基于数字孪生的隧道交通监测系统及方法与流程

本发明涉及交通监测，具体为基于数字孪生的隧道交通监测系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、车辆行驶在隧道中时，受到隧道结构的影响，更容易发生交通事故，现有技术利用常规的监控摄像头以及现场报警等措施实现隧道内的交通情况监测，而此类方式的效率不高，且容易受到隧道内光线条件的限制，监测效果不理想并且难以实现预警。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供基于数字孪生的隧道交通监测系统及方法，基于数字孪生技术，将隧道内的物理空间进行重建，得到隧道内交通运行状况的仿真场景，并根据采集到的的车速、车辆密度、车辆轨迹等数据，发出分级的预警提醒，并在仿真场景中再现，从而提高隧道场景下的交通监测效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供基于数字孪生的隧道交通监测系统，包括：

4、数字孪生模块，被配置为：根据隧道物理实体生成与隧道场景结构对应的虚拟场景；

5、感知监测模块，包括布置在隧道实体中的传感器组，传感器组获取隧道中运行车辆的车速与车辆信息，以及隧道内的事件信息；

6、数据处理模块，被配置为：基于感知监测模块获取的数据得到隧道内车辆的平均车速、车辆密度、交通饱和度、交通流数据、车辆轨迹、车辆行为和交通事件形成交通状况监测数据，并将其发送到数字孪生模块中展示；

7、预警控制模块，被配置为：利用得到的交通状况监测数据并基于隶属度函数确定隧道交通状况等级，发出对应等级的预警信号。

8、还具有情报板，设置在隧道入口处，接收预警控制模块发出的预警信号并显示。

9、虚拟场景中的隧道构筑物具有标识编码，标识编码对应的构件属性信息与隧道物理实体相对应。

10、传感器组包括布置在隧道设定位置的图像采集单元和雷达单元，分别获取隧道内的图像数据和雷达数据。

11、通过获取的图像数据得到车辆属性信息和隧道内的交通事件信息，车辆属性信息包括车辆类型、车辆颜色以及车辆牌号信息；通过雷达数据得到车辆的速度、角度以及距离信息，确定车辆的轨迹数据。

12、交通饱和度，通过设定时间段内获取的车辆图像数据确定单位时间内的车流量，根据隧道设计通行能力和得到的车流量数据确定交通饱和度。

13、车辆密度，通过设定时间段内获取的车辆图像数据，确定某一时刻下隧道内所有车道的车辆总数，得到该时刻下隧道内的车辆密度。

14、交通流数据包括利用平均车速、饱和度和车辆密度作为影响因素建立的函数，通过设定权重系数向量，分别确定各影响因素的隶属度函数，根据得到的各隶属度函数分别对交通运行状况等级的隶属度确定评价矩阵，得到当前隧道的交通状况等级。

15、本发明的第二个方面提供基于上述系统实现隧道交通监测的方法，包括以下步骤：

16、根据隧道物理实体生成与隧道场景结构对应的虚拟场景，利用布置在隧道实体中的传感器组，获取隧道中运行车辆的车速与车辆信息，以及隧道内的事件信息；

17、基于获取的数据得到隧道内车辆的平均车速、车辆密度、交通饱和度、交通流数据、车辆轨迹、车辆行为和交通事件形成交通状况监测数据，并在虚拟场景中展示；

18、利用得到的交通状况监测数据并基于隶属度函数确定隧道交通状况等级，发出对应等级的预警信号。

19、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

20、1、基于数字孪生技术，将隧道实体进行重建，得到隧道空间的虚拟场景，并根据采集到的的车速、车辆密度、车辆轨迹等数据将其反映到虚拟场景中，直观的展示出车流量、车辆行驶轨迹、车道信息、车辆的实时速度，相较于传统的摄像头监控的方式，对隧道内交通情况的监测效率更高。

21、2、根据监测得到的交通情况信息发出分级的预警提醒，并展示在隧道入口，通过实际的物理场景和虚拟场景之间的交互，能够及时掌握隧道内的交通状态，并及时有效的将交通时间预警信息下发，从而提高隧道内车辆运行安全。

技术特征：

1.基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，还具有情报板，设置在隧道入口处，接收预警控制模块发出的预警信号并显示。

3.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，所述虚拟场景中的隧道构筑物具有标识编码，标识编码对应的构件属性信息与隧道物理实体相对应。

4.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，所述传感器组包括布置在隧道设定位置的图像采集单元和雷达单元，分别获取隧道内的图像数据和雷达数据。

5.如权利要求4所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，通过获取的图像数据得到车辆属性信息和隧道内的交通事件信息，车辆属性信息包括车辆类型、车辆颜色以及车辆牌号信息。

6.如权利要求4所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，通过雷达数据得到车辆的速度、角度以及距离信息，确定车辆的轨迹数据。

7.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，通过设定时间段内获取的车辆图像数据确定单位时间内的车流量，根据隧道设计通行能力和得到的车流量数据确定交通饱和度。

8.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，通过设定时间段内获取的车辆图像数据，确定某一时刻下隧道内所有车道的车辆总数，得到该时刻下隧道内的车辆密度。

9.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道交通监测系统，其特征在于，所述交通流数据包括利用平均车速、饱和度和车辆密度作为影响因素建立的函数，通过设定权重系数向量，分别确定各影响因素的隶属度函数，根据得到的各隶属度函数分别对交通运行状况等级的隶属度确定评价矩阵，得到当前隧道的交通状况等级。

10.基于权利要求1-9任一项所述系统实现隧道交通监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及基于数字孪生的隧道交通监测系统及方法，包括数字孪生模块，被配置为：根据隧道物理实体生成与隧道场景结构对应的虚拟场景；感知监测模块，包括布置在隧道实体中的传感器组，传感器组获取隧道中运行车辆的车速与车辆信息，以及隧道内的事件信息；数据处理模块，被配置为：基于感知监测模块获取的数据得到隧道内车辆的平均车速、车辆密度、交通饱和度、交通流数据、车辆轨迹、车辆行为和交通事件形成交通状况监测数据，并将其发送到数字孪生模块中展示；预警控制模块，被配置为：利用得到的交通状况监测数据并基于隶属度函数确定隧道交通状况等级，发出对应等级的预警信号。

技术研发人员：王川,刘少林,薛志超,陈成勇,商淑杰,赵庆涛,张宁,王浩,郝孜奇,田钰泽,徐长靖,毕聪威,李月祥
受保护的技术使用者：山东高速基础设施建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15