CN115188196A - 一种基于5g的动态路况信息采集分析*** - Google Patents

一种基于5g的动态路况信息采集分析*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G的动态路况信息采集分析***，涉及数据传输技术领域。车辆获取路况图像信息和位置信息，检测道路问题，将增强图像信息和位置信息加密后上报；路况服务器，用于接收所有5G基站发送的车辆上报信息，根据各增强图像信息的位置关系和时间关系分析当前路况问题并生成提醒消息，将加密后的提醒消息发送给当前路况存在问题的道路上的所有车辆。通过车辆上的行车记录仪和GPS传感器，可以实时精准的采集动态路况信息，降低动态路况信息采集分析***的成本，并且通过5G网络进行数据传输，可以将动态路况信息实时分享给道路上行驶的车辆，增加了整个***的采集分析的实时性。

Description

一种基于5G的动态路况信息采集分析***
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，具体涉及一种基于5G的动态路况信息采集分析***。
背景技术
城市快速路作为城市道路交通的框架，具有节省出行时间、通行能力大、降低事故发生概率等特点。主要通过设置超长距离的中央隔离带，使城市机动车快速通行，是城市交通流量的首选载体。然而，由于城市快速路本身的封闭性和交通负荷的增加，导致对城市快速路动态路况信息采集分析较为困难。
现有技术中，通过在路口和道路上安装监控摄像头来监控城市快速路的路况信息，然而，想要对动态路况信息进行实时跟踪分析，需要安装大量监控摄像头，导致整个动态路况信息采集分析***的成本过高，而且也无法将动态路况信息实时分享给道路上行驶的车辆。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种基于5G的动态路况信息采集分析***。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于5G的动态路况信息采集分析***，包括路况服务器、道路旁的5G基站和道路上行驶的车辆；每一车辆具有5G网络功能的行车记录仪和GPS传感器；
每一车辆，用于通过行车记录仪获取车辆行驶时的路况图像信息，通过GPS传感器获取位置信息，当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥与当前连接的5G基站进行对称加密通信，将增强图像信息和位置信息加密后得到车辆上报信息，将车辆上报信息传输给当前连接的5G基站；增强图像信息为路况图像信息进行图像预处理后的数据；
每一5G基站，用于接收当前连接的所有车辆的车辆上报信息，转发给所述路况服务器；
所述路况服务器，用于接收所有5G基站发送的车辆上报信息，解密得到各个车辆的增强图像信息和位置信息，根据各增强图像信息的位置关系和时间关系分析当前路况问题并生成提醒消息，将加密后的提醒消息发送给当前路况存在问题的道路上的所有车辆。
可选地，每一车辆包括第一加解密模块，所述路况服务器包括第二加解密模块；每一车辆保存有所述路况服务器的密钥对的公钥，所述路况服务器保存有所述密钥对的私钥；车辆上报信息包括第一加密数据和第二加密数据；
第一加解密模块，用于当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥，使用密钥对路况图像信息和位置信息进行加密，得到第一加密数据，使用公钥对密钥进行加密，得到第二加密数据；
第二加解密模块，用于使用私钥解密第二加密数据得到密钥，使用密钥解密第一加密数据，得到路况图像信息和位置信息。
可选地，每一车辆还包括密钥生成模块，所述路况服务器包括密钥对生成模块；
密钥生成模块，用于将车辆SIM号和预设的车辆ID进行或运算，并使用哈希函数对或运算的结果进行运算，得到密钥；
密钥对生成模块，用于根据所述路况服务器的服务器ID生成所述密钥对。
可选地，密钥生成模块，还用于在每次向连接的5G基站发送加密数据前，将最近一次使用的密钥和预设的车辆ID进行或运算，并使用哈希函数对或运算的结果进行运算，更新密钥。
可选地，每一车辆还包括第一道路识别模块；第一道路识别模块包括第一预处理模块和第一道路识别模型；
每一车辆，还用于通过当前连接的5G基站从所述路况服务器获取当前的模型参数以更新第一道路识别模型；
第一预处理模块，用于对路况图像信息进行预处理得到增强图像信息；
第一道路识别模型，用于根据增强图像信息检测道路是否存在问题。
可选地，图像预处理依次包括图像灰度化处理、图像几何变换和图像增强。
可选地，所述路况服务器包括第二道路识别模块；第二道路识别模块包括第二预处理模块和第二道路识别模型；
第二预处理模块，用于针对每一5G基站传输的增强图像信息，根据各增强图像信息对应的位置信息进行分组，在每一组内根据各增强图像信息采集的时间进行排序，将每一组内的各增强图像信息进行合成得到该组的待识别图像；每一组对应该道路的不同区域；
第二道路识别模型，用于根据待识别图像检测每一组对应的道路区域的问题类型。
可选地，第二道路识别模型为预设的改进FCM算法；改进FCM算法采用ReliefF算法确定各样本不同的加权指m，增加相似度高的相邻样本的特征值之间的相关性，减少相似度低的相邻样本的特征值之间的相关性。
本发明实施例提供了一种基于5G的动态路况信息采集分析***，包括路况服务器、道路旁的5G基站和道路上行驶的车辆；每一车辆具有5G网络功能的行车记录仪和GPS传感器；每一车辆，用于通过行车记录仪获取车辆行驶时的路况图像信息，通过GPS传感器获取位置信息，当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥与当前连接的5G基站进行对称加密通信，将增强图像信息和位置信息加密后得到车辆上报信息，将车辆上报信息传输给当前连接的5G基站；增强图像信息为路况图像信息进行图像预处理后的数据；每一5G基站，用于接收当前连接的所有车辆的车辆上报信息，转发给所述路况服务器；路况服务器，用于接收所有5G基站发送的车辆上报信息，解密得到各个车辆的增强图像信息和位置信息，根据各增强图像信息的位置关系和时间关系分析当前路况问题并生成提醒消息，将加密后的提醒消息发送给当前路况存在问题的道路上的所有车辆。通过车辆上的行车记录仪和GPS传感器，可以实时精准的采集动态路况信息，降低动态路况信息采集分析***的成本，并且通过5G网络进行数据传输，可以将动态路况信息实时分享给道路上行驶的车辆，增加了整个***的采集分析的实时性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于5G的动态路况信息采集分析***的***框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于5G的动态路况信息采集分析***。参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于5G的动态路况信息采集分析***的***框图。该***包括路况服务器、道路旁的5G基站（5G基站一和5G基站二）和道路上行驶的车辆（车辆一、车辆二、车辆三和车辆四），本发明实施例仅以包含两个5G基站和4辆车辆为例进行说明，但实际情况并不限于此；每一车辆具有5G网络功能的行车记录仪和GPS传感器。
每一车辆，用于通过行车记录仪获取车辆行驶时的路况图像信息，通过GPS传感器获取位置信息，当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥与当前连接的5G基站进行对称加密通信，将增强图像信息和位置信息加密后得到车辆上报信息，将车辆上报信息传输给当前连接的5G基站；增强图像信息为路况图像信息进行图像预处理后的数据；
每一5G基站，用于接收当前连接的所有车辆的车辆上报信息，转发给路况服务器；
路况服务器，用于接收所有5G基站发送的车辆上报信息，解密得到各个车辆的增强图像信息和位置信息，根据各增强图像信息的位置关系和时间关系分析当前路况问题并生成提醒消息，将加密后的提醒消息发送给当前路况存在问题的道路上的所有车辆。
基于本发明实施例提供的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，通过车辆上的行车记录仪和GPS传感器，可以实时精准的采集动态路况信息，降低动态路况信息采集分析***的成本，并且通过5G网络进行数据传输，可以将动态路况信息实时分享给道路上行驶的车辆，增加了整个***的采集分析的实时性。
一种实现方式中，行车记录仪安装有SIM卡，可以与5G基站进行数据通信。车辆SIM号为SIM卡的号码。
一种实现方式中，车辆可以对增强图像信息进行粗检测，以确定道路是否存在问题，只有检测到道路问题时，才向路况服务器发送增强图像信息，路况服务器对增强图像信息进行进一步检测，确定问题类型，以向道路上车辆进行告警。通过两段检测可以极大减少车辆向路况服务器发送信息的数据量，减小路况服务器的计算压力，提高检测效率，保证***的实时性。
在一个实施例中，每一车辆包括第一加解密模块，路况服务器包括第二加解密模块；每一车辆保存有路况服务器的密钥对的公钥，路况服务器保存有密钥对的私钥；车辆上报信息包括第一加密数据和第二加密数据；
第一加解密模块，用于当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥，使用密钥对路况图像信息和位置信息进行加密，得到第一加密数据，使用公钥对密钥进行加密，得到第二加密数据；
第二加解密模块，用于使用私钥解密第二加密数据得到密钥，使用密钥解密第一加密数据，得到路况图像信息和位置信息。
一种实现方式中，使用车辆SIM号生成密钥与当前连接的5G基站进行对称加密通信，且通过路况服务器的密钥对对密钥进行非对称加密，保证密钥的安全性，进而提高数据传输的安全性。
在一个实施例中，每一车辆还包括密钥生成模块，路况服务器包括密钥对生成模块；
密钥生成模块，用于将车辆SIM号和预设的车辆ID进行或运算，并使用哈希函数对或运算的结果进行运算，得到密钥；
密钥对生成模块，用于根据路况服务器的服务器ID生成密钥对。
一种实现方式，根据车辆SIM号可以生成的匿名ID作为车辆ID，车辆SIM号与车辆ID的长度相同。
在一个实施例中，密钥生成模块，还用于在每次向连接的5G基站发送加密数据前，将最近一次使用的密钥和预设的车辆ID进行或运算，并使用哈希函数对或运算的结果进行运算，更新密钥。
一种实现方式中，车辆与5G基站每次进行数据传输时使用的密钥不同，可以增强数据传输的安全性。
在一个实施例中，每一车辆还包括第一道路识别模块；第一道路识别模块包括第一预处理模块和第一道路识别模型；
每一车辆，还用于通过当前连接的5G基站从路况服务器获取当前的模型参数以更新第一道路识别模型；
第一预处理模块，用于对路况图像信息进行预处理得到增强图像信息；
第一道路识别模型，用于根据增强图像信息检测道路是否存在问题。
一种实现方式中，第一道路识别模型可以为Faster R-CNN模型。
在一个实施例中，图像预处理依次包括图像灰度化处理、图像几何变换和图像增强。
一种实现方式中，图像预处理可以消除图像中的不相关信息，还原有用的真实信息，增强相关信息的可检测性，并最大限度地减少数据量，从而提高特征提取、图像分割、匹配和识别的可靠性。
灰度化处理：如果直接对彩色图像进行处理，一般需要对彩色图像的RGB三个分量进行处理，使得图像处理***计算量大且耗时。因此，为了减少图像数据量，减少计算量，需要对彩色图像进行灰度化处理。灰度不影响图像轮廓的主要信息，只影响颜色信息。图像灰度处理的常用方法有以下三种：
(1)分量法：将图像的R、G和B三个分量的亮度中的一个作为灰度图像Gray的灰度值=B或灰度值=G或灰度值=R。
(2)最大值法：取图像R、G、B三个分量的最大亮度作为灰度图像的灰度值。
(3)加权平均法：对彩色图像的R、G、B三个分量进行加权平均。
图像几何变换：又称图像空间变换，对获取的图像进行平移、转置、镜像、旋转、缩放等几何变换，用于校正图像采集***的***误差和仪器位置（成像角度、透视关系）甚至镜头本身的随机误差。此外，还需要使用灰度插值算法，因为输出图像的像素可以按照这种变换关系映射到输入图像的非整数坐标上。常用的方法有最近邻插值法、双线性插值法和双三次插值法。
图像增强：增强图像中的有用信息，可以改善图像的视觉效果。对于给定的图像，强化图像的整体或局部特征，扩大图像中不同对象特征之间的差异，抑制不感兴趣的特征，提高图像质量，丰富信息，增强图像解释和识别，满足某些专业分析的需要。图像增强算法可以分为两大类：空间域方法和频域法。
在一个实施例中，路况服务器包括第二道路识别模块；第二道路识别模块包括第二预处理模块和第二道路识别模型；
第二预处理模块，用于针对每一5G基站传输的增强图像信息，根据各增强图像信息对应的位置信息进行分组，在每一组内根据各增强图像信息采集的时间进行排序，将每一组内的各增强图像信息进行合成得到该组的待识别图像；每一组对应该道路的不同区域；
第二道路识别模型，用于根据待识别图像检测每一组对应的道路区域的问题类型。
一种实现方式中，将每一组内的各增强图像信息进行合成得到该组的待识别图像，可以将各个车辆采集的图像信息的特征进行融合加强，提高***检测效率。
在一个实施例中，第二道路识别模型为预设的改进FCM算法；改进FCM算法采用ReliefF算法确定各样本不同的加权指数m，增加相似度高的相邻样本的特征值之间的相关性，减少相似度低的相邻样本的特征值之间的相关性。
一种实现方式中，通过ReliefF算法可以使FCM算法的加权指数m根据各样本减少相似度和相邻距离进行改变，提高FCM算法检测的稳定性。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，包括路况服务器、道路旁的5G基站和道路上行驶的车辆；每一车辆具有5G网络功能的行车记录仪和GPS传感器；
每一车辆，用于通过行车记录仪获取车辆行驶时的路况图像信息，通过GPS传感器获取位置信息，当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥与当前连接的5G基站进行对称加密通信，将增强图像信息和位置信息加密后得到车辆上报信息，将车辆上报信息传输给当前连接的5G基站；增强图像信息为路况图像信息进行图像预处理后的数据；
每一5G基站，用于接收当前连接的所有车辆的车辆上报信息，转发给所述路况服务器；
所述路况服务器，用于接收所有5G基站发送的车辆上报信息，解密得到各个车辆的增强图像信息和位置信息，根据各增强图像信息的位置关系和时间关系分析当前路况问题并生成提醒消息，将加密后的提醒消息发送给当前路况存在问题的道路上的所有车辆。
2.基于权利要求1所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，每一车辆包括第一加解密模块，所述路况服务器包括第二加解密模块；每一车辆保存有所述路况服务器的密钥对的公钥，所述路况服务器保存有所述密钥对的私钥；车辆上报信息包括第一加密数据和第二加密数据；
第一加解密模块，用于当根据路况图像信息检测到道路问题时，使用车辆SIM号生成密钥，使用密钥对路况图像信息和位置信息进行加密，得到第一加密数据，使用公钥对密钥进行加密，得到第二加密数据；
第二加解密模块，用于使用私钥解密第二加密数据得到密钥，使用密钥解密第一加密数据，得到路况图像信息和位置信息。
3.基于权利要求2所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，每一车辆还包括密钥生成模块，所述路况服务器包括密钥对生成模块；
密钥生成模块，用于将车辆SIM号和预设的车辆ID进行或运算，并使用哈希函数对或运算的结果进行运算，得到密钥；
密钥对生成模块，用于根据所述路况服务器的服务器ID生成所述密钥对。
4.基于权利要求3所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，密钥生成模块，还用于在每次向连接的5G基站发送加密数据前，将最近一次使用的密钥和预设的车辆ID进行或运算，并使用哈希函数对或运算的结果进行运算，更新密钥。
5.基于权利要求1所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，每一车辆还包括第一道路识别模块；第一道路识别模块包括第一预处理模块和第一道路识别模型；
每一车辆，还用于通过当前连接的5G基站从所述路况服务器获取当前的模型参数以更新第一道路识别模型；
第一预处理模块，用于对路况图像信息进行预处理得到增强图像信息；
第一道路识别模型，用于根据增强图像信息检测道路是否存在问题。
6.基于权利要求1或5所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，图像预处理依次包括图像灰度化处理、图像几何变换和图像增强。
7.基于权利要求5所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，所述路况服务器包括第二道路识别模块；第二道路识别模块包括第二预处理模块和第二道路识别模型；
第二预处理模块，用于针对每一5G基站传输的增强图像信息，根据各增强图像信息对应的位置信息进行分组，在每一组内根据各增强图像信息采集的时间进行排序，将每一组内的各增强图像信息进行合成得到该组的待识别图像；每一组对应该道路的不同区域；
第二道路识别模型，用于根据待识别图像检测每一组对应的道路区域的问题类型。
8.基于权利要求7所述的一种基于5G的动态路况信息采集分析***，其特征在于，第二道路识别模型为预设的改进FCM算法；改进FCM算法采用ReliefF算法确定各样本不同的加权指m，增加相似度高的相邻样本的特征值之间的相关性，减少相似度低的相邻样本的特征值之间的相关性。
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