心。

Description

一种基于大数据的道路结冰实时预警系统
技术领域
本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种基于大数据的道路结冰实时预警系统。
背景技术
在现代化经济高速发展的今天，道路交通运输也在日趋完善，我国的交通网络范围广、覆盖面积大，但是每年冬季由于冰雪天气原因，发生的重大交通事故屡见报端，给国民经济带来了巨大损失。高速公路网具有车速快、车流密集、封闭等特点，是支撑国家经济发展、服务群众生活、保障应急疏散的生命线及保障国家安全的重要战略资源设施。高速公路上的桥梁、隧道、高架、枢纽等重点路段，低温时极易覆盖冰雪层，导致交通环境复杂，极易引发重大安全事故，给社会经济的发展和人民群众的生命安全造成巨大影响。冬季事故频发，更多是因为道路安全保障的基础设施不到位，司机们出行只能通过天气预报和一些交通音乐广播来获取一个大范围的道路状况，没有一个合适的途径去针对将要通过的具体道路获取准确的路况信息，使得司机在行车之前准备不足，极易由于道路结冰引发交通事故。
近年来，如何保证车辆行驶安全逐渐成为人们重点关注的问题。因此如何在道路结冰形成前做出实时准确预警，并将获取的路面实时情况在线分享给司机朋友们，如何及时的规划提供较安全行车路线，使得广大司机能够在危险到来之前提前做好防范，将是本系统设计所要重点考虑的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种基于大数据的道路结冰实时预警系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，包括基于STM32单片机的硬件设计部分和手机APP平台搭建的软件部分，硬件设计部分包括数据采集系统、数据处理系统、图像识别检测系统、数据显示单元，软件部分包括手机APP客户端、网页客户端。
其中，数据采集系统由AM2320温湿度模块、GY-BMP280-3.3大气压强传感器模块、GPS模块NEO-6M、风速传感器模块构成；四大模块相辅相成，同步检测；由核心的STM32F103单片机直接供电，并调试链接，以保证将采集到的温度、湿度、大气压强等数据高效快速的传输到数据处理终端，达到实时检测的目的；NEO-6M GPS模块实时的定位，将所采集数据的精确位置通过终端发送到手机APP客户端，保证了数据的真实性和数据采集地实时的位置共享。。
其中：数据处理系统由一块ALIENTEK战舰STM32F103单片机构成；STM32F103单片机具有及其优异的性能，完全可以满足本系统实现所必须达到的要求；数据采集系统所采集的温湿度、大气压强、风速等信息实时传送到STM32终端，终端对接收到的多种数据进行分析处理以后，将处理结果与图2中等级划分的参数进行比对，然后根据比对的结果预测该路面结冰的可能性，并得出预测的结冰等级。
其中：图像识别检测系统是由基于Android系统的道路结冰图像采集处理系统构成。该系统的实现，首先是利用大量的道路结冰的图片作为数据集，创建对应的训练集和测试集，并根据道路结冰的程度划分为三个等级，打上标签；然后将已经打上标签的数据集转换成机器可识别的格式文件；最后将训练后得到的检测模型供给系统，使系统完成对实时采集的视频流的检测、分级工作；如果检测时道路已经结冰，系统会自动识别视频流中路面结冰的位置并根据结冰程度划分为相应等级，同时会以框图的形式标记出来；然后将数据采集、处理系统得到的道路结冰等级划分情况，传送给STM32单片机终端并与上述通过对采集到的视频数据识别、分析后得到的该时段道路结冰等级划分结果进行比对，，如果比对结果一致，则STM32单片机直接将得出的结论与采集到的信息一起实时的通过CC3200WiFi模块发送到手机APP客户端实现在线分享；标记以后的视频流也将直接通过用于结冰检测的APP发送到系统上显示，保证用户能够在第一时间获得该路段的实时路面信息；如果比对结果不一致，则默认为预测系统得到的道路结冰预测结果不准确；比对的结果也将第一时间发送到工作人员的服务器上，及时的通知工作人员来对系统进行实地的检查测量，看是否是系统出了故障，如果没有故障则对结冰预测等级划分的参数进行优化，进一步提高预测系统的准确性；该套图像分析处理方案的实现，在保证路面图像实时采集分享的同时也对前期预测的结果做了检验；便于对预测等级进行调整，使得预测的结果更加的科学、精确。
其中，数据显示单元主要由高速公路上的LCD显示屏构成，该单元会实时的将最终处理的结果显示出来，包括预警等级、气象数据、行车建议等，以便提醒广大司机及时更换路线或进入服务区避险，最大程度保证道路易结冰天气出行的安全。
本发明的优点如下：
整套系统的实现，可以及时的提醒驾驶员提前控制速度或者换路线行驶，极大地降低了由于路面打滑而出现重大交通事故的可能性，使得易结冰天气行车更加的安全和放心。
附图说明
图1是本发明的数据处理系统框图；
图2是本发明的道路结冰等级划分表；
图3是本发明的图像处理与预测检验框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些内容。
一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，包括基于STM32单片机的硬件设计部分和手机APP平台搭建的软件部分，硬件设计部分包括数据采集系统、数据处理系统、图像识别检测系统、数据显示单元，软件部分包括手机APP客户端、网页客户端。
其中，数据采集系统由AM2320温湿度模块、GY-BMP280-3.3大气压强传感器模块、GPS模块NEO-6M、风速传感器模块构成；四大模块相辅相成，同步检测；由核心的STM32F103单片机直接供电，并调试链接，以保证将采集到的温度、湿度、大气压强等数据高效快速的传输到数据处理终端，达到实时检测的目的；NEO-6M GPS模块实时的定位，将所采集数据的精确位置通过终端发送到手机APP客户端，保证了数据的真实性和数据采集地实时的位置共享。
其中：数据处理系统由一块ALIENTEK战舰STM32F103单片机构成；STM32F103单片机具有及其优异的性能，完全可以满足本系统实现所必须达到的要求；数据采集系统所采集到的温湿度、大气压强、风速等信息实时传送到STM32终端，终端对接收到的多种数据进行分析处理以后，将处理结果与图2中结冰等级划分的参数进行比对，然后根据比对的结果预测该路面结冰的可能性，并得出预测的结冰等级；最后将得出的结论与采集到的信息一起实时的通过CC3200WiFi模块发送到手机APP客户端，呈现在用户的面前。
其中：图像识别检测系统是由基于Android系统的道路结冰图像采集处理系统构成。该系统的实现，首先是利用大量的道路结冰的图片作为数据集，创建对应的训练集和测试集，并根据道路结冰的程度划分为三个等级，打上标签；然后将已经打上标签的数据集转换成机器可识别的格式文件；最后将训练后得到的检测模型供给系统，使系统完成对实时采集的视频流的检测、分级工作；如果检测时道路已经结冰，系统会自动识别视频流中路面结冰的位置并根据结冰程度划分为相应等级，同时会以框图的形式标记出来；数据采集、处理系统得到的道路结冰等级划分情况，传送给STM32单片机终端并与上述通过对采集到的视频数据识别、分析后得到的该时段道路结冰等级划分结果进行比对，如果比对结果一致，则STM32单片机直接将得出的结论与采集到的信息一起实时的通过CC3200WiFi模块发送到手机APP客户端实现在线分享；标记以后的视频流也将直接通过用于结冰检测的APP发送到系统上显示，保证用户能够在第一时间获得该路段的实时路面信息；如果比对结果不一致，则默认为预测系统得到的道路结冰预测结果不准确；比对的结果也将第一时间发送到工作人员的服务器上，及时的通知工作人员来对系统进行实地的检查测量，看是否是系统出了故障，如果没有故障则对结冰预测等级划分的参数进行优化，进一步提高预测系统的准确性；该套图像分析处理方案的实现，在保证路面图像实时采集分享的同时也对前期预测的结果做了检验；便于对预测等级进行调整，使得预测的结果更加的科学、精确。
其中，数据显示单元由高速公路上的LCD显示屏构成，该单元会实时的将最终处理的结果显示出来，包括预警等级、气象数据、行车建议等，以便提醒广大司机及时更换路线或进入服务区避险，最大程度保证道路易结冰天气出行的安全。工作原理：通过压强传感器、温湿度检测、风速检测等模块，在STM32单片机的平台上来对系统放置路段进行实时检测，将采集到的温湿度、压强、风速等数据传送到STM32终端；然后STM32对这些数据进行分析处理，将处理之后的数据与我们提前设定好的数据进行比对，把预测的结果划分为四个不同的等级，等级越高则表示结冰的可能性越大；并且将得出的结论同采集到的温湿度、压强、风速等数据一起在手机APP客户端平台上实时分享，从而到达预警的效果，以提醒车辆谨慎出行；并且合理的利用大数据平台和Android系统相结合的方式，通过手机摄像头采集道路的实时路况，以视频流的形式发送到可以进行图像识别，结冰检测工作的APP中进行处理，并实时的将采集到的视频数据与大数据库中数据进行对比分析，并将结冰情况划分为相应的结冰等级；等级划分结果同视频流一起通过网络传输的方式，发送到云端平台和用于显示作用的手机APP客户端中，实时的分享给用户；整个路况信息的采集，分析，处理，结冰分级工作都直接由系统自动完成，不需要人为的处理，更加的具有智能性；Android系统的高速处理能力，也使得对于视频流的分析速度更快，同大数据平台的结合使得对于结冰等级的划分更加的准确。
以上所述实施例仅表达本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，其特征在于，包括基于STM32单片机的硬件设计部分和手机APP平台搭建的软件部分，硬件设计部分包括数据采集系统、数据处理系统、图像识别检测系统、数据显示单元，软件部分包括手机APP客户端、网页客户端。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，其特征在于：数据采集系统由AM2320温湿度模块、GY-BMP280-3.3大气压强传感器模块、GPS模块NEO-6M、风速传感器模块构成；四大模块相辅相成，同步检测；由核心的STM32F103单片机直接供电，并调试链接，以保证将采集到的温度、湿度、大气压强等数据高效快速的传输到数据处理终端，达到实时检测的目的；NEO-6M GPS模块实时的定位，将所采集数据的精确位置通过终端发送到手机APP客户端，保证了数据的真实性和数据采集地实时的位置共享。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，其特征在于：数据处理系统由一块ALIENTEK战舰STM32F103单片机构成；STM32F103单片机具有极其优异的性能，完全可以满足本系统实现所必须达到的要求；数据采集系统采集到的温湿度、大气压强、风速等信息实时传送到STM32终端，终端接收到的多种数据进行分析处理以后，将处理结果与图2中结冰等级划分的参数进行比对，然后根据比对的结果预测该路面结冰的可能性，并得出预测的结冰等级。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，其特征在于：图像识别检测系统是由基于Android系统的道路结冰图像采集处理系统构成，首先利用大量的道路结冰的图片作为数据集，创建对应的训练集和测试集，并根据道路结冰的程度划分为三个等级，打上标签；然后将已经打上标签的数据集转换成机器可识别的格式文件；最后将训练后得到的检测模型供给系统，使系统完成对实时采集的视频流的检测、分级工作；如果检测时道路已经结冰，系统会自动识别视频流中路面结冰的位置并根据结冰程度划分为相应等级，同时会以框图的形式标记出来；然后将数据采集、处理系统得到的道路结冰等级划分情况，传送给STM32单片机终端并与上述通过采集到的视频数据识别、分析后得到的该时段道路结冰等级划分结果进行比对，如果比对结果一致，将得出的结论与采集到的信息一起实时的通过CC3200WiFi模块发送到手机APP客户端实现在线分享；标记以后的视频流也将直接通过用于结冰检测的APP发送到系统上显示，保证用户能够在第一时间获得该路段的实时路面信息；如果比对结果不一致，则默认为预测系统得到的道路结冰预测结果不准确；比对的结果也将第一时间发送到工作人员的服务器上，及时的通知工作人员来对系统进行实地的检查测量，看是否是系统出了故障，如果没有故障则对结冰预测等级划分的参数进行优化，进一步提高预测系统的准确性；该套图像分析处理方案的实现，在保证路面图像实时采集分享的同时也对前期预测的结果做了检验；便于对预测等级进行调整，使得预测的结果更加的科学、精确。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路结冰实时预警系统，其特征在于：数据显示单元主要由高速公路上的LCD显示屏构成，该单元会实时的将最终处理的结果显示出来，包括预警等级、气象数据、行车建议等，以提醒广大司机及时更换路线或进入服务区避险，最大程度保证道路易结冰天气出行的安全。
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