• 延慶至崇禮高速公路雷達路況感知系統

    2021-03-04 09:11:03 來源:中國交通信息化 作者:吳建波 評論:
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    作者:吳建波(河北延崇高速公路籌建處)

    摘要:現階段要實現真正意義上“智能的車、聰明的路、愉悅的人”,就必須將各個信息孤島通過“橋梁”有效地連接起來,形成一個有效的智慧有機體。而智慧高速中基礎數據的感知和采集精度以及其顆粒的精細程度將會在很大程度上決定智慧高速公路的智能化水平。本文以延慶至崇禮高速為依托,闡述了常規機電系統的不足與提升,介紹了智慧交通全新理念,對系統實施技術路線、系統建設實施方案進行了詳細闡述與分析。
    2018年2月28日,交通運輸部下發《交通運輸部加快推進新一代國家交通控制網和智慧公路試點》的通知。為推動新一代國家控制網及智慧公路試點有序開展,防止試點同質化、碎片化,按照交通運輸部的統一部署,北京、河北、吉林、江蘇、浙江、福建、江西、河南、廣東等九個省份重點開展試點。
    河北省交通運輸廳專門下發《關于推進全省交通運輸“大智移云”發展的實施意見》(冀交科技[2018]310號)文件,確定由延崇高速承擔建設智慧公路試點項目,完成基礎設施數字化、路運一體化車路協同、北斗高精度定位及綜合應用試點任務,并根據需求在基于大數據的路網綜合管理與服務方面進行試點建設。
    因此,河北延崇高速公路籌建處在項目科技創新方面,為了突破傳統高速三大系統建設理念,自項目立項之日起,不斷吸取來自各行各業的全新思路以及先進技術,先后邀請來自國內外的專家以及院校、企事業單位的研究人員共同參與進來,來完成智慧延崇的種種建設訴求。

    常規機電系統的不足與提升

    中國高速公路全程監控系統在2008年被正式提出,隨后被快速推廣到全國并形成規范,其核心理念為“全程監視,實時管控”,在整個高速公路機電系統中占用很重要的地位。常規機電系統已在中國發展幾十年有余,雖然隨著時代的變遷經歷了很大變化,實現了從“模擬時代”到“數字時代”的跨越,但在很多方面仍然存在不足和缺陷。隨著新技術、新設備的不斷涌出,智慧高速將使常規機電系統的問題在根本上得到解決與提升。
    監測區域:從傳統監測局部區域、流量推測交通狀況到無盲區、全覆蓋、真實反應。
    監測條件:從受光照、氣候自然條件影響到全天候適應的全面改善。
    特殊車輛:從對特殊車輛的管理無從下手到車輛級、車道級精準管控,異常行為實時分析,危險信息點對點提示,車輛持續跟蹤、實時定位,異常車輛持續監視的新技術全面突破。
    定位方式:從被動式獲取特殊車輛定位信息到主動式全面掌控所有車輛全面數據。
    隧道安全管理:從隧道內發生事故時無法獲取一手全面信息,到隧道內發生事故時所有車輛分布情況、事故現場信息、行人疏散應急方案全面解決。
    兩客一危車輛管理:從無法精準獲取車輛異常行為、分布位置、安全管控,到車輛信息實時獲取、異常行為實時分析、異常車況點對點提示。
    安全管控:從異常路況、車輛事后發現,到路況、車輛異常實時分析事先預警。
    管理提升:從單一的斷面級管理,提升高到宏觀級、區域級、車道級、車輛級的多層次、多角度、全方面的精細化管理。

    打造智慧交通全新理念

    現階段,各省份均已開展自動駕駛階段性實驗和建設,以“智慧高速、智慧城市,數字地球”為主題進行全面規劃和布局。傳統的交通通行方式與運載方式將會被自動駕駛技術所取代,車輛的行駛以及交通的通行方案全部由“中心大腦”進行全面優化、控制以及信息發布,車輛能夠遵循最佳通行方案進行行駛,交通擁堵的詬病將會得到有效解決。新技術、新方案的出現和應用將提供全面化的支撐,“想你所想,給你所給”將成為未來交通領域的重要標志,未來多要素大范圍的高精度路況感知設備將隱藏在各個角落,為整個交通控制中心、自動駕駛車輛、實景導航系統、救援系統等提供重要數據保障。
    延崇高速路況感知系統的核心建設思想是能夠以延崇高速公路為依托來驗證并實現全要素、多態式的路況精準感知、精準管控的綜合性解決方案,該系統的投入應用滿足延崇高速公路未來10~20年的“智慧交通”發展建設和需求,在道路安全防范、道路精細化管理、暢享智慧交通3個方面得到全面的提升,在根本上改變過去傳統全程監控系統“有監無控”、特殊天氣特殊環境下“無監無控”的尷尬局面,將該路段打造成“全天候工作、全面感知、全程定位、全程掌控、全面監視,全面可視”的全新六全理念的智慧高速體系。

    系統實施技術路線

    本方案采用多設備、多數據源全面融合的方式來實現延崇智慧高速路況感知系統,實現車輛級、車道級、區域級三級多層次管理體驗,滿足延崇高速管理者對路產實現精細化管理、奧運期間安全防范、司乘人員暢享智慧高速的不用需求。
    為了實現以上目標,需要在3個方面進行突破、深入研究和實現。
    基礎層:基礎層是整個系統的最底層,也是整個系統的基礎保障,其主要任務是“全面感知”,感知的內容信息一定要精準,能夠滿足并實現“全天候工作”。
    數據層:數據層是整個系統的核心,它將基礎層發送過來的所有數據進行分析、處理、融合,其主要任務是完成“全程定位”,只有找到想要找的目標,才能實時對其進行跟蹤、定位,才能實現“全程掌控、全面監視”。
    展示層:展示層是整個系統的最高首領,系統所有的工作內容都圍繞它來展開,其主要任務是完成“全程掌控、全面監視”的工作。
    想要實現六全功能,該系統需要突破的技術難關有很多,最基礎的就是要實現所有目標的車道級“全程跟蹤,實時定位”這一核心。在路況感知系統的選擇上,延崇高速公路籌建處做了大量不同類型設備組合方式的現場調研、方案論證、實地測試,包括:全向毫米波雷達與高清卡口組合方式實現技術方案、定向短距毫米波雷達與道路監控攝像機組合方式實現技術方案、激光雷達與道路監控攝像機組合方式實現技術方案以及基于傳統監控攝像機實現AI視頻結構化方式實現方案。通過對各種方案的優劣性比較、項目總體投資比較和可行性方案比較,最終選擇了由全向毫米波雷達與高清卡口組合方式實現技術方案。本方案特在河北省張承高速公路承德段專門做了4公里的綜合測試試驗區,對該系統各項技術進行了長達1年的持續測試與驗證來確認此種方案的可行性,并通過實際測試來發現其中的不足與問題。

    系統建設實施方案

    雷達路況感知系統主要包括雷達管理服務器、雷達管理工作站、雷達檢測分析處理軟件、雷達傳感器、邊緣計算服務器、雷達邊緣計算協同應用軟件、高清卡口單元(車牌識別設備)等。系統總體結構如下圖所示。
    image.png
    系統總體結構圖
    雷達傳感器安裝在道路中央、路肩高桿、隧道側壁等位置;邊緣計算服務器安裝在綜合電控柜機箱內,與雷達傳感器、跟蹤監控攝像機、車牌識別設備以及其他設備進行連接;雷達管理服務器、雷達管理工作站配置在數據中心或隧道管理所,全路況感知智能指揮綜合管理系統、雷達檢測預警管理應用系統來實現對相關設備的配置、管理、授權,實現與監控數據的交互;雷達檢測分析處理軟件實現對雷達原始數據的實時分析;邊緣計算服務器接入至現場的工業以太網交換機,實現與數據中心設備的連接。
    1、全向毫米波雷達傳感器
    系統采用河北德冠隆公司的CitRadar-360雷達傳感器,該雷達采用360°高速掃描對高速公路上行駛的車輛、行人、障礙物體進行實時跟蹤定位檢測,并判斷其運動狀態和位置信息。該雷達傳感器能夠對1000米直徑圓形范圍內的目標物體進行跟蹤掃描定位并可獲取每個目標物體的獨立信息,包括即時速度、運動方向、經緯度、目標尺寸、ID編號、方向角等重要信息,并可以將道路上所感知的路況信息、交通狀態信息、車輛實時信息分析匯總后通過車路協同通信設備與道路上行駛車輛、自動駕駛車輛或無人駕駛車輛進行數據交互,來滿足車輛實現全速智能駕駛的定位要求。在延崇高速公路沿線以及隧道內,平均750米一處布設1套雷達傳感器,特殊路段、隧道、重點區域加密布設安,安裝高度為5米,外場一般安裝在道路中央,隧道內采用側壁安裝方式。
    2、交互式邊緣計算服務器
    交互式邊緣計算服務器主要安裝并運行邊緣計算協同應用系統,主要實現雷達設備與高清卡口單元的同步觸發抓拍、被跟蹤目標丟失補償、目標軌跡修正、軌跡再現、多雷達之間目標信息數據相互傳遞、雷達目標動態數據與車牌抓拍獲取的車輛特征數據深度融合、被跟蹤目標信息回溯、數據格式轉化、與車路協同V2X設備進行數據通信、與第三方平臺或設備進行數據通信、目標定位實時解析輸出高精度經緯度信息等多種功能。設備布設數量與雷達傳感器一樣,采用與雷達傳感器同點或同位置安裝方式。
    3、高清卡口單元
    高清卡口單元由高清卡口識別攝像機、頻閃燈、爆閃燈等組成。全線每隔3~5公里布設一處高清卡口車輛識別單元,每一處按照車道數量單方向配置2套300萬像素高清卡口車牌識別單元。利用圖像識別技術來獲取車輛的特征信息包括:車牌信息、車標信息、車系信息、車型信息、車輛顏色信息、生產年代信息、駕駛人員信息。將該信息送入到交互式邊緣計算服務器中,交互式邊緣計算服務器將被跟蹤定位車輛的動態數據信息以及被車輛抓拍攝像機抓取經數據采集處理器處理后的車輛特征信息進行綁定和融合,完成車輛在系統中全部數據的整合工作。
    4、道路監控跟蹤攝像機
    道路監控跟蹤攝像機主要與雷達傳感器相互配合,當雷達綜合管理預警系統檢測到異常事件以及需要查看實時道路視頻和需要跟蹤某一車輛或行人時,雷達綜合管理預警系統通過雷達設備獲取信息后聯合附近的攝像機。根據定義的聯動規則,使用這些信息來控制跟總攝像機進行準確查看,雷達綜合管理預警系統能自動控制攝像機平移、傾斜、變焦、變倍等動作,并做出快速響應。
    5、雷達管理服務器
    雷達管理服務器主要安裝并運行全路況感知智能指揮綜合管理系統,其與前方的雷達專用邊緣計算服務器進行通信,獲取雷達專用邊緣計算服務器發過來的數據信息、報警信息、視頻信息等,并對雷達專用邊緣計算服務器下發控制指令、參數設定指令、聯動指令等,管理服務器服務器啟動數據庫對系統中的所有數據進行存儲,并于人機交互工作進行數據通信,回報報警信息、并接受并完成工作站下發過來的所有信息以及控制指令,完成系統中所有雷達專用邊緣計算服務器配置信息、搭建系統架構、建立網絡數據鏈路、本地或遠程維護、數據查看、篩選、導出等重要工作。處理所有潛在的或可能形成事故的關鍵信息,啟動相應的決策規則加以處理,與監控數據服務器進行信息交互,可向道路監控系統或第三方提供SDK二次開發包或API數據接口,實現與監控系統(含視頻控制平臺)的聯動、聲音報警等。設備主要完成以下工作:數據交換、存儲功能、系統通信、維護、集中報警、預案生成、聯動方案執行、加載GIS電子地圖、圖形加速引擎、車輛行人異常事故事件檢測與報警、圖像存儲、數據存儲、報警事件錄像存查、報表生產、與第三方聯動指令發送、設備系統參數設定、發送預設方案、日常操作人機界面集中警報。
    6、管理工作站
    雷達管理工作站主要安裝并運行雷達檢測預警管理應用系統,該系統提供了雷達良好的遠距離大范圍探測能力和交通態勢感知能力,同時又保持極低的誤報率。其檢測事件類型包括:車輛停駛、交通事故、車輛擁堵、車輛排隊、車輛逆行、車輛慢行、拋灑物、行人、禁止通行、違章變道以及特定區域的非法入侵等重要事件,幾秒鐘就可以對異常事件形成報警予以提示,如有需要系統可對異常車輛進行持續自動跟蹤,自動提取車輛信息,為交通執法提供了重要依據。為了實現大范圍全程監控檢測,這種設備提供了全套的成熟的解決方案。此外也可以安裝在路中央、路肩偏坡,路側高地上。

    結束語

    雷達檢測預警管理應用系統所提供的全套解決方案不會被自然或人為的光線變化所影響,包括隧道的“黑白洞”現象所影響,還可以在極惡劣條件下正常工作,包括雨、雪、霧、煙、灰塵等,甚至在全黑的環境下24小時都可以保持較高的檢測精度不變。這是現有視頻事件檢測系統所無法比擬的,是視頻檢測系統的全新升級替代產品,也是智慧交通中綜合感知能力最強的產品。
    (原文刊載于2021年第1期《中國交通信息化》)
  • 關鍵字: 智慧高速
  •    責任編輯:黑蘿莉
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