[0001] 本发明涉及道路交通安全管理技术领域，具体来说涉及一种精准监测道路坍塌掩埋的快速反应报警系统及方法。

[0002] 道路交通安全是保障人民生命安全、经济快速发展的基础要求。由于地理位置限制，许多路段需要依山建设。近年来极端天气频发，导致山体地质变化严重，导致山区道路常因山体滑坡发生路面掩埋、路面塌陷等事故，严重威胁了交通运输安全。

[0003] 由于目前用于监测路面坍塌掩埋的设备复杂，造价高，我们知道路面坍塌掩埋事件是百年不遇一次的重大灾难，如何确保在事件发生时，监测设备处于正常工作状态，是制约监测设备普及的关键，鉴于目前缺乏有效、可靠、造价低的即时监测手段，往往在灾难发生时，无法立即获取路面受损的准确位置并报警，给临近灾难现场的车辆和乘车人的安全带来重大威胁。

[0004] 申请号为201120536865.1的中国专利申请提供了一种桥面断裂报警装置，当桥面发生塌陷时，桥面两头的传感器检测到桥面事先预埋在桥体中外部电路中断时，立即发出报警信息。该方案需要在桥的两端安装设备，两头设备需要通过导线供电，当桥梁或监测路段非常长时，则无法正常使用，更重要的是不能精准发现报警信息的精准位置。更不能区分是设备故障报警还是塌陷灾难事件报警。此外，虽然道路塌陷、桥梁断裂等事件发生的概率较小，导致专用监测系统的使用概率是“养兵千日，用兵一时”，但需要保证监测系统的所有设备能够始终保持在正常工作状态，才能在关键时刻发挥作用。而如何保证设备始终工作在正常状态，也是亟待解决的难题。

[0046] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0047] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0048] 如图1所示，本发明公开了一种精准监测道路坍塌掩埋的快速反应报警系统，主要包括：多芯监测电缆、接线端板、矩阵切换模块、电平监测模块、控制模块以及视频监控模块。

[0049] 多芯监测电缆沿待监测路面路缘张紧铺设，包括一条公共线以及至少两条区间监测线，所述区间监测线分别与公共线连成通路；将所述待监测路段分为至少两个监测区间，所述公共线用于给所有区间监测线供电，任意所述区间监测线用于监测对应的一个监测区间的通断。

[0050] 在本发明优选的实施例中，如图1所示，在待监测路段还设置有一条于多芯监测电缆平行设置的主线，针对每一个监测区间的多芯监测电缆中的区间监测线均通过对应的接线盒并联至主线上，将主线连接至接线端板。主线上针对每个监测区间设置两个监测线接头，通过两个接头连接区间监测线的两端形成检测通路区间检测线布置在对应的监测区间的全部监测范围。

[0051] 具体来说，沿着监测道路的路缘，敷设一条多芯监测电缆，监测电缆需要拉紧，并固定在沿途设置的若干个固定点上，确保路面塌陷或山体滑坡时，监测电缆会中断。多芯监测电缆中，设定一条公共线，贯穿道路全程，通过接线盒时每条区间监测线能够形成与其他区间监测线路并行的监测回路，在接线盒中需要将其中多芯监测电缆与主线连接形成通路。

[0052] 当某个监测区间的区间监测线电平突变时表示疑似道路坍塌掩埋情况发生。此时对系统的其他设备状态进行监测，判断是否是设备故障，如果发生故障，则通知维修人员处理。如果没有发生设备故障，进一步调用对应各个监测区间的摄像头，判断是否发生了坍塌掩埋情况。

[0053] 具体实施时，选择具有高灵敏度和耐环境影响的多芯监测电缆，以确保在各种天气和地质条件下均可准确监测。电缆需紧密固定在路面上，确保在发生坍塌时能够及时响应。在每个监测区间的起始和终点位置设置固定点，用于分段固定多芯监测电缆。固定点的设计应保证在土体滑动或路面塌陷时，能够使电缆受到足够的拉力而断开，触发报警。对每段多芯监测电缆的每条线路进行适应于监测区间分段的编号，并标注其监测起点位置和终点位置，以便在发生问题时快速定位故障段。

[0054] 接线端板包括第一接线端子和第二接线端子，其中第一接线端子通过限流电阻连接直流电源正极，另一方面连接矩阵切换模块。第二接线端子的一侧连接多芯监测电缆的一条区间监测线，另一侧通过矩阵切换模块连接电平检测模块。

[0055] 具体来说，系统电源采用直流不间断电源，其中一个电极接到公共线线，另一电极接到电平监测设备上。根据监测道路长度，将电缆分成若干段，每段需要进行编号、设置名称，标注监测起点米数，终点米数，每段电缆长度应考虑小于摄像头覆盖范围。系统平台侧需要将检测电缆的每一个导线，按照公共线和监测的每个路段固定到接线端板上。

[0056] 矩阵切换模块包括第一切换端子和第二切换端子，所述第一切换端子通过限流电阻连接电源正极，第二切换端子的一侧两节接线端板上的一个第二接线端子，另一次连接电平检测模块；所述矩阵切换模块用于实现所述多芯监测电缆的所有区间监测线分别与电平监测模块不断连接。

[0057] 具体来说，矩阵切换器输入端接到接线端板的监测电缆的电源和每一段导线上。矩阵切换器由一系列电子开关组成，这些开关能在控制模块的指令下快速闭合或断开，从而连接或隔离特定的导线。

[0058] 具体实施时，系统开始运行，则控制模块会根据预设的程序向矩阵切换器发送指令，指定哪些导线需要被检测，也可同时对各条线路进行检测。矩阵切换模块能够在短时间内对多条线路进行逐一检测，大幅提高检测效率。在发生故障时，矩阵切换器可协助快速定位具体受影响的区间，缩短维修时间。

[0059] 矩阵切换器与接线端板、电平监测模块、控制模块等其他组件紧密集成。例如，当电平监测模块检测到某导线电平异常时，控制模块会立即指令矩阵切换器切换至相应线路，以便进行进一步的检测和分析。这种集成设计使得系统响应更为迅速和智能。通过实际应用测试，本系统利用矩阵切换器成功实现了对多个监测区间的无间断监控，显著提高了道路坍塌监测的实时性和准确性。在多次模拟道路塌陷情景中，系统均能在最短时间内发出警报，并通过矩阵切换器的高效管理，实现了快速故障定位和响应。

[0060] 电平监测模块，用于根据矩阵切换模块输出的电平判断公共线以及区间监测线的通断，电平检测模块连接直流电源的负极。

[0061] 具体来说，电平监测模块通过检测矩阵切换模块输出的电平变化，判断各监测线的通断状态。当某线路电平异常时，控制模块即刻接收信号。控制模块根据电平信号的异常来激活故障警报，同时分析可能的故障原因，协调视频监控模块和道路状态识别模块工作，确保快速准确地处理报警信息。

[0062] 控制模块，所述控制模块用于根据电平监测模块检测的电平信号进行故障警报。

[0063] 进一步地，所述系统还包括视频监控模块，所述视频监控模块与沿路设置的摄像头相连，根据控制模块的控制指令调用任意监测区间的摄像头数据。

[0064] 具体来说，沿线路均匀设置高清摄像头，确保各监测区间内的路况被全程覆盖。进一步地，所述摄像头的布置方式被设置为：各摄像头的拍摄范围叠加后覆盖待监测路段全程。摄像头应具备夜视和防震功能，以应对复杂环境。道路状态识别模块对接收到的图像数据进行实时分析，利用图像处理技术判断是否有道路塌陷或被掩埋的现象，并在确认异常时立即启动报警协议。

[0065] 具体实施时，对高度疑似发生事故的监测区间，进一步调动视频监控模块的摄像头，对该监测路段的路面状况图像进行提取。视频监控模块是本系统中至关重要的一部分，它通过沿路设置的摄像头收集实时图像数据，用于监控和分析道路状况。该模块与控制模块紧密集成，能够在发生道路异常或坍塌时提供视觉证据，辅助决策和事故响应。

[0066] 进一步地，所述系统还包括道路状态识别模块，所述道路状态识别模块用于对摄像头采集的监测区间路况图像进行视觉分析判断是否发生道路塌陷掩埋。

[0067] 具体实施时，选用高分辨率与夜视功能的摄像头，确保无论日夜都能清晰捕捉路面情况。摄像头需沿着待监测路段均匀设置，保证每个监测区间内的道路情况都能被至少一个摄像头完整覆盖。利用先进的图像处理软件，对摄像头收集的视频数据进行实时分析，识别可能的异常情况，如路面裂开、土壤滑移等。还可以结合人工智能算法，如卷积神经网络(CNN)，提高识别的准确性和速度。

[0068] 进一步优选地，道路状态识别模块确认某一监测区间发生道路塌陷掩埋事故，则：

[0069] 一方面与导航平台通信，向途径车辆发送报警数据；

[0070] 一方面与管理部门管理平台通信，发送救援请求；

[0071] 另一方面与当前路段路侧显示屏通信，通过路侧显示屏报警。

[0072] 进一步地，所述系统还包括系统故障监测模块，所述系统故障监测模块用于监测控制模块和电平监测模块的工作状态。

[0073] 具体来说，系统故障监测模块是确保本报警系统高可用性和稳定性的关键组件。该模块的主要任务是持续监控所有系统硬件的状态以及运行中软件的执行情况，包括控制模块、电平监测模块、矩阵切换器、视频监控模块等关键部分。一旦检测到任何异常或故障，系统故障监测模块将立即采取预定措施以防范系统失效，确保道路监测不受影响。

[0074] 如图2所示，本发明还公开了一种精准监测道路坍塌掩埋的快速反应报警方法，基于上述系统实现，包括以下步骤：

[0075] S1、沿待监测道路的路缘张紧敷设多芯监测电缆，并固定在沿途设置的若干个固定点上，确保路面塌陷或山体滑坡时，多芯监测电缆会中断。

[0076] S2、将待监测路段根据道路长度分为若干监测区间，相应的，将多芯监测电缆分成若干段，对每段将多芯监测电缆进行编号、标注监测起点位置和终点位置，且每段多芯监测电缆长度应考虑小于对应监测区间摄像头的覆盖范围。

[0077] S3、在每个监测区间对应位置设置一个接线盒，在接线盒内将公共线与对应当前监测区间的区间监测线连接形成通路。

[0078] S4、在监测平台处将多芯监测电缆的每一个导线，按照公共线和监测的每个路段固定到接线端板上。

[0079] S5、系统电后，按照固定周期通过矩阵切换器对电源及多芯监测电缆的每一个导线进行通断检测，当检测到有导线断开则执行S6，否则执行S5。

[0080] S6、判断断开导线是否为电源线，如果是则判断设备故障发出维修请求，如果不是电源线则执行S7。

[0081] S7、获取断开区间监测线的编号，并调用对应的摄像头进行路况识别，并判断是否导线断开是否是误触发。如果判断导线断开不是误触发，则：

[0082] 一方面与路况导航平台通信，向途径车辆发送报警数据；

[0083] 一方面与管理部门管理平台通信，发送救援请求；

[0084] 一方面与应急广播平台通信，向沿途车辆通过全频段广播发送报警信息；

[0085] 另一方面与当前路段路侧显示屏通信，通过路侧显示屏报警。

[0086] 对于本发明的一种精准监测道路坍塌掩埋的快速反应报警方法而言，由于其与上面实施例中的一种精准监测道路坍塌掩埋的快速反应报警系统相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中一种精准监测道路坍塌掩埋的快速反应报警系统部分的说明即可，此处不再详述。

[0087] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。