牛王山隧道全向廣域毫米波雷達精準感知智能預(yù)警預(yù)告系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)

智能交通系統(tǒng)是將先進的科學(xué)技術(shù)(信息技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動控制理論、運籌學(xué)、人工智能等)有效地綜合運用于交通運輸、服務(wù)控制和車輛制造，加強車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)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(tǒng)。

從智能交通系統(tǒng)架構(gòu)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(tǒng)的最基本的信源，只有對各道路實時交通數(shù)據(jù)有了準確的掌握才能有效地實施和發(fā)揮諸如交通誘導(dǎo)之類的ITS功能，因此對交通信息的實時采集技術(shù)是ITS技術(shù)中最核心也是最基本的技術(shù)之一。

智能交通系統(tǒng)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(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性、系統(tǒng)維護等方面比傳統(tǒng)的線圈和視頻檢測系統(tǒng)都存在較多的優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)功能與技術(shù)參數(shù)

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(yù)告預(yù)警系統(tǒng)專項方案。

毫米波全自動事件監(jiān)測系統(tǒng)可以對監(jiān)測范圍內(nèi)的交通事件進行實景感知，記錄目標物體的實時經(jīng)緯度、尺寸、方位角、運行方向、速度等，并根據(jù)已設(shè)置好的交通參數(shù)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(shè)置報警規(guī)則。同時，系統(tǒng)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(tǒng)功能

(1)事件監(jiān)測功能

毫米波自動監(jiān)測系統(tǒng)可對監(jiān)測范圍內(nèi)的交通事件進行實時監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)的采集。交通事件監(jiān)測內(nèi)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(shù)據(jù)采集內(nèi)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(shù)據(jù)查詢等內(nèi)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(xiàn)對1000m范圍內(nèi)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(tǒng)

毫米波自動事件監(jiān)測系統(tǒng)的誤報率為每24h<1次。

基于預(yù)先設(shè)置的自定義報警規(guī)則，系統(tǒng)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(shù)的交通行為進行報警。

(4)全天候工作

本系統(tǒng)不受任何天氣、光線環(huán)境的影響，包括霧、煙塵、風(fēng)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(dāng)隧道內(nèi)事故發(fā)生時，以火災(zāi)為例，傳統(tǒng)的視頻攝像機事件監(jiān)測技術(shù)在高熱與煙霧環(huán)境下會很快失效。但本系統(tǒng)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(nèi)自動報警。

(6)監(jiān)測逆行、停車、擁堵車輛

系統(tǒng)可以由業(yè)主根據(jù)道路設(shè)計標準、實際使用要求、現(xiàn)場實際安裝條件設(shè)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(tǒng)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(nèi)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(yù)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(tǒng)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(tǒng)可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

毫米波傳感器需要的端口:TCP協(xié)議700；TCP 協(xié)議23； UDP協(xié)議 123；ICNP。

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

表1 毫米波傳感器基本參數(shù)

3 項目所涉路段安裝系統(tǒng)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(shè)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(shè)計凈寬8m,凈高5m。因牛王山隧道通車時間較長，隧道設(shè)施陳舊，環(huán)境復(fù)雜，再加上晉陽高速公路車流量較大，隧道內(nèi)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(tǒng)的必要性

牛王山隧道內(nèi)設(shè)置了視頻交通事件監(jiān)控設(shè)施，但僅布設(shè)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(xiàn)有的視頻事件監(jiān)控設(shè)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(fēng)沙等的污染，視頻監(jiān)控設(shè)備必須由人工進行定期清洗。在實際應(yīng)用中無疑增加了監(jiān)控中心操作人員的工作負擔(dān)，降低了監(jiān)測效率與準確性。

4 系統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(yù)警系統(tǒng)，并投入試運行。此系統(tǒng)對1km范圍內(nèi)隧道運行安全動態(tài)進行實時監(jiān)測及交通事件的預(yù)告預(yù)警，不僅可以最大程度先于隧道內(nèi)的火災(zāi)檢測系統(tǒng)檢測到災(zāi)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(zāi)發(fā)生后，系統(tǒng)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(tǒng)后，以最近50d(2018年4月23日到2018年6 月12日)的數(shù)據(jù)為例，系統(tǒng)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(jīng)監(jiān)控人員復(fù)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(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了對基礎(chǔ)交通路況的自動化、智能化、數(shù)據(jù)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(xiàn)事故隱患，為進行應(yīng)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(shè)綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通“四個交通”的現(xiàn)實需求。

5 結(jié)語

此項目建成后很好地實現(xiàn)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(tǒng)安裝后全面提升了晉城高速公路有限責(zé)任公司對牛王山隧道交通整體的調(diào)控能力，有效緩解了該隧道面臨的交通壓力。