基于AI人工智能的道路監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

付理想， 陳嘉祺， 張 鑫

(1.江蘇瑞沃建設(shè)集團有限公司， 江蘇 揚州 225600； 2.華北電力大學(xué) 能源動力與機械工程學(xué)院， 北京 102206；3.南京信息工程大學(xué) 人工智能學(xué)院， 江蘇 南京 210044)

道路交通系統(tǒng)是一個動態(tài)的開放式系統(tǒng)，道路交通安全既受道路交通系統(tǒng)內(nèi)部因素的制約，又受外部環(huán)境的干擾，并與人、車輛及道路周圍環(huán)境等因素密切相關(guān)。一般情況下，在無交通信號燈控制的路口，行駛中的車輛在通過路口時不能及時降低車速，因車速過快無法避讓，從而造成交通事故；行人在穿越道路時，因未能提前觀察道路交通狀況，在未能確保安全通過的前提下茫然進(jìn)入，從而引發(fā)交通事故。在交通事故后，又因無法獲取事故發(fā)生時的有關(guān)信息，造成人員、財產(chǎn)損失賠償及事故責(zé)任的劃分困難。通過設(shè)計并實現(xiàn)一種基于AI人工智能的道路監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，旨在通過現(xiàn)場設(shè)置的智能設(shè)備發(fā)出的提示信息，保證行人和車輛安全、有序地通過無信號控制的路口，減小道路交通事故的發(fā)生，提升城市文明交通形象。

1 智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛地應(yīng)用于智能交通行業(yè)。人工智能通過粒子群算法、遺傳算法等手段解決了許多棘手問題，有力地推動了智能交通系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步[1]。人工智能在智能交通運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中在智慧出行和交通管控2個方面[2]。

美國、日本及歐洲等國家對于智能交通運輸系統(tǒng)的研究起步于20世紀(jì)90年代，經(jīng)過30年的大力發(fā)展，已形成了較為完善的結(jié)構(gòu)體系。日本對智能交通運輸系統(tǒng)的研究主要集中在車輛電子收費、緊急車輛管理、商業(yè)車輛管理、公共交通管理及交通信息發(fā)布等方面[3-4]。雖然我國對于智能交通運輸系統(tǒng)的研究起步較晚，但隨著國家相關(guān)政策的陸續(xù)出臺，我國對智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用研究已按下“快進(jìn)鍵”，進(jìn)入一個高速發(fā)展期，以安全、高效、綠色為核心，推進(jìn)交通運輸系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化、智慧化方向發(fā)展[5]。

2 監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能分析

通過對交通現(xiàn)狀分析，本系統(tǒng)需要對行人的不安全行為、行駛車輛車的不安全行駛狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測、提示、預(yù)警、事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集，并借助雷達(dá)屏顯、語音預(yù)警提示等手段，遵守“以人為本，車讓行人”的原則，從而實現(xiàn)道路安全和科學(xué)有效管理。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)主要包括一個指揮中心與多個路口現(xiàn)場終端，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。在路口一側(cè)設(shè)置行人監(jiān)測設(shè)備，路口另一側(cè)設(shè)置車輛監(jiān)測設(shè)備，路口兩側(cè)設(shè)置道釘，車輛監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部設(shè)置微控制器，車輛監(jiān)測設(shè)備頂端設(shè)置錄像機，車輛監(jiān)測設(shè)備前側(cè)設(shè)置顯示屏，顯示屏上端設(shè)置雷達(dá)測速模塊。通過設(shè)置行人監(jiān)測設(shè)備、車輛監(jiān)測設(shè)備與道釘實現(xiàn)對行人與車輛行駛進(jìn)行有序管控，借助雷達(dá)屏顯、語音預(yù)警提示等手段實現(xiàn)道路的安全科學(xué)管理，并通過設(shè)置錄像機、紅外攝像頭與指揮中心，實現(xiàn)通過指揮中心調(diào)取監(jiān)控圖像，從而快速有效地獲取路口現(xiàn)場事故情況。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)主要功能

該系統(tǒng)可以通過設(shè)置行人監(jiān)測設(shè)備、車輛監(jiān)測設(shè)備與道釘，在車輛行駛過程中，利用車輛監(jiān)測設(shè)備內(nèi)的雷達(dá)測速模塊對車輛行駛速度進(jìn)行檢測，同時微控制器輸出指令控制顯示屏顯示提醒減速字樣，提醒駕駛員前方即將到達(dá)路口。同時微控制器通過通訊模塊傳遞信號至主控制器，主控制器控制LED警示燈發(fā)光，LED警示燈發(fā)光呈現(xiàn)“?！弊?，音頻發(fā)聲，警示行人即將有車輛駛?cè)搿．?dāng)行人行走時，通過紅外檢測器與行人感知雷達(dá)檢測行人行走位置，當(dāng)行人處于感知雷達(dá)檢測范圍內(nèi)時，意味著行人即將到達(dá)路口，此時主控制器通過通訊模塊傳遞信號至微控制器，微控制器控制顯示屏亮起警示駕駛者減速。當(dāng)行人行走至路口上時，紅外攝像頭探測到行人，道釘控制器控制道釘亮紅燈閃爍，警示駕駛者正有行人通過，從而實現(xiàn)對行人與車輛行駛進(jìn)行有序管控，借助雷達(dá)屏顯、語音預(yù)警提示等手段，實現(xiàn)道路的安全和科學(xué)有效的管理。

該系統(tǒng)通過設(shè)置錄像機、紅外攝像頭與指揮中心，在車輛行駛過程中，利用錄像機實時對車輛行駛路徑進(jìn)行錄像，利用紅外攝像頭對行人在路口行走時進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)對道路實時監(jiān)控，一旦道路事故發(fā)生，使用者通過指揮中心調(diào)取監(jiān)控圖像，即向主控制器與微控制器輸入指令，使主控制器與微控制器向指揮中心輸出存儲圖像，便于路口現(xiàn)場事故情況的有效獲取。

3 監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)主要設(shè)備

該系統(tǒng)主要由一個指揮中心與多個路口現(xiàn)場終端組成，其中組成路口終端的主要設(shè)備如表2所示。

表2 監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)主要設(shè)備

續(xù)表2

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

在該系統(tǒng)，行人監(jiān)測設(shè)備固定于路口一側(cè)5 m處，車輛監(jiān)測設(shè)備固定于路口另一側(cè)60 m處，分別用于與行人、車輛進(jìn)行預(yù)警管控；道釘對稱固定于路口兩側(cè)，用于警示車輛路口有行人通過；雷達(dá)測速模塊與錄像機通過電路與微控制器的輸入端電性連接，用于檢測車輛行駛速度；微控制器的輸出端通過電路與顯示屏電性連接，利用顯示屏顯示提醒駕駛員前方路口減速慢行。路口終端安裝示意圖如圖2所示。

圖2 路口終端安裝示意圖

紅外探測器與行人感知雷達(dá)通過電路與主控制器輸入端電性連接，用于探測行人行走位置，主控制器的輸出端通過電路與LED警示燈與音頻電性連接，利用LED警示燈警示行人；LED警示燈數(shù)量為若干組，LED警示燈排列呈“停”字形，LED警示燈與音頻通過通訊模塊與微控制器的輸出端通訊連接，當(dāng)車輛即將到達(dá)路口時，警示行人停止行走；紅外攝像頭通過電路與道釘控制器電性連接，利用紅外攝像頭監(jiān)控行人行走位置，道釘內(nèi)含有紅綠雙色，道釘與道釘控制器的輸出端通訊連接，用于警示車輛前方路口有行人通過。

行人監(jiān)測設(shè)備與車輛監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部均設(shè)有通訊模塊，便于行人監(jiān)測設(shè)備與車輛監(jiān)測設(shè)備之間信號聯(lián)通，主控制器與微控制器之間通過通訊模塊通訊連接，便于對車輛與行人進(jìn)行同步管理。

當(dāng)?shù)缆肥鹿拾l(fā)生，使用者通過指揮中心調(diào)取監(jiān)控圖像，即指揮中心向主控制器與微控制器輸入指令，使主控制器與微控制器往指揮中心輸出存儲圖像，從而便于路口現(xiàn)場事故情況的有效獲取。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用實例

(1)當(dāng)行人進(jìn)入路口感知雷達(dá)監(jiān)測范圍內(nèi)時，主控制器通過通訊模塊傳遞信號至微控制器，微控制器控制顯示屏亮起，警示駕駛者減速，系統(tǒng)工作狀況如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(2)當(dāng)行人行走至路口時，紅外攝像頭探測到行人，道釘控制器控制道釘亮紅燈閃爍，警示駕駛者有行人通過，系統(tǒng)工作狀況如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(3)當(dāng)車輛進(jìn)入路口雷達(dá)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，車輛感知雷達(dá)探測到車輛經(jīng)過，檢測車輛行駛速度，通過微控制器控制顯示屏，利用顯示屏顯示提醒駕駛員前方路口減速慢行，此時道釘控制器控制道釘正常發(fā)光，系統(tǒng)工作狀況如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(4)當(dāng)車輛接近路口時，道釘控制器控制道釘亮綠燈閃爍，語音提示和發(fā)光標(biāo)志警示行人前方路口有車輛經(jīng)過，系統(tǒng)工作狀況如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(5)當(dāng)發(fā)生交通事故時，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并傳輸至服務(wù)器，以便快速獲取路口現(xiàn)場事故情況。

4 結(jié) 語

在無交通信號控制的路口，通過使用人工智能與雷達(dá)測速設(shè)計并實現(xiàn)了一種智能道路監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，對交通參與者起到有效提示、警示作用，實現(xiàn)道路交通安全。經(jīng)實際應(yīng)用檢驗，該系統(tǒng)具有較高的實用價值，可結(jié)合實際需要靈活布置。