基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法、系统

技术领域

本发明涉及交通智能管控技术领域，尤其涉及基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法、系统。

背景技术

超重车辆是指大于桥梁设计荷载标准及公路管理部门公布的限载量，必须采取技术措施才能通过桥梁，经过公路管理机构审批同意在指定公路上行驶的特殊车辆。一般指运输不可分开的超重货物(如大型火力发电设备中的发电子定子、锅炉汽包、出氧水箱等)时，其车辆总重或轴重、轮重超过设计荷载的车辆。而超重车辆的运行对桥梁的使用安全性主要体现在：对桥梁结构产生严重损坏，轻则中断交通，重则引发严重的交通事故；增加桥梁的负载量，加大了桥梁管养成本、缩短桥梁的使用寿命，甚至造成桥梁坍塌等生命财产不可挽回的严重事故。

随着科学技术的飞速发展，现在越来越多的桥梁配备结构监测系统，以及车联网技术的兴起，可以实时获取超重车辆的状态信息，在一定程度上对桥梁和超重车辆的监管起到了很大的作用，但这两类数据因属于不同的部门或企业，没有发挥出它们最大的利用价值。为了更加充分挖掘这两类数据的应用价值和最大程度的减少因超重车辆给桥梁带来的影响，如何使用超重车辆行驶状态信息和桥梁结构状态监测信息分析通行风险并进行预警具有非常重要的意义。

发明内容

本发明提供的基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法、系统，主要解决的技术问题是：如何对超重车辆行驶过程中存在的安全风险进行预警管控，提高行车安全，避免不必要的生命财产损失。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法，包括：

在待测超重车辆过桥前获取其实际属性及状态信息，包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸；

判断所述待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符或超出规定；如否，生成第一告警信息，并发送到指定部门；如是，监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变；

基于所述结构状态信息，预测所述待通行桥梁能否承受所述待测超重车辆所要求的荷载能力；如否，生成第二告警信息，并发送到指定部门；如是，允许所述待测超重车辆上桥通行；

在所述超重车辆在桥上通行过程中，实时监测该待通行桥梁的结构状态信息，并检测所述待测超重车辆在所述待通行桥梁上是否存在停留；如是，生成第三告警信息，并发送到指定部门；如否，根据所述实时监测得到的结构状态信息，分析判断所述待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，生成第四告警信息，并发送给所述待测超重车辆的车载终端，给予驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议；如是，待所述待测超重车辆通过所述待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的该待通行桥梁的结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给桥梁运管部门。

可选的，所述第一告警信息携带有所述待测超重车辆的车牌信息、驾驶员信息以及告警原因，所述告警原因为实际属性及状态信息与通信申请中的备案属性及状态信息不符或超出规定，用于辅助运管部门对超重车辆采取限制措施(截停、绕道等)或行政处罚，该预警信息可以是车辆以V2N方式直接发送到相关部门或路侧设备发送到相关部门或相关部门直接通过路侧车牌(拍照或电子标签)获取。

可选的，所述第二告警信息携带有告警原因：所述待通行桥梁无法承受所述待测超重车辆所要求的荷载能力。

可选的，所述第二告警信息还包括告警音频信号进行现场播放，提醒驾驶员严禁上桥通行以及辅助相关管理部门在过桥前对超重车辆采取截停、绕道等处理措施。

可选的，所述将第三告警信息发送到指定部门包括：将所述第三告警信息发送到交通管理部门，辅助交通管理部门对所述待测超重车辆及时采取撤离措施，和/或疏散桥上其他车辆，和/或禁止其他车辆上桥，该预警信息可以是车辆以V2N方式直接发送到相关部门或路侧设备发送到相关部门或信息服务商(对车辆信息与桥梁信息进行融合分析)发送到相关部门。

可选的，所述第四告警信息携带有告警原因：所述待通行桥梁受力能力超出安全范围，该预警信息可以是通过桥梁路侧设备以I2V方式经智能车载终端向驾驶员进行警告或信息服务商以N2V方式经智能车载终端向驾驶员进行警告，如果智能车载终端具备融合分析车辆信息与桥梁信息的能力，可自行生成警告信息。

可选的，所述判断所述待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符包括：

将所述实际属性及状态信息中的总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸，与所述备案属性及状态信息总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸，分别一一进行比较，当所有参数的误差百分比均在对应的设定阈值范围内时，判定所述待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息相符；否则，判定所述待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息不相符。

本发明还提供一种超重车辆行驶状态风险预警系统，包括布设于道路上的路侧设备、与所述路侧设备通讯连接的后台服务平台、交通管理部门监控中心、桥梁运营管理部门监控中心、以及设置于待测超重车辆内的车载终端；

所述后台服务平台用于接收提前对所述待测超重车辆的通行申请备案，并存储备案属性及状态信息，包括总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸；

所述路侧设备用于在待测超重车辆过桥前，获取其实际属性及状态信息，并发送给所述后台服务平台，所述实际属性及其状态信息包括总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸；

所述后台服务平台还用于判断所述待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符；如否，生成第一告警信息，并发送到所述交通管理部门监控中心和/或所述桥梁运营管理部门监控中心；如是，控制所述路侧设备监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变；

所述后台服务平台还用于基于所述结构状态信息，预测所述待通行桥梁能否承受所述待测超重车辆的总重量；如否，生成第二告警信息，并发送到所述交通管理部门监控中心和/或所述桥梁运营管理部门监控中心；如是，允许所述待测超重车辆上桥通行；

所述路侧设备还用于，在所述超重车辆在桥上通行过程中，实时监测该待通行桥梁的结构状态信息，并检测所述待测超重车辆在所述待通行桥梁上是否存在停留，并发送给所述后台服务平台；

所述后台服务平台还用于，在所述待测超重车辆在所述待通行桥梁上存在停留时，生成第三告警信息，并发送到所述交通管理部门监控中心；如否，根据所述路侧设备实时监测得到的结构状态信息，分析判断所述待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，生成第四告警信息，并发送给所述待测超重车辆的车载终端，给予驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议；如是，待所述待测超重车辆通过所述待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的该待通行桥梁的结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给所述桥梁运营管理部门监控中心。

本发明的有益效果是：

根据本发明提供的基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法、系统，该方法包括在待测超重车辆过桥前获取其实际属性及状态信息，包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸；判断待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符；如否，生成第一告警信息，并发送到指定部门；如是，监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变；基于结构状态信息，预测待通行桥梁能否承受待测超重车辆的总重量；如否，生成第二告警信息，并发送到指定部门；如是，允许待测超重车辆上桥通行；在超重车辆在桥上通行过程中，实时监测该待通行桥梁的结构状态信息，并检测待测超重车辆在待通行桥梁上是否存在停留；如是，生成第三告警信息，并发送到指定部门；如否，根据实时监测得到的结构状态信息，分析判断待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，生成第四告警信息，并发送给待测超重车辆的车载终端，给与驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议；如是，待待测超重车辆通过待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的该待通行桥梁的结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给桥梁运管部门；通过融合分析超重车辆属性及状态信息与桥梁结构状态监测数据进行风险动态识别和预警，可以有效预防或最大限度的减小超重车辆对桥梁结构的破坏、因超重车辆导致的交通中断堵塞现象以及避免造成桥梁塌落事故，提高了超重车辆的行车安全。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法流程示意图；

图2为本发明实施例二的一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

为了解决如何对超重车辆行驶过程中存在的安全风险进行预警管控的问题，提高行车安全，避免不必要的生命财产损失；本实施例提供一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法，请参见图1，该方法主要包括如下步骤：

S101、在待测超重车辆过桥前获取其实际属性及状态信息，包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸。

载荷分布包括但不限于线性分布载荷、面载荷、体载荷几种。轮距指的是同轴上左右轮的轮胎对称平面之间在支撑面上测定的距离；采用双车轮(单轴同侧装两个轮胎)时，指左右两轮中对称平面之间在支撑面上测定的距离。轮数指的是车辆总的车轮数。外形尺寸可通过长宽高进行表示。

这里总重量指的是超重车辆自身重量加上所运输货物的重量。

S102、判断待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符；如否，转至步骤S103；如是，转至步骤S104。

将实际属性及状态信息中的总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸，与备案属性及状态信息总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸，分别一一进行比较，当所有参数的误差百分比均在对应的设定阈值范围内时，判定待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息相符；否则，判定待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息不相符。

超重车辆在上路行驶之前，需要到相关部门备案批准方可，若没有进行备案或者备案未通过，则通过路侧设备进行监测告警，生成第一告警信息，发送到指定部门，例如报备部门，交通管理部门、公安部门等。

S103、生成第一告警信息，并发送到指定部门。

本实施例中，当获取到待测超重车辆实际属性及状态信息，与备案属性及状态信息不相符时，表明待测超重车辆属于非法运输，此时生成第一告警信息，发送至指定部门，例如备案部门、交通管理部门、公安部门、桥梁运营管理部门等，以辅助相关部门对该非法运输的超重车辆采取限制措施，例如截停、绕道或者给与行政处罚等。

本实施例中，第一告警信息中携带有该待测超重车辆的自身信息，例如车牌号、驾驶员信息，包括驾驶人姓名、驾驶证等，还包括告警原因。这里告警原因为实际属性及状态信息与通信申请中的备案属性及状态信息不符。具体的，告警原因还可以明确具体是什么信息与备案信息不符。例如实际总重量超出了备案的总重量，或者外形尺寸超出了备案的外形尺寸，或者载荷分布、轮距、轴数、轮数与备案的载荷分布、轮距、轴数、轮数不同，均判定实际属性及状态信息与通信申请中的备案属性及状态信息不符。

本实施例通过获取待测超重车辆实际的属性及状态信息，与备案的属性及状态信息进行比较匹配，可以保证实际上路车辆与备案车辆相符，以及实际所运输货物与备案货物相符，保证行车安全。

S104、监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变。

本实施例中，只有在待测超重车辆实际属性及状态信息与备案属性及状态信息相符时，才允许该待测超重车辆上路通行，进而通过路侧设备监测获取该待测超重车辆所需通行的桥梁(待通行桥梁)的结构状态信息，以此分析桥梁的通行能力。

本实施例中，获取待通行桥梁的结构状态信息可以采用现有的路侧设备实现，以采集应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变等信息。

S105、基于结构状态信息，预测待通行桥梁能否承受待测超重车辆所要求的的载荷能力；如否，转至步骤S106；如是，转至步骤S107。

应当理解的是，基于桥梁的结构状态信息，例如应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变等至少之一的信息，预测评估桥梁的承重能力，可以采用现有任意评估方式，本实施例对此并不做限制。

S106、生成第二告警信息，并发送到指定部门。

本实施例中，当基于桥梁(待测超重车辆上桥之前)的结构状态信息，预测桥梁可能无法承受待测超重车辆的总重量时，生成第二告警信息，并发送到指定部门，例如备案部门、交通管理部门、公安部门、桥梁运营管理部门等，以相关部门对超重车辆及时采取撤离等措施，或疏散桥上其他车辆或禁止其他车辆上桥后，重新检测桥梁的结构状态信息，然后再次分析判断是否能够承受待测超重车辆的总重量；若可以通行，则为该超重车辆开辟绿色通道，使得桥上只有该超重车辆通行，待其通行后，在放其他车辆上桥通行；若还是无法承受该超重车辆，则只有采取绕道措施。

本实施例中，第二告警信息携带有告警原因：待通行桥梁无法承受待测超重车辆的总重量。可选的，第二告警信息还包括告警音频信号进行现场播放，提醒驾驶员严禁上桥通行。

S107、允许待测超重车辆上桥通行。

当然，若基于桥梁(待测超重车辆上桥之前)的结构状态信息，预测桥梁可以承受待测超重车辆的总重量，不会影响桥梁安全时，允许待测超重车辆上桥通行。

S108、在超重车辆在桥上通行过程中，实时监测该待通行桥梁的结构状态信息。

在允许待测超重车辆上桥通行，且在桥上行驶过程中，通过安装于桥上两侧的路侧设备实时监测桥梁的结构状态信息，包括但不限于应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变，用于在桥梁承受待测超重车辆通行的过程中，实时对桥梁结构状态进行监测，获悉桥梁承受情况。

S109、检测待测超重车辆在待通行桥梁上是否存在停留；如是，转至步骤S110；如否，转至步骤S111。

S110、生成第三告警信息，并发送到指定部门。

超重车辆在桥上停留会存在严重的安全隐患，尤其是当发生横风时，巨大的承重，加上横风造成的左右摆动，对桥梁安全性带来极大的挑战。因此，本实施例在超重在上桥行驶的过程中，需要检测是否存在停留情形，也即速度过慢，或者约等于0的情形，即为停留。此时，系统将生成第三告警信息，并发送到指定部门，例如交通管理部门，辅助交通管理部门对待测超重车辆及时采取撤离措施，和/或疏散桥上其他车辆，和/或禁止其他车辆上桥。

本实施例中，第三告警信息携带有告警原因：超重车辆在桥上停留。

S111、根据实时监测得到的结构状态信息，分析判断待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，转至步骤S112；如是，转至步骤S113。

本实施例中，根据桥梁的实时结构状态信息，分析判断桥梁受力能力是否在安全范围内，可以采用现有任意方式，本实施例对此不做限制。

S112、生成第四告警信息，并发送给待测超重车辆的车载终端，给与驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议。

本实施例中，根据桥梁的实时结构状态信息，分析判断桥梁受力能力超出安全范围时，生成第四告警信息，其中第四告警信息携带有告警原因：待通行桥梁受力能力超出安全范围。以发送给待测超重车辆的车载终端，给与驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议。可选的，车辆速度尽量匀速行驶，行驶位置尽量位于桥面正中间位置。

S113、在待测超重车辆通过待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的该待通行桥梁的结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给桥梁运管部门。

基于最新的桥梁结构状态信息评估桥梁服役能力并将信息发送给桥梁运营管理公司，辅助运管公司进行决策，决策包括但不限于：加强桥梁检修频率、采取维修和养护措施。

本实施例提供的一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法，包括在待测超重车辆过桥前获取其实际属性及状态信息，包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸；判断待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符；如否，生成第一告警信息，并发送到指定部门；如是，监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变；基于结构状态信息，预测待通行桥梁能否承受待测超重车辆的总重量；如否，生成第二告警信息，并发送到指定部门；如是，允许待测超重车辆上桥通行；在超重车辆在桥上通行过程中，实时监测该待通行桥梁的结构状态信息，并检测待测超重车辆在待通行桥梁上是否存在停留；如是，生成第三告警信息，并发送到指定部门；如否，根据实时监测得到的结构状态信息，分析判断待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，生成第四告警信息，并发送给待测超重车辆的车载终端，给与驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议；如是，待待测超重车辆通过待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的该待通行桥梁的结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给桥梁运管部门；通过融合分析超重车辆属性及状态信息与桥梁结构状态监测数据进行风险动态识别和预警，可以有效预防或最大限度的减小超重车辆对桥梁结构的破坏、因超重车辆导致的交通中断堵塞现象以及避免造成桥梁塌落事故，提高了超重车辆的行车安全。

实施例二：

本实施例在上述实施例的基础上，提供一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警系统，用于实现上述实施例中所述的超重车辆行驶状态风险预警方法的步骤，请参见图2，该系统至少包括布设于道路上的路侧设备21、与路侧设备21通讯连接的后台服务平台22、交通管理部门监控中心23、桥梁运营管理部门监控中心24、以及设置于待测超重车辆内的车载终端25；其中

后台服务平台22用于接收提前对待测超重车辆的通行申请备案，并存储备案属性及状态信息，包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸。

路侧设备21用于在待测超重车辆过桥前，获取其实际属性及状态信息，并发送给后台服务平台22，实际属性及其状态信息包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及外形尺寸。

可选的，路侧设备21包括摄像头，用于对待测超重车辆进行拍照，基于后台智能识别算法，获取车辆车牌、载荷分布、轮距、轴数、轮数以及爱心尺寸等信息；路侧设备还包括称重设备，例如地秤，用于获取待测超重车辆的总重量。

后台服务平台22还用于判断待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符；如否，生成第一告警信息，并发送到交通管理部门监控中心23和/或桥梁运营管理部门监控中心24；如是，控制路侧设备21监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变。

可选的，路侧设备21还包括布设于桥梁两侧的温度传感器、应力传感器、以及陀螺仪等模块，其中温度传感器可用于实现桥梁结构温度的检测，应力传感器可用于实现桥梁结构应力的检测，而陀螺仪可用于实现桥梁加速度。振动频率、位移以及形变的检测。

后台服务平台22还用于基于所述22结构状态信息，预测待通行桥梁能否承受待测超重车辆所要求的载荷能力；如否，生成第二告警信息，并发送到交通管理部门监控中心23和/或桥梁运营管理部门监控中心24；如是，允许待测超重车辆上桥通行。

路侧设备21还用于，在超重车辆在桥上通行过程中，实时监测该待通行桥梁的结构状态信息，并检测待测超重车辆在待通行桥梁上是否存在停留，并发送给后台服务平台；

可选的，路侧设备21可通过摄像头采集车辆行驶图像，进行车辆最终，从而计算车辆行驶速度，当车辆行驶速度过慢或接近于0的情况下，确定超重车辆在桥上存在停留行为。路侧设备还包括通信模块，用于将采集的信息发送给后台服务平台22。

后台服务平台22还用于在待测超重车辆在待通行桥梁上存在停留时，生成第三告警信息，并发送到交通管理部门监控中心23；如否，根据路侧设备21实时监测得到的结构状态信息，分析判断待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，生成第四告警信息，并发送给待测超重车辆的车载终端25，给与驾驶员车辆速度控制和行驶位置建议；如是，待待测超重车辆通过待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的该待通行桥梁的结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给桥梁运营管理部门监控中心24。

后台服务平台22基于最近一次路侧设备实施监测获取的桥梁的结构状态信息，可以更为准确地反映桥梁当前的服役能力。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。