道路交通气象智能监测预警系统word版本共38页
道路交通气象智能监测预警系统word版本
致力于行业应用解决方案
随着我国社会经济的快速发展，交通运输对国民经济建 设和国家安全的影响日益重要，经济的高速发展又势必推动高 速公路的大力发展。但大雾、大风、大雪、路面结冰等恶劣气 象条件对高速公路安全运营带来极大危害，尤其是大雾和路面 结冰对交通的影响、危害以及由此造成的车毁人亡的灾难都已 达到了空前的程度。研究建立高速公路恶劣气象条件的监测、 预警、预报等气象保障与营运决策管理已迫在眉睫。
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专业 专心 尽心
3、路面结冰和降雪
冰雪与降雨一样，漫天飞舞的大雪使 能见度降低，而且一旦地面积雪被压或是 白天在阳光照射下融化，夜间路面降温结 冰，造成路面摩擦系数显著降低，严重影 响车辆的操作和制动性能，使控制失灵， 车辆发生空转打滑或侧滑，从而危及行车 安全。
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4、大风
大风对于车辆行驶阻力、能耗、抗侧 向倾翻及抗滑移性能都有很大影响，特别 是侧向大风对高箱、双箱汽车的行驶影响 尤甚。大风会引起沙尘暴、扬沙、吹雪、 浮尘等天气，影响高速公路能见度。
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5、路面霜冻
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公路路面有霜时，路面摩擦系数接近 于雪面，雨后结冰同雪面结冰的物理性质 一样，从而引发交通事故。
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气象条件对交通的影响表现在很多方面。主要表现在改变路面的物 理性质、观察视线、车辆自身安全等方面。主要灾害及影响有：
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1、雾
雾气雾主要通过降低能见度而引发交 通事故。在我国大部分地区引起的恶性交 通事故的天气现象中，雾的影响最大。大 雾特别是<50米的超低能见度的灾害性浓 雾是引起重大交通事故的重要原因，往往 引起数辆甚至数十辆汽车的连续追尾。大 雾常常造成重大车辆损失和人员伤亡，导 致高速公路限速或关闭，延误行车时间， 造成巨大经济损失。
保证冬季交通安全建立有效的道路状况监测和警示系统
04
安全措施与建议
驾驶员安全教育
驾驶员应接受冬季安全驾驶培训，了 解冬季驾驶的特殊要求和应对措施。
培训内容包括但不限于冬季轮胎使用 、车辆预热、减速慢行、保持车距等 安全驾驶技巧。
车辆安全检查和维护
在冬季来临前，对车辆进行全面检查，确保车辆性能良好。
重点检查轮胎、刹车系统、发动机、冷却系统和雨刷器等关 键部件，确保其正常工作。
保证冬季交通安全建立有效的道路 状况监测和警示系统
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目 录
• 引言 • 道路状况监测系统 • 警示系统建立 • 安全措施与建议 • 案例分析 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
冬季天气恶劣，道路状况复杂多变， 给交通安全带来极大挑战。
传统的道路监测系统存在覆盖不足、 信息传递不及时等问题，无法满足安 全行车的需求。
03
警示系统建立
警示设备选择
交通信号灯
选择高效、耐用的交通信 号灯，确保在恶劣天气条 件下正常工作。
道路标志
使用反光材料制作道路标 志，提高夜间和雾天的可 见度。
警示牌
设置警示牌，提醒驾驶员 注意道路状况、限速等安 全信息。
信息发布与传递
实时监测
通过传感器和摄像头实时监测道路状况，如路面湿度 、结冰情况等。
交通规则与安全意识提高
驾驶员应遵守交通规则，如限速、禁止酒驾、禁止疲劳驾 驶等。
提高安全意识，时刻关注道路状况，保持车距，避免超速 行驶和违规变道等情况发生。
05
案例分析
国际成功案例介绍
美国
美国采用先进的传感器和实时监测技 术，对道路结冰、积雪等状况进行实 时监测，并通过智能交通系统及时发 布预警故的发生。
智能交通路况监测与预警系统操作指南
智能交通路况监测与预警系统操作指南第一章智能交通路况监测与预警系统概述 (3)1.1 系统简介 (3)1.2 系统功能 (3)第二章系统安装与配置 (4)2.1 系统安装 (4)2.2 系统配置 (5)第三章用户管理与权限设置 (5)3.1 用户注册与登录 (5)3.1.1 用户注册 (5)3.1.2 用户登录 (6)3.2 用户权限设置 (6)3.3 角色管理 (6)第四章路况监测模块 (7)4.1 路况信息采集 (7)4.2 路况信息展示 (7)4.3 路况预警设置 (7)第五章交通流量分析模块 (8)5.1 交通流量数据采集 (8)5.1.1 数据采集方法 (8)5.1.2 数据采集设备 (8)5.1.3 数据采集内容 (8)5.2 交通流量统计分析 (9)5.2.1 数据预处理 (9)5.2.2 交通流量指标计算 (9)5.2.3 交通流量分布分析 (9)5.3 交通流量预警 (9)5.3.1 预警方法 (9)5.3.2 预警指标 (9)5.3.3 预警系统设计 (10)第六章处理与救援模块 (10)6.1 上报 (10)6.1.1 信息采集 (10)6.1.2 上报流程 (10)6.1.3 上报要求 (10)6.2 处理 (11)6.2.1 现场处理 (11)6.2.2 调查与分析 (11)6.2.3 整改与验收 (11)6.3 救援资源调度 (11)6.3.1 救援资源分类 (11)6.3.2 救援资源调度原则 (12)第七章路况预测与优化模块 (12)7.1 路况预测算法 (12)7.1.1 算法原理 (12)7.1.2 算法应用 (13)7.2 路况优化策略 (13)7.2.1 动态路径规划 (13)7.2.2 交通信号控制 (13)7.2.3 车辆限行措施 (13)7.2.4 路网优化 (13)7.3 预测结果展示 (13)7.3.1 图形展示 (13)7.3.2 表格展示 (13)7.3.3 地图展示 (13)第八章系统维护与管理 (14)8.1 系统升级 (14)8.1.1 升级前的准备工作 (14)8.1.2 升级过程 (14)8.1.3 升级后的注意事项 (14)8.2 系统备份与恢复 (14)8.2.1 备份策略 (14)8.2.2 备份工具 (15)8.2.3 备份操作 (15)8.2.4 恢复操作 (15)8.3 系统监控 (15)8.3.1 监控内容 (15)8.3.2 监控工具 (15)8.3.3 监控策略 (15)第九章数据分析与报告 (15)9.1 数据导出与导入 (15)9.1.1 数据导出 (16)9.1.2 数据导入 (16)9.2 报告与导出 (16)9.2.1 报告 (16)9.2.2 报告导出 (17)9.3 数据分析应用 (17)9.3.1 市场营销分析 (17)9.3.2 财务分析 (17)9.3.3 人力资源分析 (17)9.3.4 生产运营分析 (17)9.3.5 教育分析 (17)第十章用户界面与操作指南 (18)10.1 主界面布局 (18)10.2 功能菜单操作 (18)第十一章系统安全与防护 (19)11.1 数据加密 (19)11.1.1 对称加密 (19)11.1.2 非对称加密 (19)11.1.3 混合加密 (20)11.2 用户身份验证 (20)11.2.1 用户名和密码验证 (20)11.2.2 生物特征验证 (20)11.2.3 双因素认证 (20)11.3 安全防护策略 (20)11.3.1 防火墙 (20)11.3.2 入侵检测系统 (20)11.3.3 安全漏洞修复 (20)11.3.4 数据备份与恢复 (21)第十二章常见问题与解决办法 (21)12.1 系统故障处理 (21)12.1.1 系统崩溃 (21)12.1.2 系统蓝屏 (21)12.2 使用问题解答 (21)12.2.1 软件安装问题 (21)12.2.2 软件运行问题 (22)12.3 联系与支持 (22)第一章智能交通路况监测与预警系统概述1.1 系统简介智能交通路况监测与预警系统是基于现代信息技术、人工智能、大数据、卫星导航等先进技术，为提高我国交通管理水平和道路安全功能而研发的综合系统。
智能交通交通流实时监测与疏导系统方案
智能交通交通流实时监测与疏导系统方案第1章项目背景与需求分析 (3)1.1 项目背景 (3)1.2 需求分析 (4)第2章智能交通系统概述 (4)2.1 智能交通系统的基本概念 (5)2.2 智能交通系统的关键技术 (5)2.3 国内外智能交通系统发展现状 (5)第3章交通流实时监测技术 (6)3.1 交通数据采集技术 (6)3.1.1 地磁车辆检测器 (6)3.1.2 摄像头视频检测技术 (6)3.1.3 雷达检测技术 (6)3.1.4 车载传感器技术 (6)3.2 交通数据传输技术 (6)3.2.1 无线传输技术 (6)3.2.2 有线传输技术 (7)3.2.3 边缘计算与传输 (7)3.3 交通数据处理与分析技术 (7)3.3.1 数据预处理技术 (7)3.3.2 交通流参数估计技术 (7)3.3.3 交通拥堵检测与预测技术 (7)3.3.4 交通优化与疏导策略 (7)第4章交通流疏导策略与方法 (7)4.1 交通流疏导基本策略 (7)4.1.1 路网优化策略 (7)4.1.2 时空资源分配策略 (7)4.1.3 交通需求管理策略 (8)4.2 交通信号控制方法 (8)4.2.1 固定周期信号控制 (8)4.2.2 智能信号控制 (8)4.2.3 优先控制策略 (8)4.3 交通诱导与发布技术 (8)4.3.1 实时交通信息采集与处理 (8)4.3.2 交通信息发布技术 (8)4.3.3 交通诱导策略 (8)第5章系统设计与架构 (8)5.1 系统总体设计 (8)5.1.1 设计目标 (9)5.1.2 设计原则 (9)5.2 系统架构设计 (9)5.2.1 系统层次结构 (9)5.2.3 数据处理层 (9)5.2.4 应用服务层 (9)5.2.5 用户展示层 (9)5.3 系统模块划分 (9)5.3.1 数据采集模块 (9)5.3.2 数据处理模块 (10)5.3.3 实时交通流分析模块 (10)5.3.4 拥堵预测模块 (10)5.3.5 疏导策略模块 (10)5.3.6 用户展示模块 (10)第6章交通流实时监测模块设计 (10)6.1 交通数据采集模块设计 (10)6.1.1 采集内容 (10)6.1.2 采集设备 (10)6.1.3 数据预处理 (10)6.2 交通数据传输模块设计 (10)6.2.1 传输协议 (10)6.2.2 数据加密 (11)6.2.3 传输网络 (11)6.3 交通数据处理与分析模块设计 (11)6.3.1 数据处理 (11)6.3.2 数据分析 (11)6.3.3 交通流状态评估 (11)6.3.4 交通预测 (11)6.3.5 交通疏导策略 (11)第7章交通流疏导模块设计 (11)7.1 交通信号控制模块设计 (11)7.1.1 控制策略概述 (11)7.1.2 控制算法设计 (12)7.1.3 系统实现与优化 (12)7.2 交通诱导与发布模块设计 (12)7.2.1 诱导策略概述 (12)7.2.2 诱导信息采集与处理 (12)7.2.3 诱导信息发布 (12)7.3 疏导策略优化与调整 (12)7.3.1 疏导策略概述 (12)7.3.2 评估指标体系 (13)7.3.3 优化与调整方法 (13)7.3.4 疏导策略实施与监测 (13)第8章系统集成与测试 (13)8.1 系统集成方案 (13)8.1.1 系统架构概述 (13)8.1.2 集成技术 (13)8.2 系统测试方法与步骤 (14)8.2.1 测试方法 (14)8.2.2 测试步骤 (14)8.3 系统功能评估 (14)8.3.1 评估指标 (14)8.3.2 评估方法 (15)8.3.3 评估结果 (15)第9章系统实施与运营管理 (15)9.1 系统实施策略与计划 (15)9.1.1 实施原则 (15)9.1.2 实施步骤 (15)9.1.3 实施计划 (16)9.2 运营管理与维护 (16)9.2.1 运营管理 (16)9.2.2 系统维护 (16)9.3 系统升级与扩展 (16)9.3.1 系统升级 (16)9.3.2 系统扩展 (17)第10章项目效益与前景分析 (17)10.1 项目经济效益分析 (17)10.1.1 降低交通拥堵成本 (17)10.1.2 提高道路通行效率 (17)10.1.3 节约基础设施投资 (17)10.2 项目社会效益分析 (17)10.2.1 提高交通安全 (17)10.2.2 减少尾气排放 (17)10.2.3 提升市民出行体验 (17)10.3 项目前景展望 (18)10.3.1 政策支持 (18)10.3.2 技术进步 (18)10.3.3 市场需求 (18)10.3.4 产业协同 (18)第1章项目背景与需求分析1.1 项目背景社会经济的快速发展，城市人口及车辆数量急剧增加，交通拥堵、出行效率低下等问题日益严重，对城市交通管理提出了更高的要求。
公路车辆高清智能监测报警系统建设方案
【公路车辆高清智能监测报警系统】建设方案XXXXXX有限公司目录一. 概述 ............................................................................................................................................. - 4 -1.1 引言 .................................................................................................................................. - 4 -1.1.1 项目背景 ...................................................................................................................... - 4 -1.1.2 设计目标 ...................................................................................................................... - 5 -1.1.3 系统设计的指导思想................................................................................................ - 5 -1.1.4 系统设计的基本原则................................................................................................ - 6 -1.1.5 设计、制造及安装标准依据.................................................................................. - 7 -1.2 产品介绍 .................................................................................................................................. - 9 -二.公路车辆高清智能监测报警系统 ............................................................................................ - 10 -2.1 系统结构图........................................................................................................................... - 10 -2.2 系统布局 ............................................................................................................................... - 11 -2.2.1双向四车道布局示意图......................................................................................... - 11 -2.2.2前端车辆通行感知单元......................................................................................... - 12 -2.2.3图象传输单元 ........................................................................................................... - 12 -2.2.4中心数据管理单元 .................................................................................................. - 14 -2.3系统原理 ................................................................................................................................ - 15 -2.4系统特点 ................................................................................................................................ - 16 -2.5 系统功能 ............................................................................................................................... - 17 -2.5.1 车辆捕获 ................................................................................................................... - 17 -2.5.2 图像存储 ................................................................................................................... - 18 -2.5.3 车辆牌照识别 .......................................................................................................... - 18 -2.5.4 车辆测速 ................................................................................................................... - 19 -2.5.5 联网布控 ................................................................................................................... - 19 -2.5.6 流量统计 ................................................................................................................... - 19 -2.5.7 套牌车辆比对 .......................................................................................................... - 20 -2.5.8 嫌疑及违法车辆拦截............................................................................................. - 20 -2.5.9 数据信息实时处理 ................................................................................................. - 20 -2.5.10 系统防雷 ................................................................................................................. - 21 -2.5.11 软件检测报警参数可设置 ................................................................................. - 21 -2.5.12警务终端 .................................................................................................................. - 21 -2.5.13卡口监控 .................................................................................................................. - 21 -2.5.14 故障自动检测及恢复 .......................................................................................... - 21 -2.5.15 系统抓拍效果 ........................................................................................................ - 22 -三.系统设备预算清单........................................................................................................................ - 24 -一. 概述1.1 引言1.1.1 项目背景现代交通管理领域，高速公路和主要干道的建设水平不断提高，道路环境正在逐步改善。
道路交通气象灾害智能监测预警与服务应用 PPT精品课件
现状 & 问题
制约交通气象发展的是观测
2018年 中国气象局、交通运输部
——联合开展公路交通气象观测能力评估和站网布局设计
《全国公路交通气象观测能力调查评估报告》
2017年——
已建观测站 2076套 .气象部门 1074套 .交通部门 1002套
配置能见度 84.0% 配置路面状况 9.6%
突出问题
报告提纲
一 交通气象共同关注点 二 道路交通气象智能感知观测技术研究及应用 三 道路交通气象灾害致灾机理及防御对策研究 四 应用及展望
第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）| 主办：中国公路学会 | 承办：《中国交通信息化》杂志社 | 赞助：华为技术有限公司
中国气象局交通气象重点开放实验室
中国气象局交通气象重点开放实验室
Key Laboratory of TransportationMeteorolog
一路多方，多部门联动，共同关注
政府
应急处置
交通
运营管理 道路养护
01
02
气象
监测、预警预报
03
04
决策依据
公安
调度指挥
平安交通、智慧交通
安全 & 畅通 & 效益
公众
出行、物流
.滞后→提前 .被动→主动 .应付→应对
中国气象局交通气象重点开放实验室
Key Laboratory of TransportationMeteorology, CMA
多类下垫面对比观测场
4块场地
7.5m*7.5m
沥青、水泥 土壤、草皮
建设要求
仿真高速公路路面.交通气象观测场
2块场地
32m*18m
道路交通气象智能监测预警系统
道路交通气象智能监测预警系统一、系统功能概述和用途《道路交通气象智能监测预警系统》是针对交通管理行业部门的应用需求，结合现代尖端计算机应用技术手段而研制成功的高性能的自动化监测设备，可自动实时监测大雾、低能见度、路面结冰、路面高温、大风、强降雨、降雪、冰雹等多种异常道路交通状况，可通过多种有线和无线通信网络及时向指挥中心报警，同时系统还可以将现场实时视频图像信息通过网络发送到指挥中心，使得交通管理部门可以直观地观察现场实际状况，为交通管理部门提供可靠的辅助决策依据。
二、技术水平本系统采用的设备和技术原理在国内外均处于领先水平。
三、产品性能1、系统组成本系统由监测系统、处理系统和应用系统三个系统组成。
①监测系统：由高速公路沿线的各个交通气象监测站组成，主要作用是对各种气象要素进行实时监测，获取系统的原始数据；②处理系统：由数据处理中心和交通气象管理部门的数据处理中心组成，主要作用是收集处理交通气象监测站的数据，管理各个应用子系统，是系统的处理核心；③应用系统：由灾害天气应急处理部门、Internet浏览、用户短信、报警、大屏显示组成，主要作用是提供给各级用户良好接口。
2、交通气象监测站模块组成中央处理模块数据采集模块传感器部分电源管理模块数据存储模块网络通信模块雷电防护模块3、交通气象站基本结构本系统采用美国HAZE系列胶体电池，性能稳定可靠，充放电转换效率高。
电池在太阳能方面的应用经常受到不良天气状况的影响,因而系统对电池的充电能力受到很大的限制, 基于此原因,充电电压的设定应该最充分考虑到可利用的充电时间长短等条件, 在条件许可的情况下, 尽可能采用大电流充电, 对确保电池充足电是非常有帮助的。
充电电流的设置范围变化较大, 可以是从0.01至5 I10, 但是, 充电电压必须严格限制在2.3-2.4VPC每单格的范围。
每天的放电容量在0.2C100以下的, 充电电压的设置为: 2.30-2.35VPC每单格。
(完整word版)高速公路监控系统方案
高速公路监控系统方案高速路监控系统方案，公路监控系统方案高速公路监控系统是通过沿线的外场设施（各类检测、显示等装置）及时、准确、完整地收集并预告前方道路的各类信息，如交通量、事故、路况等，道路使用者通过监控中心的监视（显示）设备直观地了解交通运行状况。
在发生交通异常时，能即使确定事故或手阻区域，并实时发布相应的诱导和救援信息。
随着计算机技术、自动化控制技术和光纤通信技术的发展，高速公路监控系统的技术结构也随之发生变化，由单一的计算机集中处理方式代之为多计算机功能分散的计算机网络处理方式，从而使系统可*性提高，程序编制简单，易于维护和功能扩展，由于光缆超小型计算机及微电子技术的发展，使应用于监控系统中的各种设备向智能化方向发展，使今后高速公路的监控系统具有更强的功能。
高速公路监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及信息提供子系统三大部分组成。
信息采集子系统包括：车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车；监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制；信息提供子系统包括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。
高速公路监控系统实质上是一个闭环系统，系统的输入是反映公路上车辆运行情况的交通参数和交通状况，这些信息经监控系统分析、处理、判断后，可发生指令，控制道路情报板，变更其显示内容，实施对交通流的调节和控制，其性能的优劣，在一定程度上取决于车辆驾驶员能否协调配合工作，接受系统的调度和指挥。
高速公路监控系统不仅能改善高峰期间车辆行驶的平均速度，增加高峰期间的交通量，减少交通堵塞程度和车辆延滞时间，同时也能大大减少交通事故和保证交通安全，节约燃料和减少车辆的磨损，缩短运输时间，减少污染，发挥高速公路快速、安全、舒适和高效率的功能。
监控系统具有较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。
高速公路与一般公路相比，具有线型好、设计标准高、交通流量大、行车速度快等特点，如不采用先进的管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通阻塞。
公路交通气象灾害智能监测预警系统应用分析
公路交通气象灾害智能监测预警系统应用分析摘要：随着我国公共交通的迅猛发展，以及交通网络的日趋完善，气象监测与预报预警已成为确保交通安全的关键，同时也有助于提升交通运输的经济效益。
为了保障交通安全，我们在我省的高速公路沿线建立了大量的气象监测站，以收集有关气象要素，如温度、降水量、风向、风速、能见度等的实时数据，以便气象部门更好地为交通提供服务。
我们正在努力建设一个智能交通系统，旨在提高高速公路的安全性，并增强它们在恶劣天气条件下的应急处置能力。
这将有助于改善和提升公路的事故预防管理水平。
关键词：公路交通，气象站，智能监测，预警系统测试一、交通气象概述1.1交通气象的发展1.1.1该国的发展状况目前，国内对于道路交通安全的认识还不够深入，对于道路交通安全的认识还不够深入。
在新的一年里，世界上首个较为成熟的城市公路可视性监控与预测体系将成为上海公路可视性监控与预测体系的基础，对上海公路的安全运行和安全运行起到了积极的推动作用。
目前，北京，陕西，广东已经启动了道路可视性监控和预警体系。
在2002年，为更好地保护公共安全，公安部与国家气象局要求各地公安与气象部门加强合作，并主动运用最新的气象资料，为我国的高速公路交通管理工作提供强有力的支撑。
为进一步强化道路交通安全监管，中国气象局和交通部于2005年7月联合印发了《共同开展公路交通气象监测预报预警工作备忘录》。
中国气象局于2005年12月末公布了第一个国家道路交通状况的天气预测，引起了举国的注意。
为了适应日益增长的运输需要，我国气象局立即着手提高运输天气预测服务水平。
[1]中国气象部门与交通部在今年九月共同发布了《关于进一步加强公路交通气象服务的通知》，要求全国各地都要加大对道路交通气象的监控力度，建立气象台站，主动向广大群众提供精准、可信的天气预报、预警、引导等信息。
为广大市民提供准确有效的道路交通天气预报。
1.1.2在海外的发展概况早在20世纪30年代后期，美国通用公司就已在无人化的车辆上展现出了它的潜力。
面向智能交通的实时车辆监控与安全预警系统设计
面向智能交通的实时车辆监控与安全预警系统设计随着社会的发展和城市化进程的加快，交通拥堵和交通事故已经成为现代社会的两大难题。
为了应对这些问题，智能交通系统逐渐成为社会关注的焦点。
然而，单纯依靠交通管理部门的监控和控制能力是远远不够的，我们需要更加细致和智能的车辆监控与安全预警系统。
本文将针对这一问题进行探讨，并提出一种面向智能交通的实时车辆监控与安全预警系统设计方案。
首先，实时车辆监控系统需要具备精准的车辆定位能力。
利用全球定位系统（GPS）和无线通信技术，可以实时获取车辆的位置和速度等信息。
同时，地理信息系统（GIS）的引入可以帮助将车辆位置信息与地图进行关联，使得监控人员可以直观地了解车辆所处位置和行驶轨迹。
这样的监控系统不仅可以用于实时监控交通状况，还可以提供基于位置的服务，如导航、路径规划等。
其次，为了提高车辆监控的准确性和实时性，可以引入智能视频监控技术。
基于计算机视觉和机器学习算法，可以对交通摄像头捕捉到的视频进行实时分析和处理。
通过目标检测、跟踪和识别算法，可以准确地提取出车辆的信息，包括车辆类型、车牌号码等。
此外，有了智能视频监控系统，还可以实现对交通违法行为的自动检测和报警，避免了人为因素导致的监控漏洞。
此外，实时车辆监控系统还需要具备安全预警功能。
通过对车辆的行驶速度、加速度和位置等参数的分析，可以实时检测出危险驾驶行为，并及时发出警报。
例如，当车辆超速、疲劳驾驶或频繁变道时，系统可以通过声音、震动等方式提醒驾驶员。
同时，系统还应该具备预测和预警功能，根据历史数据和交通状况，对可能发生的事故进行预测，并提供相应的安全建议。
最后，为了提高实时车辆监控与安全预警系统的效能，可以借助人工智能和大数据分析技术。
通过对大量数据的统计和分析，可以深入挖掘交通数据中隐藏的规律和关联性。
例如，可以通过对交通流量和道路状况的分析，优化交通信号灯的配时方案，减少拥堵现象的发生。
同时，还可以利用人工智能算法对历史数据进行学习，提高对交通事故的预测准确度。
高速公路车辆智能安全预警系统
高速公路车辆智能安全预警系统赵太飞;张晓飞;娄俊鹏【摘要】为了减少高速公路交通事故的发生,设计了一种能够监控高速公路上车辆行驶状况的系统.该系统利用GPS采集车辆的行驶信息,而后通过GPRS将数据传送至服务器,服务器用特定预警算法对车辆自身以及周围车辆的行驶状况进行判断,若发现有违规驾驶行为,则向司机进行自动预警.在实现系统的同时,分别对服务器内存资源的调度以及车载终端异常断开的问题提出了改进处理方案.最后,在局域网内搭建仿真环境,对该系统的稳定性、预警事件的处理效率以及预警的准确性进行了测试,结果表明该系统具有较高的稳定性和预警准确性,对高速公路监管系统的进一步实现具有很大的参考价值.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2015(024)010【总页数】8页(P38-45)【关键词】高速公路;监控;预警算法;违规驾驶;自动预警【作者】赵太飞;张晓飞;娄俊鹏【作者单位】西安理工大学自动化与信息工程学院,西安710048;电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室,成都610054;西安理工大学自动化与信息工程学院,西安710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,西安710048【正文语种】中文近年来, 我国高速公路建设发展迅速, 随着高速公路网络的形成, 高速公路以其方便、快捷等优点在我国社会经济生活中发挥着愈来愈重要的作用[1]. 与此同时, 高速公路运输过程中重大、恶性安全事故也时有发生, 给人民的生命财产造成了严重危害[2]. 究其根本原因, 除了与高速公路本身的设计不到位、公路监管设施技术水平低有关外, 主要还是没有一个与时俱进的、有效的高速公路监控系统. 目前, GPS车载导航是将地理信息嵌入地图内部, 虽然它能够精确定位周围的地理信息, 但由于并没有形成车辆与车辆的通信网络, 因而无法知晓周边其他车辆的实时车况信息; 而在传统的高速公路监控系统中, 信息的采集主要依靠各个路段的检测器[3], 检测器采集的信息可用以分析路段车流量从而预估道路交通状况, 然而并不能第一时间将该信息传达至司机, 对于突发事件的检测, 也往往不很准确[4]. 本文在传统高速公路的事件检测和车载导航应用的基础上, 借助GPS、GPRS和百度地图等技术, 并建立相关预警算法模型, 设计了一个可以监控车辆运行状态的系统. 它可以保证车辆与车辆之间的实时通信, 并利用相应算法判定车辆自身以及其周围是否有不安全驾驶行为, 并发送预警信息, 从而达到有效减少高速公路交通事故的发生, 提高高速公路行车安全性的目的.本系统总体分成两部分: 车载终端和服务端. 系统总体设计如图1所示.车载终端主要装载在车辆上, 主要由GPRS模块、GPS模块、语音板卡模块、通信协议模块以及日志模块构成. 可将车载终端看做一个没有屏幕的手机, 其中, GPS模块用于接收和采集车辆的实时车况信息, 如车速、经度、纬度、方向仰角和海拔高度等信息; GPRS模块将采集到的信息按照通信协议封装好后发送至服务端; 语音板卡可以向司机播报预警信息; 日志模块用以记录车载终端通信的异常情况.服务端由Socket服务器、预警算法模块、监管中心模块、呼叫中心模块和数据库构成. 当Socket服务器接收到车载终端发送的实时车况信息后, 首先会按照通信协议进行解析, 若解析成功后则交由预警算法模块进行交通事件判定. 与此同时, 位于监管中心的百度地图会实时显示车辆的行驶信息. 若有预警事件, 则自动发送预警信息, 车载终端收到预警信息后会进行语音播报. 服务端所有数据均存储至后台数据库. 此外, 当司机遭遇紧急情况需要帮助时, 可利用车载终端与服务端的呼叫中心模块进行语音通话, 方便高速公路管理者第一时间定位事故现场和事故车辆.本系统涉及模块较多, 对于已成熟的模块, 如GPS模块和GPRS模块[5~8], 本文将不与赘述, 仅介绍系统主要的模块.2.1 通信协议模块作为高速公路管理部门, 通信数据的保密性尤为重要, 为了加强传输数据的安全性, 本系统自拟通信协议进行数据传输, 总的通信协议如表1.其中命令头为报文第一个字节, 服务器向车载终端发送预警信息称为下传行为, 命令头为0XAA, 车载终端向服务器发送信息称为上传行为, 命令头为0XBB; 命令字表示报文类型, 如0X82表示心跳报文. 终端ID为15位IMEI号; 数据长度指嵌入在总协议中内容单元的长度; 数据内容为报文消息, 不定长; 通信协议的校验采用CRC, 若校验不通过则不予以处理; 0XFF为命令尾, 代表报文结束符.在上行传输协议中, 实时车况信息报文封装了车辆行驶中所有可采集的参数, 其协议结构如表2.其中前6个字节为GPS时间, 格式为年月日时分秒; 接下来是纬度和经度, 为了更精确的提取位置信息, 维度和经度分别精确到秒的后4位; 整个实时车况信息协议为23个字节, 加上协议头和协议尾等嵌入在总协议中, 组成了本系统中最长的报文协议, 为38个字节.例如, 某一时刻车载终端封装实时车况信息为BB–91–12–34–56–78–90–12–34–5F–00–17–0F–02–1C–0F–0D–07–01–22–00–5A–BF–01–6C–01–77–A1–03–E8–00–05–50–01–01–27–50–FF, 共38个字节. 当服务端收到该报文后, 由前两个字节0XBB和0X91得出该报文是车载终端上传的实时车况信息报文. 报文的倒数第2、3个字节表示32位的CRC校验码, 为了验证该报文的合法性, 服务端首先去掉该报文的原始校验码, 然后重新对剩余的报文进行CRC校验, CRC校验的算法如下C#代码片段,private byte[] CheckCRC(byte[] data, int len){int CRC = 0xffff;for (int i = 0; i < len; i++){CRC = CRC ^ data[i];for (int j = 0; j < 8; j++){if ((CRC & 0x01) == 1){CRC = CRC >> 1;CRC = CRC ^ 0xA001;}else{CRC = CRC >> 1;}}}byte[] R = new byte[2];R[0] = Convert.ToByte(CRC & 0xff);R[1] = Convert.ToByte(CRC >> 8);return R;}若重新计算的校验码为0X5027(报文中高位在后低位在前), 则视该报文为有效报文.接着, 服务端需要从报文中提取与车辆相关的信息, 按照通信协议的规定: 在实时车况信息报文中, 从第3个字节往后的8个字节表示15位IEMI号码, 去掉报文中的补位F, 则得车载终端IEMI号码为123456789012345; 接下来的两个字节0X0017表示实际信息内容的长度, 共23个字节, 此后的23个字节可以根据表2进行拆解; 实际内容的前6个字节为GPS时间, 转换为10进制为15–02–28–15–14–07, 表示时间为2015年2月28日15时14分7秒; 紧接着的5个字节01–22–00–5A–BF表示南纬34.23231度, 后面的01–6C–01–77–A1表示东经108.96161度; 接下来的03–E8表示车辆当前海拔高度为1000米; 00–05、50、01、01则分别表示5度的方向仰角、80千米/时的速度以及搜星个数和信号强度均为1.最终解析后的数据如表3.2.2 预警算法模块本系统主要针对常见交通状况进行预警, 预警功能包括: 前方是否有拥堵事件、前方是否有低速违规行驶的车辆、后方是否有超速行驶的车辆以及车辆自身是否超速、低速、违章停. 对于超速、低速、停车等交通事件, 可简单的通过车辆速度来判断, 而对于交通拥堵事件的判断则较为复杂, 是本系统的重点.在交通流基本参数中, 车速与车流密度的关系经常用格林息尔治速度一密度模型来描述[9~10], 即:式中与为待定参数, 与分别表示车速和车流密度: 当高速公路路段十分顺畅, 车流密度趋于0时, 车速接近自由流车速, 由上式得; 当高速公路处于极其拥堵的状态时, 车辆无法行驶, 这时车流密度接近阻塞密度, 即, 此时令, 得, 将与带入上式, 得速度–密度的关系式:而车流量与密度又满足基本关系式:将式(2)代入式(3)得:则可得车流量与车速的关系, 如图2.在图2中, 当临界速度与自由流速度的关系满足时, 此时车流量达到最大值; 因此, 当且时, 可认为此时道路处于拥挤状态; 当临界速度与自由流速度满足时, 可认为此时道路处于畅通状态.在上述交通事故判定方法的基础上, 本系统的预警流程如图3.上述推到过程主要利用流量与密度的关系, 从速度–密度模型过度到流量–速度模型. 有关交通流事件的模型还有很多, 然而本系统用流量–速度模型来判断交通拥堵主要是因为有些参数(如阻塞密度)在没有检测器的情况下很难测出, 而一般路段的自由流速度都可以提前进行分析统计, 因此具有一定的可行性, 而算法的准确性主要受前期自由流速度预估值的影响.2.3 监管中心模块本系统中, 监管中心是唯一可视化的界面, 它不但具有直观的电子地图显示车辆具体信息, 而且与通信协议模块和预警算法模块也具有紧密的联系, 监管中心界面如图4.该界面上方是各个功能的导航条, 从功能上大体可分实时监控、配置管理、预警通信和业务分析; 界面的中间为电子地图, 右侧的呼叫中心可以与车载终端进行语音通话, 界面的下方则显示车辆的实时车况信息, 本系统利用监管中心可以提供以下功能:1) 地图服务主要完成测定车距, 地图平移, 跳转等功能, 如图4中心区域部分.2) 定位服务每当收到车辆发送的实时车况信息后, 车辆的位置、速度、海拔高度等信息均显示在图4下方的区域.3) 查询服务可以查询车辆历史轨迹、特定车辆的位置与当前信息.4) 智能预警当前方有车低速、前方有车逆行、前方有车违章停车、前方堵车、后方有车超速等事件时, 预警算法可以自动判定并下发预警信息.5) 语音播报所有下发给司机的预警信息均采用语音播报的形式向司机通知.3.1 内存资源调度处理本系统中, 每当有车载终端进行连接请求时, 服务器都需要为车载终端创建套接字和缓冲区, 而当该车载终端断开连接时又需要销毁该套接字并且释放对应的缓冲区. 如此频繁的操作就会产生大量的内存碎片, 随着系统运行时间的延续, 可能出现程序运行缓慢, 从而导致服务器无法及时响应请求, 因而内存资源的管理问题需要及时处理[11].本文提出一种基于内存池和堆栈管理的内存资源调度方案: 首先, 预估系统的最大并发量N和最大报文长度SIZE, 在系统运行之处, 便建立起一个庞大的“内存池”, 并且永不释放(除非关闭服务器进程). 内存池的结构如图5.由图5可以看出, 内存池被分为N块, 分别代表N个同时在线的车载终端所需的资源. 每块内存又被分为了两个长度均为SIZE的小块, 分别用以读和写. 与此同时, 为内存池建立堆栈管理器S, 每个小块内存在内存池的偏移量将被存储在栈中, 栈的大小也为N, 栈的结构如图6.在图6中, 栈外有一个标识量T, 用以累计偏移量, 当偏移量达到最大时, 池内将没有资源可分配, 此时并发数也达到了最大. 随着车载终端不断的连接和断开, 内存池的状态如图7.可以看到, 不论车载终端连接还是断开, 内存池从不销毁, 只是简单的利用栈内的偏移量去寻找内存块与车载终端的映射关系.本系统对于内存资源调度的改进方案, 是以牺牲内存作为代价换取系统的处理效率以及稳定性, 以本系统的最大的传输报文38字节为例(实时车况信息), 若以10000个客户端为并发极限, 则启动服务进程时, 内存块的消耗约为742MB. 百兆的数量级对于当今存储设备快速发展的IT时代来说, 根本不是问题. 更何况, 如果需要更大的内存消耗, 可以增大内存或使用服务器集群等方式解决内存消耗问题, 近年来比较流行的MongoDB数据库便是利用此原理提升访问性能.本文以Win7 64bit(内存4G, 实际RAM为3.25G)操作系统作为服务器, 对10000个客户端的通信进行了分析: 首先当服务器进程未启动时, 内存消耗大约为170M, 启动服务器进程后内存消耗突增为1G左右(缓冲区的建立为主要消耗). 此时服务器开始监听10000个客户端的连接请求, 当大约10000个连接建立成功后, 服务器内存消耗约为1.88G, 可以得出每条连接所占内存约为(1.88G–1G)*1024/10000, 即92.27K. 此时服务器运行极其缓慢, 当调整客户端的连接数, 使得内存消耗控制在初始空闲内存的一半之内时, 服务器的运行状况有所改善. 因此对于以内存消耗为代价的内存资源调度方案, 需要根据不同的服务器运行环境来分析每条连接内存的占用情况, 从而判断是否需要进行负载均衡, 一般推荐内存池和连接量的内存消耗总和控制在初始空闲内存的一半之内.3.1 车载终端异常断开处理在TCP通信中, 正常的客户端断开需要四次挥手才能完成, 如图8.首先, 主动关闭方向(车载终端)被动关闭方(服务器)发送请求关闭信号FIN, 被动关闭方收到该关闭信号后会回复确认信号ACK, 此时主动关闭方收到确认信号后处于等待状态FIN_WAIT_2; 被动关闭方也向主动关闭方发送请求关闭信号FIN, 主动关闭方收到信号后进行确认回复, 此时主动关闭方正常关闭, 处于CLOSED状态, 而被动关闭方只有在收到最后的ACK信号后才会正常关闭, 至此, 客户端与服务端的四次挥手完成, 双方均正常断开. 在正常的四次挥手完成时, 服务器捕获客户端断开事件最明显的标志是receive事件返回0个字节数, 表明客户端主动断开.然而, 在复杂的高速公路环境下, 车辆经常进出入隧道、山谷等信号较弱的地段, 若车辆在该地段没有信号, 则并不能完成四次挥手. 因而, 服务器就不能捕捉车载终端断开的事件, 这种情况就是车载终端的异常断开, 将会影响整个监控列表.对于车载终端异常断开事件, 本系统自行拟定心跳协议, 即由车载终端发送心跳包, 告知自己依然在线, 服务器并不回应心跳, 只是定时轮询判断与上次的上传时间的间隔是否超时(超时时间需自行设定), 若超时则认为车载终端已经断开, 服务器此时主动将其“踢”出监控列表. 服务器并不回复心跳是不想增添服务器的通信量, 减少压力[12]. 心跳包除了车载终端ID外, 不含有任何信息, 如表4.本系统的心跳规则为: 车载终端连接默认服务器成功后, 立即发送心跳包, 若连续两次超过5秒未收到心跳包, 则认为连接已经断开.本文在局域网内测试了整个系统的运行状况, 上传了1000条实时车况信息, 其中模拟了6种交通事件各100次. 上传数据包括车辆的ID, 时间, 经度, 纬度, 车速, 航向仰角, 海拔高度等具体信息.系统参数默认设置5km/h以下为停车、10–60km/h为低速、60–110km/h为正常, 大于110km/h为超速; 拥堵的判定稍微复杂些, 需要计算车流量并且预估该路段的自由速度; 对于前方2000m的拥堵事件和后方2000m有车辆超速事件也将发送预警信息.预警算法对6种事件的判定结果如表5.从表中不难看出, 单纯的高低速以及停车操作的判断都较为准确, 而较为复杂的预警(如同时涉及速度和距离)的准确度稍有降低, 这主要与算法本身设定的默认参数有关, 在不同的环境下, 参数的设定需要根据高速公路路段的实际情况重新设定. 在统计算法准确率的同时, 系统记录了其中4个事件每次数据上传至服务器后处理的耗时情况, 它们分别是低速事件、停车事件、后方2000m超速事件和前方2000m拥堵事件.上图中, 横坐标表示事件序号, 纵坐标为每次处理的耗时, 单位为ms. 从图9和图10可以看出, 对于只涉及速度的简单交通事件, 如是否低速或是否违章停车, 系统的处理时间都较短, 虽然还是会受网络不稳定等因素出现尖端, 但是走势均较为平坦, 并没有呈线性增长的趋势, 始终保持在50ms至250ms的范围内; 而从图11和图12来看, 对于同时涉及速度和距离的交通事件, 如后方2000m是否有超速行驶车辆或者前方2000m是否有拥堵事件发生, 但是较之单一事件, 该事件的处理耗时相对过大, 最大处理耗时已接近350ms, 处理能力明显下降.表6列出了具体的数据指标: 单一预警算法的处理无论从耗时均值、耗时标准差以及耗时极差上都高于较为复杂的算法, 这除了与距离与速度的精度有关外, 还与网络的不稳定性以及算法的模型的复杂度有关, 但从整个耗时曲线的走势来看, 该系统在此数量级内具有较高的稳定性.本文提出一种基于GPRS和GPS的高速公路智能安全预警系统, 系统分别对服务器通信中的内存资源调度和异常断开问题进行了优化. 最后对系统的处理效率、预警的准确性以及系统的稳定性进行了测试, 结果较为良好. 本系统最终的研究与实现, 对高速公路监管系统的进一步实现具有一定的参考价值.1 杨成园,浅议.高速公路交通事故的产生原因与预防对策.汽车使用技术,2013,11:59–66.2 徐秀芹.高速公路交通事故预警系统研究[学位论文].西安:长安大学,2009.3 王祺,胡坚明,王易之,张毅. 一种基于车间通信的交通信息采集方法.吉林大学学报(工学版),2009,S2:7–12.4 姜秀荣.高速公路交通事件应急救援系统及关键技术研究[学位论文].长春:吉林大学,2014.5 闫振.基于GPRS/GPS的汽车跟踪系统.数据通信,2014, 02:11–14.6 万仁保.基于GPRS与GPS技术的部队车辆管理系统的设计.科技广场,2014,08:45–50.7 张国利,孙庆祥,蒋杰,闫保中.基于GPRS/GPS的海上移动目标监测系统设计.海洋测绘,2013,03:47–49.8 温宗周,陈改霞.基于GPS/GPRS的远程车辆管理系统的设计.电子测量技术,2013,08:76–79.9 李琦,姜桂艳.高速公路交通事件自动检测算法.哈尔滨工程大学学报,2013,09:1193–1198.10 申喜芹,郭琼琼,张宸豪,彭宏玉.高速公路异常事件智能响应系统设计.中国交通信息化,2014,01:97–100.11 胡东红,杜光海,贺伟,毛守备.基于完成端口模型的应用程序实现.物联网技术,2014,03:60–62.12 Zhang L, Wen FA, Pang Z. Network error correction research on real-time communication system based on heartbeat detection. Energy Procedia, 2011.。