本發(fā)明屬于隧道口道路監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體地涉及一種隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警方法、預(yù)警系統(tǒng)和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隧道作為交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組成部分，它承載著重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義，由于隧道具有封閉性、限制性強(qiáng)和空間狹窄等特點(diǎn)，一旦發(fā)生事故，其救援與疏散的復(fù)雜性和困難程度遠(yuǎn)超開放道路，所以其安全運(yùn)營對(duì)于保障交通安全至關(guān)重要。然而在寒冷的冬季，隧道往往是交通事故的重災(zāi)區(qū)，由于隧道內(nèi)外溫差較大及其隧道內(nèi)部相對(duì)較低的太陽輻射，導(dǎo)致隧道的進(jìn)出口地面水汽很容易凝結(jié)成冰，形成“暗冰”，暗冰是一種無色透明的致命威脅，其幾乎與路面同色而難以被駕駛者察覺，如果車輛在高速行駛中遇到暗冰阻礙時(shí)會(huì)失去車輛的控制，另外暗冰還會(huì)對(duì)車輛的制動(dòng)造成影響，使得駕駛員不能正常反應(yīng)引發(fā)車輛失控，所以暗冰會(huì)給行車帶來極大威脅，容易造成交通事故。隧道口暗冰是影響隧道安全的一個(gè)重要問題，因此對(duì)于隧道口暗冰的預(yù)警更進(jìn)一步研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。暗冰還在如下三種場(chǎng)景出現(xiàn)：收費(fèi)站，收費(fèi)站道口經(jīng)過的車走走停停，車溫加上輪胎溫度導(dǎo)致降雪過后很容易形成暗冰；橋面和涵洞，降雪過后白天氣溫相對(duì)較高，加上橋下或涵洞都通風(fēng)，到了夜晚橋上面就是一層薄薄的暗冰。坡上，由于坡上路段的陽光照射的時(shí)間長，雪容易融化導(dǎo)致太陽落山以后就會(huì)結(jié)成一層薄冰。目前暗冰預(yù)警方法對(duì)各種場(chǎng)景暗冰預(yù)警使用相同方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)行駛車輛不能給出針對(duì)隧道口暗冰信息的最合適的判斷信息和道路情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，本發(fā)明提供隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警方法、預(yù)警系統(tǒng)和電子設(shè)備，用以有效克服目前隧道口暗冰預(yù)警中的不準(zhǔn)確，有效提高數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確度和預(yù)警效果。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，包括以下步驟：

3、一、采集隧道口暗冰道路和安全道路的高光譜圖像建立圖像數(shù)據(jù)庫；

4、二、提取圖像數(shù)據(jù)庫不同道路的光譜反射率并進(jìn)行預(yù)處理建立光譜數(shù)據(jù)庫；所述的高光譜圖像中的反射率為其中θ表示高光譜圖像的某一個(gè)像素點(diǎn)，im(θ)為原始的高光譜圖像，id(θ)為暗背景圖像，iw(θ)為標(biāo)準(zhǔn)白板圖像；用擬合曲線y＝ao+a1x+a2x2+...+amxm作為基線，用原始的光譜曲線減去基線得到校正后的光譜曲線；

5、三、實(shí)時(shí)采集隧道口道路高光譜圖像，并對(duì)圖像信息進(jìn)行降維操作，具體如下：

6、hm×n×j為每個(gè)樣本高光譜數(shù)據(jù)，其中m,n代表單個(gè)波段圖像的長度，j代表總的波段數(shù)目，xi＝(x1,x2…,xj)，代表不同得波段圖像，對(duì)所有波段去均值，重新得到一組新的特征：

7、

8、求其協(xié)方差矩陣：

9、

10、其中，每個(gè)協(xié)方差按照計(jì)算式為：

11、

12、c的特征值與特征向量：

13、cu-λu＝0

14、選擇最大的前k個(gè)特征值與其對(duì)應(yīng)的k個(gè)特征向量，將k個(gè)特征向量當(dāng)作新的投影軸，得到降維后的k維特征，對(duì)于每一個(gè)樣本，新的特征為：

15、

16、四、使用目標(biāo)檢測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)路面的圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異常路面數(shù)據(jù)；提取異常路面數(shù)據(jù)與光譜數(shù)據(jù)庫中的光譜信息對(duì)比，具體如下：

17、c1…j為檢測(cè)到的異常區(qū)域的連續(xù)光譜數(shù)據(jù)，si為數(shù)據(jù)庫中已知不同路面情況的光譜數(shù)據(jù)，則分別計(jì)算c1…j與每條s1-i曲線的距離，距離最近的路面狀況為預(yù)測(cè)所得的路面狀況，采用的距離公式為歐式距離，公式如下：

18、

19、其中，i代表不同的路面情況，j代表波段的數(shù)量。

20、對(duì)得到的di進(jìn)行小到大進(jìn)行排序，則最小di對(duì)應(yīng)的路面類型為最終分析得到的結(jié)果；

21、五、當(dāng)監(jiān)測(cè)到路面存在暗冰時(shí)發(fā)送預(yù)警信息。

22、第二方面本發(fā)明提供隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括：

23、數(shù)據(jù)采集模塊，用于分別拍攝隧道口暗冰道路與安全道路的高光譜圖像，將正負(fù)樣本圖像建立圖像數(shù)據(jù)庫，對(duì)光譜維度通過提取不同區(qū)域路面的光譜反射率，并對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理建立光譜數(shù)據(jù)庫；

24、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對(duì)實(shí)時(shí)采集的隧道口暗冰道路的圖像維度的信息進(jìn)行降維操作；

25、檢測(cè)模塊，使用目標(biāo)檢測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)路面的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)到的異常路面數(shù)據(jù)傳輸給分析模塊，由分析模塊進(jìn)一步判斷路面是由存在暗冰；

26、分析模塊，提取檢測(cè)到的異常路面區(qū)域的光譜信息，并且與數(shù)據(jù)庫中的光譜信息對(duì)比，優(yōu)化處理模塊網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果，并將分析后的結(jié)果傳輸給預(yù)警模塊；

27、預(yù)警模塊，用于接收分析模塊傳輸?shù)姆治鼋Y(jié)果，當(dāng)分析模塊檢測(cè)到路面存在暗冰發(fā)送預(yù)警信息。

28、進(jìn)一步的，所述的數(shù)據(jù)采集模塊由搭載在隧道上方的高光譜相機(jī)與光源組成，步驟一中對(duì)光譜曲線的預(yù)處理方法具體為：

29、提取高光譜圖像中的反射率作為不同物質(zhì)分類的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體公式如下：

30、

31、其中θ表示高光譜圖像數(shù)據(jù)中的某一個(gè)像素點(diǎn)，im(θ)為原始的高光譜圖像，id(θ)為暗背景圖像，iw(θ)為標(biāo)準(zhǔn)白板圖像；

32、采用了基于多項(xiàng)式擬合的基線校正方法，構(gòu)建一組曲線來擬合帶有背景噪聲得光譜曲線：

33、y＝ao+a1x+a2x2+…+amxm

34、選取已知光譜曲線上非峰值的一系列點(diǎn)(x1,x2,...xi)，則光譜曲線上已知的各點(diǎn)到這條曲線的距離平方和為：

35、

36、分別對(duì)ai求偏導(dǎo)可得：

37、

38、用矩陣表示可得：

39、

40、記為xa＝y(tǒng)，則a＝x-1y

41、得到y(tǒng)＝ao+a1x+a2x2+...+amxm為所求得到的擬合曲線；

42、用所求得到的擬合曲線作為基線，用原始的光譜曲線減去基線得到校正后的光譜曲線。

43、進(jìn)一步地，所述的高光譜相機(jī)配套有光源進(jìn)行補(bǔ)光，光源的光譜范圍為400-1000納米之間，相機(jī)與光源搭載在隧道口上方，對(duì)隧道口路面進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。

44、進(jìn)一步地，所述的降維操作如下：

45、假設(shè)有m個(gè)樣本，h?m×n×j為每個(gè)樣本高光譜數(shù)據(jù)，其中m,n代表單個(gè)波段圖像的長度，j代表總的波段數(shù)目，xi＝(x1,x2…,xj)，代表不同得波段圖像。首先對(duì)所有波段去均值，重新得到一組新的特征：

46、

47、求其協(xié)方差矩陣：

48、

49、其中，每個(gè)協(xié)方差按照下式計(jì)算：

50、

51、按照下式求c的特征值與特征向量：

52、cu-λu＝0

53、選擇最大的前k個(gè)特征值與其對(duì)應(yīng)的k個(gè)特征向量，將這k個(gè)特征向量當(dāng)作新的投影軸，得到降維后的新的k維特征。對(duì)于每一個(gè)樣本，新的特征由下式計(jì)算：

54、

55、進(jìn)一步地，所述的網(wǎng)絡(luò)為改進(jìn)的yolov8的目標(biāo)檢測(cè)模型，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路的路面情況，當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)出異常區(qū)域的位置信息，并將位置信息輸出給分析模塊。

56、進(jìn)一步地，所述的分析模塊對(duì)輸出位置的光譜信息進(jìn)行分類處理，分析路面的狀況，具體如下：

57、c1…j為檢測(cè)到的異常區(qū)域的連續(xù)光譜數(shù)據(jù)，si為數(shù)據(jù)庫中已知不同路面情況的光譜數(shù)據(jù)，則分別計(jì)算c1…j與每條s1-i曲線的距離，距離最近的路面狀況為預(yù)測(cè)所得的路面狀況，采用的距離公式為歐式距離，公式如下：

58、

59、其中，i代表不同的路面情況，j代表波段的數(shù)量。

60、對(duì)得到的di進(jìn)行小到大進(jìn)行排序，則最小di對(duì)應(yīng)的路面類型為最終分析得到的結(jié)果。

61、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上第一方面所述的隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的步驟。

62、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上第一方面所述的隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的步驟。

63、本發(fā)明提出的隧道口暗冰監(jiān)測(cè)預(yù)警方法利用高光譜相機(jī)采集隧道道路路面狀況，聯(lián)合空間信息與光譜信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道口暗冰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，對(duì)隧道口道路交通事故高發(fā)段的安全具有較高的提升效果。