非公路用旅游觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

時(shí)亞南 范效禮 苗 銳

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 烏魯木齊 830011）

“十四五”期間，新疆重點(diǎn)做好包括旅游業(yè)在內(nèi)的“十大產(chǎn)業(yè)”高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)穩(wěn)步推進(jìn)特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，根據(jù)自治區(qū)人民政府2021 年6 月發(fā)布的《新疆維吾爾自治區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，自治區(qū)要深入實(shí)施旅游興疆戰(zhàn)略，大力發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，促進(jìn)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)提檔升級(jí)，促進(jìn)生活性服務(wù)業(yè)提質(zhì)擴(kuò)容。依據(jù)TSG 81—2022《場(chǎng)(廠(chǎng))內(nèi)專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛安全技術(shù)規(guī)程》，場(chǎng)車(chē)是場(chǎng)（廠(chǎng)）內(nèi)專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛簡(jiǎn)稱(chēng)，指除道路交通、農(nóng)用車(chē)輛以外，僅在工廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)、旅游景區(qū)、游樂(lè)場(chǎng)所等特定區(qū)域使用的專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛，包括機(jī)動(dòng)工業(yè)車(chē)輛和非公路用旅游觀光車(chē)輛，納入國(guó)家特種設(shè)備目錄管理。截至2021 年底，全國(guó)場(chǎng)車(chē)共156.40 萬(wàn)臺(tái)，2021年全國(guó)共發(fā)生特種設(shè)備事故和相關(guān)事故110 起，死亡99 人，其中場(chǎng)車(chē)事故42 起，死亡34 人[1]。場(chǎng)車(chē)事故數(shù)占特種設(shè)備事故數(shù)榜首，而場(chǎng)車(chē)事故中以非公路用旅游觀光車(chē)輛事故社會(huì)影響面最大，一旦發(fā)生事故，影響和損失難以估計(jì)，比如2022 年5 月2 日，蘭州野生動(dòng)物園發(fā)生了1 起非公路用旅游觀光車(chē)側(cè)翻事故，造成2 人遇難、17 人受傷[2]，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。進(jìn)一步探究事故主要原因，場(chǎng)車(chē)事故中，違章作業(yè)或操作不當(dāng)17 起，無(wú)證操作5 起[1]，由此可見(jiàn)，場(chǎng)車(chē)事故中違章作業(yè)及無(wú)證操作等問(wèn)題占事故數(shù)量的大多數(shù)。為解決上述問(wèn)題，推動(dòng)特種設(shè)備使用單位安全主體責(zé)任的有效落實(shí)，有效防范和遏制特種設(shè)備事故發(fā)生，保障非公路用旅游觀光車(chē)輛安全運(yùn)行和游客乘車(chē)安全，助推新疆旅游業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，迫切需要加強(qiáng)對(duì)非公路用旅游觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)的研究。

從新疆特種設(shè)備智慧監(jiān)管系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，截止到2022 年12 月1 日，新疆共有在用非公路用旅游觀光車(chē)936 輛，主要分布在新疆較為知名的旅游景區(qū)和游樂(lè)場(chǎng)所。近年來(lái)，得益于穩(wěn)定紅利的影響，新疆旅游業(yè)進(jìn)入一個(gè)“井噴式”發(fā)展的重要階段，客流量猛增，再加上新冠肺炎疫情疊加影響，很多企業(yè)安全投入不足，盲目追逐經(jīng)濟(jì)利益，安全意識(shí)淡薄，管理混亂，違章作業(yè)屢禁不止，設(shè)備開(kāi)開(kāi)停停，進(jìn)入生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)旺季又超負(fù)荷運(yùn)行，比如非公路用旅游觀光車(chē)輛、客運(yùn)索道、大型游樂(lè)設(shè)施等設(shè)備由于疫情導(dǎo)致平常不用則已、一用就是高峰，這些都會(huì)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)。另外，新疆旅游觀光車(chē)輛設(shè)備較為分散，基層執(zhí)法監(jiān)察人員不足，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)察工作量大，亟須利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)等進(jìn)行信息化融合，打通制約監(jiān)管人員執(zhí)法難、企業(yè)作業(yè)人員無(wú)證駕駛違章作業(yè)等難題的“最后一公里”。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)非公路用旅游觀光車(chē)輛的研究整體上還處于起步階段，主要集中在理論研究階段。葉超等人[3]從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)程序的角度，為后續(xù)觀光車(chē)輛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究和工作提供了理論依據(jù)和方法參考；關(guān)朝寧[4]、吳金星[5]、常嵐等人[6]也是從運(yùn)行管理和檢驗(yàn)的角度闡述了具體的舉措；為解決非公路用旅游觀光車(chē)輛車(chē)體強(qiáng)度試驗(yàn)載荷布置不均勻且易掉落的問(wèn)題，吳國(guó)軍等人[7]提出了一種車(chē)體強(qiáng)度試驗(yàn)裝置及其方法，即按照被試驗(yàn)車(chē)輛的整備質(zhì)量值以及該車(chē)頂棚承載的面積計(jì)算出配重塊的數(shù)量、體積、重量的比值，再將相鄰配重塊連接，最終使得載荷塊能有效均勻靜布在弧面或者有高低落差的頂棚表面；劉丹等人[8]著眼于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)與不足，并結(jié)合國(guó)內(nèi)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了目前和未來(lái)我國(guó)觀光車(chē)行業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的需求。

通過(guò)前期調(diào)研，筆者擬采用通過(guò)在非公路用旅游觀光車(chē)輛上加裝物聯(lián)網(wǎng)終端和監(jiān)控相機(jī)的方案，研發(fā)一套非公路用旅游觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行身份識(shí)別與認(rèn)證，并對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行駕駛行為的識(shí)別，進(jìn)而對(duì)無(wú)證駕駛及不當(dāng)駕駛行為進(jìn)行告警記錄。物聯(lián)網(wǎng)終端能夠?qū)?chē)輛運(yùn)行速度及運(yùn)行線(xiàn)路進(jìn)行監(jiān)控，車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)終端還能對(duì)車(chē)內(nèi)乘客及車(chē)前方的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行記錄。結(jié)合數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)非公路用旅游觀光車(chē)輛的可視化與異常分析（包括無(wú)證駕駛、違章駕駛、行為異常、駕駛異常、線(xiàn)路異常等）。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)軟件平臺(tái)結(jié)合車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)裝置實(shí)現(xiàn)非公路用智慧監(jiān)管系統(tǒng)研究。每套物聯(lián)網(wǎng)裝置由1 部物聯(lián)網(wǎng)終端和3 部監(jiān)控相機(jī)組成。其中，1 部監(jiān)控?cái)z像機(jī)對(duì)作業(yè)人員圖像進(jìn)行采集；1 部監(jiān)控?cái)z像機(jī)對(duì)車(chē)內(nèi)乘客圖像進(jìn)行采集；1 部監(jiān)控相機(jī)對(duì)車(chē)輛前方圖像進(jìn)行采集。作業(yè)人員的監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集的圖像通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)終端的AI 分析，實(shí)現(xiàn)人員的身份認(rèn)證和駕駛行為的識(shí)別；物聯(lián)網(wǎng)終端可對(duì)車(chē)輛速度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，還可對(duì)車(chē)輛線(xiàn)路偏移實(shí)時(shí)檢出。最終研發(fā)一套觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有使用單位和監(jiān)察機(jī)構(gòu)2 種角色，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檔案管理、作業(yè)人員管理、電子圍欄管理、車(chē)載終端管理、告警記錄及教育培訓(xùn)記錄等功能。

2 技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)與人臉識(shí)別信息融合問(wèn)題

1）在車(chē)輛上，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具備人臉識(shí)別、實(shí)時(shí)通訊、與車(chē)輛綁定的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備編號(hào)作為唯一標(biāo)志以及語(yǔ)音播報(bào)功能。

2）駕駛?cè)藛T作業(yè)過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)裝置進(jìn)行人臉識(shí)別并實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行比對(duì)判斷。首次比對(duì)成功，報(bào)簡(jiǎn)短安全提示語(yǔ)音；若比對(duì)不成功，播報(bào)簡(jiǎn)短告警語(yǔ)音，并向觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)上報(bào)。觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

2.2 可視化與異常駕駛數(shù)據(jù)分析問(wèn)題

1）車(chē)輛加裝的物聯(lián)網(wǎng)裝置能夠完整觀察作業(yè)人員異常駕駛行為（抽煙、接打電話(huà)、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）。

2）車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)裝置實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別作業(yè)人員異常駕駛行為，向觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)上傳作業(yè)人員異常駕駛行為信息，并自動(dòng)記錄車(chē)輛駕駛?cè)藛T異常駕駛行為信息，記錄信息保存1 年。觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

3）作業(yè)中出現(xiàn)超速、偏離行駛路線(xiàn)、異常駕駛（抽煙、接打電話(huà)、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）等情況，根據(jù)告警記錄監(jiān)察部門(mén)進(jìn)行手動(dòng)扣分處置，扣分標(biāo)準(zhǔn)由監(jiān)察人員參考具體扣分辦法執(zhí)行。

4）物聯(lián)網(wǎng)裝置具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛位置功能。使用單位在觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)錄入本單位觀光車(chē)和觀光列車(chē)行駛路線(xiàn)圖，車(chē)與行駛路線(xiàn)一一對(duì)應(yīng)（該行駛路線(xiàn)圖應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)確認(rèn)），行駛路線(xiàn)圖向?qū)?yīng)車(chē)輛的物聯(lián)網(wǎng)裝置下發(fā)，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)裝置實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行是否偏離行駛路線(xiàn)運(yùn)行判斷。若偏離行駛路線(xiàn)，向駕駛?cè)藛T播報(bào)簡(jiǎn)短提示語(yǔ)音，向觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)上傳車(chē)輛偏離軌跡信息，并自動(dòng)記錄車(chē)輛偏離行駛路線(xiàn)運(yùn)行的起始和結(jié)束時(shí)間、偏離軌跡、偏離運(yùn)行駕駛?cè)藛T，記錄信息保存1 年。觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

2.3 智能分析模型構(gòu)建

首次運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)及深度學(xué)習(xí)技術(shù)，結(jié)合試點(diǎn)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中形成的大量數(shù)據(jù)，包括但不限于觀光車(chē)輛使用時(shí)長(zhǎng)、使用頻率、運(yùn)行線(xiàn)路、作業(yè)人員駕駛時(shí)長(zhǎng)、駕駛行為記錄、證件信息等數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建旅游觀光車(chē)輛作業(yè)大數(shù)據(jù)分析模型。對(duì)人臉認(rèn)證、超速、偏離行駛路線(xiàn)、異常駕駛（抽煙、接打電話(huà)、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）等告警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)AI 智能視頻識(shí)別，能夠識(shí)別視頻中出現(xiàn)的動(dòng)作，分析視頻中每幀圖像的內(nèi)容，從視頻幀之間的時(shí)序信息中挖掘線(xiàn)索，從而實(shí)現(xiàn)視頻的自動(dòng)分類(lèi)，最終形成大數(shù)據(jù)展示平臺(tái)，為監(jiān)察機(jī)構(gòu)和使用單位提供翔實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

筆者利用面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法和AI 視頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)監(jiān)控視頻錄像中作業(yè)人員頭像及駕駛異常行為特征的自動(dòng)提取、自動(dòng)識(shí)別及保存，并可根據(jù)指定的駕駛異常行為特征，對(duì)視頻中出現(xiàn)的駕駛異常行為圖像進(jìn)行全自動(dòng)分析，記錄駕駛異常行為特征出現(xiàn)的時(shí)間，并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，需研究物聯(lián)網(wǎng)終端與非公路用旅游觀光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)程通訊方法，以實(shí)現(xiàn)駕駛異常行為信息的遠(yuǎn)程傳輸，筆者擬采用多目標(biāo)任務(wù)分配策略，構(gòu)建監(jiān)控駕駛異常行為視頻圖像幀快速提取及識(shí)別算法，著重突破運(yùn)行中視頻駕駛異常行為圖像快速識(shí)別的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。本文整體研究方案及可行性分析如圖1、圖2所示。

圖1 整體研究方案及技術(shù)路線(xiàn)圖

圖2 整體架構(gòu)圖

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

1）有效糾正旅游觀光車(chē)輛無(wú)證作業(yè)的問(wèn)題。隨著旅游觀光車(chē)輛數(shù)量增長(zhǎng)，部分旅游觀光車(chē)輛使用單位責(zé)任人安全主體責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)，存在無(wú)證人員隨意使用旅游觀光車(chē)輛現(xiàn)象。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)旅游觀光車(chē)輛駕駛?cè)藛T進(jìn)行身份驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)從“無(wú)”到“有”的轉(zhuǎn)變，遏制無(wú)證作業(yè)行為。

2）有效輔助作業(yè)人員安全駕駛。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)旅游觀光車(chē)輛作業(yè)人員駕駛行為、旅游觀光車(chē)輛運(yùn)行速度、旅游觀光車(chē)輛運(yùn)行線(xiàn)路及車(chē)內(nèi)外運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)安全隱患識(shí)別并告警，從而“協(xié)助”作業(yè)人員安全駕駛。

3）有效解決基層監(jiān)察人員負(fù)擔(dān)重的問(wèn)題。由于自治區(qū)旅游觀光車(chē)輛設(shè)備較為分散，基層執(zhí)法監(jiān)察人員較少，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)察工作量大。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，轉(zhuǎn)“人管”為“智控”，減輕基層監(jiān)察人員負(fù)擔(dān)。

4）有效解決旅游觀光車(chē)輛專(zhuān)業(yè)化數(shù)據(jù)信息支撐弱的問(wèn)題。雖然目前新疆特種設(shè)備智慧監(jiān)管系統(tǒng)擁有旅游觀光車(chē)輛及旅游觀光車(chē)輛作業(yè)人員的基本信息數(shù)據(jù)，但缺乏旅游觀光車(chē)輛使用時(shí)長(zhǎng)、使用頻率、運(yùn)行線(xiàn)路、作業(yè)人員駕駛時(shí)長(zhǎng)、駕駛行為記錄、證件信息等更為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行旅游觀光車(chē)輛作業(yè)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)旅游觀光車(chē)輛風(fēng)險(xiǎn)管控從“無(wú)控”到“可控”轉(zhuǎn)變。

5 應(yīng)用展望

本文通過(guò)開(kāi)發(fā)面向?qū)ο蟮姆枪酚寐糜斡^光車(chē)輛智慧監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)證駕駛行為的管理以及作業(yè)人員駕駛異常行為的可視化操作。目前該系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)完成，擬先選定烏魯木齊及周邊景區(qū)非公路用旅游觀光車(chē)輛使用單位進(jìn)行試點(diǎn)，同時(shí)，通過(guò)開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)終端及監(jiān)控相機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，不斷獲取新的駕駛異常行為圖像，分析基于智慧監(jiān)管系統(tǒng)的新駕駛異常行為圖像識(shí)別結(jié)果的正確性，并采用大數(shù)據(jù)及多信息融合技術(shù)，建立基于人工智能的駕駛異常行為特征修正算法，豐富和完善駕駛異常行為診斷數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，形成性能可靠的優(yōu)化后智能識(shí)別系統(tǒng)。如果技術(shù)成熟，后續(xù)可將該技術(shù)方案推廣至全疆所有的非公路用旅游觀光車(chē)輛，為每輛觀光車(chē)加裝該物聯(lián)網(wǎng)終端和監(jiān)控相機(jī)，從而為新疆各級(jí)監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供執(zhí)法依據(jù)，助力新疆景區(qū)及游樂(lè)場(chǎng)所高質(zhì)量發(fā)展，有效保證游客乘車(chē)安全，提升游客滿(mǎn)意度。