CN112598910A - 一种街道积水预警的引导方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种街道积水预警的引导方法和设备，包括信息监测部分和数据处理部分；其中信息处理部分包括标定位置关联监测模块、图像预处理模块、水位测量模块和GPRS通信模块；数据处理部分主要是积水类型识别和信息预警及引导服务器。该发明涉及的实时在线数据传导是基于当前网络条件下的互联网技术和水位监测技术相结合的一种方式，监测出该位置的水位情况和环境情况，供给服务器进行该区域的关联位置分析和信息处理，对比原始的数据库，导出积水分布区域和当前街道整体状况，并预测积水变化趋势，提供规划路线、注意事项等深度价值的服务。

Description

一种街道积水预警的引导方法和设备
技术领域
本发明涉及互联网领域，尤其涉及一种街道积水预警的引导方法和设备。
背景技术
街道积水顾名思义就是因灾害性天气原因造成的街道积水。而在很多情况下，街道积水会造成一系列的交通问题，无论是直接还是间接，都给交通运行带来很多安全隐患。而这就需要对积水情况进行实时预警，并及时的反馈给即将进入积水区域的车辆，引导他们避让或采取其他措施。当然，及时的反馈给路政部门处理积水情况同样也很重要。
目前的积水情况反馈主要是根据当地情况和摄影设备采集，然后才信息散播，但是具体的积水程度得专门的路政人员去现场检测。同时信息的反馈主要是给司机发短信，广播和指示电子牌，但是在信息传达时，很多车辆已经进入积水区。再加之没有具体的数据显示，只有积水广泛的信息，让很多车辆司机不是很在意。还有就是在积水情况出现后，没有做好后续车辆引导的工作，容易造成交通拥堵等等。
总体来说，目前的街道积水预警和引导工作没有精细化，无法达到实时性效果。而且积水的具体数据无法实时监测和传达到后续车辆中，且无法提高事故处理效率，从而无法减轻路政人员的负担。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有积水检测设备功能单元，不能做到积水类型识别、积水边界识别和自动测深，检测覆盖面不足，无法及时做到信息预警与引导，做不到目前智慧水务建设的要求。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种街道积水预警的引导方法和设备，包括信息监测部分和数据处理部分；信息监测部分具体终端为水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备，信息监测部分通过测量仪器和摄像头获得数据，利用水位监测数据库对获取的数据和图像进行分析，获得当前每个监测点的水位数据，并通过网络实时将水位数据以及移动终端检测自身的当前位置信息发送给数据处理部分的服务器。
信息监测部分的水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备采用GPS+RTK取到厘米级定位信息，且摄像设备具有全景拍摄能力面，以网格化的形式结合地理信息将位置和相应的数据封装传递，通过移动互联网向数据数据处理部分发送封装的数据。
所述信息监测部分包括：
标定位置关联监测模块，用于标定液位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备的位置，借助网格化形式，把设备的位置所形成的叠加覆盖面相互印证，并结合实际设备的安装高度以此使得所测尺寸符合实际的目标物的具体尺寸；
图像预处理模块，用于对移动通信的具有高精度摄像设备拍摄的的图像及视频进行平滑滤波和去噪处理；
水位测量模块，用以测量街道积水的液位，采用最普遍的连续液位测量设备来通过压强差测得实际液位；
GPRS通信模块，用于将终端为水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的备的实时检测位置和积水液位数据传递给数据处理部分。
所述水位测量模块具体用于实现以下步骤：
1)积水边界设置：进行道路和周围监控所能拍摄的覆盖面的图像采集，获得道路和周围监控所能拍摄图像，再根据实际的地理环境，对所覆盖的监测点利用直线拟合计算，形成网状结构，网状结构内作为检测的积水边界x(x≤X0)，也就是以此为半径的有效积水区域C；
2)局部液位计算：根据对液位标准的恒定，无论是均要求零液位与检测仪表在同一水平高度；在边界范围内液位差额小于0.5cm的视为同一液位，液位标准值如式：
Figure BSA0000225562100000031
其中n是指所在边界范围内的差额小于0.5cm的液位，主要是为了不影响积水总体状态下的直观反映；
3)圈定范围内积水分布趋势：通过液位所展示的液位标准值与对比值数据，大致描述出液位的分布趋势；美国物理学家Michelson提出的对比度定义如式：
Figure BSA0000225562100000032
Lmax和Lmin是所圈定范围内积水液位的最大值和最小值，CM是对比度，反映了积水深度反差的大小。
通过对比度与标准液位值的差值，进一步的分析出积水的积攒程度，如式：
ΔH＝h(n)-CM (3)
ΔH是相对液位偏差值，当ΔH＝0时，表明水位处于临界状态，当ΔH＞0时，表明积水水位处于危险状态，需要紧急预警，当ΔH＜0时，表明表明积水水位处于正常状态。
4)数据检验处理：在当前采集的图像上排除明显不符合实际的误差数据，液位测量仪器会在较短时间间隔内发送液位数据，可以与前一组数据进行对比分析，提高精确度，尽可能消除各种环境因素度数据的干扰，如式(2)，
h(n)≈h(n+1) (4)
h(n+1)是较短时间内所测位置发送到第二组数据，通过数据对比，当近似相等时，即认为数据可靠。同时也借助相对液位偏差值ΔH来辅助判断，通过两次数据的相对液位偏差值ΔH的差额(差额小于0.5cm视为相同)确定数据的稳定性，从而判断数据是否可靠。
本发明所述数据处理部分包括：
积水对比识别服务器，用于根据积水液位数据对比颜色数据库，按照所在范围内的相对液位偏差值ΔH的数据大小来识别原始数据库所定义的颜色标签，颜色深度代表液位大小，以此来呈现在绝对坐标上；
实时数据分析服务器，用于不断根据收到的数据更新积水液位当前数据、边界范围值等；
信息预警和引导服务器，用于连接路政部门、公众信息平台和类似地图类线上应用平台，做到信息预警和发布信息。信息预警和引导的数据信息比较成熟，不仅有由相对液位偏差值ΔH呈现的液位状态，还有呈现在绝对坐标轴上的液位深度颜色分布图，以及所圈定范围内液位的进一步变化趋势预测。
所述数据处理部分还包括对摄像设备所拍摄的画面进行分析，及时发布所圈定范围内的周边活动信息、突发事件和其他交通信息。
本发明在圈定范围内主干街道布置有水位测量仪器和全覆盖的摄像装置，涉及的实时在线数据传导是基于当前网络条件下的互联网技术和水位监测技术相结合的一种方式，监测出该位置的水位情况和环境情况，通过GPRS模块供给服务器进行该区域的关联位置分析和信息处理，对比原始的数据库，导出积水分布区域和当前街道整体状况，然后传输给信息预警和引导服务器。
本发明的现场检测终端为能够自发传递数据的液位测量仪器和可全景高精度摄像设备。依托目前互联网传递信息快，精准的特点，两种监测设备可相互关联，通过当前的位置实现一体化，通过重叠度信息，最终将一体化的数据传递到数据处理部分。充分利用了当前网络发达的条件，以低成本的形式节约了时间和提高了效率。
本发明在一些较发达的区域，不需要在圈定范围内完全安装检测装置，可以借用当前的已存在的摄像设备和支持移动通信的可测液位的设备实现积水监测，通过数据处理部分的数据挖掘，预测积水变化趋势，提供规划路线、注意事项等深度价值的服务。
本发明利用移动网络平台，将信息监测部分监测的数据一体化关联处理，通过现场设定的数据处理部分即可获得所圈定范围的街道积水情况，通过GPS或其他可联网的快速定位的辅助设施获得地理信息，通过网路数据传输语言的方式向终端服务器传递，终端服务器会将监测区域的实时情况反馈最终的汇总结果，以实现对各行业信息的预警和引导。
附图说明
图1为本发明实例提供的一种街道积水预警的引导方法和设备的流程示意图
图2为本发明实例提供的一种街道积水预警的引导方法和设备的局部模拟演示图
图3为本发明实例选取的一种街道积水预警的引导方法和设备的街道积水监测情况的模拟效果图
具体实施方式
为进一步的了解本发明的内容、特点和功效，下面对本发明实施例提供的技术方案中涉及的部分技术术语进行详细说明如下：
本发明包括信息监测部分和数据处理部分，信息监测部分具体终端为水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备，信息监测部分通过测量仪器和摄像头获得数据，利用水位监测数据库对获取的数据和图像进行分析，获得当前每个监测点的水位数据，并通过网络实时将水位数据以及移动终端检测自身的当前位置信息发送给数据处理部分的服务器。
本发明的信息监测部分具有以下模块：
标定位置关联监测模块，用于标定液位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备的位置。借助网格化形式，将摄像设备的参数设为h，f，τ，θ，其中h为摄像设备的高度，f为摄像设备的焦距，τ为基于水平基准的仰角，θ为摄像设备的偏转角，在图像上选取目标物，根据相近关联设备的位置所形成的叠加覆盖面得出其尺寸，并结合实际设备的安装高度等信息来使得所测尺寸符合实际的目标物的具体尺寸；
图像预处理模块，用于对移动通信的具有高精度摄像设备拍摄的的图像及视频进行平滑滤波和去噪处理，同时通过对街景识别与标定来实现摄像成像平面坐标向绝对坐标(X-Y-Z)的转化，便于模型的建立与呈现；
水位测量模块，用以测量街道积水的液位，采用最普遍的连续液位测量设备来通过压强差测得实际液位，所述水位测量模块具体用于实现以下步骤：
1)积水边界设置：进行道路和周围监控所能拍摄的覆盖面的图像采集，获得道路和周围监控所能拍摄图像，再根据实际的地理环境，对所覆盖的监测点利用直线拟合计算，形成网状结构，网状结构内作为检测的积水边界x(x≤X0)，也就是以此为半径的有效积水区域C；
2)局部液位计算：根据对液位标准的恒定，无论是均要求零液位与检测仪表在同一水平高度；在边界范围内液位差额小于0.5cm的视为同一液位，液位标准值如式：
Figure BSA0000225562100000071
其中n是指所在边界范围内的差额小于0.5cm的液位，主要是为了不影响积水总体状态下的直观反映；
3)圈定范围内积水分布趋势：通过液位所展示的液位标准值与对比值数据，大致描述出液位的分布趋势；美国物理学家Michelson提出的对比度定义如式：
Figure BSA0000225562100000072
Lmax和Lmin是所圈定范围内积水液位的最大值和最小值，CM是对比度，反映了积水深度反差的大小。
通过对比度与标准液位值的差值，进一步的分析出积水的积攒程度，如式：
ΔH＝h(n)-CM (3)
ΔH是相对液位偏差值，当ΔH＝0时，表明水位处于临界状态，当ΔH＞0时，表明积水水位处于危险状态，需要紧急预警，当ΔH＜0时，表明表明积水水位处于正常状态。
4)数据检验处理：在当前采集的图像上排除明显不符合实际的误差数据，液位测量仪器会在较短时间间隔内发送液位数据，可以与前一组数据进行对比分析，提高精确度，尽可能消除各种环境因素度数据的干扰，如式，
h(n)≈h(n+1) (4)
h(n+1)是较短时间内所测位置发送到第二组数据，通过数据对比，当近似相等时，即认为数据可靠。同时也借助相对液位偏差值ΔH来辅助判断，通过两次数据的相对液位偏差值ΔH的差额(差额小于0.5cm视为相同)确定数据的稳定性，从而判断数据是否可靠。
本发明所述数据处理部分包括：
积水对比识别服务器，用于根据积水液位数据对比颜色数据库，按照所在范围内的相对液位偏差值ΔH的数据大小来识别原始数据库所定义的颜色标签，颜色深度代表液位大小，以此来呈现在绝对坐标上；
实时数据分析服务器，用于不断根据收到的数据更新积水液位当前数据、边界范围值等；
信息预警和引导服务器，用于连接路政部门、公众信息平台和类似地图类线上应用平台，做到信息预警和发布信息。信息预警和引导的数据信息比较成熟，不仅有由相对液位偏差值ΔH呈现的液位状态，还有呈现在绝对坐标轴上的液位深度颜色分布图，以及所圈定范围内液位的进一步变化趋势预测。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的实施
本发明的流程示意图如图1所示，在监测区域部署水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备，对于各个检测点：
1)选取标定位置目标物的参数为h，f，τ，θ，h为摄像设备的高度，f为摄像设备的焦距，τ为基于水平基准的仰角，θ为摄像设备的偏转角，以建立标定目标物的模型向后续绝对坐标转换；
2)拍摄图像，对移动通信的具有高精度摄像设备拍摄的的图像及视频进行平滑滤波和去噪处理，传输给水位测量模块作进一步处理；
3)水位测量模块获得图像后，采用最普遍的连续液位测量设备来通过压强差测得实际街道积水液位，应用相对液位偏差值对液位数据在图像上标注，以实现位置与数据的关联；
4)最后通过GPRS通信模块把监测点的位置和积水数据传递给数据处理部分；
5)实时数据分析服务器根据接收到的数据，不断确认和更新数据信息，经初步判断后，传输给积水对比识别服务器；
积水对比识别服务器按照所在范围内的相对液位偏差值ΔH的数据大小来识别原始数据库所定义的颜色标签呈现在绝对坐标上，并对比数据库得出一系列分析结果，传输给信息预警和引导服务器；
6)信息预警和引导服务器连接路政部门、公众信息平台和类似地图类线上应用平台，做到信息预警和发布信息；
根据上述实施例，图2为本发明的局部演示图，展示了数据的监测、分析和反馈整个流程。
图3为本发明选取的街道积水监测情况的模拟图，图中根据液位情况进行了不同颜色的标注区域，同时还可以查看监测区域的拍摄的图像。较清晰的呈现了整个所圈定范围的积水情况，从视觉上较好的拟合了人们的分辨能力，提高人们了对街道积水区域的认知。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种街道积水预警的引导方法和设备，其特征是包括信息监测部分和数据处理部分；信息监测部分具体终端为水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备，信息监测部分通过测量仪器和摄像头获得数据，利用水位监测数据库对获取的数据和图像进行分析，获得当前每个监测点的水位数据，并通过网络实时将水位数据以及移动终端检测自身的当前位置信息发送给数据处理部分的服务器。
2.根据权利要求1所述的一种街道积水预警的引导方法和设备，其特征在于：所述信息监测部分的水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备采用GPS+RTK取到厘米级定位信息，且摄像设备具有全景拍摄能力面，以网格化的形式结合地理信息将位置和相应的数据封装传递，通过移动互联网向数据数据处理部分发送封装的数据。
3.根据权利要求1所述的一种街道积水预警的引导方法和设备，其特征在于：所述信息监测部分包括：标定位置关联监测模块，用于标定液位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的设备的位置，借助网格化形式，把设备的位置所形成的叠加覆盖面相互印证，并结合实际设备的安装高度以此使得所测尺寸符合实际的目标物的具体尺寸；图像预处理模块，用于对移动通信的具有高精度摄像设备拍摄的的图像及视频进行平滑滤波和去噪处理；水位测量模块，用以测量街道积水的液位，采用最普遍的连续液位测量设备来通过压强差测得实际液位；GPRS通信模块，用于将终端为水位测量仪器和支持移动通信的具有高精度摄像的备的实时检测位置和积水液位数据传递给数据处理部分。
4.根据权利要求1所述的一种街道积水预警的引导方法和设备，其特征在于：水位测量模块具体用于实现以下步骤：
1)积水边界设置：进行道路和周围监控所能拍摄的覆盖面的图像采集，获得道路和周围监控所能拍摄图像，再根据实际的地理环境，对所覆盖的监测点利用直线拟合计算，形成网状结构，网状结构内作为检测的积水边界x(x≤X0)，也就是以此为半径的有效积水区域C；
2)局部液位计算：根据对液位标准的恒定，无论是均要求零液位与检测仪表在同一水平高度；在边界范围内液位差额小于0.5cm的视为同一液位，液位标准值为如式，
Figure FSA0000225562090000021
其中n是指所在边界范围内的差额小于0.5cm的液位；
3)圈定范围内积水分布趋势：通过液位所展示的数据，利用数据图大致描述出液位的分布趋势，以此来分析接下来液位的具体走向，同时也为车辆引导做铺垫；
4)数据检验处理：在当前采集的图像上排除明显不符合实际的误差数据，液位测量仪器会在较短时间间隔内发送液位数据，可以与前一组数据进行对比分析，提高精确度，尽可能消除各种环境因素度数据的干扰，如式，
h(n)≈h(n+1) (2)
h(n+1)是较短时间内所测位置发送到第二组数据，通过数据对比，当近似相等时，即认为数据可靠。
5.根据权利要求1所述的一种街道积水预警的引导方法和设备，其特征在于：所述数据处理部分包括：积水对比识别服务器，用于根据积水液位数据对比颜色数据库，按照数据所在范围确定数据所在位置的颜色，颜色深度代表液位大小；实时数据分析服务器，用于不断根据收到的数据更新积水液位当前数据、边界范围值；信息预警和引导服务器，用于连接路政部门、公众信息平台和类似地图类线上应用平台，做到信息预警和发布信息。当接收到街道与目的地的道路规划信息后，会确定当前所述范围的最佳路线，引导路线包括：步行最优避让路线、公共交通避让最优路线及其他交通工具避让路线。
6.根据权利要求1所述的一种街道积水预警的引导方法和设备，其特征在于：所述数据处理部分还包括对摄像设备所拍摄的画面进行分析，及时发布所圈定范围内的周边活动信息、突发事件和其他交通信息。
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