智慧橋梁立體可視化感知系統(tǒng)在潤揚(yáng)大橋的應(yīng)用

劉繼　卜劍勇

摘要：融聚智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)，探索符合交通高速公路行業(yè)運(yùn)營管理要求的新的信息化建設(shè)模式;探索全域化的道路感知應(yīng)用、在安全的前提下提升通行效率;探索基于AR實(shí)景系統(tǒng)與高速公路管理、運(yùn)營服務(wù)的深度融合，提升橋梁數(shù)據(jù)智能化分析水平，加強(qiáng)橋梁運(yùn)行監(jiān)測和應(yīng)急處置能力;探索基于視頻技術(shù)的收費(fèi)管理應(yīng)用，提高服務(wù)效率和逃費(fèi)稽查能力等五個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：可視化;智慧橋梁;AR;感知

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0079-02

1 背景

潤揚(yáng)長江公路大橋，簡稱潤揚(yáng)大橋，是中國江蘇省境內(nèi)一座連接鎮(zhèn)江市和揚(yáng)州市的橋梁工程，是江蘇“四縱四橫四聯(lián)”高速公橋梁中主骨架和跨長江通道規(guī)劃的重要組成部分。

潤揚(yáng)長江公路大橋于2000年10月20日開工建設(shè);于2004年6月1日全線貫通;于2005年2月2日主體工程基本竣工;于2005年4月30日正式通車。

潤揚(yáng)長江公路大橋北起揚(yáng)州南繞城公路，跨經(jīng)長江世業(yè)洲，南迄于鎮(zhèn)江312國道互通，全長35.66千米，橋面為雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100千米/小時(shí);工程項(xiàng)目總投資額58.1億元。

2 AR技術(shù)簡介

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR），也被稱為擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)（中國臺灣地區(qū)），它是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（視覺信息，聲音，味道，觸覺等），通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實(shí)世界的信息，而且將虛擬的信息同時(shí)顯示出來，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。在視覺化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，用戶利用頭盔顯示器，把真實(shí)世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實(shí)的世界圍繞著它。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、多傳感器融合、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊、場景融合等新技術(shù)與新手段。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供了在一般情況下，不同于人類可以感知的信息。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)與功能

智慧橋梁立體可視化感知系統(tǒng)的最為直觀的感覺是：所見即所得，所控即可視，如圖1所示。

系統(tǒng)架構(gòu)共分五層，采集層分物理數(shù)據(jù)采集和業(yè)務(wù)軟件數(shù)據(jù)采集，物理數(shù)據(jù)采集包括監(jiān)控?cái)z像機(jī)，人像抓拍機(jī)，車輛抓拍機(jī)，出入口控制，以及其他的各種信息化的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。

業(yè)務(wù)采集層包括高速公路上常用的11個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)挖掘機(jī)器人，利舊兼容現(xiàn)有系統(tǒng)，把這11個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)，通過我們的AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，視頻時(shí)空數(shù)據(jù)，AI人工智能技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速公路的橋梁數(shù)據(jù)智能化分析，橋梁運(yùn)行監(jiān)測，應(yīng)急事件處理，從而提高收費(fèi)管理應(yīng)用，提升服務(wù)效率等。

智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)是一套綜合化的運(yùn)營系統(tǒng)，與高速公路現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)管理系統(tǒng)、車輛抓拍系統(tǒng)、綠色通道管理系統(tǒng)、應(yīng)急處置管理系統(tǒng)、機(jī)電養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)等其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對接，獲取對于經(jīng)營管理以及綜合防控有用的數(shù)據(jù)，并整合到融合實(shí)景指揮系統(tǒng)上。通過AR技術(shù)以及數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將數(shù)據(jù)直觀顯現(xiàn)在視頻實(shí)景地圖上，讓數(shù)據(jù)有了場景的支撐、場景有了數(shù)據(jù)的豐富，令數(shù)據(jù)不再枯燥，管理不再單調(diào)。

3.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

與原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過國標(biāo)GB28181的協(xié)議或軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，將原有高速公路的視頻資源進(jìn)行接入整合，可實(shí)現(xiàn)在實(shí)景地圖上聯(lián)動查看原有實(shí)時(shí)視頻、錄像，球機(jī)、云臺預(yù)置位調(diào)用等相關(guān)功能。

3.2 保暢工程

與原有保暢工程相關(guān)系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，獲取路段車流量、擁堵事件等數(shù)據(jù)，在智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)視頻畫面中實(shí)時(shí)顯示，直觀查看橋梁、路段所有保暢工程相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 機(jī)電養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)

與原有機(jī)電養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，獲取路段基礎(chǔ)設(shè)施信息以及設(shè)備在線信息，在智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)視頻畫面中實(shí)時(shí)顯示，直觀查看所有機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)信息以及狀態(tài)報(bào)告。

3.4 資產(chǎn)管理系統(tǒng)

與原有資產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，獲取路段資產(chǎn)基本信息以及資產(chǎn)狀態(tài)信息，在智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)視頻畫面中實(shí)時(shí)顯示，直觀查看所有資產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)信息以及狀態(tài)報(bào)告。

3.5 建設(shè)施工管理系統(tǒng)

與原有建設(shè)施工管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，獲取建設(shè)施工管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在現(xiàn)場施工區(qū)域，可以設(shè)置區(qū)域報(bào)警，對進(jìn)入或者離開事件進(jìn)行告警，也可以在夜間進(jìn)行安防布控，對預(yù)設(shè)定事件進(jìn)行識別和行為分析，實(shí)現(xiàn)無人值守，提升品質(zhì)工程的質(zhì)量。

3.6 與應(yīng)急管理系統(tǒng)對接

與原有應(yīng)急管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，獲取接警信息，在智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)視頻畫面中實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)接收到接警信息后，自動將報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警信息等在系統(tǒng)視頻畫面中高亮提示，并且聯(lián)動打開附近攝像機(jī)，播放現(xiàn)場畫面，方便管理者及時(shí)獲悉事故發(fā)生的位置以及嚴(yán)重程度，及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)度。

3.7 治超站管理

與原有治超站管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，通過智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)對治超站資源進(jìn)行管理，例如位置標(biāo)注、設(shè)備管理、物資儲備管理，車輛識別等等，實(shí)現(xiàn)全可視化實(shí)景管理。

3.8 與綠通稽查管理系統(tǒng)對接

與原有綠通稽查管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，獲取綠色通道通行車輛數(shù)據(jù)，在智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)視頻畫面中實(shí)時(shí)顯示，將稽查員審核車輛的過程在實(shí)景地圖上呈現(xiàn)，管理者進(jìn)行二次審核，防止貨車假冒綠通車逃費(fèi)的行為。

3.9 路政管理系統(tǒng)

與原有路政管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，通過智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)對路政資源進(jìn)行管理，例如無人機(jī)巡線、路產(chǎn)設(shè)備自動標(biāo)注、車輛追逃自動跟蹤等等，實(shí)現(xiàn)全可視化實(shí)景管理。

3.10 工班管理系統(tǒng)

與原有工班管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，通過智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)對工班資源進(jìn)行管理，例如工班管理、工班統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)注、班次調(diào)整、收費(fèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等等，實(shí)現(xiàn)全可視化實(shí)景管理。

3.11 橋梁視頻事件分析管理系統(tǒng)

與原有橋梁視頻事件分析管理系統(tǒng)，通過軟件數(shù)據(jù)采集機(jī)器人采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，通過智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)對橋梁視頻事件進(jìn)行管理，例如車輛駐留報(bào)警、設(shè)備故障標(biāo)注、設(shè)備可視化操控、特殊事件告警等等，實(shí)現(xiàn)全可視化實(shí)景管理。

4 融聚智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

融聚智慧橋梁立體化可視感知系統(tǒng)，主要用于探索符合交通高速公路行業(yè)運(yùn)營管理要求的新的信息化建設(shè)模式;探索全域化的道路感知應(yīng)用、在安全的前提下提升通行效率;探索基于AR實(shí)景系統(tǒng)與高速公路管理、運(yùn)營服務(wù)的深度融合;提升橋梁數(shù)據(jù)智能化分析水平，加強(qiáng)橋梁運(yùn)行監(jiān)測和應(yīng)急處置能力;探索基于視頻技術(shù)的收費(fèi)管理應(yīng)用，提高服務(wù)效率和逃費(fèi)稽查能力等五個(gè)方面。

4.1 AR創(chuàng)新，可視化操作

區(qū)別于傳統(tǒng)的、舊式的二維電子地圖指揮系統(tǒng)，本系統(tǒng)創(chuàng)新性的將視頻與AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行高度融合，利用高點(diǎn)監(jiān)控大場景、大視野的視頻為載體，通過增強(qiáng)實(shí)技術(shù)，將高速公路的地形狀況、地理位置、道路部件等信息通過語義標(biāo)簽、圖形標(biāo)簽、矢量標(biāo)簽等形式疊加在視頻畫面中，標(biāo)簽支持交互，支持自定義，支持分層分類顯示，支持搜索、定位，整體形成一張視頻實(shí)景地圖。

4.2 AI分析，智能升級

系統(tǒng)支持車牌識別、擁堵檢測、聯(lián)動報(bào)警等AI智能分析技術(shù)，可對高速公路進(jìn)行全方位、智能化的監(jiān)控預(yù)警，當(dāng)識別到重點(diǎn)車輛、違章信息和報(bào)警信息時(shí)，均可自動上報(bào)高點(diǎn)畫面進(jìn)行直觀的報(bào)警提示，并快速聯(lián)動高點(diǎn)攝像機(jī)聚焦在報(bào)警區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場查看。可以非常方便、智能化的對報(bào)警事件進(jìn)行響應(yīng)，減輕人工監(jiān)控強(qiáng)度，同時(shí)為人員疏散、安保調(diào)度、應(yīng)急管理提供科學(xué)依據(jù)。

4.3 匯報(bào)模式、精準(zhǔn)指揮

系統(tǒng)高點(diǎn)攝像機(jī)以其大場景、大視野的畫面實(shí)現(xiàn)360°智能化的巡邏，系統(tǒng)能夠融合匯聚各類低點(diǎn)攝像機(jī)、卡口等防控資源實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽實(shí)景上圖，實(shí)現(xiàn)各類資源的高效應(yīng)用和管理，高點(diǎn)看全局，標(biāo)簽聯(lián)動低點(diǎn)查看視頻、過車圖片等細(xì)節(jié)信息，實(shí)現(xiàn)由上到下、由外到內(nèi)的立體化指揮體系。

4.4 利舊兼容，保護(hù)投資

系統(tǒng)級利舊，對企業(yè)現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備可重復(fù)使用，無須重新購買或更換監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng);同時(shí)做到了兼容不同公司的攝像頭，對市面上所有主流監(jiān)控設(shè)備都可接入，可操控，有效保護(hù)了投資。

Application of Intelligent Bridge Stereo Visual Perception System in Runyang Bridge

LIU Ji1， BU Jian-yong2

（1.Jiangsu Runyang Bridge Co.， Ltd，Zhenjiang Jiangsu 212002;

2.Shiyun Fusion （Guangzhou） Technology Co.， Ltd， Guangzhou Guangdong? 510000）

Abstract：Integrating the three-dimensional visual perception system of intelligent bridges， exploring a new information construction mode that meets the operation and management requirements of the traffic and expressway industry; exploring the application of global road perception and improving the traffic efficiency on the premise of safety; exploring the deep integration of AR-based real-world system with expressway management and operation services to enhance the intelligent analysis level of bridge data; Strengthen the ability of bridge operation monitoring and emergency disposal， explore the application of charge management based on video technology， improve service efficiency and the ability of checking evasion fees.

Key words：visualization; intelligent bridge; AR; perception