CN112102572A - 一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，属于道路交通公共安全技术领域。它包括AI人工智能控制系统及中央控制器；所述AI人工智能控制系统包括传感器设备模块、安全监测模块、AI视频分析模块、故障告警模块、远程管理平台；所述中央控制器负责接收AI人工智能控制系统的指令，对电机控制、摄像头供电、太阳能电源管理、告警模块、人行道信号灯及网络模块进行控制。本发明采用太阳能供电，融入物联网、AI人工智能、大数据，不需要独立安装电力线路、可根据道路属性变化改变配置功能、具有人们在行为失误后的安全冗余设计，有区间有计划地持续提供必要的调度空间、具备实时远程集中控制功能、可远程管理。

Description

一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统

技术领域

本发明属于道路交通公共安全技术领域，具体涉及一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统。

背景技术

根据《城市道路工程设计规范》CJJ37-2012，当交通安全和管理设施等级为B 级时（主次干路），应配置完善的标志、标线、隔离和防护设施，并应符合规范；国内诸多城市都选择在道路上设置隔离护栏，隔离护栏不仅仅是为了阻挡行人随意乱穿马路，同时对于交通疏导也起到了关键的作用。

随着传统隔离护栏的广泛使用，这种做法的弊端也日益凸显，比如导致有过失的路人受伤、刺穿车体和驾乘人员、妨碍必要的应急避险操作，以及无法灵活调度行车道资源等。

目前道路上使用的传统隔离护栏，只能整条道路一刀切，形成中间完全隔离，两头时常堵死的局面，且日常维护只能通过人工排查，远程无法获取状态；因为隔离护栏所导致的通行不畅或事故时有发生，如设置在居民小区、商业区路段的隔离护栏，造成行人过马路绕行很远非常不便，商户门店前设置隔离后无法停车损失客流等等。

近年来新生了一些隔离护栏产品，如道口闸机、移动式护栏等，但仍然不能很好地解决设施安全、电力引入、智能管理的传统应用问题，隔离护栏的施工成本和维护成本反而更高；特别是安全问题，传统移动护栏没有可靠的安全保障措施，当行人靠近或通过护栏时护栏开户或关闭，有些产品虽然会发出声光提示，但对于儿童和老人而言仍然没有足够的安全冗余时间，存在人身安全隐患。

为了提升城市形象，很多城市居民区、商业区道路都设置了中间绿化隔离带，而这种设置在居民区、商业区过街人行道的隔离护栏更加危险；当行人进行通过中间绿化带隔离护栏时，侧向行驶过来的车辆驾驶人员由于受到绿化带植被或广告牌的遮挡，很多安全意识薄弱的驾驶人员未提前减速规避行人，从而造成事故。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种不需要独立安装电力线路、可根据道路属性变化改变配置功能、具有人们在行为失误后的安全冗余设计，有区间有计划地持续提供必要的调度空间、具备实时远程集中控制功能、可远程管理的智能隔离护栏控制系统。

本发明提供如下技术方案：一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于包括负责系统安全判断、视频分析、告警、远程管理的AI人工智能控制系统及根据AI人工智能控制系统发送指令进行控制操作的中央控制器；

所述AI人工智能控制系统包括传感器设备模块、安全监测模块、AI视频分析模块、故障告警模块、远程管理平台；

所述中央控制器负责接收 AI人工智能控制系统的指令，对电机控制、摄像头供电、太阳能电源管理、告警模块、人行道信号灯及网络模块进行控制；

电机控制：在环境安全的情况下，负责控制栏杆开启和关闭；

摄像头：负责为AI视频分析模块提供现场的视频画面；

太阳能电源管理：负责为系统提供电源动力和夜间照明，采用技术特征与公开号为ZL2019209145818的发明专利申请文献，公开的技术内容相同；

告警模块：负责在设备工作时启动警示灯光和蜂鸣器提醒人员注意安全；

人行道信号灯：负责在AI视频分析模块检测到有行人通过斑马线时向来向车辆点亮红灯，提醒车辆注意避让行人；

网络模块：负责前端设备与远程管理平台的连接，采用电信运营商的物联网模块或4G/5G网络传输模块。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述传感器设备模块集成了感应传感设备及环境传感设备，负责检测传感器的信息归集，并将信息上报到控制系统。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述AI视频分析模块采用VGG卷积神经网络以构建包括若干预警模型图片的训练集，利用训练集训练基于VGG的卷积神经网络对比模型。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述安全监测模块负责记录用户标定的预警区域和标定图像信息，根据AI视频分析模块提供的视频图像和传感器设备模块的信息，划分需要预警的区域并记录区域坐标，将划分需要预警的区域作为检测样本，跟踪监测是否存在安全预警。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述安全监测模块按照检测样本类分别将检测样本依次输入训练好的卷积神经网络对比模型，得到一组连续时间的检测结果序列L={ti|i=1，2，3，…，n}，其中ti表示第i张检测样本的检测结果，ti∈[0，1]，n表示检测样本数量。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述故障告警模块负责对AI视频分析模块和传感器设备模块的检测结果序列进行判断，当检测结果序列中元素之和大于给定阈值，则判定该检测区域存在预警信息，具体预警设备包括警示灯光、蜂鸣器。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述远程管理平台负责显示、监控、控制前端设备的工作状态，当接收到故障告警模块的告警信息时，进行人工干预。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述网络模块负责前端设备与远程管理平台的连接，采用物联网模块或4G/5G网络传输模块。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述系统的操作方法如下：

步骤一、开启太阳能电源管理模块，为系统提供动力；

步骤二、启动网络模块与远程管理平台通讯；

步骤三、启动摄像头为AI视频分析模块提供分析画面；

步骤四、启动AI视频分析模块，分析摄像头画面，判断现场设定的安全距离内是否有人员、车辆，设备位置是否正常，或在隔离护栏栏杆开启时有无人员通过斑马线；

步骤五、启动传感器设备模块，根据人体接近传感器判断设定的安全距离内是否有人员，根据倾斜传感器和震动传感器判断隔离栏设备是否正常，是否被撞击或倾倒；

步骤六、启动安全监测模块，根据AI视频分析模块提供的视频图像和传感器设备模块的信息，判断是否安全；

步骤七、中央控制器收到启动指令后，开启告警模块，启动警示灯光和蜂鸣器提醒人员注意安全，启动电机控制，打开或关闭栏杆，当检测到有人员通过斑马线时，启动人行道信号灯；

步骤八、中央控制器收到停止指令后，故障告警模块向后端平台发送告警信息。

所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述步骤一至步骤八操作过程中，远程管理平台保持开启状态，实时监测、查询启动和停止状态的信息，以及设备情况。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明系统采用太阳能供电，融入物联网、AI人工智能、大数据，可以为用户提供离网供电解决方案，解决用户“取电困难”的难题，突破传统自动护栏电力线路铺设的问题限制，可在任何地点灵活机动设置隔离护栏；基于物联网技术，后端工作人员在集中管理平台上，可通过视频及前端传感信息确认现场情况，可由系统自动或手动操作前端。

2）本发明设置的AI人工智能控制系统采用人工智能视频分析技术，实现视频监控中异常行为的智能识别、提前发现和自动报警；模块化的分布式部署，不必大规模布线和施工，可有效降低监测系统的人力需求，提高管理水平和工作效率，减轻工作人员的工作负担，提高监测准确度，使管理工作更加有效，提高了整套系统的工作效率和准确度。

3）本发明系统全天时工作，自动分析视频并报警，降低因为人为失误引起的高误差，同时本发明将传统的“被动”视频监控化转变为“主动”监控，在报警发生的同时实时监视和记录事件过程。

4）本发明系统可以科学配置车道属性、实时远程控制，通过AI人工智能算法和前端各类传感设备联动判断现场安全，最大程度考虑安全冗余设计，开启、关闭时，声、光、电提示人员、车辆；有区间、有计划地持续提供必要的调度空间。

附图说明

图1为本发明的系统架构结构示意图；

图2为本发明的控制系统操作步骤示意图；

图3为本发明的系统设计正视布局示意图；

图4为本发明的系统设计俯视布局示意图；

图5为本发明的VGG卷积神经网络示意图。

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，以下结合说明书附图及实施例，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。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

请参阅图1-5，一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统包括AI人工智能控制系统及中央控制器。

AI人工智能控制系统负责系统的安全判断、视频分析、告警、远程管理，中央控制器根据系统发送的指令进行的控制操作；AI人工智能控制系统由传感器设备模块、安全监测模块、AI视频分析模块、故障告警模块、远程管理平台组成。

中央控制器采用意法半导体stm32单片机，进行电机控制、摄像头供电、太阳能电源管理、告警模块、人行道信号灯、网络模块的控制。

AI人工智能控制系统，是基于人工智能的检测预警系统，能够对视频区域内出现的运动目标自动识别出目标类型并跟踪，对目标进行标记并画出目标运动轨迹，能够同时监测同一场景里多个目标，可以根据防范目标的特点进行灵活设置，能够对多种传感器设备信息号同步进行分析；它能够适应不同的环境变化，包括光照、四季、昼夜、晴雨等，并能够很好地抗摄像头抖动，其改变了以往视频“被动”监控的状态，不仅仅局限于提供视频画面和传感器信息，而且能主动对视频信息进行智能分析，识别和区分物体；对传感器信号进行判断，识别区分不同事件；可自定义事件类型，一旦发现异常情况或者突发事件能及时的发出警报，其在安防领域的应用必然有助于克服了人力疲惫的局限性，从而更加有效地协助安全人员处理突发事件。

AI人工智能控制系统包括以下组成部分：

1）、AI视频分析模块：如图5所示，采用VGG卷积神经网络以构建包括若干预警模型图片的训练集，利用训练集训练基于VGG的卷积神经网络对比模型，所述VGG的卷积神经网络根据摄像头提供的画面对比模型包括两个并行的VGG网络特征提取层、多尺度特征组合对比层及网络输出层；如图5所示，输入1输入一张区域原始图像，经过VGG的特征提取层之后，将第4层、第8层、第12层和第16层特征输入特征对比层；输入2输入一张待测区域图像，同样经过VGG的特征提取层之后，将第4层、第8层、第12层和第16层特征输入特征对比层；多尺度特征组合对比层由一层全连接层组成，负责对输入特征进行对比，再将结果输入最后的输出层；输出层将结果归一化到[0，1]的空间中，并给出两张图像比对分析置信度，用于确认安全区域内是否有人员或是否有人员通过栏杆及行进方向。

2）、传感器设备模块：负责多个功能检测传感器信息归集，上报到控制系统，其集成了人体感应、震动感应、倾斜感应等感应传感设备和噪音采集、PM2.5采集、空气质量采集、温湿度采集等环境传感设备；人体感应设备用于检测在安全距离内是否正在人员，震动感应、倾斜感应设备用于检测护栏设备是否被撞击或倾倒。

3）、安全监测模块：负责记录用户标定的预警区域和标定图像信息，根据AI视频分析模块提供的视频图像和传感器设备模块的信息，划分需要预警的区域并记录区域坐标，将划分需要预警的区域作为检测样本，跟踪监测是否存在安全预警；其按照样本类别将检测样本依次输入训练好的卷积神经网络对比模型，得到一组连续时间的检测结果序列L={ti|i=1，2，3，…，n}，其中ti表示第i张检测样本的检测结果，ti∈[0，1]，n表示检测样本数量。

4）、故障告警模块：负责对AI视频分析模块和传感器设备模块的检测结果序列进行判断，当检测结果序列中元素之和大于给定阈值，则判定该检测区域存在预警信息，具体预警设备包括警示灯光、蜂鸣器。

5）、远程管理平台：负责显示、监控、控制前端设备的工作状态，当接收到故障告警模块的告警信息时，可人工干预。

所示中央控制器负责接收 AI人工智能控制系统的指令，对电机控制、摄像头供电、太阳能电源管理、告警模块、人行道信号灯及网络模块进行控制，其中：

电机控制：在环境安全的情况下，负责控制栏杆开启和关闭；

摄像头：负责为AI视频分析模块提供现场的视频画面；

太阳能电源管理：负责为系统提供电源动力和夜间照明，采用技术特征与公开号为ZL2019209145818的发明专利申请文献，公开的技术内容相同；

告警模块：负责在设备工作时启动警示灯光和蜂鸣器提醒人员注意安全；

人行道信号灯：负责在AI视频分析模块检测到有行人通过斑马线时向来向车辆点亮红灯，提醒车辆注意避让行人；

网络模块：负责前端设备与远程管理平台的连接，采用电信运营商的物联网模块或4G/5G网络传输模块。

一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏系统，如图2所示，系统的操作方法如下：

步骤一、由太阳能电源管理部分，为系统提供动力；

步骤二、启动网络模块与远程管理平台通讯；

步骤三、启动摄像头为AI视频分析模块提供分析画面；

步骤四、启动AI视频分析模块，分析摄像头画面，判断现场安全距离内是否有人员、车辆，设备位置是否正常，或在栏杆开启时有无人员通过斑马线；

步骤五、启动传感器设备模块，根据人体接近传感器判断安全距离内是否有人员，根据倾斜传感器和震动传感器判断隔离栏设备是否正常，是否被撞击或倾倒；传感器模块中的噪音采集、PM2.5采集、空气质量采集、温湿度采集等环境传感设备是用于传输的其他的相关业务部门提供前端的环境数据。

步骤六、启动安全监测模块，根据AI视频分析模块提供的视频图像和传感器设备模块的信息，判断是否安全，如安全则“启动”，如预警则“停止”；

步骤七、中央控制器收到启动指令后，开启告警模块，启动警示灯光和蜂鸣器提醒人员注意安全，启动电机控制，打开或关闭栏杆，当检测到有人员通过斑马线时，启动人行道信号灯；

步骤八、中央控制器收到停止指令后，故障告警模块向后端平台发送告警信息。

其中，步骤一至步骤八操作过程中，远程管理平台保持开启状态，实时监测、查询启动和停止状态的信息，以及设备情况。

整个系统设计布局，如图3、图4所示：

1、护栏启动、关闭时的警示灯光；

2、护栏启动、关闭时的蜂鸣器声音提醒或语音提醒；

3、感应传感设备（人体感应、震动感应、倾斜感应等）；

4、环境传感设备（噪音采集、PM2.5采集、空气质量采集、温湿度采集等）；

5、直流电机仓（安装电机并设置有限位卡槽）；

6、太阳能电仓；

7、网络模块（物联网模块或4G/5G网络传输模块）

8、人行道3色信号灯盘；

9、太阳能光伏板、监控摄像头和照明灯。

本系统采用太阳能供电，融入物联网、AI人工智能、大数据等，为该领域不同需求用户提供合适的离网供电解决方案，解决用户“取电困难”的难题，突破传统自动护栏电力线路铺设的问题限制，可在任何地点灵活机动设置隔离护栏。

基于物联网技术，后端工作人员在集中管理平台上，可通过视频及前端传感信息确认现场情况，可由系统自动或手动操作前端。

AI人工智能控制系统采用人工智能视频分析技术，实现视频监控中异常行为的智能识别、提前发现和自动报警。模块化的分布式部署，不必大规模布线和施工；可有效降低监测系统的人力需求，提高管理水平和工作效率；减轻工作人员的工作负担，提高监测准确度，使管理工作更加有效，提高了整套系统的工作效率和准确度。

本系统全天时工作，自动分析视频并报警，降低因为人为失误引起的高误差；同时本发明将传统的“被动”视频监控化转变为“主动”监控，在报警发生的同时实时监视和记录事件过程。

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 (10)

1.一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于包括负责系统安全判断、视频分析、告警、远程管理的AI人工智能控制系统及根据AI人工智能控制系统发送指令进行控制操作的中央控制器；

所述AI人工智能控制系统包括传感器设备模块、安全监测模块、AI视频分析模块、故障告警模块、远程管理平台；

所述中央控制器负责接收 AI人工智能控制系统的指令，对电机控制、摄像头供电、太阳能电源管理、告警模块、人行道信号灯及网络模块进行控制；

电机控制：在环境安全的情况下，负责控制栏杆开启和关闭；

摄像头：负责为AI视频分析模块提供现场的视频画面；

太阳能电源管理：负责为系统提供电源动力和夜间照明，采用技术特征与公开号为ZL2019209145818的发明专利申请文献，公开的技术内容相同；

告警模块：负责在设备工作时启动警示灯光和蜂鸣器提醒人员注意安全；

人行道信号灯：负责在AI视频分析模块检测到有行人通过斑马线时向来向车辆点亮红灯，提醒车辆注意避让行人；

网络模块：负责前端设备与远程管理平台的连接，采用电信运营商的物联网模块或4G/5G网络传输模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述传感器设备模块集成了感应传感设备及环境传感设备，负责检测传感器的信息归集，并将信息上报到控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述AI视频分析模块采用VGG卷积神经网络以构建包括若干预警模型图片的训练集，利用训练集训练基于VGG的卷积神经网络对比模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述安全监测模块负责记录用户标定的预警区域和标定图像信息，根据AI视频分析模块提供的视频图像和传感器设备模块的信息，划分需要预警的区域并记录区域坐标，将划分需要预警的区域作为检测样本，跟踪监测是否存在安全预警。

5.根据权利要求4所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述安全监测模块按照检测样本类分别将检测样本依次输入训练好的卷积神经网络对比模型，得到一组连续时间的检测结果序列L={ti|i=1，2，3，…，n}，其中ti表示第i张检测样本的检测结果，ti∈[0，1]，n表示检测样本数量。

6.根据权利要求5所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述故障告警模块负责对AI视频分析模块和传感器设备模块的检测结果序列进行判断，当检测结果序列中元素之和大于给定阈值，则判定该检测区域存在预警信息，具体预警设备包括警示灯光、蜂鸣器。

7.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述远程管理平台负责显示、监控、控制前端设备的工作状态，当接收到故障告警模块的告警信息时，进行人工干预。

8.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述网络模块负责前端设备与远程管理平台的连接，采用物联网模块或4G/5G网络传输模块。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述系统的操作方法如下：

步骤一、开启太阳能电源管理模块，为系统提供动力；

步骤二、启动网络模块与远程管理平台通讯；

步骤三、启动摄像头为AI视频分析模块提供分析画面；

步骤四、启动AI视频分析模块，分析摄像头画面，判断现场设定的安全距离内是否有人员、车辆，设备位置是否正常，或在隔离护栏栏杆开启时有无人员通过斑马线；

步骤五、启动传感器设备模块，根据人体接近传感器判断设定的安全距离内是否有人员，根据倾斜传感器和震动传感器判断隔离栏设备是否正常，是否被撞击或倾倒；

步骤六、启动安全监测模块，根据AI视频分析模块提供的视频图像和传感器设备模块的信息，判断是否安全；

步骤七、中央控制器收到启动指令后，开启告警模块，启动警示灯光和蜂鸣器提醒人员注意安全，启动电机控制，打开或关闭栏杆，当检测到有人员通过斑马线时，启动人行道信号灯；

步骤八、中央控制器收到停止指令后，故障告警模块向后端平台发送告警信息。

10.根据权利要求9所述的一种基于人工智能的太阳能物联网隔离护栏控制系统，其特征在于所述步骤一至步骤八操作过程中，远程管理平台保持开启状态，实时监测、查询启动和停止状态的信息，以及设备情况。

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