一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，该监测预警系统包括前端分布式一体化多要素气象监测节点及后端云平台两部分，两者建立网络通信；前端分布式一体化多要素气象监测节点通信连接有传感模块、网络传输模块、视频监控模块、电源模块；传感模块采集原始气象数据上传至网络传输模块中，网络传输模块进行数据预处理后发送至后端云平台。后端云平台包括监测数据接收/处理模块、数据库、监测系统配置和管理模块、数据可视化模块、预警预报模块、多用户配置及权限管理模块、GIS模块、视频监控模块；后端云平台通过网络通信实现监测预警系统与用户的交互式管理，能够实现多部门多方及时决策、及时响应，减少因高速公路气象问题引发的交通事故。公路气象问题引发的交通事故。公路气象问题引发的交通事故。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统


[0001]本专利技术涉及监控预警系统
，特别是一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统。

技术介绍

[0002]在我国高速公路建设飞速发展的同时，恶劣天气影响下的公路交通安全问题日益突出。《交通运输安全生产事故报告(2019年)》指出：极端天气对交通安全的影响不容忽视。高速公路交通安全与气象条件关系密切，其中强风、大雾、降雨是影响公路行车安全的主要气象因素，为了最大限度地减少气象灾害对高速公路交通的不利影响，降低高速公路的自然受灾受损程度，建立稳定可靠的高速公路交通气象信息实时监测预警体系是十分必要的。从我国当前高速公路气象监测预警系统的实际使用情况来看，目前主要存在如下问题：1)定性监视多，定量检测不足。2)受限于传统网络架构技术，导致气象监测站密度过低。3)监测模式单一、信息分散、系统实用性不强。4)监测成果分析、信息分享能力不足，信息发布手段单一、决策传达滞后。5)当前的监测系统缺乏对多个气象要素监测数据的综合分析及综合判断。6)监测系统所使用的传感器大都含有机械结构，长期运行可靠性较低，易出现机械故障导致测值误差大、维护工作量大等缺陷。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，本专利技术拟根据高速公路气象监测的需求并结合规范，并充分利用物联网、云计算等新技术，形成一套技术先进、稳定可靠、高效实用的高速公路气象监测预警系统。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一方面，该监测预警系统包括前端分布式一体化多要素气象监测节点及后端云平台两部分，所述前端分布式一体化多要素气象监测节点与后端云平台建立网络通信；所述前端分布式一体化多要素气象监测节点根据高速路段复杂情况，设置多个监测节点，各监测节点之间通过网络连接，每一个通信前端分布式一体化多要素气象监测节点连接有传感模块、网络传输模块、视频监控模块、电源模块，所述传感模块由传感器整合而成，包括风速传感器、风向传感器、能见度传感器、降雨量传感器、温度传感器、气压传感器、相对湿度传感器，分别用于采集风速、风向、能见度、降雨量、温度、气压、相对湿度七个要素的原始数据，并上传至网络传输模块中，所述网络传输模块进行数据预处理后发送至后端云平台，所述视频监控模块同步采集现场视频上传至后端云平台，所述电源模块为前端分布式一体化多要素气象监测节点提供稳定电源；所述后端云平台包括监测数据接收/处理模块、数据库、监测系统配置和管理模块、数据可视化模块、预警预报模块、多用户配置及权限管理模块、GIS模块、视频监控模块；
[0005]所述监测数据接收/处理模块用于接收前端分布式一体化多要素气象监测节点上传至数据库中的信息后，将原始数据进行处理，形成能见度、风速、雨量、横风风压的监测成果值，将计算的监测成果值储存到数据库中；所述数据库用于接收前端分布式一体化多要
素气象监测节点的原始数据、存储和处理监测数据接收/处理模块、监测系统配置和管理模块、数据可视化模块、预警预报模块、多用户配置及权限管理模块、GIS模块、视频监控模块中的数据，实现数据通信和处理；所述监测系统配置和管理模块用于用户与系统的交互，以配置文件的形式将输入的各种配置参数储存于数据库中；所述数据可视化模块用于将处理后的监测数据进行可视化呈现；所述预警预报模块用于将数据库中的监测成果值与多级预警阈值对比，再发布对应的预警信息；所述多用户配置及权限管理模块用于多个用户的操作权限及配置设置；所述GIS模块用于加载公路沿线GIS图层三维模型实现公路GIS、气象监测信息融合；所述视频监控模块用于从流媒体服务器中调用监控视频到终端，还用于通过API接口实现对现场监控设备的控制。
[0006]作为优选，所述传感模块由非机械结构式的传感器整合而成。
[0007]作为优选，所述网络传输模块包括4G/5G通信、LoRa组网通信和/或公路沿线已建成的有线网络链路传输。
[0008]作为优选，所述电源模块的供电方式包括市电接入供电或太阳能充电储电接入供电。
[0009]作为优选，所述预警预报模块与车载GPS导航系统通信连接，所述车载GPS导航系统接收来自预警预报模块发送的预警信息。
[0010]作为优选，所述监测系统配置和管理模块包括监测项参数配置单元、预警预报配置单元、气象监测节点采集模式配置单元、视频监控单元和三维模型配置单元。
[0011]另一方面，还包括一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统的预警方法，该高速公路交通安全气象物联网监测预警系统包括前端分布式一体化多要素气象监测节点与后端云平台网络通信的两部分，所述方法包括以下步骤：
[0012]第一步骤(S1)中，前端分布式一体化多要素气象监测节点采集风速、风向、能见度、降雨量、温度、气压、相对湿度七个要素的原始数据发送给后端云平台的数据库；
[0013]第二步骤(S2)中，监测数据接收/处理模块读取数据库中数据，计算能见度、风速、雨量、横风风压监测成果值，根据能见度、风速、雨量、横风风压监测成果值与各自的预设阈值进行对比计算出单要素预警等级数据，再将单要素预警等级数据进行整合计算得到多种要素成果值多要素成果值与预设多要素分级阈值进行综合对比评价，得到综合的预警等级后，将该数据发送到数据库中；
[0014]第三步骤(S3)中，数据库将数据发送给预警预报模块，预警预报模块判断是否超过报警阈值，若超过阈值则触发预警，预警预报模块将预警信息推送至高速公路综合管理部门。
[0015]作为优选，所述横风风压计算方式为：
[0016]1)输入：高速公路走向方位角θ1、气象监测节点传感器安装高度(高程)z、高速公路气象监测站所处纬度
[0017]2)从数据库中读取：风速(V)、风向(θ2)、温度(t)、气压(P)监测成果值。
[0018]3)计算修正后的空气密度ρ
z
：
[0019][0020][0021]ρ0——基于理想气体状态方程经温度及气压修正后的大气密度(单位kg/m3)；
[0022]ρ
z
——气象监测节点传感器安装高度(高程)z处的大气密度(单位kg/m3)；
[0023]P——气压监测值，(单位：hPa)
[0024]T——温度监测值换算为热力学温度，T＝t+273.15(单位：K)，
[0025]z——气象监测节点传感器安装高度(高程)z，(单位：m)
[0026]z0——均质大气厚度，取8000m
[0027]4)计算横风分量值
[0028]V0*sin(|θ
2-θ1|)
[0029]V0——风速垂直于公路走向的分量值，单位：m/s
[0030]V——风速监测成果值，单位：m/s
[0031]θ2——风向方位角监测成果值，单位：
°
[0032]θ1——高速公路走向方位角，单位：
°
[0033]5)计算横风风压
[0034][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：该监测预警系统包括前端分布式一体化多要素气象监测节点及后端云平台两部分，所述前端分布式一体化多要素气象监测节点与后端云平台建立网络通信；所述前端分布式一体化多要素气象监测节点通信连接有传感模块、网络传输模块、视频监控模块、电源模块，所述传感模块由传感器整合而成，包括风速传感器、风向传感器、能见度传感器、降雨量传感器、温度传感器、气压传感器、相对湿度传感器，分别用于采集风速、风向、能见度、降雨量、温度、气压、相对湿度七个要素的原始数据，并上传至网络传输模块中，所述网络传输模块进行数据预处理后发送至后端云平台，所述视频监控模块同步采集现场视频上传至后端云平台，所述电源模块为前端分布式一体化多要素气象监测节点提供稳定电源；所述后端云平台包括监测数据接收/处理模块、数据库、监测系统配置和管理模块、数据可视化模块、预警预报模块、多用户配置及权限管理模块、GIS模块、视频监控模块；所述监测数据接收/处理模块用于接收前端分布式一体化多要素气象监测节点上传至数据库中的信息后，将原始数据进行处理，形成能见度、风速、雨量、横风风压的监测成果值，将计算的监测成果值储存到数据库中；所述数据库用于接收前端分布式一体化多要素气象监测节点的原始数据、存储和处理监测数据接收/处理模块、监测系统配置和管理模块、数据可视化模块、预警预报模块、多用户配置及权限管理模块、GIS模块、视频监控模块中的数据，实现数据通信和处理；所述监测系统配置和管理模块用于用户与系统的交互，以配置文件的形式将输入的各种配置参数储存于数据库中；所述数据可视化模块用于将处理后的监测数据进行可视化呈现；所述预警预报模块用于将数据库中的监测成果值与多级预警阈值对比，再发布对应的预警信息；所述多用户配置及权限管理模块用于多个用户的操作权限及配置设置；所述GIS模块用于加载公路沿线GIS图层三维模型实现公路GIS、气象监测信息融合；所述视频监控模块用于从流媒体服务器中调用监控视频到终端，还用于通过API接口实现对现场监控设备的控制。2.根据权利要求1所述的一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：所述传感模块由非机械结构式的传感器整合而成。3.根据权利要求1或2所述的一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：所述网络传输模块包括4G/5G通信、LoRa组网通信和/或公路沿线已建成的有线网络链路传输。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：所述电源模块的供电方式包括市电接入供电或太阳能充电储电接入供电。5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：所述预警预报模块与车载GPS导航系统建立网络通信，所述车载GPS导航系统接收来自预警预报模块发送的预警信息。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：所述监测系统配置和管理模块包括监测项参数配置单元、预警预报配置单元、气象监测节点采集模式配置单元、视频监控单元和三维模型配置单元。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种高速公路交通安全气象物联网监测预警系统，其特征在于：所述数据库包括监测数据储存单元、系统配置储存单元、预警记录储存单...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡辉，林兴立，胡荣，张世元，
申请(专利权)人：广州翰南工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：