CN114783189A

CN114783189A - 基于ai和gis的智慧预警及路径规划交通系统

Info

Publication number: CN114783189A
Application number: CN202210698758.1A
Authority: CN
Inventors: 刘磊; 任子晖; 王卫; 罗晶晶; 高洪昌; 倪金林; 王晓娟; 姚翔; 蒋梦媛; 黄兴亮
Original assignee: Anhui Jiaoxin Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Jiaoxin Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2022-07-22

Abstract

本发明涉及公交技术领域，具体涉及基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统；包括客户端、信息处理平台和道路管理平台；本发明将GIS地图纠偏、离线定位、震动幅度计算路面健康状况以及GPS点计算所在路段相结合使用，为公路主管部门提供公路建设、管理、养护等业务管理技术服务，有效的开展公路基础设施数字化治理和建设监管、养护实施等工作，实现公路规划、建设、养护的协同管理与联动作业，提高了公路管理效率及服务水平。

Description

基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统

技术领域

本发明涉及公交技术领域，具体涉及基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统。

背景技术

随着城市化和机动化的发展，城市人口和地域不断增加，对公共交通的需求相应快速增长，需要公共交通企业投入更多的客车，也需要管理部门提升管理效果，以实现对于公共交通的管理。

专利申请号为CN201110172619.7，专利名称为“导航系统及其路径规划方法”的专利，其在说明书中记载有“包含一储存单元以及一处理单元。储存单元设置有一云端服务器的云端数据库以及导航系统的一本地数据库，用以储存一路况数据。处理单元连接储存单元，依据一初始位置以及一查询目的而进行规划，以形成一初始路径。并且，处理单元以初始路径与储存单元中对应于初始路径的其中至少一路段的路况数据，进行比对并运算分析以规划形成多个参考路径。接着，以此些参考路径的其中之一作为一最终路径”，上述专利虽然能够实现导航的效果，但是其存在以下问题：

1）在为规划路线的过程中，缺少对于路面的实时探测，使得所规划的路线上会出现路面不健康的状况，而影响了乘坐体验以及驾驶体验；

2）在为规划路线的过程中，缺少对路线的纠偏以及拥堵路面的规避，影响了规划效果；

3）在为规划路线的过程中，缺少与道路管理部门的信息互动，功能过于单一。

综上所述，研发基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，仍是公交技术领域中亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，本发明提供了基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，本发明为公路主管部门提供公路建设、管理、养护等业务管理技术服务，有效的开展公路基础设施数字化治理和建设监管、养护实施等工作，实现公路规划、建设、养护的协同管理与联动作业，提高了公路管理效率及服务水平。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，包括客户端、信息处理平台和道路管理平台，其中：

所述客户端包括信息获取单元、第一通讯模块和路线导航单元，所述信息获取单元用于获取车辆的GPS信息、车辆的震动幅度信息以及车辆行驶速度信息，所述第一通讯模块用于实现客户端与信息处理平台间的信息交互，所述路线导航单元用于提供离线车辆导航以及车辆导航地图纠偏，所述第一通讯模块与信息获取单元和路线导航单元均连接；

所述信息处理平台用于获取客户端的数据信息，并对所接收到的数据信息进行分析，为车辆提供路线规划，所述信息处理平台与客户端连接；

所述道路管理平台用于接收信息处理平台的分析结果，对车辆所行驶的道路进行智能化的预警，并对所出现的预警信息进行分类和分工，将其分配给对应的负责人员，所述道路管理平台与信息处理平台连接。

本发明进一步的设置为：所述客户端还包括导航输入模块，所述导航输入模块用于输入导航起始点以及导航终端的信息，所述导航输入模块与第一通讯模块连接。

本发明进一步的设置为：所述信息获取单元包括GPS定位模块、震幅获取模块和速度获取模块，其中：

所述GPS定位模块用于实时的获取行驶车辆的GPS定位信息，所述GPS定位模块与第一通讯模块连接；

所述震幅获取模块用于实时的获取车辆行驶过程中的震动幅值，所述震幅获取模块与第一通讯模块连接；

所述速度获取模块用于获取车辆行驶过程中的实时速度信息，所述速度获取模块与第一通讯模块连接。

本发明进一步的设置为：所述路线导航单元包括地图存储模块、地图纠偏模块和地图显示模块，其中：

所述地图存储模块用于存储离线地图信息，所述地图存储模块与第一通讯模块连接；

所述地图纠偏模块对导航的地图信息进行实时的纠偏，所述地图纠偏模块与第一通讯模块和地图存储模块均连接；

所述地图显示模块用于显示实时的导航路线信息，所述地图显示模块与地图纠偏模块连接。

本发明进一步的设置为：所述信息处理平台包括第二通讯模块、数据分析模块和路线规划模块，其中：

所述第二通讯模块用于实现信息处理平台与客户端以及道路管理平台间的信息交互；

所述数据分析模块用于对所接收的数据信息与所存储的数据信息相结合分析，获得分析结果，所述数据分析模块与第二通讯模块连接；

所述路线规划模块根据导航信息以及数据的分析结果，提供导航路线，所述路线规划模块与第二通讯模块和数据分析模块均连接；

所述数据分析模块通过GIS软件构建路网模型，包括节点和道路之间的拓扑关系以及道路与转向之间的拓扑关系，根据拓扑关系在所述输入的导航起始点以及导航终点之间确定节点；

所述路线规划模块确定起始点到终点用时最少的行驶路线，目标函数为

，t_ij表示车辆经过路径（i，j）的时间；根据获取的震动幅度信息和拥堵程度信息确定上述因素对路径选择的影响程度a_ij和b_ij，其中影响程度的具体计算公式为（M-n）/n，有该因素影响时通过该段路径的时间M和没有该因素影响时通过该段路径的时间n；通过路径（i，j）的实际距离d_ij得到换算距离

，则

， v为车辆行驶速度；那么起始点到终点的总时间

，其中利用蚁群算法求解转移概率并确定下一个节点，此处1/t_ij表示从i节点到相邻的j节点的期望程度，1/t_ij越大则表示蚂蚁选择该节点的概率越大；

本发明进一步的设置为：所述信息处理平台还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于存储预设的信息数据以及存储数据分析结果，所述数据存储模块与第二通讯模块、数据分析模块和路线规划模块均连接。

本发明进一步的设置为：所述道路管理平台包括第三通讯模块、预警分类模块、预警分工模块和预警显示模块，其中：

所述第三通讯模块用于实现道路管理平台和信息处理平台间的信息交互；

所述预警分类模块根据所分析的结果，对产生的预警进行分类，所述预警分类模块与第三通讯模块连接；

所述预警分工模块根据预警分类结果和预警分工方案，将所产生的预警任务分配给相应的处理人员，所述预警分工模块与预警分工模块与预警分类模块连接；

所述预警显示模块用于显示所接收的预警信息以及预警分工信息，所述预警显示模块与第三通讯模块和预警分工模块均连接。

本发明进一步的设置为：所述道路管理平台还包括预案存储模块和预案设定模块，其中：

所述预案存储模块用于存储设定的预警分类所对应的预警人员的信息，所述预案存储模块与预警分类模块和预警分工模块均连接；

所述预案设定模块用于对设定预警人员的信息，所述预案设定模块与预案存储模块连接。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明将GIS地图纠偏、离线定位、震动幅度计算路面健康状况以及GPS点计算所在路段相结合，可以将车辆在路面行驶的实时数据传输给信息处理平台，由数据处理平台对所接收的数据进行分析处理，再基于分析结果，为车辆行驶提供优异的导航路线，避免因为路面硬度或不平整，而影响车辆的行驶，以及客户的使用体验，此外，还能够根据分析结果，发出预警信息，并对预警信息进行分类和分工，在发生预警时，可以将相应的预警处理事件发送给相应的负责人员，为公路主管部门提供公路建设、管理、养护等业务管理技术服务，有效的开展公路基础设施数字化治理和建设监管、养护实施等工作，实现公路规划、建设、养护的协同管理与联动作业，提高了公路管理效率及服务水平。

附图说明

图1为本发明基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统的系统图；

图2为本发明基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统中客户端的系统图；

图3为本发明基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统中信息处理平台的系统图；

图4为本发明基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统中道路管理平台的系统图。

图中标号说明：

10、客户端；11、信息获取单元；111、GPS定位模块；112、震幅获取模块；113、速度获取模块；12、第一通讯模块；13、路线导航单元；131、地图存储模块；132、地图纠偏模块；133、地图显示模块；14、导航输入模块；20、信息处理平台；21、第二通讯模块；22、数据分析模块；23、路线规划模块；24、数据存储模块；30、道路管理平台；31、第三通讯模块；32、预警分类模块；33、预警分工模块；34、预警显示模块；35、预案存储模块；36、预案设定模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1-4所示，本发明提供了基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，包括客户端10、信息处理平台20和道路管理平台30，其中：客户端10包括信息获取单元11、第一通讯模块12和路线导航单元13，信息获取单元11用于获取车辆的GPS信息、车辆的震动幅度信息、车辆行驶速度信息及拥堵程度信息，第一通讯模块12用于实现客户端10与信息处理平台20间的信息交互，路线导航单元13用于提供离线车辆导航以及车辆导航地图纠偏，第一通讯模块12与信息获取单元11和路线导航单元13均连接；信息处理平台20用于获取客户端10的数据信息，并对所接收到的数据信息进行分析，为车辆提供路线规划，信息处理平台20与客户端10连接；道路管理平台30用于接收信息处理平台20的分析结果，对车辆所行驶的道路进行智能化的预警，并对所出现的预警信息进行分类和分工，将其分配给对应的负责人员，道路管理平台30与信息处理平台20连接。

进一步的，客户端10还包括导航输入模块14，导航输入模块14用于输入导航起始点以及导航终端的信息，导航输入模块14与第一通讯模块12连接。

在本实施例中，客户端10安装于车辆上，在使用时，由客户端10实时的获取车辆的GPS定位信息，并将其传输给信息处理平台20，信息处理平台20实时的获取车辆的定位信息，客户端10还会实时的获取车辆的震幅信息以及车速，也将其传输给信息处理平台20，由信息处理平台20将车辆的震动幅值与所设定的预设阈值进行对比，判定路面是否存在凹坑，并基于是否存在连续凹坑，判定路面是否平整，即基于震幅获得路面的健康状况，在路面出现不健康时，信息处理平台20会在规划路线时，选择路面健康的路面作为导航路线，此外，客户端10还会根据车辆所行驶的速度，确定是否存在堵车现象，作为一种实现方式，在车辆连续低速移动时，将其所设定的速度与存储的预设速度进行对比，确定其处于堵车状态。

此外，本发明所提供的道路管理平台30，能够获取信息处理平台20的分析结果，并根据分析结果，发出预警并对预警情况进行分类，如堵车、道路不平等，从存储的预案中查找相应的负责人员，将其传输给负责人员，可以有效的实现公路的建设、维护等的协同管理。

在本发明中，信息获取单元11包括GPS定位模块111、震幅获取模块112和速度获取模块113，其中：GPS定位模块111用于实时的获取行驶车辆的GPS定位信息，GPS定位模块111与第一通讯模块12连接；震幅获取模块112用于实时的获取车辆行驶过程中的震动幅值，震幅获取模块112与第一通讯模块12连接；速度获取模块113用于获取车辆行驶过程中的实时速度信息，速度获取模块113与第一通讯模块12连接。

在本实施例中，GPS定位模块111基于GPS技术，实时的获取车辆的定位信息，将其通过第一通讯模块12传输给信息处理平台20，震幅获取模块112能够实时的获取车辆的震动数据，将其也通过第一通讯模块12传输给信息处理平台20，以便后续在信息处理平台20内判定路面的健康状况，此外，所设置的速度获取模块113将实时获取的车辆速度传输给信息处理平台20，信息处理平台20根据车辆的行驶速度，确定是否发送路面拥堵现象。

在本发明中，路线导航单元13包括地图存储模块131、地图纠偏模块132和地图显示模块133，其中：地图存储模块131用于存储离线地图信息，地图存储模块131与第一通讯模块12连接；地图纠偏模块132对导航的地图信息进行实时的纠偏，地图纠偏模块132与第一通讯模块12和地图存储模块131均连接；地图显示模块133用于显示实时的导航路线信息，地图显示模块133与地图纠偏模块132连接。

在本实施例中，第一通讯模块12能够获取信息处理平台20所发送来的导航信息，将其传输给地图纠偏模块132，由地图纠偏模块132对导航的地图信息进行实时的纠偏，将纠偏后的信息通过地图显示模块133进行显示，为驾驶人员进行导航，为了提升导航的可靠性，还可以通过地图存储模块131，获取离线的地图信息，为导航提供服务，即在离线状态下，实现导航效果。

在本实施例中，信息处理平台20包括第二通讯模块21、数据分析模块22和路线规划模块23，其中：第二通讯模块21用于实现信息处理平台20与客户端10以及道路管理平台30间的信息交互；数据分析模块22用于对所接收的数据信息与所存储的数据信息相结合分析，获得分析结果，数据分析模块22与第二通讯模块21连接；路线规划模块23根据导航信息以及数据的分析结果，提供导航路线，路线规划模块23与第二通讯模块21和数据分析模块22均连接。

此外，信息处理平台20还包括数据存储模块24，数据存储模块24用于存储预设的信息数据以及存储数据分析结果，数据存储模块24与第二通讯模块21、数据分析模块22和路线规划模块23均连接。

在本实施例中，通过第二通讯模块21会获取客户端10的数据信息，将其传输给数据分析模块22，数据分析模块22会结合存储在数据存储模块24内的预设阈值，确定路面状况，包括但不限于路面健康状况、路面拥堵状况等，再根据客户所提供的导航目的地，规划导航路线，避免直接规划，而出现路面健康状况不佳或路面拥堵等情况的发生，提升了客户对于导航的体验；所述数据分析模块22通过GIS软件构建路网模型，包括节点和道路之间的拓扑关系以及道路与转向之间的拓扑关系，根据拓扑关系在所述输入的导航起始点以及导航终点之间确定节点；

所述路线规划模块23根据路网模型节点信息以及数据的分析结果，提供导航路线，所述路线规划模块23与第二通讯模块21和数据分析模块22均连接；所述路线规划模块23确定起始点到终点用时最少的行驶路线，目标函数为

，则

，v为车辆行驶速度；那么起始点到终点的总时间

在本实施例中，道路管理平台30包括第三通讯模块31、预警分类模块32、预警分工模块33和预警显示模块34，其中：第三通讯模块31用于实现道路管理平台30和信息处理平台20间的信息交互预警分类模块32根据所分析的结果，对产生的预警进行分类，预警分类模块32与第三通讯模块31连接；预警分工模块33根据预警分类结果和预警分工方案，将所产生的预警任务分配给相应的处理人员，预警分工模块33与预警分工模块33与预警分类模块32连接；预警显示模块34用于显示所接收的预警信息以及预警分工信息，预警显示模块34与第三通讯模块31和预警分工模块33均连接。

此外，道路管理平台30还包括预案存储模块35和预案设定模块36，其中：预案存储模块35用于存储设定的预警分类所对应的预警人员的信息，预案存储模块35与预警分类模块32和预警分工模块33均连接；预案设定模块36用于对设定预警人员的信息，预案设定模块36与预案存储模块35连接。

在本实施例中，信息处理平台20所分析的结果，会传输给道路管理平台30，将分析结果根据预设的类型，进行分类，再通过预警分工模块33进行分工，即将预警类型发送给对应的负责人员，如在路面拥堵时，将该信息传输给交警部门，使得交警部门，能够及时的对拥堵路段进行疏导。

此外，在本发明中，还会将所产生的预警信息通过预警显示模块34进行显示，避免管理人员也能够及时的掌握路面状况。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，包括客户端（10）、信息处理平台（20）和道路管理平台（30），其中：

所述客户端（10）包括信息获取单元（11）、第一通讯模块（12）和路线导航单元（13），所述信息获取单元（11）用于获取车辆的GPS信息、车辆的震动幅度信息以及车辆行驶速度信息，所述第一通讯模块（12）用于实现客户端（10）与信息处理平台（20）间的信息交互，所述路线导航单元（13）用于提供离线车辆导航、车辆导航地图纠偏以及拥堵程度信息，所述第一通讯模块（12）与信息获取单元（11）和路线导航单元（13）均连接，所述客户端（10）还包括导航输入模块（14），所述导航输入模块（14）用于输入导航起始点以及导航终点的信息，所述导航输入模块（14）与第一通讯模块（12）连接；

所述信息处理平台（20）用于获取客户端（10）的数据信息，并对所接收到的数据信息进行分析，为车辆提供路线规划，所述信息处理平台（20）与客户端（10）连接；

所述道路管理平台（30）用于接收信息处理平台（20）的分析结果，对车辆所行驶的道路进行智能化的预警，并对所出现的预警信息进行分类和分工，将其分配给对应的负责人员，所述道路管理平台（30）与信息处理平台（20）连接。

2.根据权利要求1所述的基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，所述信息获取单元（11）包括GPS定位模块（111）、震幅获取模块（112）和速度获取模块（113），其中：

所述GPS定位模块（111）用于实时的获取行驶车辆的GPS定位信息，所述GPS定位模块（111）与第一通讯模块（12）连接；

所述震幅获取模块（112）用于实时的获取车辆行驶过程中的震动幅值，所述震幅获取模块（112）与第一通讯模块（12）连接；

所述速度获取模块（113）用于获取车辆行驶过程中的实时速度信息，所述速度获取模块（113）与第一通讯模块（12）连接。

3.根据权利要求1所述的基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，所述路线导航单元（13）包括地图存储模块（131）、地图纠偏模块（132）和地图显示模块（133），其中：

所述地图存储模块（131）用于存储离线地图信息，所述地图存储模块（131）与第一通讯模块（12）连接；

所述地图纠偏模块（132）对导航的地图信息进行实时的纠偏，所述地图纠偏模块（132）与第一通讯模块（12）和地图存储模块（131）均连接；

所述地图显示模块（133）用于显示实时的导航路线信息，所述地图显示模块（133）与地图纠偏模块（132）连接。

4.根据权利要求1所述的基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，所述信息处理平台（20）包括第二通讯模块（21）、数据分析模块（22）和路线规划模块（23），其中：

所述第二通讯模块（21）用于实现信息处理平台（20）与客户端（10）以及道路管理平台（30）间的信息交互；

所述数据分析模块（22）用于对所接收的数据信息与所存储的数据信息相结合分析，获得分析结果，所述数据分析模块（22）与第二通讯模块（21）连接；所述数据分析模块（22）通过GIS软件构建路网模型，包括节点和道路之间的拓扑关系以及道路与转向之间的拓扑关系, 根据拓扑关系在所述输入的导航起始点以及导航终点之间确定节点；

所述路线规划模块（23）根据路网模型节点信息以及数据的分析结果，提供导航路线，所述路线规划模块（23）与第二通讯模块（21）和数据分析模块（22）均连接；所述路线规划模块（23）确定起始点到终点用时最少的行驶路线，目标函数为

，t_ij表示车辆经过路径（i，j）的时间；根据获取的震动幅度信息和拥堵程度信息确定上述因素对路径选择的影响程度a_ij和b_ij，其中影响程度的具体计算公式为（M-n）/n，有该因素影响时通过该段路径的时间M和没有该因素影响时通过该段路径的时间n；通过路径（i，j）的实际距离d_ij得到换算距离D_ij=（1+a_ij+b_ij）*d_ij，则t_ij=D_ij/v，v为车辆行驶速度；那么起始点到终点的总时间

，其中利用蚁群算法求解转移概率并确定下一个节点，此处1/t_ij表示从i节点到相邻的j节点的期望程度，1/t_ij越大则表示蚂蚁选择该节点的概率越大。

5.根据权利要求4所述的基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，所述信息处理平台（20）还包括数据存储模块（24），所述数据存储模块（24）用于存储预设的信息数据以及存储数据分析结果，所述数据存储模块（24）与第二通讯模块（21）、数据分析模块（22）和路线规划模块（23）均连接。

6.根据权利要求1所述的基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，所述道路管理平台（30）包括第三通讯模块（31）、预警分类模块（32）、预警分工模块（33）和预警显示模块（34），其中：

所述第三通讯模块（31）用于实现道路管理平台（30）和信息处理平台（20）间的信息交互；

所述预警分类模块（32）根据所分析的结果，对产生的预警进行分类，所述预警分类模块（32）与第三通讯模块（31）连接；

所述预警分工模块（33）根据预警分类结果和预警分工方案，将所产生的预警任务分配给相应的处理人员，所述预警分工模块（33）与预警分工模块（33）与预警分类模块（32）连接；

所述预警显示模块（34）用于显示所接收的预警信息以及预警分工信息，所述预警显示模块（34）与第三通讯模块（31）和预警分工模块（33）均连接。

7.根据权利要求1所述的基于AI和GIS的智慧预警及路径规划交通系统，其特征在于，所述道路管理平台（30）还包括预案存储模块（35）和预案设定模块（36），其中：

所述预案存储模块（35）用于存储设定的预警分类所对应的预警人员的信息，所述预案存储模块（35）与预警分类模块（32）和预警分工模块（33）均连接；

所述预案设定模块（36）用于对设定预警人员的信息，所述预案设定模块（36）与预案存储模块（35）连接。