牛王山隧道全向廣域毫米波雷達精準感知智能預警預告系統設計

呂永萍

(山西省交通信息通信有限公司 太原市 030006)

1 智能交通系統

智能交通系統是將先進的科學技術(信息技術、計算機技術、數據通信技術、傳感器技術、電子控制技術、自動控制理論、運籌學、人工智能等)有效地綜合運用于交通運輸、服務控制和車輛制造，加強車輛、道路、使用者三者之間的聯系，從而形成一種保障安全、提高效率、改善環(huán)境、節(jié)約能源的綜合運輸系統。

從智能交通系統架構圖中可以看出，實時的、有效的、準確的、完整的交通信息是智能交通系統的最基本的信源，只有對各道路實時交通數據有了準確的掌握才能有效地實施和發(fā)揮諸如交通誘導之類的ITS功能，因此對交通信息的實時采集技術是ITS技術中最核心也是最基本的技術之一。

智能交通系統除自動實景事件監(jiān)測手段外，在全天候工作、監(jiān)測準確性、系統可靠性和穩(wěn)定性、系統維護等方面比傳統的線圈和視頻檢測系統都存在較多的優(yōu)勢。

2 系統功能與技術參數

本方案為晉陽高速公路牛王山隧道毫米波自動(事件)監(jiān)測及預告預警系統專項方案。

毫米波全自動事件監(jiān)測系統可以對監(jiān)測范圍內的交通事件進行實景感知，記錄目標物體的實時經緯度、尺寸、方位角、運行方向、速度等，并根據已設置好的交通參數自動將監(jiān)測到的事件分類為停車、逆行、倒車、慢行、行人、拋灑物等，支持自定義設置報警規(guī)則。同時，系統的其他配置也可進行定制，以滿足最終客戶的需求。

2.1 系統功能

(1)事件監(jiān)測功能

毫米波自動監(jiān)測系統可對監(jiān)測范圍內的交通事件進行實時監(jiān)測和交通數據的采集。交通事件監(jiān)測內容包含：超速或低速行駛車輛、停止車輛、倒車車輛、逆行車輛、行人、拋灑物等；交通數據采集內容有：實時車速、實時交通流量、實時車輛位置、事件軌跡回放、歷史數據查詢等內容。

(2)全范圍覆蓋

每個毫米波自動監(jiān)測傳感器都可以實現對1000m范圍內每秒4 次的360°全方位監(jiān)測。傳感器的監(jiān)測范圍可以覆蓋整個路面以及每條車道的各個方位。

(3)極低誤報率，高可靠性系統

毫米波自動事件監(jiān)測系統的誤報率為每24h<1次。

基于預先設置的自定義報警規(guī)則，系統軟件模塊可以自動對實時監(jiān)測到的事件進行分析歸類，并對超出自定義參數的交通行為進行報警。

(4)全天候工作

本系統不受任何天氣、光線環(huán)境的影響，包括霧、煙塵、風暴、雨雪、眩光、全黑等情況下都可正常工作，監(jiān)測功能不受任何影響。

(5)實景感知

毫米波自動監(jiān)測傳感器可以做到對所覆蓋區(qū)域的實時實地實景感知。

當隧道內事故發(fā)生時，以火災為例，傳統的視頻攝像機事件監(jiān)測技術在高熱與煙霧環(huán)境下會很快失效。但本系統的高頻毫米波信號可以穿透最濃的煙霧，準確定位被困行人和車輛，并在小于10s內自動報警。

(6)監(jiān)測逆行、停車、擁堵車輛

系統可以由業(yè)主根據道路設計標準、實際使用要求、現場實際安裝條件設置所需的報警規(guī)則，來區(qū)分慢速、擁堵、停止、逆行等事件，并實時發(fā)出報警。

(7)監(jiān)測行人、動物以及拋灑物

360°覆蓋特性使系統可以實時監(jiān)測到路面外圍及周邊區(qū)域，高速公路或者隧道范圍內的行人、動物以及拋灑物都會被實時準確地監(jiān)測，如有異常會基于預置的規(guī)則報警，避免重大事故及二次或多次事故的發(fā)生。

本系統對行人監(jiān)測的半徑是350m，對拋灑物監(jiān)測的半徑是150m。

(8)歷史軌跡

系統可以實現歷史軌跡的回放，且可以同步查詢歷史事件的日志以及實時數據。

2.2 系統技術參數

毫米波傳感器需要的端口:TCP協議700；TCP 協議23； UDP協議 123；ICNP。

在調試階段，毫米波持續(xù)占用帶寬28MB, 經過調試后占用帶寬6MB。

表1 毫米波傳感器基本參數

3 項目所涉路段安裝系統的必要性

3.1 項目概況

本次交通信息采集時間監(jiān)測專項設計項目所涉范圍為晉城至陽城高速公路中的牛王山隧道。

牛王山隧道為雙洞四車道，北線起止樁號為K9+964～K11+832，長1868m，南線起止樁號為K11+921～K10+041，長1880m，單洞設計凈寬8m,凈高5m。因牛王山隧道通車時間較長，隧道設施陳舊，環(huán)境復雜，再加上晉陽高速公路車流量較大，隧道內交通事故頻發(fā)，是全省事故率最高的高速公路隧道。

3.2 安裝系統的必要性

牛王山隧道內設置了視頻交通事件監(jiān)控設施，但僅布設于隧道的出口與入口處，無法做到全線實時交通狀況的完整監(jiān)測。而且現有的視頻事件監(jiān)控設備還存在極高誤報率、無法全天候工作的問題，受到汽車尾氣、粉塵、風沙等的污染，視頻監(jiān)控設備必須由人工進行定期清洗。在實際應用中無疑增加了監(jiān)控中心操作人員的工作負擔，降低了監(jiān)測效率與準確性。

4 系統運行情況

4.1 安裝情況

為了可靠、有效地監(jiān)測交通事件、準確地采集交通數據，2017年11月16日在牛王山隧道晉城至陽城方向入口K10+429處安裝了一套基于全向廣域毫米波雷達精準感知的隧道運行安全動態(tài)監(jiān)測及智能預警系統，并投入試運行。此系統對1km范圍內隧道運行安全動態(tài)進行實時監(jiān)測及交通事件的預告預警，不僅可以最大程度先于隧道內的火災檢測系統檢測到災前事故車輛的緊急減速、停車和碰撞等異常狀況，并將報警信息第一時間發(fā)給管理人員，而且可將緊急事件信息形成限速指令和控制指令發(fā)布于隧道外的可變情報板，為事件處理和事故救援提供最早的時間窗口，最大程度減少、避免二次和連環(huán)事故。同時，火災發(fā)生后，系統可以穿透煙霧、爆燃、水噴霧等視覺不可見障礙，準確定位被困行人、車輛的實時運行狀態(tài)。

4.2 取得成效

2017年11月安裝該系統后，以最近50d(2018年4月23日到2018年6 月12日)的數據為例，系統共監(jiān)測到1678次交通事件，其中慢行車輛事件1140次，停車事件417次，行人事件121次；經監(jiān)控人員復核后，所有事件無一誤報、漏報，事件檢測準確率可以達到真正全天候24h<1起，證明了系統的穩(wěn)定性和可靠性。該系統的應用，實現了對基礎交通路況的自動化、智能化、數據化監(jiān)控，極大減輕了隧道監(jiān)控人員的工作強度和工作壓力，可以及早發(fā)現事故隱患，為進行應急處置爭取時間，避免引發(fā)二次事故和連環(huán)事故，符合建設綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通“四個交通”的現實需求。

5 結語

此項目建成后很好地實現了牛王山隧道交通信息實時準確的采集及異常事件及時可靠的報警，此系統安裝后全面提升了晉城高速公路有限責任公司對牛王山隧道交通整體的調控能力，有效緩解了該隧道面臨的交通壓力。