一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统

本发明涉及公路状态监测预警，具体为一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统。

背景技术：

1、在公路建设的过程中，施工区域的不同导致施工的复杂度及施工后的公路质量问题也不尽相同，而随着智能物联技术及传感器等硬件技术的快速发展，利用集料传感器来对公路状态进行监测，能够及时的对公路的结构形变状态进行监测预警，进而保证对公路状态的实时监管，提高对其检修的及时性。

2、现有技术中，对公路状态的监测过程主要通过在公路内部设置形变传感器等智能硬件来实现，通过监测公路监测点位实时的形变数据，并将形变数据与理论数值进行比对，进而实现对公路状态是否预警的判断，进而在出现预警问题时进行及时的处理，保证行驶的安全性。

3、现有的集料传感器直接埋设于地下时，首先，电子产品直接埋设易受自然灾害（水毁等因素）影响，可靠性低，且容易失效；其次，受路面车辆荷载影响，传感器模块需要抗压、高强度、耐腐蚀，且检测获得的结果也会存在较大的误差，导致监测的结果准确度不佳；另外，现有技术中，对形变分析的过程主要基于预警值进行比对，此分析过程仅能在出现明显问题时进行判断，因此判断过程存在一定的滞后性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，解决以下技术问题：

2、如何基于智慧集料技术实现公路状态预警的及时性及准确性。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，所述系统包括：

5、集料感知传感器，设有若干组，且均匀埋没于路面下，用于感应路面的形变状态；

6、气象监测传感器，用于实时监测当前区域的气候状态；

7、积水量监测传感器，设有若干组，用于监测对应区域的积水状态；

8、道路监控模块，用于监测道路上的实时车辆状态；

9、分析模块，用于根据形变状态判断公路状态是否存在异常，及根据气候状态、积水状态及实时车辆状态对形变状态进行潜在风险分析，在判断存在异常或存在潜在风险时进行预警。

10、于一实施例中，所述集料感知传感器包括：

11、3d集料，按照真实集料3d模型经3d打印获得，设置有放置槽；

12、三轴加速度传感器，设置于3d集料的放置槽内；

13、太阳能板供电模块，与三轴加速度传感器电性连接，用于向三轴加速度传感器供电。

14、于一实施例中，所述分析模块判断公路状态是否存在异常的过程包括：

15、基于三轴加速度传感器获取加速度数据a(t)及角速度数据；

16、通过公式分别计算获得x、y、z轴上的速度、、；

17、通过公式分别计算获得x、y、z轴上的位移量、、；

18、通过公式计算获得旋转角度；

19、其中，t为当前时刻，t－1为上一时刻，t~t－1时长为预设固定值；为上一时刻的速度；为上一时刻的位移量；为上一时刻的旋转角度；

20、将、、分别与预警位移阈值进行比对：

21、若、、中存在任一项数值大于等于，则判断公路状态是否存在异常；

22、将与预警角度阈值进行比对：

23、若，则判断公路状态是否存在异常。

24、于一实施例中，所述分析模块进行潜在风险分析的过程包括：

25、获取t时刻之前时段的历史气候状态信息、积水状态信息及实时车辆状态信息；

26、根据历史气候状态信息、积水状态信息及实时车辆状态信息拟合出x、y、z轴各个方向的位移允许量、、及角度允许量；

27、将、、、分别与、、、进行比对，根据比对结果判断是否存在潜在风险。

28、于一实施例中，位移允许量及角度允许量的获取过程为：

29、通过公式计算获得x轴的位移允许量；

30、通过公式计算获得y轴的位移允许量；

31、通过公式计算获得z轴的位移允许量；

32、通过公式计算获得角度允许量；

33、其中，为基础位移量；为基础角度变动量；、、分别为x、y、z轴影响系数；n为存在的积水时间区间个数，i∈[1，n]；为第i个积水时间区间；=-；r(t)为历史降雨量随时间变化曲线；为该区域的降雨自然吸收函数；m为降雨时间区间个数，j∈[1，m]；为第j个降雨时间区间；为第一判断函数，为第二判断函数；g1、g2为位移权重系数；h1、h2为角度权重系数；为公路负载对x轴方向位移影响系数；为公路负载对y轴方向位移影响系数；为公路负载对z轴方向位移影响系数；为公路负载对角度影响系数。

34、于一实施例中，位移影响系数、、及角度影响系数的获取过程包括：

35、基于道路监控模块获取时段内的影像信息并进行识别，获取道路车辆类型及对应行驶时间点；

36、根据车辆类型预测车辆重量数据，基于车辆重量数据及对应行驶时间点获取位移影响系数、、及角度影响系数。

37、于一实施例中，位移影响系数、、及角度影响系数的计算过程包括：

38、通过公式计算获得位移影响系数；

39、通过公式计算获得位移影响系数；

40、通过公式计算获得位移影响系数；

41、通过公式计算获得角度影响系数；

42、其中，d为时段内的行车量，k∈[1，d]；wk为第k量车的预测车辆重量；q为区间内的行车数量，i∈[1，q]；为第l量车的预测车辆重量；o为区间内的行车数量，e∈[1，o]；we为第e辆车的预测车辆重量；、、为预设调整系数；为负载位移影响函数，为负载角度影响函数；、、分别为x、y、z轴的分量系数。

43、于一实施例中，所述分析模块进行潜在风险分析的过程还包括：

44、将、、、分别与、、、进行比对：

45、若、、且时，判断潜在风险分析结果正常；

46、否则，判断潜在风险分析结果存在异常。

47、本发明的有益效果：

48、（1）本发明通过实际监测的形变量与预测的形变量进行比对，能够在形变量产生明显异常前对潜在风险进行及时的判断，进而能够提高判断结果的及时性，避免监测的滞后性造成道路行驶的安全隐患问题。

49、（2）本发明通过将三轴加速度传感器设置于3d集料内，且3d集料按照真实集料3d模型经3d打印获得，3d集料的结构能够更好的实现对形变状态的监测过程，进而提高监测结果的准确性。

技术特征：

1.一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，所述集料感知传感器包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，所述分析模块判断公路状态是否存在异常的过程包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，所述分析模块进行潜在风险分析的过程包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，位移允许量及角度允许量的获取过程为：

6.根据权利要求5所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，位移影响系数、、及角度影响系数的获取过程包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，位移影响系数、、及角度影响系数的计算过程包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，其特征在于，所述分析模块进行潜在风险分析的过程还包括：

技术总结
本发明涉及公路状态监测技术领域，具体公开了一种基于智慧集料技术的公路状态预警系统，所述系统包括：集料感知传感器，设有若干组，且均匀埋没于路面下，用于感应路面的形变状态；气象监测传感器，用于实时监测当前区域的气候状态；积水量监测传感器，设有若干组，用于监测对应区域的积水状态；道路监控模块，用于监测道路上的实时车辆状态；分析模块，用于根据形变状态判断公路状态是否存在异常，及根据气候状态、积水状态及实时车辆状态对形变状态进行潜在风险分析，在判断存在异常或存在潜在风险时进行预警；本发明通过实际监测的形变量与预测的形变量进行比对，能够提高判断结果的及时性。

技术研发人员：张琛,汪海年,吴玲,曹国震,张倩,张正伟
受保护的技术使用者：西安航空学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14