監(jiān)測(cè)、預(yù)警、管控系統(tǒng)在高速公路的應(yīng)用

覃東明 李禎 霍抗 徐凌宇

摘要 隨著我國(guó)高速公路蓬勃發(fā)展，路網(wǎng)拓寬，高速公路視頻監(jiān)控朝智能化和信息化方向發(fā)展，并受到越來(lái)越多人的關(guān)注和重視。文章介紹了目前高速交通狀況及智能交通預(yù)警系統(tǒng)的必要性，分析了高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及實(shí)施效果，并分析高速公路智能視頻監(jiān)控平臺(tái)的具體應(yīng)用，以期充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)、預(yù)警和管控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，提升高速公路管理效率。

關(guān)鍵詞 高速公路；智能監(jiān)控預(yù)警；AI識(shí)別；自動(dòng)管控

中圖分類號(hào) U495文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0017-03

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，雖然我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展迅猛，但公路建設(shè)的速度仍趕不上汽車保有量的增長(zhǎng)速度，導(dǎo)致道路交通擁堵、事故頻發(fā)、交通管理水平低等問(wèn)題。高速公路交通管理信息日益龐大，使得監(jiān)控人員通過(guò)人工進(jìn)行道路事件監(jiān)測(cè)的效率普遍較低。

該項(xiàng)目研究基于AI事件識(shí)別的“雷達(dá)+視頻”事件檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)毫米波雷達(dá)與視覺(jué)傳感器（光感攝像機(jī)）前端數(shù)據(jù)融合，邊緣計(jì)算服務(wù)器分析處理和判斷事件信息，實(shí)現(xiàn)全天候高精度事件檢測(cè)。系統(tǒng)向管理人員提供預(yù)警信息，極大地提高交通管理日常工作效率，并使各職能部門(mén)的工作更加科學(xué)化和規(guī)范化。

通過(guò)雷視融合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、毫米波雷達(dá)技術(shù)、AI智能分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，配合第三方信息資源打造的高度智能化信息平臺(tái)，展示交通態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全天候高精度事件檢測(cè)，提供預(yù)警信息，聯(lián)動(dòng)路側(cè)情報(bào)板和廣播系統(tǒng)等設(shè)備為后方來(lái)車提供預(yù)警，有效預(yù)防二次事故[1]。

1 監(jiān)測(cè)預(yù)警管控對(duì)高速管理者的必要性

在可視性有限的環(huán)境下，如雨雪霧高發(fā)區(qū)域、管控高峰擁堵等路面緊急狀況下，目前傳統(tǒng)采用的視頻事件監(jiān)控技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)高速路段實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，更無(wú)法獲取充足的信息為事故發(fā)生前進(jìn)行預(yù)判分析。管理者需要采用不受環(huán)境因素干擾的多元化前端感知檢測(cè)手段，建立高速公路交通監(jiān)測(cè)、預(yù)警和管控體系，實(shí)現(xiàn)交通狀態(tài)全面監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)管理，做到對(duì)事故高發(fā)路段的監(jiān)測(cè)分析預(yù)判，提前擬定管控方案，降低交通事故率，做到安全保暢通行。

另外，在交通監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的眾多監(jiān)控項(xiàng)目中，監(jiān)控由各種情況造成交通事故的預(yù)警檢測(cè)系統(tǒng)在高速公路中的更新、創(chuàng)新以及智能化速度是關(guān)鍵。高速交通預(yù)警管控系統(tǒng)隸屬于高速公路配套機(jī)電工程系統(tǒng)，其信息感知功能在檢測(cè)霧區(qū)、雨雪天及其他事故高發(fā)區(qū)域，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高速路段全程情況提供全面的數(shù)據(jù)信息，能夠有效地幫助高速公路監(jiān)控室及交警部門(mén)精準(zhǔn)檢測(cè)高速情況，增加監(jiān)測(cè)的確定性，降低區(qū)域的檢測(cè)難度，并在引發(fā)交通事故后，處理人員可以在第一時(shí)間獲知事故信息和預(yù)警后方來(lái)車，及時(shí)采取管控措施，以便預(yù)防重大事故與次生事故，同時(shí)實(shí)施良好高效的服務(wù)處置手段[2]。

2 智能監(jiān)測(cè)預(yù)警管控系統(tǒng)的組成及功能特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)組成

高速公路事故高發(fā)路段交通事故監(jiān)測(cè)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套全數(shù)字化監(jiān)測(cè)預(yù)警管控系統(tǒng)，主要由前端感知機(jī)加邊緣計(jì)算（攝像與雷達(dá)的前端一體化融合技術(shù)：光線暗和雨霧天感知充足、全天候、快捷精準(zhǔn)，檢測(cè)精度高于95%）、路側(cè)警示燈、定向喇叭、LED屏、信號(hào)燈（前端自動(dòng)預(yù)警）和中心管控平臺(tái)組成，如圖1所示。

2.1.1 前端感知設(shè)備

前端感知設(shè)備需要準(zhǔn)確、快速、聯(lián)控，雷攝一體感知機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)正好滿足霧區(qū)檢測(cè)的需求。雷攝一體機(jī)發(fā)揮其在霧區(qū)高速中的全天候、車道級(jí)、低時(shí)延、95%高精度的交通事件的檢測(cè)技術(shù)，其精準(zhǔn)、快速是系統(tǒng)的重要部分，也是系統(tǒng)后面的預(yù)警與管控依據(jù)。雷攝一體的安裝方式：間距200 m，高度7～8 m，連續(xù)安裝雷攝一體感知機(jī)，實(shí)現(xiàn)全路段的連續(xù)握手追蹤檢測(cè)，做到交通事件無(wú)盲區(qū)檢測(cè)。

2.1.2 自動(dòng)預(yù)警設(shè)備：路側(cè)警示燈、定向喇叭、LED屏幕、信號(hào)燈

通過(guò)邊緣計(jì)算服務(wù)器，直接聯(lián)動(dòng)路側(cè)設(shè)備和LED顯示屏顯示前方事件信息，紅藍(lán)聲光警示燈交替閃爍預(yù)警，定向喇叭語(yǔ)音播報(bào)提醒后方司乘人員注意交通路況，避免交通事故發(fā)生，特別是在晚上事故高發(fā)時(shí)段對(duì)車輛的提前警示，極大地保障了司乘人員的出行安全。

系統(tǒng)通過(guò)深入的自學(xué)習(xí)，還可以根據(jù)以往的數(shù)據(jù)分析預(yù)判可能發(fā)生的事件，警示司乘人員降速行駛，提前變道，做到與事件路段車道級(jí)的速度和諧，從而降低車道擁堵，減少車輛事故發(fā)生[3]。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高效地運(yùn)用精準(zhǔn)前端感知信息為交通事故發(fā)生后高效應(yīng)急處置提供了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐，做到秒級(jí)實(shí)時(shí)管控預(yù)警，多維度保障出行安全，實(shí)現(xiàn)了歷史信息可回溯、實(shí)時(shí)事件可管控、未來(lái)狀態(tài)可預(yù)判的高效自動(dòng)信息化管理。

2.1.3 中心管控平臺(tái)

應(yīng)急管控策略：事故信息秒級(jí)上傳中心監(jiān)控平臺(tái)，事故視頻彈框報(bào)警或中心語(yǔ)音提示，第一時(shí)間聯(lián)動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)和交警事故平臺(tái)的應(yīng)急管控預(yù)案，進(jìn)行應(yīng)急斷流、分流等事故現(xiàn)場(chǎng)管理（事故后第一時(shí)間告知監(jiān)控中心，從而快捷、高效地處置，安全保暢運(yùn)營(yíng)）。

目前的很多交通事故發(fā)生后還是以監(jiān)控人員手工錄入和人工管控為主，速度慢、不安全、費(fèi)用高。

2.2 系統(tǒng)對(duì)交通管理的實(shí)施流程

該系統(tǒng)是毫米波雷達(dá)與事件光感傳感器前端同頻融合技術(shù)，檢測(cè)是采集雷達(dá)波與超可視光感變化值融合生成底層點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)判斷事件。

2.2.1 前端感知機(jī)

監(jiān)測(cè)到交通事件時(shí)，邊緣計(jì)算機(jī)立即聯(lián)動(dòng)警燈閃爍預(yù)警，高音喇叭自動(dòng)播報(bào)“前方擁堵，減速慢行”；路面有拋灑物時(shí)，警燈自動(dòng)閃爍，后方門(mén)架車道級(jí)提醒，對(duì)行人進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警“高速危險(xiǎn)，行人進(jìn)入、交通事故”，同時(shí)路側(cè)自動(dòng)預(yù)警，門(mén)架車道級(jí)提醒“前方事故，注意避讓”——上報(bào)中心平臺(tái)，事故視頻彈框進(jìn)行快速聯(lián)動(dòng)處置；如遇交通堵塞，系統(tǒng)自啟動(dòng)限速提示、匝道、收費(fèi)站限流等管控措施。

2.2.2 路側(cè)自動(dòng)預(yù)警

前端檢測(cè)到交通事故后，邊緣計(jì)算30 s內(nèi)自動(dòng)聯(lián)控路側(cè)預(yù)警設(shè)備：高音定向喇叭播報(bào)語(yǔ)音提醒、警示信號(hào)燈閃爍、門(mén)架式信息屏車道級(jí)提示、路側(cè)情報(bào)版文字提醒、智能探測(cè)燈開(kāi)啟等，警示后方1～3 km內(nèi)的來(lái)車，使車輛提前減速，避免追尾，起到有效預(yù)防交通事故的作用。

2.2.3 上傳管控中心

交通事故發(fā)生后，可以按事故嚴(yán)重等級(jí)，中心自動(dòng)聯(lián)動(dòng)管控預(yù)案，比如將事故車輛（含車牌）信息上報(bào)交警中心，事故路段通過(guò)門(mén)架信息屏開(kāi)啟車道級(jí)限速，進(jìn)行動(dòng)態(tài)車道分配、互通匝道管控限流、貨車限制駛?cè)氲膭?dòng)態(tài)管理、收費(fèi)站關(guān)閉等，通過(guò)對(duì)交通事故采取相應(yīng)管理措施，避免重大事故的發(fā)生，提升高速公路的效率，為司乘人員提供安全保障等[4]。

2.3 系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)

2.3.1 前端感知設(shè)備—雷攝一體感知機(jī)性能特點(diǎn)

雷攝一體機(jī)真正解決了視頻在高速事故高發(fā)路段檢測(cè)不到的問(wèn)題。主要功能：

（1）真正全天候：完全不受霧、霾、雨、雪天氣及晚上無(wú)照明的影響；大范圍：250 m檢測(cè)區(qū)間范圍內(nèi)無(wú)明顯精度損失。

（2）事件檢測(cè)率高：雨霧天氣對(duì)交通事故、停車等事件發(fā)現(xiàn)率高于95%。

（3）安裝調(diào)試方便：可在門(mén)架或側(cè)立柱一體化安裝，后期也無(wú)需人工標(biāo)定。

（4）定位精準(zhǔn)：所有數(shù)據(jù)事件信息都是車道級(jí)，每輛車的信息可以含車道、樁號(hào)、速度等。

（5）多雷達(dá)握手追蹤：多個(gè)雷攝感知機(jī)之間自動(dòng)實(shí)現(xiàn)握手，追蹤車輛精度高于95%。識(shí)別蛇形變道、急剎急停、超速低速等危險(xiǎn)駕駛。

2.3.2 檢測(cè)精準(zhǔn)度高、主動(dòng)管控

該系統(tǒng)使用的雷攝一體化感知機(jī)，是毫米波雷達(dá)與事件光感攝像機(jī)前端點(diǎn)云數(shù)據(jù)同頻融合的一款高精準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備，其全天候車道級(jí)事件檢測(cè)的各項(xiàng)精度可達(dá)98%以上，對(duì)影響交通的行人和拋灑物的檢測(cè)也高于95%，檢測(cè)完全不受可視光環(huán)境影響（視頻檢測(cè)是采集像素點(diǎn)的變化值，受可見(jiàn)光的影響）。

2.3.3 前端各傳感器的一體化區(qū)域檢測(cè)

一體化設(shè)備中的毫米波雷達(dá)與光感傳感器都能檢測(cè)300 m區(qū)域距離（視頻檢測(cè)無(wú)法單臺(tái)實(shí)現(xiàn)300 m區(qū)間的無(wú)衰檢測(cè)）。

2.3.4 邊緣計(jì)算及AI自學(xué)習(xí)功能：智能化

系統(tǒng)通過(guò)邊緣計(jì)算自學(xué)習(xí)自動(dòng)劃分車道號(hào)，無(wú)需人工標(biāo)定。隨著檢測(cè)的時(shí)間推進(jìn)，系統(tǒng)高頻海量交通數(shù)據(jù)可為將來(lái)交通事故預(yù)判分析建模，為擁堵溯源等交通流難題提供可靠的前端數(shù)據(jù)工具。

2.3.5 50 ms低時(shí)延數(shù)據(jù)聯(lián)控

系統(tǒng)50 ms的低時(shí)延邊緣結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、可以即時(shí)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控路側(cè)設(shè)備發(fā)布預(yù)警，快速、高效地預(yù)防次生重大事故。3 s內(nèi)事件精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，10 s邊緣自動(dòng)預(yù)警，20 s內(nèi)上報(bào)中心處置，運(yùn)用快速發(fā)現(xiàn)、快速預(yù)警和快速處置，有效避免二次事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了對(duì)事故高發(fā)路段的重點(diǎn)突破，對(duì)減少重大事故成效顯著。

3 高速交通事故檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)施效果

案例應(yīng)用過(guò)程：固定ID號(hào)，實(shí)時(shí)車道、距離、速度、運(yùn)行軌跡等海量數(shù)據(jù)運(yùn)算，穩(wěn)定輸出，對(duì)多目標(biāo)3D持續(xù)建模，可為多雷達(dá)間握手追蹤、交通仿真提供數(shù)據(jù)支撐，精準(zhǔn)感知、識(shí)別建模和視頻畫(huà)面安全同步，打破了傳統(tǒng)視頻的高延時(shí)與毫米波數(shù)據(jù)無(wú)法同頻對(duì)技術(shù)壁壘。每組鐳射區(qū)的檢測(cè)區(qū)域?yàn)?50 m，可持續(xù)追蹤到283 m，甚至達(dá)到300 m，在看不清的霧霾、團(tuán)霧、濃霧等天氣下仍能保持高精準(zhǔn)感知，實(shí)現(xiàn)車輛的ID號(hào)、車道號(hào)、位置與速度等穩(wěn)定輸出[5]。AI檢測(cè)、三維建模、實(shí)時(shí)畫(huà)面等不受光照影響，與白天清晰度一致。

在夜間進(jìn)行無(wú)衰減的檢測(cè)技術(shù)，突破了傳統(tǒng)雷視產(chǎn)品在夜間檢測(cè)弱視的瓶頸，實(shí)現(xiàn)全天候高精準(zhǔn)感知。系統(tǒng)在惡劣天氣下不受雨霧雪天氣的干擾影響系統(tǒng)檢測(cè)能力，AI檢測(cè)、3D建模、實(shí)時(shí)畫(huà)面能保持正常輸出。系統(tǒng)通過(guò)AI自學(xué)習(xí)功能自適應(yīng)車道上各類場(chǎng)景及交通狀態(tài)，無(wú)需人工標(biāo)定。而且隨著自學(xué)習(xí)的深入，各類交通事件檢測(cè)精度還在提升，異常事件也在更新錄入。

該系統(tǒng)使用的是雷攝一體化感知機(jī)。這是一款毫米波雷達(dá)與事件光感攝像機(jī)前端點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合的高精準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備，其全天候車道級(jí)事件檢測(cè)的各項(xiàng)精度可達(dá)98%以上，對(duì)影響交通的行人、拋灑物的檢測(cè)也高于95%，用于高速互通樞紐、上下陡坡、山區(qū)急彎、高速服務(wù)區(qū)出入口等大流量事故高發(fā)路段，進(jìn)行自主發(fā)現(xiàn)，及時(shí)采取管控、聯(lián)動(dòng)預(yù)警等高效的應(yīng)急處置措施，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在高速公路上檢測(cè)到有停車、行人、緩行、堵車、拋灑物、事故、施工等事件時(shí)，能快速監(jiān)測(cè)并發(fā)出預(yù)警，即時(shí)上報(bào)中心平臺(tái)或交警平臺(tái)，真正做到全時(shí)段、全天候、高精度、路側(cè)感知低延時(shí)，多目標(biāo)、多車道同時(shí)追蹤檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能監(jiān)控管控系統(tǒng)基于精準(zhǔn)前端感知的特點(diǎn)，可為將來(lái)高速公路建模分析提供多維度交通數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通數(shù)據(jù)挖掘，并可預(yù)測(cè)和預(yù)判可能發(fā)生的事件和事故，為主線車輛安全駕駛提供保障。該系統(tǒng)還支持交通仿真決策算法研發(fā)，為擁堵溯源等交通流難題提供可靠的前端數(shù)據(jù)工具，包括數(shù)據(jù)融合對(duì)接、基礎(chǔ)設(shè)施云平臺(tái)對(duì)接、大數(shù)據(jù)中心對(duì)接、車路協(xié)同數(shù)據(jù)擴(kuò)展等功能。

在高速公路中推廣應(yīng)用監(jiān)測(cè)、預(yù)警、管控智能平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和管理的統(tǒng)一，能夠?yàn)楦咚俟愤\(yùn)營(yíng)管理提供多樣化的智能應(yīng)用服務(wù)，有利于整體提升高速公路運(yùn)營(yíng)管理水平，對(duì)高速公路事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展大有裨益。

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