CN206990574U - 农村公路险情预报系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种农村公路险情预报系统，包括分布于公路沿线的多个导航桩和险情预报装置，各所述导航桩顶部设有携带对应坐标信息、路面宽度、公路标高信息的二维码识别标识,所述险情预报装置包括用于摄取路况图像的信息采集器,所述信息采集器与Zigbee无线局域网相无线连接，所述Zigbee无线局域网与移动通讯网络连接，所述移动通讯网络与公路险情信息处理装置连接，所述Zigbee无线局域网中设置有基于Zigbee的控制系统，所述公路险情信息处理装置存储有正常的路况图像，且用于根据路况图像中导航桩位置坐标进行灾害画面长度和/或面积计算。本实用新型采用Zigbee无线局域网进行信息传输，提高了通信效率。

Description

农村公路险情预报系统

技术领域

本实用新型属于路况信息监测及预报技术领域，具体涉及一种农村公路险情预报系统。

背景技术

农村公路是农村重要的公益性基础设施,它既是农业、农村、农民的重要保证,又是现代农业供给侧结构发展的重要支撑，而现阶段农村公路桥梁坍塌、边坡塌方、路基路面毁损、山体滑坡等灾情时有发生，损失惨重，给人民群众的生产生活影响非常巨大，而且现阶段我们的农村公路具有线长、面广、等级低和资金投入、地形条件受限等现状。如何加强农村公路险情处置管理的技术化、网络化、即时化，是交通行业提升公路应对突发事件和风险能力的现实需要，是提高公路网运行效率和服务水平的迫切需求，也是实现确保公路交通更安全、更畅通、更和谐、更高效的根本要求。

经调查，现有的农村公路路段路况信息采集方法主要是：县级交通运输管理部门设立了交通应急指挥中心，该中心主要信息的采集方式是传统的依靠人工现场踏勘和现场测量，不仅要投入大量人力、财力和物力，缺乏时效性，而且存在车辆通达困难、车载及人工勘查受现场条件制约等诸多弊端。随着科技发展，即使现在逐步利用无人机观察灾情，但是不管是采用人力观察还是无人机来勘察,都是需要交通应急指挥中心在预先知晓并判断险情已经发生的情况下派出人员或无人机进行勘察,而地质灾害的发生往往发生得很突然,稍有延迟就可能耽误灾害救援的最佳时机,而且很多地质灾害都发生在夜晚，因此,如何提供一种农村公路险情预报系统,能够在农村公路出现险情时能对这些灾害进行预报和监视,并快速自行确认险情的真实来提醒交通应急指挥中心快速及时地进行处理,成为一项亟待解决的问题。

现有的路况或险情勘查设备通常是采用GPRS或3G、4G无线网络传输信号数据,而在农村由于山体等地势条件的特殊性,农村的通讯信号较差,经常会出现信号无法连接的情况,如果在农村公路险情发生时单纯的依靠普通的无线网络进行信号的收发,可能会影响公路险情处理的及时性。

申请号为201010039127.6公开了一种高速公路边坡病害自动化监测系统，由监测现地站部分和监测数据中心部分两部分构成，其在高速公路不同路段边坡的设定监测现地站分别预埋/放置自动监测装置，自动监测装置内装有各类传感器，各类传感器采集的数据通过每台自动监测装置内装有的GPRS无线通信传输方式传输到数据中心。该系统虽然能实现高速公路边坡病害的无人化自动监测，但是其依然是采用GPRS无线通信方式，农村公路很多路段往往地广人稀，通讯信号差，因此该系统也不适用于农村公路险情的预报监测。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种农村公路险情预报系统，旨在解决农村网络信号不好造成不能及时处理农村公路险情的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种农村公路险情预报系统，包括分布于公路沿线的多个导航桩和险情预报装置，各所述导航桩顶部设有携带对应坐标信息、路面宽度、公路标高信息的二维码识别标识,所述险情预报装置包括用于摄取路况图像的信息采集器,所述信息采集器与Zigbee无线局域网相无线连接，所述Zigbee无线局域网与移动通讯网络连接，所述移动通讯网络与公路险情信息处理装置连接，所述Zigbee无线局域网中设置有基于Zigbee的控制系统，所述公路险情信息处理装置存储有正常的路况图像，且用于根据路况图像中导航桩位置坐标进行灾害画面长度和/或面积计算。

优选地，所述二维码识别标识为黑底上白色图案。

优选地，所述导航桩包括设于急弯陡坡路段的圆柱形导航桩、设于路侧险要路段和视距不良路段的三棱柱导航桩、设于桥梁路段的五棱柱导航桩、设于正常路段的四棱柱导航桩。

优选地，还包括飞行器，所述信息采集器设于所述飞行器上，所述飞行器为直升机、无人机或热气球。

优选地，所述信息采集器包括设于飞行器底部两侧的左摄像头、右摄像头。

优选地，所述信息处理装置为计算机。

优选地，所述公路险情信息处理装置包括：

图像比对模块，用于将获得的图像与系统内相应的预存图像进行比对，得出公路形变的偏离值；

险情判断模块，用于根据偏离值的大小，判定当前画面是否为灾害画面，并决定是否进行灾害测量；

测量模块，用于根据灾害画面中至少三个导航桩的二维码调取对应的坐标信息，然后根据该至少三个坐标信息计算出灾害物体的长度和/或面积，并将测量结果进行存储。

优选地，所述导航桩包括顶面贴有二维码识别标识的警示桩和/或警示牌和/或指路牌和/或波形护栏立柱和/或防撞墩墙。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果：

一、本实用新型所述信息采集器用于对农村公路险情路况进行采集，采集到的信息通过Zigbee无线局域网与县城或其他网络通讯好的移动网络通讯系统连接，再通过移动网络通讯装置传输至公路险情信息处理装置，而传统的农村公路险情信息是靠GPRS无线传输，存在网络通讯不稳定或不在线的情况，会造成耽误险情延误，本实用新型采用Zigbee无线局域网进行信息传输，可以最早及时地可靠地将公路险情路况信息传输至公路险情信息处理装置，便于及时分析及时采取措施，避免灾情的进一步发生，通过在每一段农村公路导航桩设置区域建立一所述基于Zigbee的控制系统，来支持图像数据的及时传输，且所述Zigbee无线局域网的建立低功耗低成本，保证了图像数据在地广人稀通讯信号不好的地方得到及时有效地传输。

二、本实用新型所述导航桩由桩体和标识组成，并且与公路路段的位置、标高、路宽和形态特征等信息相联系，为解决农村公路险情勘查装置作业时的准确导航、定位和简化计算机图像信息处理既简单又可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的农村公路险情预报系统的系统结构示意图。

图2为本实用新型提出的农村公路险情预报系统中导航桩的结构示意图。

图3为本实用新型提出的农村公路险情预报系统中公路险情信息处理装置的功能模块示意图。

图4为本实用新型提出的农村公路险情预报系统中公路险情信息处理装置的信息处理流程图。

图5-1为实用新型提出的农村公路险情预报系统中标志点选择实验记录表中白底黑“+”标志点示意图。

图5-2为实用新型提出的农村公路险情预报系统中标志点选择实验记录表中黑底白“+”标志点示意图。

图5-3为实用新型提出的农村公路险情预报系统中标志点选择实验记录表中黑底白二维码标志点示意图。

本实用新型的附图标号说明：

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提出一种农村公路险情预报系统。

图1为本实用新型提出的农村公路险情预报系统的系统结构示意图。图2为本实用新型提出的农村公路险情预报系统中导航桩的结构示意图。图3为本实用新型提出的农村公路险情预报系统中公路险情信息处理装置的功能模块示意图。图4为本实用新型提出的农村公路险情预报系统中公路险情信息处理装置的信息处理流程图。图5-1为实用新型提出的农村公路险情预报系统中标志点选择实验记录表中白底黑“+”标志点示意图。图5-2为实用新型提出的农村公路险情预报系统中标志点选择实验记录表中黑底白“+”标志点示意图。图5-3为实用新型提出的农村公路险情预报系统中标志点选择实验记录表中黑底白二维码标志点示意图。

请参阅图1至图5-3，农村公路险情预报系统，包括分布于公路沿线的多个导航桩1和险情预报装置，各所述导航桩1顶部设有携带对应坐标信息、路面宽度、公路标高信息的二维码识别标识,所述险情预报装置包括用于摄取路况图像的信息采集器31/32,所述信息采集器31/32与Zigbee无线局域网相无线连接，所述Zigbee无线局域网与移动通讯网络连接，所述移动通讯网络与公路险情信息处理装置5连接，所述Zigbee无线局域网中设置有基于Zigbee的控制系统，所述公路险情信息处理装置5存储有正常的路况图像，且用于根据路况图像中导航桩位置坐标进行灾害画面长度和/或面积计算。

优选地，所述二维码识别标识为黑底上白色图案。

所述导航桩1预埋于农村公路灾情多发段和需要特别监控的地方，具有引导天空中的机载式险情勘查装置正确飞行和显示公路定位标识的功用。所述二维码识别标识11与交通部门前置数据库的数字序列编码相匹配，用来通过数字序列编码查询每个导航桩对应的坐标位置、路面宽度、公路标高等信息，为勘查提供稳定的坐标和路径选择，是引导所述险情勘查装置作业的新方式，为解决险情勘查装置作业时的准确导航、定位和简化计算机图像信息处理提供了新的简单可靠的方法，与使用GPS定位系统定位相比较，具有简单可靠、不受电磁波干扰且造价低廉的优点。所述公路险情信息处理装置5是对险情灾害图像进行处理，由此可以绘制出公路险情状态信息图表，估算出疑似险情点处的养护作业工程量。作业时，所述险情勘查装置在导航桩1的引导下沿公路进行空中巡视，了解路段灾情概况，然后对疑似灾害点进行低空定位拍照，并通过Zigbee无线局域网和移动通讯网络结合的通讯传输方式将图片信息传到公路管养部门的灾情信息管理中心的公路险情信息处理装置5进行图像处理，具有使用成本低、技术维护简单的优点，非常适用于农村公路管理养护部门的险情勘查需要。

本实用新型所述信息采集器31/32用于对农村公路险情路况进行采集，采集到的信息通过Zigbee无线局域网与县城或其他网络通讯好的移动网络通讯系统连接，再通过移动网络通讯装置传输至公路险情信息处理装置5，而传统的农村公路险情信息是靠GPRS无线传输，存在网络通讯不稳定或不在线的情况，会造成耽误险情延误，本实用新型采用Zigbee无线局域网进行信息传输，可以最早及时地可靠地将公路险情路况信息传输至公路险情信息处理装置，便于及时分析及时采取措施，避免灾情的进一步发生，通过在每一段农村公路导航桩1设置区域建立一所述基于Zigbee的控制系统，来支持图像数据的及时传输，且所述Zigbee无线局域网的建立低功耗低成本，保证了图像数据在地广人稀通讯信号不好的地方得到及时有效地传输。

具体地,所述Zigbee无线局域网通过一Zigbee模块建立,即通过Zigbee无线数据终端来提供无线数据传输功能。

进一步地，所述二维码识别标识为黑底上白色图案，用于作为地面标定，明确具体位置。

表1-1为导航桩1顶端采用不同识别标签的标志点选择实验记录。

实验目的：探究不同对比度、不同形状的导航桩标志点的区分效果；探究云台不同高度拍摄标志点的效果；寻找最合适的导航桩标志点图案和云台设置最佳高度。

实验器材：1个公路模型沙盘，3种不同设计标志点、将云台设置3个不同高度。

实验方法：将3种不同设计的标志点贴于沙盘最低平台(Z＝0)，云台上用2个摄像头，从3个不同高度拍摄标志点，比较所得图像的区分度。

实验结果：将白色底黑色“+”，黑色底白色“+”，黑色底类二维码三种不同的标志点，摄像头拍摄照片，程序识别,将结果记录表1-1。

表1－1标志点选择实验记录

结论：用黑底白色类似二维码图案，拍摄高度为81CM时，能够识别各导航桩标志点。本实验结论还表明，采用本实用新型能够准确获取拍摄视野内的物体的形状、位置坐标、长度、面积等定量信息。

进一步地，所述导航桩1包括设于急弯陡坡路段的圆柱形导航桩、设于路侧险要路段和视距不良路段的三棱柱导航桩、设于桥梁路段的五棱柱导航桩、设于正常路段的四棱柱导航桩，用于明确区分险情类别。

《湖南省农村公路交通安全保障工程实施技术指南》将事故公路分为急弯路段、陡坡路段、路侧险要路段和视距不良路段；所述急弯路段包括平曲线半径R小于15m的单个急弯路段和连续有三个或三个以上平曲线半径小于30m的连续急弯路段；所述陡坡路段包括纵坡坡度i大于8的的单个陡坡路段和连续里程大于3km、多个连续下坡且平均坡度大于一定数值的连续下坡路段；所述路侧险要路段是指路侧有陡崖、沟深、填方边坡高度或路肩挡墙高度h≧4.0m的路段，或边距肩边缘不足3m有高速公路、铁路、易燃易爆品仓库，或水位水深≧1.5m的沟渠、河流、水库、水塘、湖泊等临水路段，或临山路段常有松散土石掉落或塌方的路段；所述视距不良路段是指会车视距L小于60m的路段。

所述导航桩1包括桩体12和设于桩体12顶端的二维码识别标识11，对于不同形状的桩体12设有不同形状的二维码识别标识11，桩体12上本实用新型将不同路段采用不同形状的导航桩，便于安装导航桩的施工人员对标识有不同携带信息二维码的导航桩进行分类，减少设错失误的发生。

并且，所述桩体12侧壁上还设有路段类别标识121、线路名称标识122、里程桩号标识123。

进一步地，所述信息采集器31/32包括设于飞行器底部两侧的左摄像头、右摄像头。

人用一只眼睛看一个物体时，只能知道物体所在的方向，人用两只眼睛同时看一个物体时，可以确定物体的方位，因此，本实用新型采用左右两个信息采集器，应用三角测量原理来确定被测物体的具体位置。

具体地，所述左摄像头、右摄像头采用免驱动、500万像素、感光元件类型为CMOS、最大分辨率为1280X960、品牌为Gsou/极速的两个摄像头进行图像信息采集。

进一步地，所述公路险情信息处理装置5为计算机。

具体地，公路险情信息处理装置5采用联想笔记本电脑，处理器品牌：Intel，英特尔屏幕尺寸:12.3英寸，是否PC平板二合一:是，核心数:双核四线程，版本类型:中国大陆品牌Microsoft，微软型号:Surface Pro 4 i5中文版，颜色分类:M3/4G/128Gi5/4G/128G，网络类型:WIFI，热门功能:WiFi/重力感应/HDMI/3G外挂/U盘外挂/重力感应/原笔迹手写/可拆卸键盘/罗盘功能陀螺仪/光线感应/HDMI/人脸识别/蓝牙/智能重力感应/方向感应器/原手迹手写,处理器型号:Intel Core i5,存储容量:128GB及以上,操作系统:windows 10,触摸屏类型:电容屏,CPU主频:1.6GHz以上,内存容量:16GB 4GB 8GB,是否支持蓝牙:支持,摄像头类型:双摄像头,存储类型:固态硬盘,接口类型:音频接口,USB音频输出:闪存卡读取。

所述信息采集器采集到的图像数据先通过Zigbee无线局域网传输至移动通讯网络，再铜鼓移动通讯网络传输到所述公路险情信息处理装置5进行处理分析。

进一步地，所述公路险情信息处理装置5包括：

图像比对模块，用于将获得的图像与系统内相应的预存图像进行比对，得出公路形状的偏离值；

险情判断模块，用于根据偏离值的大小，标定当前画面是否为灾害画面，并决定是否进行灾害测量；

测量模块，用于根据灾害画面中至少三个导航桩的二维码调取对应的坐标信息，然后根据该至少三个坐标信息计算出灾害物体的长度和/或面积，并将测量结果进行存储。

本实用新型公路险情信息处理装置5进行信息传输与处理，主要包括以下步骤：

一、信息获取与传输

所述飞行器2携带两个摄像头获取图像信息，将信息通过现有的Zigbee无线局域网和移动通讯网络传输到信息处理中心，通过后台图像处理技术分析比对，得出长度和面积数据。

公路险情信息处理装置5工作时，分初选和精选两个飞行状态；初选状态飞行高度较大，一般在预设路径上空飞行；当发现有异常情况时，装置自动降低飞行高度，精确勘查相关情况，进入测量模式，信息处理中心即时进行相机标定，使用长度、面积工具测量灾害场景的具体数据，报决策指挥中心参考。

二、勘查状态曲线图绘制

所述公路险情信息处理装置5处于常态巡航时，所述图像比对模块将获得的图像与系统预存的图像比对，得出公路形状的偏离值，当偏离值很小时，指挥中心公路险情信息处理装置5(计算机)屏幕上的图线是接近水平的，当偏离值很大时，屏幕上会出现一个峰值，峰值越高表明公路路面形变越大，提醒公路管养部门及时应对，所述险情勘查装置此时启动精确测量程序，将需要处理的路面定量信息发到交通应急指挥中心。

三、图像信息处理

所述公路险情信息处理装置5处于初选勘查模式时，浏览电脑即可，电脑屏幕上显示的是正常拍摄图像，即表明没有出现险情。

公路险情信息处理装置5处于精确勘查模式时，工作人员发现图像中有险情，点击测量模式，然后点击相机标定对应的图像。

由于要分析断桥、变形类等灾害类型，需要测量图像中灾害变形物体的长度或面积。如果需要测量长度或面积，则选择线工具，所述测量模块即可根据灾害画面中至少三个导航桩的二维码调取对应的坐标信息，然后根据该至少三个坐标信息计算出灾害物体的长度和/或面积，并同时生成一个TXT文件，将该文件进行险情类别命名，该文件即包含了图像中各个导航桩的位置坐标、险情类别和工程量信息，灾情信息管理中心的工作人员即可根据这些灾情信息对公路路段灾情概况进行了解，进而做出快速估算及处理决策。

进一步地，所述飞行器2为直升机、无人机或热气球。

进一步地，所述导航桩1包括顶面贴有二维码识别标识的警示桩和/或警示牌和/或指路牌和/或波形护栏和/或防撞墩墙。

所述导航桩1的尺寸可以结合公路里程牌、百米桩顶面的尺寸制作，可以在道路安防设施(如警示桩、警示牌、指路牌、波形护栏、防撞墩墙等)的立柱顶面贴二维码识别标识11灵活设置而成。所述导航桩1的设置在险要路段的密度加大，用于飞行器2低飞勘查时保证有三个以上的导航桩进入拍摄视野，为勘查提供稳定的坐标、里程编号和路径选择。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种农村公路险情预报系统，其特征在于，包括分布于公路沿线的多个导航桩和险情预报装置，各所述导航桩顶部设有携带对应坐标信息、路面宽度、公路标高信息的二维码识别标识,所述险情预报装置包括用于摄取路况图像的信息采集器,所述信息采集器与Zigbee无线局域网相无线连接，所述Zigbee无线局域网与移动通讯网络连接，所述移动通讯网络与公路险情信息处理装置连接，所述Zigbee无线局域网中设置有基于Zigbee的控制系统，所述公路险情信息处理装置存储有正常的路况图像，且用于根据路况图像中导航桩位置坐标进行灾害画面长度和/或面积计算。

2.如权利要求1所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，所述二维码识别标识为黑底上白色图案。

3.如权利要求1所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，所述导航桩包括设于急弯陡坡路段的圆柱形导航桩、设于路侧险要路段和视距不良路段的三棱柱导航桩、设于桥梁路段的五棱柱导航桩、设于正常路段的四棱柱导航桩。

4.如权利要求1所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，还包括飞行器，所述信息采集器设于所述飞行器上，所述飞行器为直升机、无人机或热气球。

5.如权利要求4所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，所述信息采集器包括设于飞行器底部两侧的左摄像头、右摄像头。

6.如权利要求1所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，所述信息处理装置为计算机。

7.如权利要求1所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，所述公路险情信息处理装置包括：

图像比对模块，用于将获得的图像与系统内相应的预存图像进行比对，得出公路形变的偏离值；

险情判断模块，用于根据偏离值的大小，判定当前画面是否为灾害画面，并决定是否进行灾害测量；

测量模块，用于根据灾害画面中至少三个导航桩的二维码调取对应的坐标信息，然后根据该至少三个坐标信息计算出灾害物体的长度和/或面积，并将测量结果进行存储。

8.如权利要求1所述的农村公路险情预报系统，其特征在于，所述导航桩包括顶面贴有二维码识别标识的警示桩和/或警示牌和/或指路牌和/或波形护栏立柱和/或防撞墩墙。