本发明涉及桥梁公路行车监测技术领域，尤其涉及基于区块链技术的城市桥梁超限超载安全监控系统。
背景技术：
随着社会经济的发展，桥梁通行车流量急剧增长。公路车辆在运输货物的过程中普遍存在超限超载的现象，超限超载行为严重破坏公路桥涵，增加了道路与桥梁养护费用，还给交通运输带来很大安全隐患。车辆超限超载运输严重威胁着道路交通和公路桥梁的安全，不仅容易造成道路交通事故，也扰乱了道路运输市场秩序，严重损害人民群众生命财产安全。
目前，相关部门采取车辆超限超载非现场执法的模式进行管理，通过车辆超限超载非现场执法系统，采用视频、称重相结合的方式可以全天候地监测。基于区块链技术的城市桥梁超限超载安全监控系统结合区块链技术，可以实现数据、信息实时共享，最大程度减少信息不对称，利用前端称重、抓拍、车牌识别等技术充分减少资源浪费，提高道路通行能力和提高人员执法效率，延长道路使用寿命，保证桥梁结构的安全。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供基于区块链技术的城市桥梁超限超载安全监控系统，目的是自动、精确地监测过往车辆的速度和重量，结合牌照识别和无线通讯技术，可以实时检测、传输和监控桥梁超载的动态数据。不仅能够满足管理和治超需要，而且还能提高桥梁管理水平，保证桥梁的安全运行。
技术方案：
基于区块链技术的城市桥梁超限超载安全监控系统，包括数据采集器、数据处理器以及区块链数据记录节点；所述数据处理器与所述数据采集器通信连接，所述区块链数据记录节点与所述数据处理器通信连接；
数据采集器包括图像采集模块及称重传感器模块，所述图像采集模块布置在桥梁入口处，采集车辆车头整体图像并发送至所述数据处理器；所述称重传感器模块采集车辆重量信息并发送至所述数据处理器；
所述数据处理器包括图像识别模块、载重比对模块、判定模块、存储模块及传输模块，所述图像识别模块识别所述数据采集器中所述图像采集模块采集的车辆车头整体图像，并从所述车辆车头整体图像中识别出车辆车牌号信息，并且与其内预先存储的车管所系统记录的所有车辆信息比对，得到具体车辆信息；所述载重比对模块获取所述数据采集器中所述称重传感器模块采集的车辆重量信息，并与其内存储的相应桥梁载重预设阈值进行比对；所述判定模块根据所述图像识别模块识别得到的车辆信息和所述载重比对模块的比对信息判定车辆是否超限超载；所述存储模块将数据采集器发送的监控数据及数据处理器的处理数据打包生成监控数据包并存储；所述传输模块将所述存储模块打包得到的监控数据包传输至区块链数据记录节点；
所述区块链数据记录节点采用联盟链方式建链，按照共识机制进行数据交互。
还包括云端管理中心，所述云端管理中心采用ecc非对称算法生成唯一公钥和私钥；其生成的公钥向区块链数据记录节点进行广播，其生成的私钥发送至各个数据处理器；所述数据处理器还包括加密模块，所述加密模块接收所述云端管理中心发送的私钥，并通过其私钥对所述存储模块打包得到的监控数据包明文进行加密生成密文和数字签名；所述传输模块将密文和数字签名传输给区块链数据记录节点；
所述区块链数据记录节点采用哈希函数对所述数据处理器发送的密文进行哈希计算，生成第一摘要；再釆用所述云端管理中心向其广播的公钥，对所述数据处理器发送的数字签名进行解密，得到第二摘要；比对第一摘要和第二摘要是否相同，如果相同则验证通过，所述区块链数据记录节点得到数据明文，并将所述监控数据包添加到在新区块的区块体中，如果不同则所述区块链数据记录节点无法获取加密之前的监控数据包。
所述数据处理器与所述数据采集器采用wsn网络zigbee传输协议通信连接，所述区块链数据记录节点与所述数据处理器采用wsn网络zigbee传输协议通信连接。
所述数据采集器的图像采集模块为ccd相机。
所述数据采集器还包括定位模块，所述定位模块采用北斗导航系统定位所述数据采集器的地理位置。
所述区块链数据记录节点采用dpos算法建立安全共识机制。
所述数据采集器布置在货车流量大于所在地区路段货车流量均值且超限超载高发路段、监测目标桥梁入口；其中，超限超载高发路段具体指的是根据动态称重系统数据和视频超限监控数据确定超限超载高发路段。
所述超限超载高发路段具体指的是某路段桥梁的超限或超载数量大于该桥梁过桥总车辆数的20％。
所述称重传感器模块采用弯板式称重传感器。
有益效果：本发明可以自动、精确地监测过往车辆的速度和重量，结合牌照识别和无线通讯技术，可以实时检测、传输和监控桥梁超载的动态数据。不仅能够满足管理和治超需要，而且还能提高桥梁管理水平，保证桥梁的安全运行。
本发明可以为管理部门掌握桥梁的超载超限运输情况提供了全面的第一手资料，为管理部门整治超载超限运输提供了可靠的依据。管理部门可以通过通报或者公开曝光等方式，对监测记录下的超载超限车辆施加压力，用科技手段震慑超载超限车辆上路上桥，使桥梁在设计荷载范围内正常使用，避免因超载超限引起桥梁突发性、随时性坍塌，避免造成车毁人亡的交通事故，延长桥梁使用寿命，防患于未然，为道路桥梁安全通行保驾护航。
附图说明
图1为本发明提供的基于区块链技术的数据提交流程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明提供的基于区块链技术的数据提交流程的示意图。如图1所示，本发明基于区块链技术的城市桥梁超限超载安全监控系统包括云端管理中心、数据采集器、数据处理器和区块链数据记录节点。
数据采集器用于采集车辆图像信号和车辆载重信号，数据采集器布置在桥梁入口处，并将其采集的相应的监控数据信息与其坐标信息传输给数据处理器；数据处理器与数据采集器通信连接，用于处理数据采集器发送的数据信息及坐标信息，判断相应桥梁路段上车辆是否超限和超载，同时其与区块链数据记录节点通信连接，通过网络将数据传输至区块链数据记录节点，在本发明中，数据处理器通过wsn网络将数据传输至区块链数据记录节点；云端管理中心是用于生成公钥和私钥，其生成的公钥向区块链数据记录节点进行广播，其生成的私钥发送至各个数据处理器各个数据处理器通过其私钥用于对数据采集器发送的监控数据进行加密；区块链数据记录节点采用联盟链方式建链，对接收和发送的数据分别执行解密和加密操作，按照共识机制进行数据交互。
数据采集器包括定位模块、ccd相机模块、称重传感器模块及通信模块，所述定位模块采用北斗导航系统定位地理位置，所述ccd相机模块用于采集车头整体图像和车牌图像，其布置在桥梁入口处，安装高度为12m～15m，所述称重传感器模块用于获得车辆的轴重，在本发明中，称重传感器模块为高速公路动态称重传感器，采用弯板式称重传感器，通过动态称重算法得出通过桥梁的车辆的重量信息；所述通信模块用于将采集数据通过wsn网络传输至数据处理器。
数据处理器包括图像识别模块、载重比对模块、判定模块、存储模块、加密模块及传输模块，图像识别模块识别数据采集器中ccd相机模块采集的车辆车头整体图像，并从车辆图片中识别出车辆车牌号信息，并且与其内预先存储的车管所系统记录的所有车辆信息比对，得到具体车辆信息，获取驾驶员、车型、颜色等信息；载重比对模块获取数据采集器中称重传感器模块采集的车辆重量信息，并与其内存储的相应桥梁载重预设阈值进行比对，判定模块根据图像识别模块识别得到的车辆信息和载重比对模块的比对信息判定车辆是否超限超载；存储模块将数据采集器发送的监控数据及数据处理器的处理数据打包生成监控数据包并存储，其中，数据处理器的处理数据包括；图像识别模块识别出的车辆车牌号信息及与其内预先存储的车管所系统记录的所有车辆信息比对得到的比对信息、判定模块根据图像识别模块识别得到的车辆信息和载重比对模块的比对信息判定车辆是否超限超载的判定信息；加密模块接收云端管理中心发送的私钥，并通过其私钥对存储模块打包得到的监控数据包明文进行加密生成密文和数字签名；传输模块用于将密文和数字签名传输给区块链数据记录节点。
区块链数据记录节点，采用哈希函数对数据处理器的传输模块发送的密文进行哈希计算，生成第一摘要；再釆用云端管理中心向其广播的公钥，对所述监控数据包数字签名进行解密，得到第二摘要，比对第一摘要和第二摘要是否相同，如果相同则验证通过，可以得到数据明文，并将所述监控数据包添加到在新区块的区块体中，如果不同则无法获取加密之前的监控数据包，从而保护数据安全。
云端管理中心采用ecc非对称算法生成唯一公钥和私钥，数据采集器和数据存储器均采用wsn网络zigbee传输协议，区块链数据记录节点采用dpos算法建立安全共识机制。
本发明基于区块链技术的桥梁超限超载安全监控系统的建立，为管理部门掌握桥梁的超载超限运输情况提供了全面的第一手资料，为管理部门整治超载超限运输提供了可靠的依据。管理部门可以通过通报或者公开曝光等方式，对监测记录下的超载超限车辆施加压力，用科技手段震慑超载超限车辆上路上桥，使桥梁在设计荷载范围内正常使用，避免因超载超限引起桥梁突发性、随时性坍塌，避免造成车毁人亡的交通事故，延长桥梁使用寿命，防患于未然，为道路桥梁安全通行保驾护航。
数据采集器在重点路段和桥梁独立建设，在货车流量大于所在地区路段货车流量均值且超限超载高发路段、监测目标桥梁入口，独立建设非现场执法设备，采用事后执法的方式，形成路面全方位的监控。或者针对固定治超站绕行线路，通过设置非现场执法设备，堵住治超站的绕行路线。其中，超限超载高发路段具体指的是根据动态称重系统数据和视频超限监控数据确定超限超载高发路段，具体为某路段桥梁的超限或超载数量大于该桥梁过桥总车辆数的20％。
本系统还具备超载查询、分类统计、安全报警等多项实用功能。通过该系统能够有效整治超限超载顽症，确保桥梁安全，有利于桥梁设施的管理；还可以掌握桥梁的实际荷载谱，便于分析桥梁的剩余寿命。并将一干采集到的数据汇总整理，并及时发送到管理中心，甚至可以发送到千里之外的相关部门。通过系统实时掌握桥梁的重车流量和超载信息，可以使桥梁管理养护做到预防为主，主动作为，还可以为分析评估桥梁的承载力和耐久性提供依据。通过分析桥梁的实际荷载谱，为将来改扩建以及完善规范中的设计荷载提供较准确的依据。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。
1.基于区块链技术的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：包括数据采集器、数据处理器以及区块链数据记录节点；所述数据处理器与所述数据采集器通信连接，所述区块链数据记录节点与所述数据处理器通信连接；
数据采集器包括图像采集模块及称重传感器模块，所述图像采集模块布置在桥梁入口处，采集车辆车头整体图像并发送至所述数据处理器；所述称重传感器模块采集车辆重量信息并发送至所述数据处理器；
所述数据处理器包括图像识别模块、载重比对模块、判定模块、存储模块及传输模块，所述图像识别模块识别所述数据采集器中所述图像采集模块采集的车辆车头整体图像，并从所述车辆车头整体图像中识别出车辆车牌号信息，并且与其内预先存储的车管所系统记录的所有车辆信息比对，得到具体车辆信息；所述载重比对模块获取所述数据采集器中所述称重传感器模块采集的车辆重量信息，并与其内存储的相应桥梁载重预设阈值进行比对；所述判定模块根据所述图像识别模块识别得到的车辆信息和所述载重比对模块的比对信息判定车辆是否超限超载；所述存储模块将数据采集器发送的监控数据及数据处理器的处理数据打包生成监控数据包并存储；所述传输模块将所述存储模块打包得到的监控数据包传输至区块链数据记录节点；
所述区块链数据记录节点采用联盟链方式建链，按照共识机制进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：还包括云端管理中心，所述云端管理中心采用ecc非对称算法生成唯一公钥和私钥；其生成的公钥向区块链数据记录节点进行广播，其生成的私钥发送至各个数据处理器；所述数据处理器还包括加密模块，所述加密模块接收所述云端管理中心发送的私钥，并通过其私钥对所述存储模块打包得到的监控数据包明文进行加密生成密文和数字签名；所述传输模块将密文和数字签名传输给区块链数据记录节点；
所述区块链数据记录节点采用哈希函数对所述数据处理器发送的密文进行哈希计算，生成第一摘要；再釆用所述云端管理中心向其广播的公钥，对所述数据处理器发送的数字签名进行解密，得到第二摘要；比对第一摘要和第二摘要是否相同，如果相同则验证通过，所述区块链数据记录节点得到数据明文，并将所述监控数据包添加到在新区块的区块体中，如果不同则所述区块链数据记录节点无法获取加密之前的监控数据包。
3.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述数据处理器与所述数据采集器采用wsn网络zigbee传输协议通信连接，所述区块链数据记录节点与所述数据处理器采用wsn网络zigbee传输协议通信连接。
4.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述数据采集器的图像采集模块为ccd相机。
5.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述数据采集器还包括定位模块，所述定位模块采用北斗导航系统定位所述数据采集器的地理位置。
6.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述区块链数据记录节点采用dpos算法建立安全共识机制。
7.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述数据采集器布置在货车流量大于所在地区路段货车流量均值且超限超载高发路段、监测目标桥梁入口；其中，超限超载高发路段具体指的是根据动态称重系统数据和视频超限监控数据确定超限超载高发路段。
8.根据权利要求7所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述超限超载高发路段具体指的是某路段桥梁的超限或超载数量大于该桥梁过桥总车辆数的20％。
9.根据权利要求1所述的城市桥梁超限超载安全监控系统，其特征在于：所述称重传感器模块采用弯板式称重传感器。
技术总结