CN112164220A - 一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统 - Google Patents

一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及拥堵监测及自动导引技术领域，且公开了一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，包括：激光雷达扫描高速公路服务区入口处，将测量数据上传至入口拥堵分析设备；入口拥堵分析设备实时将分析结果上传至服务区拥堵综合分析平台；停车区域拥堵分析设备将实时分析的数据上传至服务区拥堵综合分析平台；服务区拥堵综合分析平台通过各方面数据经车流控制模型判断是否需要进行车流控制，当需要时向情报板控制平台发送分流指令；情报板控制平台向情报板发出导引指令，在情报板展示前方服务区拥堵提示。本发明提升了服务区车流态势的感知分析能力，提升了服务区设施及路侧设施的信息协同能力，提升了司乘人员高速公路的用户体验。

Description

一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统
技术领域
本发明涉及拥堵监测及自动导引技术领域，具体为一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统。
背景技术
高速公路服务区是长途旅行司机中途休息的场所，它不仅可以提供卫生间、餐饮、购物等服务，更是解决高速公路上疲劳驾驶问题的重要基础设施。但是当服务区发生拥堵时，现有法规不允许车辆在主干路上排队等候，所以车辆只能继续向前行驶。如果不能良好的导引，一方面会加重服务区拥堵情况，另一方面也不能给司机良好的服务。
现在服务区拥堵程度的监测是基于停车场车位使用情况的监测，但是车位使用只是一个静态的数值，并不能比较好的体现拥堵的状况，更不能体现拥堵发展的趋势。而且服务区的导引，尤其是远距离利用路侧情报板导引分属于不同子系统，现阶段需要人工协调，操作繁琐。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于激光雷达等物联网感知技术的服务区拥堵探测及远端情报板导引的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，以克服现有工艺的不足，该高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统有如下特点：通过激光雷达可以快速掌握入口处拥堵情况，且成本低，施工难度低，不需要封路或占用车道，不会带来施工风险；结合既有的物联网传感器收集的数据，可以快速计算出服务区当前的拥堵程度，以及还能够提供的服务能力；结合路侧情报板，当服务区服务饱和时，可以导引司机在出口驶下高速，从而分流服务区压力。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，包括：激光雷达，入口拥堵分析设备，服务区拥堵综合分析平台，摄像头，停车区域拥堵分析设备，情报板控制平台，情报板；
所述系统的监测及自动导引方法包括以下步骤：
Step1，激光雷达扫描高速公路服务区入口处，将测量数据上传至入口拥堵分析设备；
Step2，入口拥堵分析设备实时将分析结果上传至服务区拥堵综合分析平台；
Step3，停车区域拥堵分析设备利用停车区域摄像头所拍摄的监控视频进行人工智能分析，并将实时分析的数据上传至服务区拥堵综合分析平台；
Step4，服务区拥堵综合分析平台通过各方面数据经车流控制模型判断是否需要进行车流控制，当需要时向情报板控制平台发送分流指令；
Step5，情报板控制平台向情报板发出导引指令，在情报板展示前方服务区拥堵提示。
进一步的，所述服务区拥堵综合分析平台上架设有通信认证服务器，该通信认证服务器对请求接入的系统设备进行通信权限认证。
进一步的，所述通信认证服务器的接入认证方法包括以下步骤：
Step1，服务区拥堵综合分析平台的通信认证服务器执行以下操作：
选取有限域GF(q)上的椭圆曲线E，由E上点形成一个点加法群Ea,b(GFq)，设P是阶为n的生成元；
选取私钥h和计算对应的公钥Q＝kP；
保密k，公布其系统参数{q,a,b,n,P,Q}；
Step2，系统设备的管理员选取身份ID、口令PW和随机数N，通过安全信道把消息{ID,y＝h(PW||N)}发给通信认证服务器；
其中，||为字符串连接操作；
通信认证服务器计算s＝h(ID||k)，v＝s⊕y，通过安全信道把存有v，h(·) 发给系统设备的管理员；
其中，⊕为异或运算，h(·)为单项哈希函数；
Step3，系统设备向服务区拥堵综合分析平台发送接入请求，并且将身份 ID、口令PW和随机数N发送给通信认证服务器；
通信认证服务器收到ID后，验证ID格式有效性，若无效，停止本次协议；否则任选随机数{r1}发给系统设备；
系统设备计算y＝h(PW||N)和s＝v⊕y＝h(ID||k)，然后任选随机数r2，再计算R1＝r2P，R2＝r2Q以及C1＝h(ID,S,s,R2,r1)，最后系统设备发送登录消息{R1,C1} 给通信认证服务器；
通信认证服务器计算s"＝h(ID||k)，R2"＝kR1以及C1"＝h(ID,S,s",R2",r1)，比较C1"是否等于C1；若二者不等，停止本次协议；否则通信认证服务器认证用户成功。
进一步的，所述服务区拥堵综合分析平台用于判断是否需要进行车流控制。
进一步的，所述激光雷达安装在高速公路服务区入口处，用于测量高速公路服务区入口处车辆。
进一步的，所述入口拥堵分析设备用于分析计算激光雷达所测量数据。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
1.本发明的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统不仅提升了服务区车流态势的感知分析能力，而且提升了服务区设施及路侧设施的信息协同能力，更进一步提升了司乘人员高速公路的用户体验。
2.本发明在服务区拥堵综合分析平台上架设通信认证服务器，该通信认证服务器对请求接入的系统设备进行通信权限认证，只有系统设备通过了服务区拥堵综合分析平台的通信权限认证，才允许接入服务区拥堵综合分析平台，取得了防止非法的系统设备恶意接入服务区拥堵综合分析平台，向平台发送虚假数据的技术效果。
附图说明
图1为本发明一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统的逻辑框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，如图1所示，包括：激光雷达，入口拥堵分析设备，服务区拥堵综合分析平台，摄像头，停车区域拥堵分析设备，情报板控制平台，情报板；
其中，激光雷达安装在高速公路服务区入口处，用于测量高速公路服务区入口处车辆；
入口拥堵分析设备用于分析计算激光雷达所测量数据；
服务区拥堵综合分析平台用于判断是否需要进行车流控制；
摄像头用于监控停车区域车辆停放状况；
停车区域拥堵分析设备用于分析计算高速服务区停车区域车辆数据；
情报板控制平台用于接收服务区拥堵综合分析平台所发送分流指令；
情报板用于展示前方服务区拥堵提示、执行车辆导引功能；
激光雷达与入口拥堵分析设备进行通信连接，入口拥堵分析设备与服务区拥堵综合分析平台进行通信连接；
摄像头与停车区域拥堵分析设备进行通信连接，停车区域拥堵分析设备与服务区拥堵综合分析平台进行通信连接；
服务区拥堵综合分析平台与情报板控制平台进行通信连接，情报板控制平台与情报板进行通信连接；
所述系统内各设备间数据传输方式包括但不局限于(网线、WIFI、光纤、 4G、5G)等通信手段；
上述高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统的作业流程包括以下步骤：
Step1，激光雷达扫描高速公路服务区入口处，每秒测量一次距离，将测量数据上传至入口拥堵分析设备；
Step2，当测量距离低于基准值时，则判断为有车辆通过；当长时间距离以极高大比例低于基准值时，则判明路面车流量大；入口拥堵分析设备实时将分析结果上传至服务区拥堵综合分析平台；
Step3，停车区域拥堵分析设备利用停车区域摄像头所拍摄的监控视频进行人工智能分析，判明区域内车辆是否超出监控阈值，并将实时分析的数据上传至服务区拥堵综合分析平台；
Step4，服务区拥堵综合分析平台通过各方面数据经车流控制模型判断是否需要进行车流控制，当需要时向情报板控制平台发送分流指令；当车流控制解除时，也向情报板控制平台发送解除指令；
Step5，情报板控制平台通过物联网(包括但不局限于NB网络)向情报板发出导引指令，在情报板展示前方服务区拥堵提示；
为了防止非法的系统设备恶意接入服务区拥堵综合分析平台，向该平台发送虚假数据，在服务区拥堵综合分析平台上架设通信认证服务器，该通信认证服务器对请求接入的系统设备进行通信权限认证，只有系统设备通过了服务区拥堵综合分析平台的通信权限认证，才允许接入服务区拥堵综合分析平台，上述认证方案中接入认证过程如下：
Step1，服务区拥堵综合分析平台的通信认证服务器执行以下操作：
选取有限域GF(q)上的椭圆曲线E，由E上点形成一个点加法群Ea,b(GFq)，设P是阶为n的生成元；
选取私钥h和计算对应的公钥Q＝kP；
保密k，公布其系统参数{q,a,b,n,P,Q}；
Step2，系统设备的管理员选取身份ID、口令PW和随机数N，通过安全信道把消息{ID,y＝h(PW||N)}发给通信认证服务器；
其中，||为字符串连接操作；
通信认证服务器计算s＝h(ID||k)，v＝s⊕y，通过安全信道把存有v，h(·) 发给系统设备的管理员；
其中，⊕为异或运算，h(·)为单项哈希函数；
Step3，系统设备向服务区拥堵综合分析平台发送接入请求，并且将身份 ID、口令PW和随机数N发送给通信认证服务器；
通信认证服务器收到ID后，验证ID格式有效性，若无效，停止本次协议；否则任选随机数{r1}发给系统设备；
系统设备计算y＝h(PW||N)和s＝v⊕y＝h(ID||k)，然后任选随机数r2，再计算R1＝r2P，R2＝r2Q以及C1＝h(ID,S,s,R2,r1)，最后系统设备发送登录消息{R1,C1} 给通信认证服务器；
通信认证服务器计算s"＝h(ID||k)，R2"＝kR1以及C1"＝h(ID,S,s",R2",r1)，比较C1"是否等于C1；若二者不等，停止本次协议；否则通信认证服务器认证用户成功。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，其特征在于，包括：激光雷达，入口拥堵分析设备，服务区拥堵综合分析平台，摄像头，停车区域拥堵分析设备，情报板控制平台，情报板；
所述系统的监测及自动导引方法包括以下步骤：
Step1，激光雷达扫描高速公路服务区入口处，将测量数据上传至入口拥堵分析设备；
Step2，入口拥堵分析设备实时将分析结果上传至服务区拥堵综合分析平台；
Step3，停车区域拥堵分析设备利用停车区域摄像头所拍摄的监控视频进行人工智能分析，并将实时分析的数据上传至服务区拥堵综合分析平台；
Step4，服务区拥堵综合分析平台通过各方面数据经车流控制模型判断是否需要进行车流控制，当需要时向情报板控制平台发送分流指令；
Step5，情报板控制平台向情报板发出导引指令，在情报板展示前方服务区拥堵提示。
2.根据权利要求1所述的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，其特征在于，所述服务区拥堵综合分析平台上架设有通信认证服务器，该通信认证服务器对请求接入的系统设备进行通信权限认证。
3.根据权利要求2所述的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，其特征在于，所述通信认证服务器的接入认证方法包括以下步骤：
Step1，服务区拥堵综合分析平台的通信认证服务器执行以下操作：
选取有限域GF(q)上的椭圆曲线E，由E上点形成一个点加法群Ea,b(GFq)，设P是阶为n的生成元；
选取私钥h和计算对应的公钥Q=kP；
保密k，公布其系统参数{q,a,b,n,P,Q}；
Step2，系统设备的管理员选取身份ID、口令PW和随机数N，通过安全信道把消息{ID,y=h(PW||N)}发给通信认证服务器；
其中，||为字符串连接操作；
通信认证服务器计算s=h(ID||k)，v=s⊕y，通过安全信道把存有v，h(•)发给系统设备的管理员；
其中，⊕为异或运算，h(•)为单项哈希函数；
Step3，系统设备向服务区拥堵综合分析平台发送接入请求，并且将身份ID、口令PW和随机数N发送给通信认证服务器；
通信认证服务器收到ID后，验证ID格式有效性，若无效，停止本次协议；否则任选随机数{r1}发给系统设备；
系统设备计算y=h(PW||N)和s=v⊕y=h(ID||k)，然后任选随机数r2，再计算R1=r2P，R2=r2Q以及C1=h(ID,S,s,R2,r1)，最后系统设备发送登录消息{R1,C1}给通信认证服务器；
通信认证服务器计算s"=h(ID||k)，R2"=kR1以及C1"=h(ID,S,s",R2",r1)，比较C1"是否等于C1；若二者不等，停止本次协议；否则通信认证服务器认证用户成功。
4.根据权利要求3所述的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，其特征在于，所述服务区拥堵综合分析平台用于判断是否需要进行车流控制。
5.根据权利要求4所述的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，其特征在于，所述激光雷达安装在高速公路服务区入口处，用于测量高速公路服务区入口处车辆。
6.根据权利要求5所述的高速公路服务区拥堵监测及自动导引系统，其特征在于，所述入口拥堵分析设备用于分析计算激光雷达所测量数据。
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