本发明属于高速公路能见度监测技术领域，尤其涉及一种实时监测高速公路路网整体能见度的系统及方法。
背景技术：
高速公路的能见度对交通安全具有直接影响作用，低能见度引发了无数的交通事故，也带来了巨大的人员伤亡与财产损失。从高速公路安全管理角度而言，根据能见度的不同情况采取不同的管理措施是保证高速公路安全通行的重要方法。对于能见度的应对措施，无论何种应对措施，最主要的前提是要获取能见度的数据，才能有的放矢的采取应对措施。
现阶段，采取能见度传感器是常用的方法。通过将能见度传感器固定在高速公路路侧，利用光学原理实时采集能见度数据并发回控制中心。这种方法效果较好，但能见度传感器成本太高，只能在为数不多的点位进行布置。我国高速公路路网数量庞大，这种方法只能获取极少数位置的能见度，无法反应整个路网的能见度情况。受限于成本，这种方法在短期内无法大量推广覆盖所有路段。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种实时监测高速公路路网整体能见度的系统及方法，具有投资少、适合规模化推广、智能化、自动化、无需操作且可靠性高的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种实时监测高速公路路网整体能见度的系统，所述系统包括一个控制中心和多个监测能见度的装置，每个监测能见度的装置固定在对应车辆上，所述每个监测能见度的装置包括：安装在车辆前挡风玻璃中央的摄像机，安装在车辆前保险杠中央且朝向车辆前进方向的雷达传感器，安装在车辆发动机舱的arm处理器，安装在车辆方向盘侧面的gps模块，以及4g通讯模块；
所述摄像机的信号输出端与所述arm处理器的第一信号输入端连接，所述雷达传感器的信号输出端与arm处理器的第二信号输入端连接，所述gps模块的信号输出端与所述arm处理器的第三信号输入端连接，所述arm处理器的信号输出端与所述4g通讯模块的信号输入端连接，所述4g通讯模块的信号输出端与控制中心通讯连接。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)在所述每个监测能见度的装置中：
所述摄像机，用于实时采集自车前方的道路图像，并将所述道路图像发送至arm处理器；
所述雷达传感器，用于实时采集自车与每个前方车辆的相对距离和相对速度，并将自车与每个前方车辆的相对距离和相对速度发送至arm处理器；
所述gps模块，用于实时获取自车的经纬度信息，并将自车的经纬度信息发送至arm处理器；
所述arm处理器，用于根据所述摄像机发送的道路图像，获取所述道路图像中每个前方车辆的轮廓，从而确定每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)；
所述arm处理器，还用于根据所述雷达传感器发送的自车与每个前方车辆的相对距离和相对速度，确定速度大于自车速度的每个前方车辆，并获取速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)；
所述arm处理器，还用于对每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)与速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)进行配对，得到被摄像机和雷达传感器同时采集到且速度大于自车速度的相同前方车辆；
所述arm处理器，还用于根据所述相同前方车辆在所述摄像机发送的道路图像中消失前的最后一个采样时刻，将所述雷达传感器在所述最后一个采样时刻发送的该相同前方车辆与自车的相对距离确定为当前道路的能见度；
所述arm处理器，还用于将gps模块发送的自车的经纬度信息以及当前路路段的能见度发送至4g通讯模块；
所述4g通讯模块，用于将arm处理器发送的自车的经纬度信息和当前路段的能见度发送至控制中心。
(2)所述控制中心，用于根据多个监测能见度的装置通过4g通讯模块发送的自车的经纬度信息和当前路段的能见度，统计高速公路路网每个路段的能见度，并将所述高速公路路网每个路段的能见度对该高路公路路网上的车辆通过电子地图进行显示。
(3)所述arm处理器，还用于对每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)与速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)进行配对，得到被摄像机和雷达传感器同时采集到且速度大于自车速度的相同前方车辆，具体为：
摄像机和雷达传感器固定安装在自车之后，摄像机采集的道路图像的坐标系与雷达传感器采集的前方车辆的坐标系存在固定的函数关系；
所述arm处理器获取每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)与速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)中满足所述固定的函数关系的同一个前方车辆的两个坐标，从而确定该两个坐标配对成功，得到被摄像机和雷达传感器同时采集到且速度大于自车速度的同一个前方车辆。
技术方案二：
一种实时监测高速公路路网整体能见度的方法，所述方法应用于如技术方案一所述的系统中，所述系统包括一个控制中心和多个监测能见度的装置，每个监测能见度的装置固定在对应车辆上，其特征在于，所述方法包括：
对于每个监测能见度的装置，其中，
摄像机实时采集自车前方的道路图像，并将所述道路图像发送至arm处理器；
雷达传感器实时采集自车与每个前方车辆的相对距离和相对速度，并将自车与每个前方车辆的相对距离和相对速度发送至arm处理器；
gps模块实时获取自车的经纬度信息，并将自车的经纬度信息发送至arm处理器；
arm处理器根据所述摄像机发送的道路图像，获取道路图像中每个前方车辆的轮廓，从而确定每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)；
所述arm处理器根据所述雷达传感器发送的自车与每个前方车辆的相对距离和相对速度，确定速度大于自车速度的每个前方车辆，并获取速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)；
所述arm处理器对每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)与速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)进行配对，得到被摄像机和雷达传感器同时采集到且速度大于自车速度的相同前方车辆；
所述arm处理器根据所述相同前方车辆在所述摄像机发送的道路图像中消失前的最后一个采样时刻，将所述雷达传感器在所述最后一个采样时刻发送的该相同前方车辆与自车的相对距离确定为当前道路的能见度；
所述arm处理器将gps模块发送的自车的经纬度信息以及当前路路段的能见度发送至4g通讯模块；
4g通讯模块将arm处理器发送的自车的经纬度信息和当前路段的能见度发送至控制中心。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)所述arm处理器对每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)与速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)进行配对，得到被摄像机和雷达传感器同时采集到且速度大于自车速度的相同前方车辆，具体为：
摄像机和雷达传感器固定安装在自车之后，摄像机采集的道路图像的坐标系与雷达传感器采集的前方车辆的坐标系存在固定的函数关系；
所述arm处理器获取每个前方车辆的轮廓中心在道路图像中的坐标(x1，y1)与速度大于自车速度的每个前方车辆的雷达坐标(x2，y2)中满足所述固定的函数关系的同一个前方车辆的两个坐标，从而确定该两个坐标配对成功，得到被摄像机和雷达传感器同时采集到且速度大于自车速度的同一个前方车辆。
(2)所述控制中心根据多个监测能见度的装置通过4g通讯模块发送的自车的经纬度信息和当前路段的能见度，统计高速公路路网每个路段的能见度，并将所述高速公路路网每个路段的能见度对该高路公路路网上的车辆通过电子地图进行显示。
本发明技术方案中涉及到的相关传感器、处理器等在目前汽车上已经得到了广泛的应用，本发明技术方案在推广使用过程中，实际并不需要额外购置这些设备，只需要将本发明的思路方法在车载处理器中运行，即可实现大范围的高速公路路网能见度监测，并且这个过程是全自动化的，无需驾驶人进行任何操作。本发明可以快速、准确的对全国范围的高速公路路网能见度进行监测，应用前景非常广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种实时监测高速公路路网整体能见度的系统中监测能见度的装置的电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种实时监测高速公路路网整体能见度的系统中监测能见度的装置的的安装示意图；
图3为本发明实施例提供的一种实时监测高速公路路网整体能见度的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种实时监测高速公路路网整体能见度的系统，所述系统包括一个控制中心和多个监测能见度的装置，每个监测能见度的装置固定在对应车辆上，参照图1，为本发明实施例提供的一种实时监测高速公路路网整体能见度的装置的电路结构示意图，所述每个监测能见度的装置包括在自车6发动机罩下方空闲处设置有arm9处理器3、arm9处理器3通过导线与外界进行信号传输。arm9处理器7的具体型号为s3c2410。本发明实施例中，前方车辆指位于自身车辆6(即本车)前方的所有其他车辆。
在车辆前挡风玻璃中央固定有摄像机2，参照图2，摄像机2采用胶粘方式固定在自身车辆的前风挡玻璃正中央下方，摄像机2的镜头水平朝向前方，摄像机2用于采集自身车辆前方的道路图像。摄像机2采用中星yjs-01usb2.0摄像机，有效像素为600万。结合图1，摄像机2通过usb数据线连接到arm9处理器3的usb接口，摄像机2用于将采集到的道路图像发送至arm9处理器3。
本发明实施例中，在车辆进气格栅外侧还固定有雷达传感器1(采用细纹螺栓紧固在车辆进气格栅的外侧)，雷达传感器1用于通过向车辆前方发射信号，来探测前方车辆与自车的相对距离、相对角度和相对速度。结合图1，雷达传感器2的信号输出端电连接arm9处理器3的信号输入端。当雷达传感器采集到前方车辆与自车的相对距离、相对角度和相对速度之后，将其发送至arm9处理器。本发明实施例中，上述雷达传感器为esr雷达传感器。
结合图1，本发明中还设置有gps模块4，用于采集自车6的位置信息，具体包括经度和纬度数据。gps模块4的信号输出端电连接arm9处理器3的i/o接口。
本发明实施例中，本发明中还设置有4g通讯模块5。4g通讯模块5电连接于arm9处理器3，用于通过移动通讯网络向控制中心发送数据包。
由于本发明属于车载安全领域，因此需要本发明具有良好的实时性。本发明工作频率设置为10hz，基本可以达到主动安全系统实时性的要求。
结合图3，下面具体说明本发明的一种用于实时监测高速公路路网整体能见度的方法的工作过程：
s1：系统启动后，摄像机实时采集自身车辆前方的道路图像，雷达传感器实时采集自车与前方车辆的相对距离、相对角度和相对速度，gps模块实时采集自车的经纬度信息。利用arm9处理器实时接收来自摄像机的道路图像、来自雷达传感器的相对距离、相对角度和相对速度、以及来自gps模块采集的经纬度信息。
s2：arm9处理器对实时道路图像进行边沿轮廓分析，提取前方车辆的轮廓图像。对每一个车辆轮廓，并计算得到轮廓中心在图像中的坐标(x1，y1)。
s3：arm9处理器对雷达数据进行分析，对每一个前方车辆数据，根据相对速度的正负，剔除前方速度低于自车的车辆，只保留速度快于自车的前方车辆数据。
s4：雷达目标和图像数据配对。对于前方速度快于自车的车辆，雷达返回该车辆的坐标位置(x2，y2)。由于雷达传感器和摄像机同时对前方进行采集，因此对于前方的车辆，只要在雷达和摄像机的监测范围之内，即可同时获取前方车辆的雷达数据(x2，y2)和摄像机数据(x1，y1)。雷达传感器和摄像机固定位置不动之后，(x1，y1)和(x2，y2)之间会存在一定的对应关系，以f(x，y)函数表示。
对于每一次采集得到的1组(x1，y1)和1组(x2，y2)，如果这2组数据属于同一个前方车辆被雷达传感器和摄像机同时采集得到，那么(x1，y1)和(x2，y2)之间应该符合函数f(x，y)。因此，如果(x1，y1)和(x2，y2)之间符合函数f(x，y)，则表示该前方车辆已经被雷达传感器和摄像机同时追踪采集得到，雷达传感器和摄像机的数据配对成功。如果(x1，y1)和(x2，y2)之间不符合函数f(x，y)，配对失败，则放弃该前方车辆的数据。
s5：对于配对成功的前方车辆目标，由于该目标的速度高于自车，因此该目标会逐渐远离自车，并逐渐在图像中消失。在低能见度情况下，目标在图像中消失时，雷达传感器依然可以检测到该目标的数据，并继续返回该目标与自车的相对速度、相对角度和相对距离。
因此，对于配对成功的目标，在后续一段时间内将继续配对成功，直到某一次图像数据消失只剩下雷达数据。此时，将消失前最后一次配对数据取出，获取到该次采样时刻雷达传感器采集到的自车与该目标之间的距离d。d就是得到的该路段能见度数据。
上述这个过程中，本方法只关注200米范围内的车辆。200米外的情况下，图像处理效果不佳，系统不进行处理。能见度超过200米的情况下，道路的运行特性也相对较好，并不需要控制中心采取严格的管理措施。
s6：打包发送能见度数据和经纬度数据。获取到能见度据d之后，微处理器将d值和gps采集到的经纬度数据打包，利用4g通讯模块向控制中心远程实时发送。
s7：对于上述方案，每一辆在高速公路上行驶的车辆都可以成为自车，并且在任何路段都可以采集到能见度数据，因此，当无数个自车在不同路段都将能见度数据发送到控制中心时，控制中心将获取无数多个能见度数据。同时利用和能见度数据一起发送的经纬度数据，控制中心可以快速、准确的对整个高速公路路网的能见度特性进行分析，并通过其他手段向驾驶人提示或者对高速公路进行相应管理。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。