[发明专利]基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统及其方法

权利要求书

1.一种基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统，包括摄像头、液位传感器、雨量传感器、卫星定位模块、信息广播显示模块、数据转换模块、时钟模块、数据库、智慧灯杆网关模块和中央处理器；摄像头、卫星定位模块、时钟模块、数据库分别与中央处理器通信连接；液位传感器、雨量传感器分别通过数据转换模块与中央处理器通信连接；中央处理器、智慧灯杆网关模块、信息广播显示模块两两之间通信连接。

2.如权利要求1所述的基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统，其特征在于：所述智慧灯杆网关模块分别与无线通信模块、有线互联网模块通信连接，所述数据库中的监测数据可通过智慧灯杆网关模块，经由无线通讯模块、有线互联网模块上传备份至云端服务器。

3.如权利要求2所述的基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统，其特征在于：所述摄像头、液位传感器、雨量传感器、卫星定位模块、无线通讯模块、信息广播显示模块挂载安装在道路旁的智慧灯杆杆体上，所述时钟模块、数据转换模块、中央处理器、数据库、智慧灯杆网关模块、有线互联网模块集成安装在智慧灯杆杆体内部。

4.如权利要求2所述的基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统，其特征在于：所述信息广播显示模块包括信息播报扬声器和信息发布显示屏，所述卫星定位模块为北斗定位模块，所述无线通讯模块为4G或5G无线通讯模块。

5.如权利要求1至4任一项所述的基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统，其特征在于：所述摄像头为CCD或CMOS双目摄像头，所述液位传感器为超声波液位传感器。

6.一种路面沉降、积水监测方法，其特征在于：使用如权利要求1至5任一项所述的基于智慧灯杆的路面沉降、积水监测系统对路面沉降、积水状况进行适时监测，其工作步骤包括路面沉降、积水信息的采取、存储、处理和显示。

7.如权利要求6所述的路面沉降、积水监测方法，其特征在于，所述路面沉降、积水信息的采取、存储、处理和显示是通过下述步骤实现的：

步骤1：在智慧灯杆安装完毕后，在摄像头所监测地面区域放置黑白棋盘格标定板，标定双目摄像头内、外参数，标定后撤走黑白棋盘格标定板，超声波液位传感器对无积水干燥路面的距离进行测量，标定超声波液位传感器的零液面高度输出电位；

步骤2：在所述中央处理器控制下，读取当前时钟模块输出时间数据，所述双目摄像头的左右摄像头采集初始地面图像，获得地面左右摄像头图像对，所述图像对按照三维匹配重建函数提交中央处理器求解计算，获得路面初始状态的三维坐标图，所述路面初始状态三维坐标图连同图像采集时间标签存储在所述数据库内；

步骤3-1：在所述中央处理器控制下，读取当前时钟模块输出时间数据，所述双目摄像头以固定帧率实时采集地面图像，获得地面实时左右摄像头图像对，所述图像对按照三维匹配重建函数提交中央处理器求解计算，获得路面实时状态的三维坐标图，所述路面实时状态三维坐标图连同图像采集时间标签存储在所述数据库内；

步骤3-2：在所述中央处理器控制下，计算对比路面实时状态三维坐标图与路面初始状态三维坐标图各像素点的坐标差值，记录各像素点的沉降深度，获得路面沉降位移场；

步骤3-3：将步骤3-2所述的沉降深度与预设的沉降阈值比较，以此判断每个像素点是否为沉降区域，标记沉降区域像素点，对沉降区域像素进行开运算和闭运算，得到连通的沉降区域，计算所述连通沉降区域的面积；

步骤3-4：将步骤3-2所述的沉降深度和步骤3-3所述的连通沉降区域面积与预设的三级路面沉降警报阈值比较，三级警报分别为轻微沉降、中度沉降和严重沉降，以此判断是否发出路面沉降警报和应该发出何种路面沉降警报：

(1)若路面沉降监测数据符合轻微沉降警报阈值条件，中央处理器将路面轻微沉降警报连同智慧灯杆所在北斗定位坐标和时间发送至智慧灯杆网关模块，智慧灯杆网关模块通过有线互联网模块，向城市交通路政管理部门发布路面轻微沉降警报信息和智慧灯杆路段位置；

(2)若路面沉降监测数据符合中度沉降警报阈值条件，中央处理器将路面中度沉降警报连同灯杆所在北斗定位坐标和时间发送至智慧灯杆网关模块，智慧灯杆网关模块通过有线互联网模块，向城市交通路政管理部门发布路面中度沉降警报信息和智慧灯杆路段位置，且中央处理器控制信息播报扬声器和信息发布显示屏发布路面中度沉降信息；

(3)若路面沉降监测数据符合严重沉降警报阈值条件，中央处理器将路面严重沉降警报连同灯杆所在北斗定位坐标和时间发送至智慧灯杆网关模块，智慧灯杆网关模块通过有线互联网模块，向城市交通路政管理部门发布路面严重沉降警报信息和智慧灯杆路段位置，并通过无线通讯模块，向通讯范围内的移动通讯端发布发生路面严重沉降灾害信息及智慧灯杆路段位置，且中央处理器控制信息播报扬声器和信息发布显示屏发布路面严重沉降信息；

否则，转到步骤3-1，重复步骤3-1到步骤3-4进行路面沉降监测；

步骤4-1：所述液位传感器和雨量传感器的输出电信号通过数据转换模块转换为数值数据，中央处理器从数据转换模块读取上述液位传感器和雨量传感器的数值读数，并控制信息发布显示屏显示路面积水深度和实时雨量，所述路面积水深度和实时雨量数据连同数据采集时间标签存储在所述数据库内；

步骤4-2：将步骤4-1所述液位传感器数值数据与预设的三级路面积水警报阈值进行比较，三级警报分别为轻微积水、中度积水和严重积水，以此判断是否发出路面积水警报和应该发出何种路面积水警报：

(1)若路面积水监测数据符合轻微积水警报阈值条件，中央处理器将路面轻微积水警报连同灯杆所在北斗定位坐标和时间发送至智慧灯杆网关模块，智慧灯杆网关模块通过有线互联网模块，向城市交通路政管理部门发布路面轻微积水警报信息和智慧灯杆路段位置，且中央处理器控制信息播报扬声器和信息发布显示屏发布路面轻微积水警报；

(2)若路面积水监测数据符合中度积水警报阈值条件，中央处理器将路面中度积水警报连同智慧灯杆所在北斗定位坐标和时间发送至智慧灯杆网关模块，智慧灯杆网关模块通过有线互联网模块，向城市交通路政管理部门发布路面中度积水警报信息和智慧灯杆路段位置，且中央处理器控制信息播报扬声器和信息发布显示屏发布路面中度积水警报；

(3)若路面积水监测数据符合严重积水警报阈值条件，中央处理器将路面严重积水警报连同智慧灯杆所在北斗定位坐标和时间发送至智慧灯杆网关模块，智慧灯杆网关模块通过有线互联网模块，向城市交通路政管理部门发布路面严重积水警报信息和智慧灯杆路段位置，并通过无线通讯模块，向通讯范围内的移动通讯端发布发生路面严重积水信息及灯杆路段位置，且中央处理器控制信息播报扬声器和信息发布显示屏发出路面严重积水警报；

否则，转到步骤4-1，重复步骤4-1到步骤4-2进行路面积水监测。