基于信息融合的公交主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探究

上海市交通運(yùn)輸行業(yè)協(xié)會(huì)新能源和節(jié)能減排分會(huì)

（上海市普陀區(qū)曹楊路750號(hào)二樓，上海 200063）

營運(yùn)安全和服務(wù)質(zhì)量是公交企業(yè)日常運(yùn)營過程中必須保證的。公交駕駛員由于疲勞駕駛、行車中打電話、超速行車等不良駕駛行為是導(dǎo)致行車安全事故的主因。而公交企業(yè)安全監(jiān)管手段還比較薄弱，無法做到對(duì)不良駕駛行為及時(shí)有效預(yù)警。

隨著視覺技術(shù)的快速發(fā)展，基于視覺識(shí)別的駕駛行為監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到道路運(yùn)輸營運(yùn)車輛上，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”、視覺識(shí)別等技術(shù)，在智能公交現(xiàn)有信息化體系架構(gòu)上，引入并應(yīng)用主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)，加強(qiáng)公交車輛在途安全運(yùn)營管理，及時(shí)發(fā)覺駕駛員不良駕駛行為并主動(dòng)預(yù)警，防止由于駕駛員不良駕駛行為而引發(fā)行車安全事故。

1 系統(tǒng)總體框架

公交主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)是一款基于視頻識(shí)別、規(guī)范駕駛操作、提供實(shí)時(shí)和匯總駕駛行為評(píng)價(jià)的綜合性大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集公交車載終端信息，上傳監(jiān)控中心，并基于可視化技術(shù)進(jìn)行展現(xiàn)、大數(shù)據(jù)分析等，為企業(yè)管理者提供考評(píng)性質(zhì)的駕駛行為分析與評(píng)價(jià)，也可為駕駛員提供督導(dǎo)性質(zhì)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和預(yù)警。

如圖1所示，通過在現(xiàn)有智能公交車載終端一體機(jī)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)（DSM）設(shè)備、車輛異常行駛（ADAS）設(shè)備，實(shí)時(shí)采集BD / GPS信號(hào)、車輛行駛狀態(tài)、駕駛員駕駛狀態(tài)等信息，并將車輛所在位置的經(jīng)緯度、時(shí)間、車輛運(yùn)行方向、速度、駕駛員狀態(tài)異常報(bào)警、車輛異常行駛預(yù)警等信息通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)周期性、不定時(shí)的推送到監(jiān)控中心平臺(tái)。對(duì)于監(jiān)測(cè)到的異常報(bào)警，在向平臺(tái)推送的同時(shí)，主動(dòng)推送提醒給駕駛員或車輛管理人員，進(jìn)行駕駛干預(yù)。

2 車載智能終端系統(tǒng)融合設(shè)計(jì)

車載智能終端作為公交信息化的核心設(shè)備，目前各地大部分公交都已經(jīng)安裝了車載視頻一體化終端，因此，本項(xiàng)目主要通過對(duì)現(xiàn)有的車載視頻一體化終端進(jìn)行功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)及車輛異常行駛監(jiān)測(cè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全預(yù)警設(shè)備與現(xiàn)有車載終端系統(tǒng)有效融合。

2.1 智能公交終端總體框架

車載智能終端作為智能公交信息化的核心設(shè)備，通過安裝在公交車上的車載智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，實(shí)現(xiàn)公交報(bào)站、定位監(jiān)控、視頻監(jiān)控、圖像識(shí)別、運(yùn)營調(diào)度等功能，并通過4G全網(wǎng)通模塊通信，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的信息互動(dòng)。智能公交終端總體框架如圖2所示。

2.2 駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端系統(tǒng)

在公交車上司機(jī)位置附近（擋風(fēng)玻璃上）安裝DSM識(shí)別傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)司機(jī)駕駛行為的識(shí)別，并通過RS232 / RS385 / 以太網(wǎng)口接入公交一體機(jī)車載智能終端，公交一體機(jī)車載智能終端收到識(shí)別信息后，將識(shí)別事件及事件發(fā)生前后的錄像視頻信息上傳監(jiān)控中心。

駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備主要通過攝像頭采集的視頻圖像信息，通過光照歸一化算法、大小歸一化算法進(jìn)行預(yù)處理后，建立訓(xùn)練、分析樣本，通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)視頻分析技術(shù)，對(duì)臉部、身體各部位的視頻特征進(jìn)行分析，檢測(cè)出司機(jī)打電話、司機(jī)抽煙、司機(jī)打哈欠、司機(jī)分神提醒、司機(jī)疲勞駕駛、司機(jī)左顧右盼、司機(jī)聊天、司機(jī)離崗、攝像頭被遮等不良駕駛行為（圖3）。

圖1 系統(tǒng)總體框架

圖2 智能公交終端總體框架

2.3 車輛異常行駛終端系統(tǒng)

在公交車的擋風(fēng)玻璃前方，安裝車輛異常行駛監(jiān)控?cái)z像頭，在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處理，讓駕駛員在最快的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)，以引起注意和防范。

圖3 不良駕駛行為檢測(cè)

車輛異常行駛設(shè)備通過安裝在車身前方的路況攝像頭采集公交車的各種數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析車輛前方圖像和障礙物信息，識(shí)別不同大小、不同顏色的車道線和前方紅燈信號(hào)，進(jìn)而判斷車輛是否頻繁變道，是否行駛在非機(jī)動(dòng)車道，是否急加速、急減速、急轉(zhuǎn)向，是否碰撞，是否偏離車道行駛，是否車距過近等，并進(jìn)行安全預(yù)警提醒（圖4）。

3 公交安全預(yù)警系統(tǒng)融合設(shè)計(jì)

公交安全預(yù)警系統(tǒng)主要基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的應(yīng)用，在現(xiàn)有智能公交監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展主動(dòng)安全預(yù)警應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)公交安全運(yùn)營預(yù)警管理。

3.1 駕駛員人臉識(shí)別

公交DSM攝像機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)駕駛員面部抓拍，車載終端通過獲取駕駛員人臉照片并與事先設(shè)置好的設(shè)備端或企業(yè)平臺(tái)的駕駛員人臉庫信息進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員身份的識(shí)別確認(rèn)（圖5），并綁定駕駛員的身份信息，若比對(duì)為非法駕駛員，上傳駕駛員準(zhǔn)駕身份不符的報(bào)警信息到平臺(tái)，同時(shí)保存報(bào)警點(diǎn)至少包含駕駛員區(qū)域的照片，防止發(fā)生黑司機(jī)、冒名頂替、非授權(quán)、超時(shí)駕駛車輛等危及乘客和社會(huì)交通安全的情況。

3.2 主動(dòng)安全報(bào)警提醒

系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集視覺識(shí)別的主動(dòng)安全預(yù)警信息，包括：疲勞駕駛報(bào)警、分神駕駛報(bào)警、抽煙報(bào)警、接打電話報(bào)警、前向碰撞報(bào)警、車距過近報(bào)警、車道偏離報(bào)警提醒等，通過彈窗提醒監(jiān)控人員注意，打開報(bào)警，可以查看該報(bào)警信息的詳情以及報(bào)警時(shí)抓拍的圖片信息和視頻信息，用以核對(duì)駕駛異常報(bào)警（圖6）。系統(tǒng)能夠結(jié)合各車輛的報(bào)警情況，進(jìn)行當(dāng)日?qǐng)?bào)警排名，生成當(dāng)日?qǐng)?bào)警車輛排序，方便掌握各車輛的運(yùn)營違規(guī)情況。

3.3 主動(dòng)安全報(bào)警定級(jí)

基于視覺識(shí)別的主動(dòng)安全預(yù)警，每個(gè)車報(bào)警/預(yù)警量達(dá)到幾十上百條，監(jiān)控中心無法不分主次兼顧處置大量的報(bào)警，因此需要對(duì)安全報(bào)警進(jìn)行定級(jí)處置。當(dāng)公交主動(dòng)報(bào)警/預(yù)警上報(bào)后，系統(tǒng)根據(jù)報(bào)警類型、速度、報(bào)警頻次、天氣等多因子風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將一些嚴(yán)重的、緊急的報(bào)警提交監(jiān)控中心及時(shí)處置，確保有限的資源能夠優(yōu)先、有重點(diǎn)的處理高等級(jí)安全報(bào)警，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)，降低車輛安全運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，提升人工處置水平。

3.4 主動(dòng)安全報(bào)警處置

在傳統(tǒng)企業(yè)運(yùn)營監(jiān)控的基礎(chǔ)上，引入專業(yè)化報(bào)警處置中心，提供更專業(yè)、工具更全面、7×24小時(shí)不間斷報(bào)警處置服務(wù)。借助信息化手段，提供對(duì)車輛運(yùn)營安全多維度（TTS語音提醒、自動(dòng)電話提醒、短信提醒、手動(dòng)電話提醒、微信公眾號(hào)推送等）安全事件處置（圖7），及時(shí)干預(yù)或預(yù)防事故發(fā)生。

圖4 車輛異常行駛檢測(cè)

圖5 駕駛員身份識(shí)別

圖6 主動(dòng)安全預(yù)警信息詳情

3.5 主動(dòng)安全報(bào)警統(tǒng)計(jì)

基于公交運(yùn)營的安全數(shù)據(jù)，對(duì)公交安全駕駛進(jìn)行量化考核，采用圖表等方式，按照?qǐng)?bào)警類型對(duì)當(dāng)日?qǐng)?bào)警情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為公交企業(yè)的安全績效考評(píng)、安全獎(jiǎng)勵(lì)提供支持（圖8）。

4 安全信息提醒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖7 主動(dòng)安全報(bào)警處置

圖8 主動(dòng)安全報(bào)警統(tǒng)計(jì)

安全信息提醒系統(tǒng)主要是結(jié)合當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及駕駛員自我管理需要而設(shè)計(jì)，旨在通過信息推送，及時(shí)提醒駕駛員注意安全駕駛，制止不良駕駛行為，防止事故的發(fā)生。根據(jù)駕駛員的實(shí)際情況，可以提供多種途徑的安全信息服務(wù)，包括但不限于：TTS語音、短信、微信公眾號(hào)等，并可以根據(jù)安全預(yù)警等級(jí)，提供電話提醒服務(wù)支持。

4.1 TTS語音提醒

TTS語音安全提醒借助于智能公交車載終端現(xiàn)有的TTS語音播報(bào)功能，當(dāng)平臺(tái)接收到安全預(yù)警之后，自動(dòng)生成TTS語音提醒消息，下發(fā)給智能車載終端，由智能車載終端進(jìn)行TTS語音播報(bào)（圖9），實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員直接及時(shí)的駕駛安全風(fēng)險(xiǎn)管理和提醒。

圖9 TTS語音推送

圖10 短信提醒

圖11 微信推送

4.2 短信提醒

短息提醒主要借助于手機(jī)短信的通用型而設(shè)計(jì)的，可以確保所有駕駛員的提醒可達(dá)性。當(dāng)平臺(tái)接收到安全預(yù)警之后，自動(dòng)生成短信消息，發(fā)送給駕駛員或者車輛所有者，及時(shí)進(jìn)行干預(yù)（圖10）。

4.3 微信提醒

借助于微信的廣泛使用，可以通過微信公眾號(hào)及時(shí)將違規(guī)信息推送給駕駛員或者車輛管理人員，及時(shí)干預(yù)不安全駕駛行為（圖11）。

4.4 電話外呼提醒

當(dāng)駕駛員發(fā)生嚴(yán)重違規(guī)行為且不及時(shí)改正時(shí)，直接啟動(dòng)人工干預(yù)，進(jìn)行電話外呼，包括對(duì)安全負(fù)責(zé)人電話提醒、對(duì)駕駛員電話提醒、對(duì)車輛主管部門電話提醒等，多種渠道觸及駕駛員，對(duì)車輛違規(guī)行為進(jìn)行強(qiáng)有力的提醒管控。

5 結(jié)語

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”及視覺技術(shù)的快速發(fā)展，加強(qiáng)主動(dòng)式安全監(jiān)管及安全駕駛輔助預(yù)警已成為目前公交運(yùn)營生產(chǎn)安全的管理趨勢(shì)，因此，加快主動(dòng)安全技術(shù)應(yīng)用與現(xiàn)有智能公交信息化體系的無縫融合成為必然，不僅能保證現(xiàn)有公交信息化投資，節(jié)省經(jīng)濟(jì)投入，更重要的是能為現(xiàn)有的公交安全監(jiān)管體系帶來質(zhì)的突破。本文從智能公交車載終端系統(tǒng)、安全預(yù)警系統(tǒng)等方面進(jìn)行了融合設(shè)計(jì)，為主動(dòng)安全技術(shù)在公交企業(yè)的應(yīng)用推廣提供了有效的技術(shù)指導(dǎo)，同時(shí)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)應(yīng)用的推進(jìn)，利用信息推送技術(shù)，完善了對(duì)駕駛員安全運(yùn)營的信息提醒及處置手段，促進(jìn)了駕駛員進(jìn)行自我安全駕駛管理，從而形成更為完善的政府、行業(yè)、運(yùn)輸企業(yè)、駕駛員共同參與的公交安全體系，對(duì)提升公交運(yùn)營安全有著積極的作用。