監測、預警、管控系統在高速公路的應用

覃東明 李禎 霍抗 徐凌宇

摘要 隨著我國高速公路蓬勃發展，路網拓寬，高速公路視頻監控朝智能化和信息化方向發展，并受到越來越多人的關注和重視。文章介紹了目前高速交通狀況及智能交通預警系統的必要性，分析了高速公路視頻監控系統建設現狀及實施效果，并分析高速公路智能視頻監控平臺的具體應用，以期充分發揮監測、預警和管控系統的應用價值，提升高速公路管理效率。

關鍵詞 高速公路；智能監控預警；AI識別；自動管控

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0017-03

0 引言

隨著城市化進程的加快，雖然我國公路建設發展迅猛，但公路建設的速度仍趕不上汽車保有量的增長速度，導致道路交通擁堵、事故頻發、交通管理水平低等問題。高速公路交通管理信息日益龐大，使得監控人員通過人工進行道路事件監測的效率普遍較低。

該項目研究基于AI事件識別的“雷達+視頻”事件檢測系統，通過毫米波雷達與視覺傳感器（光感攝像機）前端數據融合，邊緣計算服務器分析處理和判斷事件信息，實現全天候高精度事件檢測。系統向管理人員提供預警信息，極大地提高交通管理日常工作效率，并使各職能部門的工作更加科學化和規范化。

通過雷視融合系統實現基于計算機信息處理技術、毫米波雷達技術、AI智能分析、計算機視覺與深度學習技術，配合第三方信息資源打造的高度智能化信息平臺，展示交通態勢感知數據，實現全天候高精度事件檢測，提供預警信息，聯動路側情報板和廣播系統等設備為后方來車提供預警，有效預防二次事故[1]。

1 監測預警管控對高速管理者的必要性

在可視性有限的環境下，如雨雪霧高發區域、管控高峰擁堵等路面緊急狀況下，目前傳統采用的視頻事件監控技術遠遠達不到對高速路段實時監控的要求，更無法獲取充足的信息為事故發生前進行預判分析。管理者需要采用不受環境因素干擾的多元化前端感知檢測手段，建立高速公路交通監測、預警和管控體系，實現交通狀態全面監測和動態管理，做到對事故高發路段的監測分析預判，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，在交通監控預警系統的眾多監控項目中，監控由各種情況造成交通事故的預警檢測系統在高速公路中的更新、創新以及智能化速度是關鍵。高速交通預警管控系統隸屬于高速公路配套機電工程系統，其信息感知功能在檢測霧區、雨雪天及其他事故高發區域，為實時監測高速路段全程情況提供全面的數據信息，能夠有效地幫助高速公路監控室及交警部門精準檢測高速情況，增加監測的確定性，降低區域的檢測難度，并在引發交通事故后，處理人員可以在第一時間獲知事故信息和預警后方來車，及時采取管控措施，以便預防重大事故與次生事故，同時實施良好高效的服務處置手段[2]。

2 智能監測預警管控系統的組成及功能特點

2.1 系統組成

高速公路事故高發路段交通事故監測預警監測系統是一套全數字化監測預警管控系統，主要由前端感知機加邊緣計算（攝像與雷達的前端一體化融合技術：光線暗和雨霧天感知充足、全天候、快捷精準，檢測精度高于95%）、路側警示燈、定向喇叭、LED屏、信號燈（前端自動預警）和中心管控平臺組成，如圖1所示。

2.1.1 前端感知設備

前端感知設備需要準確、快速、聯控，雷攝一體感知機的技術特點正好滿足霧區檢測的需求。雷攝一體機發揮其在霧區高速中的全天候、車道級、低時延、95%高精度的交通事件的檢測技術，其精準、快速是系統的重要部分，也是系統后面的預警與管控依據。雷攝一體的安裝方式：間距200 m，高度7～8 m，連續安裝雷攝一體感知機，實現全路段的連續握手追蹤檢測，做到交通事件無盲區檢測。

2.1.2 自動預警設備：路側警示燈、定向喇叭、LED屏幕、信號燈

通過邊緣計算服務器，直接聯動路側設備和LED顯示屏顯示前方事件信息，紅藍聲光警示燈交替閃爍預警，定向喇叭語音播報提醒后方司乘人員注意交通路況，避免交通事故發生，特別是在晚上事故高發時段對車輛的提前警示，極大地保障了司乘人員的出行安全。

系統通過深入的自學習，還可以根據以往的數據分析預判可能發生的事件，警示司乘人員降速行駛，提前變道，做到與事件路段車道級的速度和諧，從而降低車道擁堵，減少車輛事故發生[3]。該系統簡單、高效地運用精準前端感知信息為交通事故發生后高效應急處置提供了實時的數據支撐，做到秒級實時管控預警，多維度保障出行安全，實現了歷史信息可回溯、實時事件可管控、未來狀態可預判的高效自動信息化管理。

2.1.3 中心管控平臺

應急管控策略：事故信息秒級上傳中心監控平臺，事故視頻彈框報警或中心語音提示，第一時間聯動監控平臺和交警事故平臺的應急管控預案，進行應急斷流、分流等事故現場管理（事故后第一時間告知監控中心，從而快捷、高效地處置，安全保暢運營）。

目前的很多交通事故發生后還是以監控人員手工錄入和人工管控為主，速度慢、不安全、費用高。

2.2 系統對交通管理的實施流程

該系統是毫米波雷達與事件光感傳感器前端同頻融合技術，檢測是采集雷達波與超可視光感變化值融合生成底層點云數據來判斷事件。

2.2.1 前端感知機

監測到交通事件時，邊緣計算機立即聯動警燈閃爍預警，高音喇叭自動播報“前方擁堵，減速慢行”；路面有拋灑物時，警燈自動閃爍，后方門架車道級提醒，對行人進行檢測預警“高速危險，行人進入、交通事故”，同時路側自動預警，門架車道級提醒“前方事故，注意避讓”——上報中心平臺，事故視頻彈框進行快速聯動處置；如遇交通堵塞，系統自啟動限速提示、匝道、收費站限流等管控措施。

2.2.2 路側自動預警

前端檢測到交通事故后，邊緣計算30 s內自動聯控路側預警設備：高音定向喇叭播報語音提醒、警示信號燈閃爍、門架式信息屏車道級提示、路側情報版文字提醒、智能探測燈開啟等，警示后方1～3 km內的來車，使車輛提前減速，避免追尾，起到有效預防交通事故的作用。

2.2.3 上傳管控中心

交通事故發生后，可以按事故嚴重等級，中心自動聯動管控預案，比如將事故車輛（含車牌）信息上報交警中心，事故路段通過門架信息屏開啟車道級限速，進行動態車道分配、互通匝道管控限流、貨車限制駛入的動態管理、收費站關閉等，通過對交通事故采取相應管理措施，避免重大事故的發生，提升高速公路的效率，為司乘人員提供安全保障等[4]。

2.3 系統主要功能特點

2.3.1 前端感知設備—雷攝一體感知機性能特點

雷攝一體機真正解決了視頻在高速事故高發路段檢測不到的問題。主要功能：

（1）真正全天候：完全不受霧、霾、雨、雪天氣及晚上無照明的影響；大范圍：250 m檢測區間范圍內無明顯精度損失。

（2）事件檢測率高：雨霧天氣對交通事故、停車等事件發現率高于95%。

（3）安裝調試方便：可在門架或側立柱一體化安裝，后期也無需人工標定。

（4）定位精準：所有數據事件信息都是車道級，每輛車的信息可以含車道、樁號、速度等。

（5）多雷達握手追蹤：多個雷攝感知機之間自動實現握手，追蹤車輛精度高于95%。識別蛇形變道、急剎急停、超速低速等危險駕駛。

2.3.2 檢測精準度高、主動管控

該系統使用的雷攝一體化感知機，是毫米波雷達與事件光感攝像機前端點云數據同頻融合的一款高精準檢測設備，其全天候車道級事件檢測的各項精度可達98%以上，對影響交通的行人和拋灑物的檢測也高于95%，檢測完全不受可視光環境影響（視頻檢測是采集像素點的變化值，受可見光的影響）。

2.3.3 前端各傳感器的一體化區域檢測

一體化設備中的毫米波雷達與光感傳感器都能檢測300 m區域距離（視頻檢測無法單臺實現300 m區間的無衰檢測）。

2.3.4 邊緣計算及AI自學習功能：智能化

系統通過邊緣計算自學習自動劃分車道號，無需人工標定。隨著檢測的時間推進，系統高頻海量交通數據可為將來交通事故預判分析建模，為擁堵溯源等交通流難題提供可靠的前端數據工具。

2.3.5 50 ms低時延數據聯控

系統50 ms的低時延邊緣結構化數據、可以即時聯動聯控路側設備發布預警，快速、高效地預防次生重大事故。3 s內事件精準發現，10 s邊緣自動預警，20 s內上報中心處置，運用快速發現、快速預警和快速處置，有效避免二次事故發生，實現了對事故高發路段的重點突破，對減少重大事故成效顯著。

3 高速交通事故檢測預警系統的實施效果

案例應用過程：固定ID號，實時車道、距離、速度、運行軌跡等海量數據運算，穩定輸出，對多目標3D持續建模，可為多雷達間握手追蹤、交通仿真提供數據支撐，精準感知、識別建模和視頻畫面安全同步，打破了傳統視頻的高延時與毫米波數據無法同頻對技術壁壘。每組鐳射區的檢測區域為250 m，可持續追蹤到283 m，甚至達到300 m，在看不清的霧霾、團霧、濃霧等天氣下仍能保持高精準感知，實現車輛的ID號、車道號、位置與速度等穩定輸出[5]。AI檢測、三維建模、實時畫面等不受光照影響，與白天清晰度一致。

在夜間進行無衰減的檢測技術，突破了傳統雷視產品在夜間檢測弱視的瓶頸，實現全天候高精準感知。系統在惡劣天氣下不受雨霧雪天氣的干擾影響系統檢測能力，AI檢測、3D建模、實時畫面能保持正常輸出。系統通過AI自學習功能自適應車道上各類場景及交通狀態，無需人工標定。而且隨著自學習的深入，各類交通事件檢測精度還在提升，異常事件也在更新錄入。

該系統使用的是雷攝一體化感知機。這是一款毫米波雷達與事件光感攝像機前端點云數據融合的高精準檢測設備，其全天候車道級事件檢測的各項精度可達98%以上，對影響交通的行人、拋灑物的檢測也高于95%，用于高速互通樞紐、上下陡坡、山區急彎、高速服務區出入口等大流量事故高發路段，進行自主發現，及時采取管控、聯動預警等高效的應急處置措施，已經實現了在高速公路上檢測到有停車、行人、緩行、堵車、拋灑物、事故、施工等事件時，能快速監測并發出預警，即時上報中心平臺或交警平臺，真正做到全時段、全天候、高精度、路側感知低延時，多目標、多車道同時追蹤檢測。

4 結語

綜上所述，智能監控管控系統基于精準前端感知的特點，可為將來高速公路建模分析提供多維度交通數據，實現交通數據挖掘，并可預測和預判可能發生的事件和事故，為主線車輛安全駕駛提供保障。該系統還支持交通仿真決策算法研發，為擁堵溯源等交通流難題提供可靠的前端數據工具，包括數據融合對接、基礎設施云平臺對接、大數據中心對接、車路協同數據擴展等功能。

在高速公路中推廣應用監測、預警、管控智能平臺，可以實現數據和管理的統一，能夠為高速公路運營管理提供多樣化的智能應用服務，有利于整體提升高速公路運營管理水平，對高速公路事業的進一步發展大有裨益。

參考文獻

[1]王新. 高速公路智能管控與服務平臺系統研究[J]. 交通世界， 2017（6）： 164-165.

[2]王京新， 陳玲瓏， 程濤. 智能視頻監控平臺在高速公路上的應用[J]. 科學與信息化， 2023（1）： 169-171.

[3]姜良維， 蔡晨， 鄭煜， 等. 基于人工智能視覺的高速公路交通事故預警預測關鍵技術研究及示范[J]. 中國科技果， 2020（20）： 38-42.

[4]呂正榮. 智能交通系統中視頻處理關鍵技術研究[D]. 南京：東南大學， 2016.

[5]尹宏鵬， 李艷霞， 周佳怡， 等. 智能視頻分析的車輛異常行為檢測方法[J]. 重慶大學學報， 2016（3）： 75-83.