本發(fā)明涉及道路標(biāo)線監(jiān)測，具體為一種基于光纖的交通和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、交通基礎(chǔ)設(shè)施的維護和管理對于保障道路安全和提升交通效率具有至關(guān)重要的作用。道路標(biāo)線作為交通基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，主要用于指導(dǎo)和規(guī)范駕駛行為，提高道路使用效率，保障交通安全。然而，隨著交通流量的增加和惡劣天氣的影響，道路標(biāo)線會出現(xiàn)不同程度的磨損和損壞，導(dǎo)致標(biāo)線模糊、脫落甚至失效，嚴(yán)重影響交通秩序和行車安全。因此，道路標(biāo)線的監(jiān)測和修復(fù)成為交通基礎(chǔ)設(shè)施維護中的重要內(nèi)容。

2、道路標(biāo)線磨損的主要原因包括：大量的車輛經(jīng)過會對道路標(biāo)線產(chǎn)生磨損，尤其是重型車輛的頻繁通行，會加速標(biāo)線的磨損和脫落。降雨、積雪、冰凍和高溫等天氣條件都會對道路標(biāo)線產(chǎn)生不同程度的損害。例如，降雨會導(dǎo)致標(biāo)線褪色，冰凍會引起標(biāo)線的開裂和脫落，高溫則會使標(biāo)線軟化、變形。路面的平整度和路面裂縫等因素也會影響道路標(biāo)線的耐久性和清晰度。路面的凹凸不平和裂縫密度會加劇標(biāo)線的磨損。傳統(tǒng)的道路標(biāo)線監(jiān)測主要依靠人工巡檢和車輛視頻監(jiān)控，難以實時、全面地獲取標(biāo)線的磨損信息。人工巡檢效率低，成本高，且受限于人力資源的限制，難以覆蓋所有道路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于光纖的交通和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中提到的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種基于光纖的交通和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)，包括，

3、交通交叉口采集模塊，用于按照交通設(shè)施管理需求預(yù)選監(jiān)測交通街道范圍，采集獲取交叉口經(jīng)緯度坐標(biāo)以及結(jié)構(gòu)信息，并將每一個交叉口分割成獨立的監(jiān)測區(qū)域；

4、實時監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測道路標(biāo)線的磨損信息，建立第一數(shù)據(jù)集；并監(jiān)測相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)馬路平整信息、天氣影響信息以及車流行為信息，建立第二數(shù)據(jù)集；

5、處理模塊，用于將第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)同步以及數(shù)據(jù)無量綱處理后，傳輸和存儲至設(shè)施管理數(shù)據(jù)集合；

6、預(yù)測模塊，用于利用訓(xùn)練后的路面預(yù)測模型，基于第一數(shù)據(jù)集提取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)道路標(biāo)線磨損特征，構(gòu)建標(biāo)線磨損指數(shù)msz，當(dāng)標(biāo)線磨損指數(shù)msz超過磨損閾值a時，向外發(fā)布初步預(yù)警指令；并將所述馬路平整信息、天氣影響信息以及車流行為信息進行特征提取，以分別獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面凹凸度ccd、路面裂縫密度lfmd、坑洼密度kwmd、車輛垂直加速度平均變化值jsdb、降雨量jyl、冰層厚度bchd、路面溫度pt、交通密度jtmd、變道頻次bdpc、重型車流量zxcl和車道急剎車頻次jspc，并計算獲取路面平整影響因子l、熱脹冷縮影響因子rs以及車流行為影響因子xw；將相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線磨損指數(shù)msz、路面平整影響因子l、熱脹冷縮影響因子rs以及車流行為影響因子xw相關(guān)聯(lián)，計算獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的修復(fù)指數(shù)xfzs；

7、管理模塊，用于預(yù)先設(shè)置第一修復(fù)閾值q1和第二修復(fù)閾值q2，并將相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的修復(fù)指數(shù)xfzs與第一修復(fù)閾值q1和第二修復(fù)閾值q2進行對比分析，根據(jù)對比分析結(jié)果，采取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的管理手段。

8、優(yōu)選的，所述交通交叉口采集模塊包括區(qū)域分割單元和部署單元；

9、所述區(qū)域分割單元用于交通設(shè)施管理需求，確定需要監(jiān)測的交通基礎(chǔ)設(shè)施交叉口和街道范圍；并將每個交通交叉口周邊的街道劃分為監(jiān)測區(qū)域，設(shè)置以交叉口為中心，半徑50米范圍內(nèi)的街道為監(jiān)測區(qū)域；

10、所述部署單元用于在每個監(jiān)測區(qū)域部署監(jiān)測點，具體包括：設(shè)置分布式光纖傳感器沿著部署在標(biāo)線以及路面布設(shè)，監(jiān)測標(biāo)線溫度變化以及路面高低變化；

11、在監(jiān)測區(qū)域布設(shè)雨量傳感器，光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸雨量數(shù)據(jù)；

12、在路面布設(shè)溫度傳感器和光纖冰層檢測傳感器，監(jiān)測冰層厚度；

13、在路面布設(shè)溫度傳感器，通過光纖傳輸溫度數(shù)據(jù)；

14、在路面布設(shè)壓力傳感器和車流傳感器，光纖傳輸交通密度數(shù)據(jù)；

15、通過沿車道線布設(shè)的分布式光纖傳感器，檢測車輛變道行為；

16、在路面布設(shè)重量傳感器，通過光纖傳輸重型車輛數(shù)據(jù)；

17、在路面布設(shè)加速度傳感器，通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸急剎車頻次數(shù)據(jù)。

18、優(yōu)選的，所述預(yù)測模塊包括模型建立單元和第一計算單元；

19、所述模型建立單元用于選擇深度學(xué)習(xí)模型或支持向量機svm技術(shù)建立路面預(yù)測模型，并將第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集分為70%訓(xùn)練集和30%驗證集，對路面預(yù)測模型進行訓(xùn)練和評估；

20、所述第一計算單元用于依據(jù)第一數(shù)據(jù)集，提取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)道路標(biāo)線變形特征，計算獲取標(biāo)線變形度bxd，以第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線變形度為例，具體按照如下方式獲?。?/p>

21、s11、首先通過cad圖紙或原始施工數(shù)據(jù)獲取原始標(biāo)線形狀面積，并使用圖像處理技術(shù)和傳感器獲取當(dāng)前標(biāo)線實際形狀數(shù)據(jù)，獲取實際標(biāo)線輪廓點集和原始標(biāo)線輪廓點集：

22、設(shè)實際標(biāo)線輪廓點集為，表示從實際標(biāo)線輪廓中提取的n個離散點；

23、設(shè)原始標(biāo)線輪廓點集為，表示從原始設(shè)計標(biāo)線輪廓中提取的m個離散點；

24、s12、并計算所有實際標(biāo)線點到原始標(biāo)線點的最小距離中的最大值：

25、；

26、s13、并計算所有實際標(biāo)線點到原始標(biāo)線點的最小距離中的平均值：

27、；

28、式中，表示將每個實際標(biāo)線點p到所有原始標(biāo)線點q的距離中的最小值進行求和，表示對總和進行平均，計算每個實際標(biāo)線點到原始標(biāo)線點的最小距離的平均值；

29、s14、將所有實際標(biāo)線點到原始標(biāo)線點的最小距離中的最大值以及所有實際標(biāo)線點到原始標(biāo)線點的最小距離中的平均值進行相關(guān)聯(lián)，由以下公式計算獲取第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線變形度：

30、；

31、式中，和是權(quán)重系數(shù)，且。

32、優(yōu)選的，所述預(yù)測模塊還包括第二計算單元和第一預(yù)警單元；

33、所述第二計算單元用于基于第一數(shù)據(jù)集提取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)道路標(biāo)線磨損特征，關(guān)聯(lián)相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的標(biāo)線變形度bxd，計算獲取標(biāo)線磨損指數(shù)msz，以第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的光線標(biāo)線磨損指數(shù)為例，具體按照如下方式獲?。?/p>

34、；

35、式中，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線厚度減少量，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線顏色亮度衰減值，表示第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線變形度，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線斷裂段數(shù)量，及均為權(quán)重系數(shù)，由用戶調(diào)整設(shè)置，且權(quán)重系數(shù)和為1，表示為第一修正常數(shù)。

36、優(yōu)選的，所述第一預(yù)警單元用于將所述磨損閾值a與相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線磨損指數(shù)msz進行對比分析，初步判斷當(dāng)前監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的道路標(biāo)線磨損是否處于異常狀態(tài)，具體內(nèi)容如下：

37、若第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線磨損指數(shù)超過磨損閾值a時，表示為當(dāng)前監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的道路標(biāo)線磨損處于異常狀態(tài)，并發(fā)出初級預(yù)警指令；

38、若第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的標(biāo)線磨損指數(shù)未超過磨損閾值a時，表示為當(dāng)前監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的道路標(biāo)線磨損處于正常磨損狀態(tài)。

39、優(yōu)選的，所述預(yù)測模塊還包括路面平整計算單元；

40、所述路面平整計算單元用于在接收初級預(yù)警指令后，基于所述馬路平整信息進行特征提取，以分別獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面凹凸度ccd、路面裂縫密度lfmd、坑洼密度kwmd、車輛垂直加速度平均變化值jsdb，無量綱處理，計算獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的路面平整影響因子l，以第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面平整影響因子為例，具體按照如下方式獲?。?/p>

41、；

42、；

43、式中，是第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面高度，表示k個采樣點的平均高度，k表示采樣點的數(shù)量；表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面凹凸度，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面裂縫密度，表示第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的坑洼密度，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的車流垂直加速度平均變化值，及均為權(quán)重系數(shù)，由用戶調(diào)整設(shè)置，且權(quán)重系數(shù)和為1，表示為第二修正常數(shù)。

44、優(yōu)選的，所述預(yù)測模塊還包括熱脹冷縮影響計算單元；所述熱脹冷縮影響計算單元用于基于降雨量jyl、冰層厚度bchd和路面溫度pt，無量綱處理后，計算獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的熱脹冷縮影響因子rs，以第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的熱脹冷縮影響因子為例，具體按照如下方式獲?。?/p>

45、；

46、式中，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的降雨量，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面冰層厚度，pt表示第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面溫度，表示路面溫度最大承受溫度，及均為權(quán)重系數(shù)，表示為第三修正常數(shù)。

47、優(yōu)選的，所述預(yù)測模塊還包括車流行為影響計算單元和相關(guān)聯(lián)單元；

48、所述車流行為影響計算單元用于基于交通密度jtmd、變道頻次bdpc、重型車流量zxcl和車道急剎車頻次jspc，無量綱處理后，計算獲取以及車流行為影響因子xw；以第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的車流行為影響因子為例，具體按照如下方式獲?。?/p>

49、；

50、式中，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的交通密度，表示為第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的變道頻次，表示第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的重型車流量，表示第i監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的車道急剎車頻次，及均為權(quán)重系數(shù)，表示為第四修正常數(shù)；

51、所述相關(guān)聯(lián)單元用于將路面平整影響因子l、熱脹冷縮影響因子rs、車流行為影響因子xw以及相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的標(biāo)線磨損指數(shù)msz相關(guān)聯(lián)，計算獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的修復(fù)指數(shù)xfzs，以第i個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的修復(fù)指數(shù)xfzsi為例，具體按照如下方式獲?。?/p>

52、；

53、式中，均為權(quán)重系數(shù)，e是自然數(shù)的底數(shù)，值為2.71828。

54、優(yōu)選的，所述管理模塊包括第一等級評估單元和第二修復(fù)單元；

55、所述第一等級評估單元將相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的修復(fù)指數(shù)xfzs與第一修復(fù)閾值q1和第二修復(fù)閾值q2進行對比分析，二次判斷當(dāng)前監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的道路標(biāo)線磨損處于相對應(yīng)等級評估結(jié)果，具體內(nèi)容如下：

56、若修復(fù)指數(shù)xfzs＜第一修復(fù)閾值q1，生成第一等級評估結(jié)果；

57、若第一修復(fù)閾值q1≤修復(fù)指數(shù)xfzs≤第二修復(fù)閾值q2，生成第二等級評估結(jié)果；

58、若修復(fù)指數(shù)xfzs＞第二修復(fù)閾值q2，生成第三等級評估結(jié)果。

59、優(yōu)選的，所述第二修復(fù)單元用于依據(jù)第一等級評估結(jié)果、第二等級評估結(jié)果和第三等級評估結(jié)果生成相對應(yīng)修復(fù)策略，包括：

60、第一等級評估結(jié)果生成第一修復(fù)策略，包括：差遣維護隊伍36小時內(nèi)對道路表面進行清潔干燥后，清潔標(biāo)線破損區(qū)域，去除松動的標(biāo)線部分，并對破損區(qū)域進行修補，使得修補部分與原標(biāo)線的連接平滑，避免凹凸不平后，使用冷噴涂料在原有表現(xiàn)上增加1層涂料后并噴涂1層撒布防滑顆粒保護層；

61、第二等級評估結(jié)果生成第二修復(fù)策略，包括：差遣維護隊伍在對道路表面進行清潔干燥后，填補路面坑洼以及凹凸不平區(qū)域，并對相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的道路標(biāo)線在48小時內(nèi)進行重繪，使用熱噴涂料進行繪制；使用熱噴涂料在原有表現(xiàn)上增加1層涂料后并噴涂2層撒布防滑顆粒保護層；

62、第三等級評估結(jié)果生成第三修復(fù)策略，包括：立即啟動緊急維護程序，派遣緊急維護隊伍在24小時內(nèi)，使用加熱設(shè)備將舊標(biāo)線熔化并去除后，清除舊標(biāo)線，包括打磨或高壓水洗；并重新進行繪制新標(biāo)線，至少包括1層底漆、1層熱熔中涂層、1層反光陶瓷顆粒表層和1層撒布防滑顆粒保護層。

63、本發(fā)明提供了一種基于光纖的交通和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)。具備以下有益效果：

64、（1）該一種基于光纖的交通和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)，通過光纖傳感技術(shù)，可以實時、全面地獲取道路標(biāo)線的磨損信息及其他相關(guān)數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)人工巡檢和視頻監(jiān)控效率低、覆蓋范圍有限的問題。利用深度學(xué)習(xí)模型或支持向量機技術(shù)，能夠提前預(yù)測道路標(biāo)線的磨損情況，并在標(biāo)線磨損指數(shù)msz超過磨損閾值a時及時發(fā)布初級預(yù)警指令，避免了標(biāo)線失效帶來的安全隱患。系統(tǒng)根據(jù)不同監(jiān)測區(qū)域的修復(fù)指數(shù)xfzs，提供個性化的修復(fù)策略，既提高了修復(fù)的針對性和有效性，又減少了不必要的維護成本和資源浪費。通過精準(zhǔn)的標(biāo)線磨損監(jiān)測和及時有效的修復(fù)，確保道路標(biāo)線的清晰和完整，提升了道路的安全性和交通效率，減少了交通事故的發(fā)生率。

65、（2）路面平整計算單元用于在接收初級預(yù)警指令后，基于所述馬路平整信息進行特征提取，以分別獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的路面凹凸度ccd、路面裂縫密度lfmd、坑洼密度kwmd、車輛垂直加速度平均變化值jsdb，并進行無量綱處理，計算獲取相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的路面平整影響因子l。路面平整影響因子l可以實時監(jiān)測并評估路面的平整狀況，及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)問題，減少對道路標(biāo)線的負(fù)面影響，確保交通基礎(chǔ)設(shè)施的良好運作。

66、（3）計算熱脹冷縮影響因子rs可以全面評估溫度變化、降雨和冰層對道路標(biāo)線的綜合影響，幫助理解這些因素對標(biāo)線材料和功能的實際影響?；跓崦浝淇s影響因子的計算結(jié)果，可以更精準(zhǔn)地制定維護計劃，及時進行標(biāo)線修復(fù)或重新涂刷，減少因溫度變化導(dǎo)致的標(biāo)線失效。確定熱脹冷縮影響因子rs可以調(diào)整維護和修復(fù)計劃，考慮季節(jié)變化和極端天氣條件對標(biāo)線的影響，確保道路標(biāo)線始終保持在良好狀態(tài)。

67、（4）通過計算車流行為影響因子xw，可以更精準(zhǔn)地確定車流密集區(qū)域和高風(fēng)險區(qū)域，從而優(yōu)化標(biāo)線維護和修復(fù)策略。識別高影響區(qū)域，有助于合理分配維護資源和優(yōu)先級，減少不必要的維護成本和時間浪費。