危化品車(chē)輛過(guò)隧道跟蹤辨識(shí)和自動(dòng)警示系統(tǒng)

文/張佳鵬 賈磊 楊瑩 郭曉澎 曹桂芳

1 引言

近年來(lái)，由于我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量快速增長(zhǎng)，公路交通流量越來(lái)越大，?；返缆愤\(yùn)輸?shù)慕煌ōh(huán)境日益復(fù)雜，形成一個(gè)個(gè)流動(dòng)的潛在危險(xiǎn)源。?；愤\(yùn)輸事故不同于一般運(yùn)輸事故，一旦發(fā)生事故，會(huì)衍生出燃燒、爆炸、泄漏等更嚴(yán)重的后果，造成重大的財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、人員傷亡等一系列嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。交通運(yùn)輸部5號(hào)令要求“兩客一?！避?chē)輛（含?；奋?chē)輛）必須安裝、使用衛(wèi)星定位設(shè)備，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，向“兩客一危”車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控平臺(tái)實(shí)時(shí)上報(bào)車(chē)輛動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息。但在隧道里，衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)會(huì)受山體遮擋，衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端不能在隧道內(nèi)定位，會(huì)在隧道內(nèi)形成一個(gè)盲區(qū)，無(wú)法了解?；奋?chē)輛在隧道內(nèi)的運(yùn)行狀況和位置，存在巨大的安全隱患。本文主要研究基于雷達(dá)和視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)算法對(duì)進(jìn)入公路隧道內(nèi)的?；奋?chē)輛狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和位置跟蹤，實(shí)時(shí)獲取車(chē)型、車(chē)牌、車(chē)速、變道狀態(tài)等信息，對(duì)運(yùn)行軌跡進(jìn)行可視化的顯示；進(jìn)一步與原有隧道監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于進(jìn)入隧道的?；奋?chē)輛的主動(dòng)預(yù)警、突發(fā)事故報(bào)警和事故救援指揮輔助等功能，完成隧道危險(xiǎn)品車(chē)輛通行風(fēng)險(xiǎn)防控。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案

本系統(tǒng)主要由毫米波雷達(dá)、高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)、高清卡口、?；奋?chē)輛過(guò)隧道跟蹤辨識(shí)和自動(dòng)警示系統(tǒng)軟件等軟硬件設(shè)備構(gòu)成，高清卡口用于獲取?；奋?chē)輛車(chē)型、車(chē)牌等信息，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛身份的辨識(shí)，毫米波雷達(dá)和高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)用于獲取危化品車(chē)輛在隧道內(nèi)的位置、狀態(tài)、事件等信息，系統(tǒng)軟件融合多源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)?；奋?chē)輛在隧道內(nèi)的動(dòng)態(tài)跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息發(fā)布、信息共享等功能，其系統(tǒng)技術(shù)方案見(jiàn)圖1。

圖1：?；奋?chē)輛過(guò)隧道跟蹤辨識(shí)和自動(dòng)警示系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 ?；奋?chē)輛辨識(shí)

?；奋?chē)輛進(jìn)入隧道前，基于車(chē)型車(chē)牌識(shí)別與?；奋?chē)輛靜態(tài)庫(kù)表，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握進(jìn)入高速隧道的?；奋?chē)輛的車(chē)輛信息（車(chē)型、車(chē)牌號(hào)、經(jīng)緯度、行駛速度、是否超速、行駛方向、運(yùn)輸起終點(diǎn)、駕駛?cè)诵彰奥?lián)系電話(huà)、所屬公司名稱(chēng)及聯(lián)系電話(huà)等）、貨物信息（貨物名稱(chēng)、裝載情況、理化性質(zhì)等），便于在車(chē)輛通過(guò)隧道或發(fā)生突發(fā)事件時(shí)提醒或報(bào)警。

2.2 ?；奋?chē)輛進(jìn)出隧道辨識(shí)與提醒警示

當(dāng)檢測(cè)到危化品車(chē)輛進(jìn)入隧道時(shí)，基于雷達(dá)和高清卡口的辨識(shí)，模擬危化品車(chē)輛在隧道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)危化品車(chē)輛的動(dòng)態(tài)跟蹤。同時(shí)系統(tǒng)向隧道值守人員推送提醒警示信息，利用隧道入口處和隧道內(nèi)的情報(bào)板向交通參與者發(fā)布提醒信息，視情開(kāi)啟隧道廣播，使過(guò)往車(chē)輛保持間距，并嚴(yán)密關(guān)注危化品車(chē)輛的運(yùn)行狀況。當(dāng)?；奋?chē)輛駛出隧道口時(shí)，解除提醒警示。

2.3 ?；奋?chē)輛隧道內(nèi)突發(fā)事件識(shí)別及自動(dòng)報(bào)警

?；奋?chē)輛進(jìn)入隧道后，基于雷達(dá)和高清卡口的辨識(shí)，系統(tǒng)對(duì)?；奋?chē)輛發(fā)生的交通事故、停車(chē)、泄露、著火、爆炸等突發(fā)事件進(jìn)行識(shí)別并告警，以便迅速向交警、路政、運(yùn)營(yíng)管理單位報(bào)警（車(chē)輛信息、貨物信息、突發(fā)事件描述等），采取針對(duì)性對(duì)策，并實(shí)施交通控制和交通誘導(dǎo)，最大限度防范和控制?；奋?chē)輛在隧道內(nèi)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 ?；奋?chē)輛過(guò)隧道的數(shù)據(jù)信息共享

當(dāng)危化品車(chē)輛在進(jìn)入隧道前、在隧道內(nèi)行使時(shí)、出隧道后，通過(guò)智能化的感知手段和先進(jìn)的多源數(shù)據(jù)采集，將各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，打通軟件、硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸壁壘，提供有效數(shù)據(jù)鏈路，依據(jù)實(shí)際需求，可將信息推送到相關(guān)監(jiān)管部門(mén)，建立起有效的數(shù)據(jù)傳輸共享機(jī)制。

3 系統(tǒng)軟件功能

該系統(tǒng)軟件將監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)算法精確運(yùn)算出隧道內(nèi)?；奋?chē)輛的位置、速度、方向、運(yùn)動(dòng)軌跡等，對(duì)?；奋?chē)輛發(fā)生的逆行、超速、低速、慢行、拋灑物、違停、碰撞等異常事件進(jìn)行預(yù)警，并以圖形界面形式形成報(bào)警信息。軟件支持事件的數(shù)字化回溯、事件軌跡回放和歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)和報(bào)表統(tǒng)計(jì)，可將有關(guān)信息通過(guò)共享接口推送到有關(guān)監(jiān)管部門(mén)，其核心功能模塊主要有空間校準(zhǔn)功能模塊、時(shí)間校準(zhǔn)功能模塊、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)功能模塊、事件分析模塊和應(yīng)急處置預(yù)案模塊。

3.1 空間校準(zhǔn)功能模塊

針對(duì)采集的數(shù)據(jù)，確定大地坐標(biāo)系的經(jīng)緯度和高程信息，從空間對(duì)準(zhǔn)的角度建立空間直角坐標(biāo)系模型，建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系。

3.2 時(shí)間校準(zhǔn)功能模塊

將數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)到一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)上，統(tǒng)一數(shù)據(jù)率和采樣頻率，選定歸一化采樣時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的時(shí)間校準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)各個(gè)車(chē)輛目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的車(chē)輛目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)的融合處理。

3.3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)功能模塊

通過(guò)建立目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型和測(cè)量模型，確定經(jīng)過(guò)信號(hào)處理檢測(cè)得到的目標(biāo)點(diǎn)跡，解決采集數(shù)據(jù)來(lái)源不確定性。將采集的目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)融合中心，通過(guò)并行多數(shù)據(jù)聯(lián)合概率密度關(guān)聯(lián)算法，來(lái)表征融合中心融合后輸出的目標(biāo)軌跡信息，實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)連續(xù)采集和跟蹤。

3.4 事件分析模塊

建立車(chē)輛異常事件模型，配置模型參數(shù)，建立交通擁堵、交通事故、拋灑物、慢行、超速、駐車(chē)、逆行等的事件觸發(fā)規(guī)則和條件，形成事件記錄、處理日志。

3.5 應(yīng)急處置預(yù)案模塊

依據(jù)危化品車(chē)輛在隧道內(nèi)發(fā)生的交通事故、駐車(chē)、逆行等異常事件建立應(yīng)急處置預(yù)案，便于異常事件突發(fā)時(shí)采取最有效的方案降低事故損失。

4 工程應(yīng)用

呂梁太佳高速臨縣3#隧道于2010年12月正式通車(chē)，由呂梁片區(qū)管理，隧道雙洞四車(chē)道。由于佳縣返回太原方向危化品車(chē)輛屬于滿(mǎn)載情況，一旦發(fā)生事故，會(huì)造成更為嚴(yán)重的后果，因此本文研究的系統(tǒng)在呂梁臨縣3#隧道太原方向進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確模擬?；奋?chē)輛在隧道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，提醒駕駛員安全駕駛，對(duì)車(chē)輛在隧道內(nèi)發(fā)生的違停、逆行、超速、變道等異常事件可以精確預(yù)警，對(duì)突發(fā)的事故可有效提供應(yīng)急處置方案，有效降低了各部門(mén)的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)論

本文研究的?；奋?chē)輛過(guò)隧道跟蹤辨識(shí)和自動(dòng)警示系統(tǒng)作為交通安全領(lǐng)域一種前沿高新的主動(dòng)安全和預(yù)警技術(shù)，可有效解決?；奋?chē)輛車(chē)載GPS信號(hào)在隧道內(nèi)丟失問(wèn)題。通過(guò)雷達(dá)、視頻等技術(shù)手段，融合計(jì)算機(jī)視覺(jué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)算法，完成對(duì)危化品車(chē)輛高精度識(shí)別、定位和追蹤；對(duì)車(chē)輛運(yùn)行軌跡進(jìn)行仿真和動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)時(shí)掌握隧道?；奋?chē)輛運(yùn)行狀態(tài)；進(jìn)一步與原有隧道監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；通過(guò)對(duì)?；肥鹿蔬M(jìn)行分級(jí)，完成分級(jí)應(yīng)急響應(yīng)的處置策略，對(duì)于安全交通具有巨大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。