一种基于高速公路的车流数据分析系统的制作方法

本发明涉及高速公路车流分析，具体涉及一种基于高速公路的车流数据分析系统。

背景技术：

1、基于高速公路的车流数据分析系统是一项综合利用先进技术和数据处理方法的系统性工程，旨在深入挖掘车辆流量数据背后的信息价值。通过对车辆通过时间、速度、密度等数据进行深入分析，系统能够揭示交通状况、拥堵原因、事故频率等关键信息，为交通管理部门提供决策支持和优化策略，同时也为智能交通系统的发展提供重要数据支持，助力构建更加高效、安全和智能的交通运输网络。

2、更具体地说，基于高速公路的车流数据分析系统是一项多方面的工作，从数据的收集、处理到分析和应用，都包含着复杂而重要的步骤。首先，通过在高速公路上部署车辆传感器、交通摄像头等设备，系统能够实时捕获车辆的通过时间、速度、车型等信息。随后，这些数据经过处理模块进行清洗、整合和存储，以确保数据的准确性和一致性。接着，数据分析模块利用存储的数据进行各种类型的分析，如时段车流量分布、拥堵状况、事故频率等，从而为交通管理部门提供全面的交通状况了解和决策支持。此外，系统还通过可视化展示模块将分析结果以直观的图表、地图等形式呈现，使用户能够更直观地理解交通情况，从而更好地制定交通管理策略和应对突发事件。综合而言，基于高速公路的车流数据分析系统在实现交通流量监测、拥堵缓解、事故预防等方面发挥着重要作用，为提升交通运输系统的效率、安全性和智能化水平提供了关键支持。

3、现有技术存在以下不足：

4、由于现有的技术在对高速公路车流数据进行分析时，需要通过交通监控摄像头和车辆传感器等数据源去采集相关数据，但是不同数据源采集数据的频率会存在不一致的情况，不同数据源采集数据的频率不一致会导致数据在时间维度上的异构性，举例而言，交通监控摄像头以每秒一帧的频率采集视频数据，而车辆传感器可能以每秒一次的频率采集车辆通过时间和速度信息，这种差异会导致数据不一致性，在设备故障或维护、环境因素影响和系统升级或调整的情况下，也会导致数据采集频率的变化，为了将交通监控摄像头和车辆传感器的数据采集频率调整为一致，现有的解决方式一般需要对设备进行更新或对现有设备进行改造，也需要对整个系统进行升级和调整，包括软件和硬件方面的改变，需要大量的成本和资源投入，也会增加系统的复杂性和运维难度，调整设备的数据采集频率也会影响设备的稳定性和兼容性，特别是对于大规模的高速公路系统，成本会更高，会严重增加系统的复杂性和运维难度。

5、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于高速公路的车流数据分析系统，以解决上述背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于高速公路的车流数据分析系统，包括车流数据采集与传输模块、数据中心、数据获取模块、数据处理模块、数据分析模块、隐患评估模块、紧急程度评估模块和预警提示与响应模块；

3、车流数据采集与传输模块，通过交通摄像头和车辆传感器获取高速公路上的车流数据，并将获取的车流数据传输至数据中心进行存储、处理和车流数据分析；

4、数据中心，接收车流数据采集与传输模块传输的高速公路上的车流数据，并进行存储、处理和车流数据分析；

5、数据获取模块，获取交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的数据传输信息；

6、数据处理模块，对数据获取模块获取的数据传输信息进行处理；

7、数据分析模块，将经过处理后的数据传输信息建立数据分析模型，生成隐患评估系数；

8、隐患评估模块，将生成的隐患评估系数与预先设定的隐患评估系数阈值进行比对分析，评估是否需要对交通监控摄像头和车辆传感器数据采集的频率进行调整，并对应生成正常信号和隐患信号；

9、紧急程度评估模块，获取隐患信号生成时数据分析模块后续生成的若干个隐患评估系数，并进行综合分析，生成对应的紧急信号，并将对应的紧急信号传输至预警提示与响应模块；

10、预警提示与响应模块，对不同紧急信号进行不同的预警提示。

11、优选的，交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的数据传输信息包括时间分布指数、数据同步度波动系数和频率调整敏感度指数，获取后，将时间分布指数、数据同步度波动系数和频率调整敏感度指数分别标定为、和。

12、优选的，所述时间分布指数的获取逻辑如下：

13、s111、获取交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳，将交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳标定为，表示交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳的编号，，为正整数；

14、s112、将交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳的时间间隔标定为，具体的计算公式为：；

15、s113、构建指数分布模型，指数分布模型的概率密度函数为：

16、，其中是时间分布指数，且；

17、s114、通过最小二乘法优化目标，目标是最小化残差平方和来找到最优值，使模型最能拟合实际的数据传输时间间隔，最小二乘法的优化目标可以表示为，得到最优的时间分布指数。

18、优选的，所述数据同步度波动系数的获取逻辑如下：

19、s121、获取交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳，将交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳标定为，表示交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳的编号，，为正整数；

20、s122、将交通摄像头和车辆传感器向数据中心传输高速公路上车流数据时的时间戳的时间间隔标定为，具体的计算公式为：；

21、s123、将平均时间间隔标定为，具体的计算公式如下：；

22、s124、计算数据同步度波动系数，具体的计算公式如下：

23、，式中，为数据同步度波动系数。

24、优选的，所述频率调整敏感度指数的获取逻辑如下：

25、s131、建立微分方程模型，将用于表示系统对数据采集频率调整的响应程度的交通监控系统的状态标定为，其中表示时间，频率调整敏感度指数可以通过以下微分方程模型进行计算：

26、，其中，是频率调整敏感度指数；

27、s132、通过微分方程，可以得到的表达式：

28、，其中，是初始状态下的系统响应值；

29、s133、根据随时间的变化情况，通过观察的衰减速度来确定频率调整敏感度指数。

30、优选的，将经过处理后的数据传输信息建立数据分析模型，即将时间分布指数、数据同步度波动系数和频率调整敏感度指数建立数据分析模型，生成隐患评估系数，依据公式：，式中，、和分别为时间分布指数、数据同步度波动系数和频率调整敏感度指数的预设比例系数，且、和均大于0。

31、优选的，将生成的隐患评估系数与预先设定的隐患评估系数阈值进行比对分析，评估是否需要对交通监控摄像头和车辆传感器数据采集的频率进行调整，并对应生成正常信号和隐患信号，具体比对分析如下：

32、若，不需要对交通监控摄像头和车辆传感器数据采集的频率进行调整，生成正常信号，并将正常信号传输至预警提示与响应模块，预警提示与响应模块接收正常信号后，不进行预警提示工作；

33、若，需要对交通监控摄像头和车辆传感器数据采集的频率进行调整，生成隐患信号，并将隐患信号传输至紧急程度评估模块。

34、优选的，紧急程度评估模块接收隐患信号后，获取隐患信号生成时数据分析模块后续生成的若干个隐患评估系数，并将隐患信号生成时数据分析模块后续生成的若干个隐患评估系数重新标定为，表示隐患信号生成时数据分析模块后续生成的若干个隐患评估系数的编号，，为正整数；

35、将若干个隐患评估系数的平均值标定为，具体的计算公式为：；

36、将若干个隐患评估系数的标准差标定为，具体的计算公式为：。

37、优选的，获取隐患信号生成时数据分析模块后续生成若干个隐患评估系数的预设平均值和预设标准差，将若干个隐患评估系数的预设平均值和预设标准差分别标定为和，将若干个隐患评估系数的平均值和标准差分别与预设平均值和预设标准差进行比对分析，生成对应的紧急信号，并进行对应的预警提示，具体分析如下：

38、若，生成高度紧急信号，并将高度紧急信号传递至预警提示与响应模块，预警提示与响应模块接收高度紧急信号后，进行高度紧急预警提示；

39、若且，生成中度紧急信号，并将中度紧急信号传递至预警提示与响应模块，预警提示与响应模块接收中度紧急信号后，进行中度紧急预警提示；

40、若且，生成低度紧急信号，并将低度紧急信号传递至预警提示与响应模块，预警提示与响应模块接收低度紧急信号后，进行低度紧急预警提示。

41、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

42、1、本发明通过整合交通摄像头和车辆传感器的数据源，实现了高速公路车流数据的统一采集和传输至数据中心，这种一致性的数据采集方式可以消除交通摄像头和车辆传感器数据源之间的数据采集频率不一致性，确保数据在时间维度上的一致性和稳定性，这对于车流数据的分析和评估至关重要，尤其是在实时交通监控和安全预警方面，这有助于提高交通数据的可靠性，为后续的数据分析和安全评估提供了高质量的数据基础。

43、2、本发明通过数据处理模块和数据分析模块，系统对采集的车流数据进行处理和分析，建立了隐患评估模型，生成隐患评估系数，这些系数反映了交通状况的安全风险和潜在隐患，有助于及时发现交通安全问题并采取预防措施，提高公路交通的安全性和可靠性。

44、3、本发明中紧急程度评估模块根据隐患评估系数生成不同程度的紧急信号，通过预警提示与响应模块进行及时预警和响应，这种机制可以帮助交通管理部门快速应对交通安全事件，提高应急响应能力，减少事故发生和交通拥堵的可能性。

45、4、本发明不仅提高了交通数据的质量和安全性，还减少了数据处理和分析的成本。通过有效的数据采集和整合，避免了设备频繁更新和系统升级的需要，降低了系统运维成本和复杂性，同时，通过数据分析和预警响应机制，可以优化交通管理流程，提高公路的运行效率和安全性。

46、5、本发明实现了对交通状况的实时监控和管理，通过数据中心的数据分析和紧急信号生成，交通管理部门可以及时了解交通情况，制定有效的交通管理策略，提高交通系统的运行效率和服务水平。