AI驱动的道路可变情报板智能管理装置与方法与流程

本发明涉及可变情报板的智能运维，具体为ai驱动的道路可变情报板智能管理装置与方法。

背景技术：

1、道路可变情报板的运维，目前依靠机电运维作业人员定期上路巡检，或者通过就近的摄像机进行远程查看，期间也会通过外场作业人员或者社会公众发现提醒，以实时掌握情报板系统的显示是否正常，自动巡检方面，尽管存在通过对led电子屏电流电压的监测来推算模组故障的方案，但因为基于与正常模式下的比对而推算故障的存在和大致情况，如死灯率，但无法直接、明晰、真实且准确的描述故障的类型、规模和严重程度，可能导致问题未能及时解决，影响道路信息的准确性和可靠性，也无法指导运维人员有效开展维修维护的进行具体的工具和备品备件准备，道路可变情报板的信息安全防护，目前依靠使用加密技术确保情报板前端与中央控制系统之间的通信安全，防止数据被窃取或篡改，同时通过加强访问控制，限制对情报板系统的物理和逻辑访问，只允许授权人员对系统进行配置和管理。

2、但是，传统的道路可变情报板的运维存在以下缺点：

3、由于主动人工巡检需要耗费较大的人力财力但效率低下，而自动点检技术无法满足情报板的业务管理需求，且情报板系统受环境气候因素和服役年限的影响，故障率相较其他机电信息化系统始终较高，一线运维作业人员对智能运维的需求较为迫切。

4、道路可变情报板的信息安全防护方式依赖管理人员的安全素质，对误操作或者恶意操作无法起到有效的终端防护，存在一定的管理失控而导致的情报板系统错误播发造成极恶劣社会影响的运营风险。

5、此外，在运维与信息安全防护方面，因为在役可变情报板系统的产品配置、技术路线、协议标准、兼容性、支持度方面都存在较大的差异，运营单位想要进行统一的提升改造和升级都存在较大的实施难度和阻力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供ai驱动的道路可变情报板智能管理装置与方法，以解决上述背景技术中提出的由于主动人工巡检需要耗费较大的人力财力但效率低下，而自动点检技术无法满足情报板的业务管理需求，且情报板系统受环境气候因素和服役年限的影响，故障率相较其他机电信息化系统始终较高，一线运维作业人员对智能运维的需求较为迫切，道路可变情报板的信息安全防护方式依赖管理人员的安全素质，对误操作或者恶意操作无法起到有效的终端防护，存在一定的管理失控而导致的情报板系统错误播发造成极恶劣社会影响的运营风险，此外，在运维与信息安全防护方面，因为在役可变情报板系统的产品配置、技术路线、协议标准、兼容性、支持度方面都存在较大的差异，运营单位想要进行统一的提升改造和升级都存在较大的实时难度和阻力的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：ai驱动的道路可变情报板智能管理装置，包括中央管理系统平台、边缘控制软件、ai监视相机、ai运维主机、环境监测传感器和定制支架，所述中央管理系统平台由中央控制管理模块组成，所述边缘控制软件部署在ai运维主机内，所述ai监视相机由采集模块、存储模块和图像识别模块组成，所述ai运维主机由策略执行模块、故障诊断模块、存储模块、图像识别模块和比对分析模块组成，所述环境监测传感器设备由环境监测模块组成；

3、所述采集模块是通过高分辨率摄像头实时捕获清晰的情报板图像，为后续的图像处理和分析提供图像数据，所述存储模块提供全面且高效的数据管理框架，确保系统运行所需的关键数据安全、稳定且快速访问，所述图像识别模块是在确保捕获图像质量满足分析要求的条件下，用于高效准确识别情报板的显示故障和文字内容，所述比对分析模块负责分析和比对采集到的图像及数据，以确保情报板的显示内容准确无误且及时更新，所述策略执行模块负责在系统检测识别到异常情况时，按照预案级别执行相应的应急响应策略，所述故障自诊断模块负责持续本发明系统自身的运行状态，以确保系统的稳定和安全运作，核心目的是提前识别和响应本系统发生的故障、损害或遭受的攻击，避免这些问题对情报板系统的正常运行造成影响，所述环境监测模块用于监测情报板运行的环境条件，为系统的核心功能提供关键支持，通过收集和分析环境数据，不仅辅助故障识别和分析，还优化识别算法的参数设置，同时为运维人员提供评估和决策的依据，所述中央控制管理模块整合和管理所有子系统的数据和操作，不仅作为系统的人机交互界面，还用作支撑系统的高效运行和安全性。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述采集模块包括动态范围优化hdr单元、自动曝光补偿aec单元、算法稳定单元、摄像单元、图像稳定单元、自清洁功能单元，所述动态范围优化hdr单元抓拍获取清晰的情报板显示内容，确保捕获到的图像在保持背景细节，所述自动曝光补偿aec单元以应对顺光或逆光条件下的光照挑战，通过自动调整摄像头的曝光参数提高被逆光照射对象的清晰度，所述算法稳定单元引入了噪声降低算法和光学图像稳定技术，在低照度或夜间条件下显著提高高亮图像的清晰度和质量，所述噪声降低算法基于信号的频率特性，通过分析信号频谱中的噪声与信号的差异，将噪声成分从信号中分离出来，实现噪声的消除，所述摄像单元采用宽动态范围摄像头和红外滤波器配合夜视技术，有效处理极端光照条件下的图像捕获问题，同时通过软件层面的图像对比度增强和色彩校正算法进一步优化图像质量，所述软件层面的图像对比度增强和色彩校正算法具体为线性增强法和非线性增强法，所述图像稳定单元应对由风力、交通振动或其他外部因素引起的摄像机抖动，集成了先进的防抖动技术包括光学和电子图像稳定系统，有效地补偿轻微的摇晃和震动，确保捕获到的图像始终保持稳定和清晰，自清洁功能单元通过自动清洗机制和防污涂层，保持相机镜头的清洁，从而避免因污垢导致的图像质量下降，支持定期和按需启动，确保相机镜头在长时间运行中保持清洁。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述存储模块包括数据存取管理系统、显示故障特征库、信息发布预置库和异常事件数据库，所述数据存取管理系统负责安全存储采集到的高清图像数据，并为图像处理和分析模块提供快速、高效的数据访问，利用先进的数据库技术和优化的数据结构，确保数据的即时可用性和高效存取，所述显示故障特征库作为一个专门的数据库，收录了经过学习和标记的情报板显示故障样本，为图像识别模块提供了丰富的参考资源，支持其高精度的故障检测和分析，所述信息发布预置库预定发布的情报板文字信息，作为信息一致性校验的基准，确保了信息发布的准确性和及时性，是信息发布管理的关键组成部分，所述异常事件数据库记录并储存了所有由系统检测到的异常事件和故障信息，为中央管理控制系统提供了重要的历史事件记录，支持故障分析、趋势预测和维护决策。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述图像识别模块包括图像质量评估单元、显示故障ai检测单元和字符ai识别单元，所述图像质量评估单元内设有一个评估捕获图像质量的系统，用于对分析的图像清晰度和可靠性进行评估，根据评估结果选择执行分析或启用，从而提高整个系统的准确性和可靠性，所述显示故障ai检测单元基于efficientnet深度学习模型架构，用于高效准确地识别和分类显示故障，如坏点、花屏、死灯和色彩失真，efficientnet的核心复合缩放策略，通过公式来优化网络的深度d、宽度w和输入分辨率r，其中α，β，γ是经验性的常数，用于控制不同维度的扩展，而是一个超参数，用于控制整体网络规模，在故障检测流程中，首先对采集的图像进行预处理，包括标准化和噪声过滤步骤，以提升模型的鲁棒性，预处理后的图像数据输入到efficientnet模型中，进行特征提取，模型每层卷积后应用批量归一化和swish激活函数，其中μ和σ2是批量数据的均值和方差，γ和β是学习的缩放和平移参数，故障类型的识别通过一个softmax层实现，将模型输出的logits转换为不同类别的概率，这一过程使用交叉损失函数来优化，其中y是真实标签的独立编码，是模型的预测概率，这种方法使模型更准确地预测每种故障类型的概率，字符ai识别单元结合道路可变情报板场景特征设计，采用深度学习技术结合光学字符识别方法，通过卷积神经网络和长短期记忆网络处理和解析文字内容，图像预处理步骤，包括灰度化、二值化和透视变换，是为了标准化图像并减少复杂性，为后续的特征提取提供基础，预处理后的图像通过cnn层进行特征提取，其中多层卷积和池化层捕获图像中的关键文字特征，特征被传递到lstm层后，采用lstm门控机制，该机制使得lstm有效地捕捉字符序列中的长距离依赖，其中，遗忘门：控制着从单元状态中丢弃的信息量；输入门：决定新信息的加入；单元状态的更新通过实现，此处是当前时刻的单元状态，字符的最终识别通过适用于自由形式的连接时序分类(ctc)损失数实现，允许模型生成未对齐的字符序列，并将其映射到最终的文本输出。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述比对分析模块包括实时数据比对单元、故障模式分析单元和异常事件检测单元，所述实时数据比对单元用于对情报板实际显示的内容与信息发布预置库中的预定内容进行实时比对，以确保显示信息的一致性和准确性，防止错误信息的传播和提高道路安全，比对算法利用自然语言处理技术对字符识别两个ai分析模块提取的文本和预设的信息内容进行深度比对，包括两个关键步骤：文本匹配和语义分析，在文本匹配阶段，算法使用编辑距离算法序列比对技术，其数学表达为d(i,j)＝min(d(i-1,j)+1,d(i,j-1)+1,d(i-1,j-1)+cost)，其中d(i,j)表示子字符串之间的编辑距离，用于量化实际显示内容和预设内容之间的差异，在语义分析阶段，采用基于bert的语义相似度评估技术，以确保即使在文本表面上的微小差异下，内容的意义仍保持一致，为实时更新和调整比对参数，确保算法适应不同的情报板类型和显示内容，单元额外设计有反馈调整机制，通过自适应学习机制收集比对结果和用户反馈，进一步增强了比对准确性和灵活性，所述故障模式分析单元用于分析由显示故障ai检测单元识别的各类故障，通过对捕获的故障图像和显示故障特征库中的数据进行比对，识别出特定的故障模式和常见的问题趋势，以便于系统预测和防范未来发生的故障，提升系统的整体稳定性和可靠性，所述异常事件检测单元负责识别和标记所有异常的显示或变化，包括意外的内容更新、格式错误或未经授权的内容变更，通过实时监测这类异常事件，系统迅速响应潜在的问题，并采取措施来解决。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述策略执行模块包括应急切断单元、远程运维控制单元和预防性维护单元，所述应急切断单元在遭受信息安全威胁或严重故障时，立即启动切断情报板电源以停止情报板工作的应急预案，防止不法信息的传播和导致的恶劣社会影响，所述远程运维控制单元允许运维人员根据预案或者运维实际远程控制情报板系统的电源供应，以实现远程运维和故障下重新启动功能，所述预防性维护单元根据故障模式分析和趋势预测，由情报板运维人员开展实施预防性维护策略，以减少未来的故障风险。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述故障自诊断模块包括实时故障监测单元、安全威胁识别单元、自动故障诊断修复单元、故障预警报告单元、历史故障记录分析单元，所述实时故障监测单元持续监控本发明系统的关键组件和功能，包括数据传输、处理能力和响应机制，及时识别任何性能下降、异常行为或潜在的故障迹象，所述安全威胁识别单元具备识别潜在安全威胁的能力，如恶意攻击或未授权访问尝试，确保系统的数据安全和完整性，自动故障诊断修复单元在检测到故障时，尝试进行自动诊断并实施基本的修复措施，以尽量减少系统停机时间和维护干预，所述故障预警报告单元在发现任何重要的故障或安全问题时，单元会生成故障报告并向监控管理人员发出预警，确保及时采取相应的维护和保护措施，所述历史故障记录分析单元记录所有检测到的问题和所采取的措施，为系统优化和风险管理提供数据支持。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述环境监测模块包括气象条件监测单元、光照条件监测单元和声音振动监测单元，所述气象条件监测单元包括温度、湿度、风速、风向气象数据，以上气象数据对于评估情报板的物理状况和预测潜在的天气相关故障至关重要，所述光照条件监测单元用于监测周围的光照条件，确保情报板在不同光照环境下都能维持良好的可见性，同时设置抓拍摄像机参数以便取得较高质量的图像数据，所述声音振动监测单元捕捉周围环境的声音和振动数据，用于识别对情报板运行造成干扰的外部因素并辅助及时进行调整。

11、作为本发明的一种优选技术方案，中央控制管理模块包括集成控制界面单元、数据与操作管理单元、智能运维支持单元和系统安全保障单元，所述集成控制界面单元提供一个全面的用户界面，使运维人员实时监控系统的整体状态，包括所管理情报板的实时监控视频墙、图像识别模块分析结果、环境监测模块数据以及故障自诊断模块的诊断信息，这种集成视图使得运维团队迅速理解系统的运行情况，并进行必要的操作，所述数据与操作管理单元为系统的枢纽，负责协调各个子模块，如故障自诊断、环境监测和图像识别，确保各模块协同工作以优化整个系统的性能，所述智能运维支持单元基于各子系统提供的综合信息，制定相应的运维和响应策略，智能引导和优化情报板的维护和管理，如基于故障诊断结果进行预防性维护和快速故障响应，所述系统安全保障单元负责确保系统的整体安全性，包括防范网络攻击、管理用户权限和处理安全事件，以保护系统的数据安全和维护其稳定运行。

12、本发明ai驱动的道路可变情报板智能管理方法，包括以下步骤：

13、步骤一、信息采集：采集模块对情报板本体的环境进行采集；

14、步骤二、故障检测：首先对采集的图像进行预处理，包括标准化和噪声过滤，以提升模型的鲁棒性，预处理后的图像数据输入到efficientnet模型中，进行特征提取；模型每层卷积后应用批量归一化和swish激活函数，其中μ和σ2是批量数据的均值和方差，γ和β是学习的缩放和平移参数，故障类型的识别通过一个softmax层实现，将模型输出的logits转换为不同类别的概率，这一过程使用交叉损失函数来优化，其中y是真实标签的独立编码，是模型的预测概率；

15、步骤三、比对分析：在文本匹配阶段，算法使用编辑距离算法序列比对技术，其数学表达为d(i,j)＝min(d(i-1,j)+1,d(i,j-1)+1,d(i-1,j-1)+cost)，其中d(i,j)表示子字符串之间的编辑距离，用于量化实际显示内容和预设内容之间的差异，在语义分析阶段，采用基于bert的语义相似度评估技术，以确保即使在文本表面上的微小差异下，内容的意义仍保持一致，为实时更新和调整比对参数，确保算法适应不同的情报板类型和显示内容；

16、步骤四、执行策略：根据比对分析的结果生成最优处置策略并执行。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、系统通过集成多个高效的子模块，利用先进的ai技术和物联网技术，实现了对情报板状态的实时监控和分析，系统不仅准确识别和响应故障，还能预测和预防潜在问题，确保情报板的持续稳定运行，此外，通过提供远程控制和自动化的运维支持，系统大幅提高了运维效率和响应速度，同时确保了信息的安全和准确传递，本发明为道路可变情报板的运维和安全防护提供了一种创新且高效的方法，这对于提升智慧交通系统的性能和可靠性具有重要意义；

19、2、实现道路可变情报板的远程自动化运维，包含故障的自动监测发现与实时告警；实现道路可变情报板实际发布的信息内容实时审核；实现道路可变情报板的信息安全管控；实现道路可变情报板的应急管理；实现道路可变情报板显示状态可视化监控，直观高效；系统具有较高的独立性、灵活性、兼容性和适用性，适于新建、改造与提升；不改变原有系统的网络、发布管理，以及网络信息安全配置；基于更新的人工智能算法与智能物联控制预案，在满足高度自动化与智能化的同时，不断优化升级；与其他系统联动的支持程度高，内置多种预案，适配丰富多样的管理模式。