团雾检测方法、系统、装置、存储介质及前端装置

1.本发明属于高速公路检测技术领域，具体涉及一种团雾检测方法、系统、装置、存储介质及前端装置。


背景技术：

2.团雾是秋冬季多发于高速公路附近的小型天气系统。团雾外部通常天气晴朗，而内部能见度却突然下降到非常低，只有十几米甚至几米，具有能见度低、范围小、突发性强等特点。已有研究表明，低于200m的低能见度对高速公路交通安全所造成的影响较大，其中突发团雾产生的危害最大，且最难以预报，发生交通事故的概率比平时高出几倍甚至几十倍。
3.高速公路上的团雾区域性很强，无雾处视线良好，在团雾区域能见度迅速降低，给高速公路安全行车带来极大危害性，容易在车流量较大的高危路段引发连环交通事故，被称为高速公路的“流动杀手”，近年来已造成多起重大连环交通事故。因此，能否实时准确地对高速公路团雾进行检测，并及时发出预警信息对高速公路的安全行车具有重大意义。
4.高速公路团雾范围小，其检测方法不同于传统的气象监测，需要密集布设低成本、低量程的能见度检测器。目前，常见的能见度监测器有透射式和散射式两种。虽然透射式能见度仪在低能见度时性能相当好，但其体积较庞大，安装复杂，价格昂贵，不适用于高速公路团雾的实时监测。散射式能见度仪安装方便，然其在低能见度时测量误差偏高，难以满足高速公路团雾检测需求。
5.近年来，通过数字图像法，利用ccd摄像机的图像直接获取能见度信息，具有结构简单、体积小、成本低、组网方便等优点获得了学术界和工业界的广泛关注。而传统的数字图像法存在着白天和夜间两种不同的工作模式，并且需要一个基准作为参照，例如通过人工在远处固定放置一个清晰可辨识的参照基准或检测路面上的标志线为参照物，这实际限制数字图像法在高速公路团雾检测中的应用。因此，如何在低能见度量程范围内实现全天候、无需基准参照解决高速公路团雾实时检测的技术难题，具有非常重要的现实意义和应用价值。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种团雾检测方法、系统、装置、存储介质及前端装置。用于对高速公路的团雾进行检测。利用成熟低成本的红外面阵ccd传感器，通过提取其输出红外数字黑白图像的特征值，获取区域雾浓度随机分布量，解决传统的数字图像法存在的参照物问题，且易受白天、夜间工作模式的影响，实现低能见度的实时检测，便于密集布设组网从而实现高速公路团雾的实时监测。
7.本发明的具体技术方案是：
8.一种高速公路的团雾检测方法，包括如下步骤：
9.获取雾浓度红外数字黑白图像；
10.对获取的雾浓度红外数字黑白图像进行统计处理，得到具有l级的灰度直方图；
11.对具有l级的灰度直方图进行归一化处理，得到各个灰度级的发生概率p(r
k
)；
12.计算出雾浓度红外数字黑白图像的平均灰度值μ，依据平均灰度值μ计算雾浓度分布偏态γ；
13.根据雾浓度分布偏态值γ，得到雾浓度红外数字黑白图像的雾浓度随机分布量φ；
14.对雾浓度随机分布量φ进行标定，得到雾浓度分布分布量φ与雾浓度值v(φ)的对应关系式；
15.结合高速公路能见度监测及浓雾的预警预报标准，根据雾浓度值v(φ)输出相应能见度等级，进行预警。
16.进一步的，l取256，令r
k
，n
k
，k＝0，1，2,
…
,255分别表示雾浓度红外数字黑白图像中第k个灰度级、第k个灰度级的像素总数，则雾浓度红外数字黑白图像的直方图表示为h(r
k
)＝n
k
,k＝0,1,2,
…
,255。
17.进一步的，雾浓度红外数字黑白图像的雾浓度随机分布量φ：
[0018][0019]
进一步的，用高精度能见度仪对雾浓度随机分布量φ进行标定。
[0020]
进一步的，对雾浓度随机分布量φ进行标定，得到雾浓度分布分布量φ与雾浓度值v(φ)的对应关系式为：
[0021]
v(φ)＝a3·
φ3+a2·
φ2+a1·
φ1+a0ꢀꢀ
(2)
[0022]
式中，系数a
n
,n＝0,1,2,3通过最小二乘法拟合得到。
[0023]
本发明提供的另一个技术方案是：
[0024]
一种用于所述团雾检测方法的系统，包括：
[0025]
第一模块，用于获取雾浓度红外数字黑白图像；
[0026]
第二模块，用于对所获取的雾浓度红外数字黑白图像进行统计处理，得到其具有l级的灰度直方图；
[0027]
第三模块，用于对具有l级的灰度直方图进行归一化处理，得到各个灰度级的发生概率p(r
k
)；
[0028]
第四模块，用于计算出雾浓度红外数字黑白图像的平均灰度值μ，依据平均灰度值μ计算雾浓度分布偏态γ；
[0029]
第五模块，用于根据雾浓度分布偏态值γ，得到雾浓度红外数字黑白图像的雾浓度随机分布量φ；
[0030]
第六模块，用于对雾浓度随机分布量φ进行标定，得到雾浓度分布分布量φ与雾浓度值v(φ)的对应关系式；
[0031]
第七模块，用于结合高速公路能见度监测及浓雾的预警预报标准，根据雾浓度值v(φ)输出相应能见度等级，进行预警。
[0032]
本发明提供的又一个技术方案是：
[0033]
一种用于所述团雾检测方法的装置，包括：存储器和处理器；
[0034]
所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的团雾检测方法。
[0035]
本发明提供的再一个技术方案是：
[0036]
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的团雾检测方法。
[0037]
本发明提供的再一个技术方案是：
[0038]
一种用于获取雾浓度红外数字黑白图像的前端装置，用于所述的团雾检测方法，包括：外壳保护罩、红外面阵ccd传感器和激光二极管；
[0039]
所述红外面阵ccd传感器安装于外壳保护罩的内部顶端，外壳保护罩的内底部涂抹有能吸光的黑漆涂料，多个所述激光二极管均匀布置在红外面阵ccd传感器周围。
[0040]
进一步的，所述前端装置中的外壳保护罩采用圆柱形空心结构，圆柱形空心结构的两端分别设置有百叶窗结构。
[0041]
本发明的有益效果在于：
[0042]
1)本发明采用了成熟低成本的红外面阵ccd传感器，结构简单，成本低。
[0043]
2)本发明中的外壳保护罩类采用似百叶窗结构，有效地抑制了可见光和车灯光等外界因素对测量的干扰，避免了传统数字图像法白天夜间两种不同模式的测量弊端，可实现全天候监测。
[0044]
3)本发明中的检测方法，运算量小，便于嵌入式集成微型化快速处理，能实时检测团雾浓度的变化。
[0045]
4)本发明尤其适用于高速公路中短时、流动性强的团雾检测，便于高速公路运营部门在团雾容易发生的高危路段密集布设，及时发布团雾预警信息。
附图说明
[0046]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0047]
图1为本发明实施例高速公路团雾检测方法的流程图。
[0048]
图2为本发明实施例雾浓度随机分布量与雾浓度关系曲线图。
具体实施方式
[0049]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050]
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0051]
请参阅图1所示，本发明提供了一种高速公路的团雾检测方法，包括以下实现步骤：
[0052]
步骤s1：实时获取前端装置输出的雾浓度红外数字黑白图像；
[0053]
步骤s2：对所获取的雾浓度红外数字黑白图像进行统计处理，得到其具有l级的灰
度直方图，其中l取256，令r
k
,n
k
,k＝0,1,2,
…
,255分别表示雾浓度红外数字黑白图像中第k个灰度级、第k个灰度级的像素总数，则雾浓度红外数字黑白图像的直方图可表示为h(r
k
)＝n
k
,k＝0,1,2,
…
,255；
[0054]
步骤s3：对雾浓度红外数字黑白图像的直方图进行归一化处理，得到各个灰度级的发生概率n为雾浓度红外数字黑白图像的总像素，且有
[0055]
步骤s4：计算出雾浓度红外数字黑白图像的平均灰度值
[0056]
步骤s5：求出雾浓度红外数字黑白图像的雾浓度分布偏态
[0057]
步骤s6：根据雾浓度分布偏态值γ，可得到雾浓度红外数字黑白图像的雾浓度随机分布量φ为：
[0058][0059]
步骤s7：用已有高精度能见度仪对雾浓度随机分布量φ进行标定，可得到雾浓度随机分布量φ与雾浓度值v(φ)的对应关系式为：
[0060]
v(φ)＝a3·
φ3+a2·
φ2+a1·
φ1+a0ꢀꢀ
(2)
[0061]
式中，系数a
n
,n＝0,1,2,3可通过最小二乘法拟合得到；
[0062]
步骤s8：结合高速公路能见度监测及浓雾的预警预报标准qx/t76
‑
2007，检测方法根据雾浓度值v(φ)输出相应能见度等级，并通过相应的2g/3g/4g/5g通信模块传输到远程团雾监测系统，以便远程团雾监测系统进行多元数据融合，判决并及时发布团雾预警信息。
[0063]
本发明提供的另一个技术方案是：
[0064]
一种用于上述团雾检测方法的系统，包括：
[0065]
第一模块，用于获取雾浓度红外数字黑白图像；
[0066]
第二模块，用于对所获取的雾浓度红外数字黑白图像进行统计处理，得到其具有l级的灰度直方图；
[0067]
第三模块，用于对雾浓度红外数字黑白图像的灰度直方图进行归一化处理，得到各个灰度级的发生概率p(r
k
)；
[0068]
第四模块，用于计算出雾浓度红外数字黑白图像的平均灰度值μ，依据平均灰度值μ计算雾浓度分布偏态γ；
[0069]
第五模块，用于根据雾浓度分布偏态值γ，得到雾浓度红外数字黑白图像的雾浓度随机分布量φ；
[0070]
第六模块，用于对雾浓度随机分布量φ进行标定，得到雾浓度分布分布量φ与雾浓度值v(φ)的对应关系式；
[0071]
第七模块，用于结合高速公路能见度监测及浓雾的预警预报标准，根据雾浓度值v(φ)输出相应能见度等级，进行预警。
[0072]
本发明提供的又一个技术方案是：
[0073]
一种用于团雾检测方法的装置，包括：存储器和处理器；
[0074]
存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行计算机程序时，实现本实施例中的团雾检测方法。
[0075]
本发明提供的再一个技术方案是：
[0076]
一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，实现本实施例中的团雾检测方法。
[0077]
本发明提供的再一个技术方案是：
[0078]
一种用于获取雾浓度红外数字黑白图像的前端装置，用于本实施例中的团雾检测方法，包括：外壳保护罩、红外面阵ccd传感器和激光二极管；前端装置中的红外面阵ccd传感器工作于940nm波段范围，在红外面阵ccd传感器周围均匀布设3个或3个以上的940nm可调功率的激光二极管；前端装置中的外壳保护罩采用圆柱形类似百叶窗结构，红外面阵ccd传感器安装于外壳保护罩的顶端，同时在外壳保护罩的底部均匀涂抹一层能吸光的黑漆涂料，外壳保护罩的底部和红外面阵ccd传感器之间形成雾浓度感应区，类似百叶窗结构允许雾能快速畅通进入红外面阵ccd传感器的感应区，并进一步抑制了可见光或车灯光对数字图像的影响。
[0079]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0080]
表1为上述一个技术方案输出的雾浓度随机分布量φ与雾浓度v(φ)的实测数据。
[0081][0082]
由表1可得到雾浓度随机分布量φ与雾浓度v(φ)的对应关系式为：
[0083]
v(φ)＝1.0852
·
φ3‑
20.173
·
φ2+218.49
·
φ1‑
110.53
ꢀꢀ
(3)
[0084]
图2为雾浓度随机分布量φ与雾浓度v(φ)关系曲线图，拟合度为r2＝0.9972。
[0085]
综上所述，本发明提供的团雾检测方法具有运算量小的特点，能实时检测团雾浓度的变化，尤其适用于高速公路中短时、流动性强的团雾检测，便于高速公路运营部门在团雾容易发生的高危路段密集布设，及时发布团雾预警信息。
[0086]
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。