高速公路天气监测、事件预测及专网系统应用研究

发布时间：2020-08-12 22:43

【摘要】：目前,我国高速公路总里程逾13.6万公里,其三大要素在于安全、绿色、畅通。对江苏而言,影响交通安全的主要因素为能见度、“黑冰”等不良天气。充分利用沿线已有的监控视频,实时监测解析,间接预测交通事件,是预防事故、保障安全、提升管理的重要手段。鉴于高速公路具有区域广、范围大、管理要素复杂的特点,云计算、大数据、分层动态地图技术具有“用武之地”。为此,论文结合多项省部级科研项目,基于既有监控视频,专题研究高速公路运行环境、预测交通事件、构建智能交通集成应用示范。论文描述了国内外高速公路监测的现状,分析了高速公路事故的成因,研究了道路能见度视频监测、雨雪冰实时监测、交通事件间接检测等方法,解析了实验结果;在阐述算法机理的基础上,给出了 ELM-AID交通事件检测算法和H-ELM交通事故预测算法及其技术实现;丰富了 LDM3(Local Dynamic Map/Multimedia/Management)区域分布·动态·地图/多媒体/管理这一 ITS智能交通集成体系架构。其中:在研究已有能见度检测算法的基础上,为缓解局部最优解和噪声敏感问题,提出了迹范数道路能见度检测算法,经对比实验,所提算法具有较好的鲁棒性和检测精度;考虑到单一技术手段或方法在道路结冰检测方面存在检测精度、稳定性不够好的问题,采用综合光、热流、温度和电容检测等多种技术与手段的路表面结冰检测方法和装置;综合采用室内模拟场景和现场实际场景的摩擦系数实验,研究了轮胎与沥青路面在不同相态的水作用下的接触摩擦系数,并给出了两者之间的阶梯式下降关系;鉴于ELM算法具有极限运算能力和良好的泛化性能,研究了 ELM-AID交通事件检测算法,并通过ELM-AID与BP检测模型的比较研究,验证了 ELM-AID在检测准确度和运算速度方面的优势;针对单隐层ELM可能会出现过拟合的问题,研究了多层架构的H-ELM算法,并构建了相应的预测模型,通过两种交通事件预测比较,表明H-ELM在预测效率方面具有较大的优越性;鉴于大数据和云计算技术发展趋于成熟,研究了信息汇聚的的多时空综合路网数据处理方法。采用Hadoop和Spark等主流大数据平台,构建相应的智能交通大数据存储模型和分布式存储系统、以及分布并行计算系统平台,形成了较为完整的智能交通信息系统整体构架和系统解决方案。论文的创新点或特点在于:●提出了迹范数道路能见度检测算法。其缓解了局部最优解和噪声敏感问题,简化了参考物标定,实验表明,该算法相对于视频亮度特征点算法和路面固有亮度估算算法的检测准确率平均提高了近10%,计算用时却降低了逾20%,检测效率更高;●提出了一种道路结冰综合检测方法。其综合采用光、热流、温度和电容检测手段,解决了单一技术手段检测精度不够高、稳定性不够好等问题,提高了结冰检测的精度和准确度;●提出了 ELM-AID事件间接检测模型及多层架构的H-ELM事故预测模型。前者相对于传统的BP神经网络具有良好的分类性能和极限的计算能力,运算速度提高了百倍,而后者兼具无监督特征学习和有监督的特征分类,更加适用于海量数据和云计算环境;●优化了 LDM3智能交通集成系统架构。其采用Hadoop和Spark等主流大数据平台,以交通大数据分布式存储与并行计算,丰富了信息汇聚层内涵,形成了较为完整的智能交通信息系统整体构架和系统解决方案。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U492.8
【图文】：

２０１３年，我国高速公路通车总里程达１０．４万公里，超过美国跃居世界逡逑第一。２０１７年底，我国高速公路总里程己突破１３．６万公里，发展速度举世瞩目。逡逑图１－１为过去１８年来我国高速公路通车里程图，数据是根据国家数据网发布的逡逑历年通车里程数据统计得到ｍ。逡逑１５逡逑：一逡逑２０００邋２００１邋２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７；｜－：逡逑阁丨－丨２０００－２０１７年全国高速公路通车里程逡逑“十三五”期间，中国高速公路投资仍将延续增长势头，全国高速公路将新增逡逑通车里程４．６万公里，到２０２０年，高速公路通车里程将达１６．９万公里，增长率逡逑约３７％。其中，内蒙古、广东、广西、甘肃、河北等五省份新增高速公路将超过逡逑２６００公里。逡逑３００００逡逑＿逦Ｂ逦２５０００逡逑■逦２８Ｈ．９９逡逑■逦■逦２４１．０７逦Ｖ逦２００００逡逑４邋＾＾逦１１逦Ｅ：逡逑２００６化邋２００７（丨：２００８年邋２００９年邋２０１０（丨：２０１１邋丨丨（２０１２￥邋２０１３年邋２０１４’４：邋２０１５￥逡逑图１－２近１０年来汽车驾驶人数逡逑１逡逑

逑ｇ：ｐ￣逦｜＝逡逑图１－５宁沪高速某段事故月报逡逑交通事故除呈现明显的月变化特征外，在一天中也具有明显的日变化特征，逡逑如图１－６所示。凌晨和午后３－５时通常是事故高发时段，这是因为，凌晨时段容逡逑易下雾，路面易结霜，温度较低时易形成冰雪混合路面，而午后３－５时，夏季路逡逑面温度较高，容易爆胎，司驾人员在该时段容易犯困，疲劳驾驶的情形较多，行逡逑车安全危险指数增加。逡逑３０邋｜逦逡逑１２０邋Ｉ邋＾逦逦逦逡逑１邋２邋３邋４邋５邋６邋７邋８邋９邋１０邋１１邋１２邋１３邋１４邋１５邋１６邋１７邋１８邋１９邋２０邋２１邋２２邋２３邋２４逡逑时数逡逑图１－６宁沪高速某段事故日报逡逑５逡逑

图１－５宁沪高速某段事故月报逡逑交通事故除呈现明显的月变化特征外，在一天中也具有明显的日变化特征，逡逑如图１－６所示。凌晨和午后３－５时通常是事故高发时段，这是因为，凌晨时段容逡逑易下雾，路面易结霜，温度较低时易形成冰雪混合路面，而午后３－５时，夏季路逡逑面温度较高，容易爆胎，司驾人员在该时段容易犯困，疲劳驾驶的情形较多，行逡逑车安全危险指数增加。逡逑３０邋｜逦逡逑１２０邋Ｉ邋＾逦逦逦逡逑１邋２邋３邋４邋５邋６邋７邋８邋９邋１０邋１１邋１２邋１３邋１４邋１５邋１６邋１７邋１８邋１９邋２０邋２１邋２２邋２３邋２４逡逑时数逡逑图１－６宁沪高速某段事故日报逡逑５逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 夏敏洁;曹杰;周文君;;气象条件与南京地区道路交通事故量的分析[J];气象科学;2014年03期

2 郭尚书;齐文新;齐宇;;基于暗通道先验的视频能见度测量方法[J];计算机与数字工程;2014年04期

3 钱莉;安颖颖;赵德强;;乌鞘岭高速公路路段多发交通事故的气象条件分析[J];干旱气象;2014年02期

4 李淞;李晓浩;田晓婷;李福才;张建华;;历史趋势法和McMaster算法及其融合[J];信息技术与标准化;2013年12期

5 杨娴;李勃;丁文;陈启美;;基于路面亮度特征估算的视频能见度检测系统[J];上海交通大学学报;2013年08期

6 常峰;陈晓婷;肖明霞;蒋薇薇;;数字摄像能见度仪的能见度算法设计及实现[J];微型机与应用;2013年09期

7 成孝刚;安明伟;阮雅端;陈启美;;基于变分的盲图像复原质量评价指标[J];自动化学报;2013年04期

8 张潇;李勃;陈启美;;基于亮度特征的PTZ视频能见度检测算法及实现[J];仪器仪表学报;2011年02期

9 陈钊正;陈启美;;基于摄像机自标定的视频对比度能见度检测算法与实现[J];电子与信息学报;2010年12期

10 安明伟;陈启美;郭宗良;;基于路况视频的气象能见度检测方法与系统设计[J];仪器仪表学报;2010年05期

本文编号：2791121