一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置及工作方法，尤其针对于高速公路通信导航监视预警场景，属于智能交通与监视导航定位技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国交通事业的迅速发展，高速公路里程逐年增加，高速公路车辆违法行为屡禁不止，超速行驶、非法占用应急车道等违法行为造成了极大的事故隐患，同时由于对恶劣气象条件原因导致的高速公路事故也时有发生，给国家和人民生命财产安全带来极大损失。
[0003]保障高速公路行车安全，一是要杜绝高速公路车辆违章行为，二是要建立起实时高效的监视预警系统，三是要制定抵抗恶劣天气条件解决方案。高速公路车辆违法行为主要包括超速行驶和非法占用应急车道，若要及时发现此类行为必须要实现车辆的精准定位，确定车辆所处车道，还要实时测定车辆行驶速度，从而判定车辆速度与所处车道是否匹配、车辆是否非法占用应急车道。而当前民用GPS/北斗定位系统的定位精度仅能达到15米左右，无法判定车辆所处车道信息，从而无法有效识别高速公路车辆违法行为。
[0004]对于建立实时高效的监视预警系统包括三个方面，一是对高速公路沿线实施有效稀疏分布式监控，二是实现有效路况与气象信息提示与预警，三是要保障信息通信的稳定高效。当前高速公路沿线监控点严重不足，并缺乏有效辅助手段，无法及时发现车辆违章行为，不能对违章司机进行及时的危险预警，不能够实时查看交通事故现场情况；当前的高速公路路况提示方式仅仅是通过高速公路沿线少量的指示灯或指示牌进行提示，由于距离、光线等原因容易造成驾驶员误判；信息通信方面，当前高速公路为带状延伸区域，缺乏高速无线数据传输链路，而借助于3G/4G公网，由于无法设定通信优先级，在公网用户数量、数据传输量增加时，存在数据传输速度缓慢、网络通信不稳定等缺陷，并且系统中各类信息对实时性的要求不同，在多类信息并发传输时，无法对各类信息按照合理优先级进行传输，尤其对于高速公路场景，通信网络的延迟将无法提供及时有效的路况提示与预警服务，给高速公路行车安全带来极大隐患。
[0005]影响高速公路车辆行驶安全的天气因素主要是雾霾与霜雪，当前高速公路场景下气象信息的获取仅能依靠气象部门的发布，无法对高速公路沿线实际气象信息进行实时监测与预警，尤其对于霜雪天气，路面霜雪造成路面湿滑、摩擦力减小，极易引发交通事故。
[0006]郭忠印等人的名为“一种基于高速公路运营安全的移动监控和预警系统及方法”的专利文件CN103150907公开了一种高速公路运营安全移动监控和预警系统及方法，该系统包括数据采集单元、数据存储单元、数据处理单元、电子显示屏及无线通信模块；数据采集单元、数据存储单元、电子显示屏及无线通信模块均与数据处理单元相连；该系统安装于车辆上，采用蓄电池供电。该方法的具体步骤为:构建基础数据库；数据采集单元实时采集动态数据；数据处理单元将实时路况参数与安全路况参数比较，生成预警信息；无线通信模块将实时路况参数和预警信息发送至监控中心。该发明车载硬件设备与监控中心间未建立高速专网通信链路，无法满足高速公路场景下数据通信的实时性与可靠性，尤其在无线通信网络接入用户增多，数据传输量增加，通信延迟造成预警信息发布滞后，给车辆行驶带来安全隐患；该发明采用GPS系统进行定位，而其民用定位精度仅能达到15米，无法实现对高速公路行驶车辆的高精度定位导航，无法判定车辆所处车道，从而无法判定车辆车速是否与其所处车道匹配，无法判定车辆是否违法占用应急车道；该发明仅对高速公路气象信息进行监测与预报提醒，未建立恶劣天气应对设施应对路面霜雪等灾变情况。
[0007]天津市华海计算机技术有限公司的一件名为“公路交通电子监控管理系统”的专利文件CN1665297，公开了一种公路交通电子监控管理系统，在重要道路重点路段设立自动监控点一公路交通视频监控系统，有球形摄像机和摄像机连接网络视频服务器，网络视频服务器连接光端机，模拟光端机通过光缆连接交警指挥中心的光端机，光端机连接网络解码器，网络解码器连接大型电视屏幕；公路交通视频监控系统连接光端机还连接以太网桥接器，以太网桥接器连接以太网交换机，以太网交换机连接管理服务器和指挥中心网络终端。本发明仅实现了对公路车辆信息的监控，且其监控模式为静态监控，受监控点部署密度影响，其仅能识别监控点有效监控范围内的信息，无法对道路事件实现动态追踪监控，尤其在道路事故发生地点，无法快速识别现场事故信息。
[0008]基于以上现状，建立带状专网通信系统、研发高精度车辆导航定位方法与设施、设计高速路车辆违章监视与交通事故预警装置，设立高速公路微气象系统和恶劣气候应对设备是实现高速公路车辆文明与安全驾驶的重要保障。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的不足，本发明提供了一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置。
[0010]本发明还提供了利用上述预警装置对违章、路况、气象进行监控预警的工作方法。
[0011]本发明的技术方案如下:
[0012]一种殊域带状专网交通通信导航监视预警装置，包括LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、多功能车载多媒体信息终端、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、交通预警手机APP、循迹主体航拍系统、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置和后台控制与数据中心；
[0013]所述LTE专网通信基站、GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站、稀疏分布式监视与LED诱导预警设备、微气象采集设备、分布式自动除雪霜装置分别通过光纤网络与所述后台控制与数据中心通信；所述的LTE专网通信基站为多功能车载多媒体信息终端、循迹主体航拍系统以及手持智能设备提供高速无线传输接入网络；所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站用以获取定位修正数；所述多功能车载多媒体信息终端通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的稀疏分布式监视与LED诱导预警设备实时监视并显示信息；所述的交通预警手机APP运行于手持智能终端，为行车人员提供实时路况提示与预警服务，实时发布后台控制与数据中心下发的公告与预警信息，使行车人员及时了解高速公路路况动态信息，同时为用户提供高速公路违章记录查询；所述的循迹主体航拍系统位于高速公路巡逻车，通过LTE专网与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的微气象采集设备监测采集气象信息并与所述的后台控制与数据中心进行通信；所述的分布式自动除雪霜装置在霜雪气象条件下自动喷洒融雪剂。
[0014]根据本发明优选的，所述的LTE专网通信基站包括电源模块、控制模块、数据处理模块、天线模块和光纤通信模块，所述电源模块、数据处理模块、天线模块、光纤通信模块各自与控制模块相连；所述电源模块提供基站的电量供应，所述控制模块控制基站各部分协调工作，所述数据处理模块用于对基站无线链路收发数据的解析与通信协议封装，所述天线模块提供无线信号覆盖，所述光纤通信模块建立基站与后台控制与数据中心的网络通Is ;
[0015]所述的GPS/北斗双模定位地基增强参考基准站包括电源模块、CPU控制模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块和光纤通信模块，所述的电源模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、差分定位计算模块、光纤通信模块各自与所述的CPU控制模块相连；所述的电源模块负责基准站的电量供应，所述的CPU控制模块协调基准站各部分工作运行，所述的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，所述的数据存储模块用来存储基准站精确坐标位置，所述的差分定位计算模块根据GPS/北斗双模定位模块接收的卫星定位数据与基准站的精确坐标位置计算定位修正数，所述的光纤通信模块建立基准站与后台控制与数据中心的通信链路；
[0016]所述多功能车载多媒体信息终端包括电源模块、CPU控制模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块、LTE通信模块、GPS/北斗双模定位模块、数据存储模块、显示模块、语音模块各自与所述的CPU控制模块相连；所述的电源模块为多功能车载多媒体信息终端供电，所述的CPU控制模块控制多功能车载多媒体信息终端中各部分协同工作，所述的LTE通信模块建立多功能车载多媒体信息终端与LTE专网通信基站的无线通信链路，所述的GPS/北斗双模定位模块接收卫星定位数据，所述的数据存储模块存储数据包括地图信息、车辆位置信息、设备参数，所述的显示模块用来显示数据信息，包括车辆导航地图界面、信息公告和日期时间，所述的语