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智慧公路|高速(干线)公路(隧道)运行安全精准监测及智能预警控制系统
发布时间:2018-12-10

一、项目背景

交通兴,百业兴。党的十九大报告作出了“中国特色社会主义进入新时代”的重大判断,明确了建设交通强国的重大战略,赋予了交通运输行业在新时代的新使命。

从第一条完工投入使用的沪嘉高速公路开通运行到今天,经过30年的不断摸索与积累,国内高速公路经历了从建设为主到运营为主的转变,不断面临着社会经济发展的新要求和新挑战,行业管理也面临着从管理到服务转变的客观需求,高速公路运营则面临着从可达、通达到安全、高效、畅行的挑战。

根据交通运输部发布的《2017年交通运输行业发展统计公报》,截至2017年末,高速公路里程13.65万公里。公安部交通管理局公布,截至2017年底,全国机动车保有量达3.10亿辆,到2020年将增加到5亿辆。如何在交通量不断增加的条件下,解决路网容量与交通出行需求之间的动态容量矛盾,有效提升高速公路运行安全、提高道路通行能力,已成为我国高速公路运行管理中面临的一大难题。

二、高速公路运行安全现存突出问题

高速公路相较中低等级公路而言,从建设初期,其智能化水平已较高,同期建设了通信、监控、收费三大系统。视频监控系统的建设,在一段时期和一定程度上大大提高了高速公路运行监测水平。但其存在的弊端也日益凸显:

■  传统的视频事件检测方式误报率高:

◎ 在夜晚、眩光、雨、雪、浓雾、烟尘、火灾等恶劣环境条件下无法正常工作;

◎ 错报、误报和漏报的情况多有发生,存在“狼来了”现象。

■  指调系统异常事件识别的及时性较差:

◎ 异常事件的发现主要依靠巡查人员上报、交警上报、投诉电话等方式,系统缺乏对于异常事件主动识别上报,异常事件发现的及时性较低;

◎ 监控中心的值守人员依靠人工看视频的方式识别事件,易出现逻辑监控盲区;

◎ 高速公路的巡逻车经常是按预订线路进行巡逻,存在巡逻空当,事故隐患发现及时性差。

■  高速(干线)公路缺乏精准交通监测和控制系统

◎ “监”应该是对数据的监测,包括:气候数据,交通流数据,交通事件数据。

◎ “控”应该是对交通流的控制,包括:主线可变限速控制,匝道入口控制,通道控制。

三、先进关键技术

通过精准感知的智能交通动态监测及预警控制技术可以******程度上提升驾驶环境的一致性。精准的基础数据具体包括:

◆ 交通参数:交通量、交通密度、车流速度、占有率、堵塞度;

◆ 交通事件:慢行、拥堵、排队、停车、逆行、事故、抛洒物;行人、动物闯入;

◆ 气象参数:温度、湿度、能见度,风向、风速,气候状况等;

◆ 道路参数:路面条件、线形条件等。

高速(干线)公路(隧道)运行安全精准监测系统,包括全向广域毫米波地表监测WSDR雷达传感器、风向仪、风速仪、能见度传感器、温湿度气压传感器、高清摄像机,以及路侧的C-ITS车路通信装置。

该系统首次将基于全向广域毫米波雷达传感器(简称“WSDR”雷达传感器)的精准感知技术应用于高速公路(隧道)的运行安全动态监测,大幅度提高了安全风险事件识别的精度和实时性。系统通过毫米波雷达的精准路况感知、数据采集,结合后端软硬件系统的实时分析,对高速公路(隧道)进行实时全方位的智能运行安全监测、分析、事件检测、事故预警、安全防控,使管理人员在监控中心对路段可能发生的运行安全风险、特殊事件及现场人、车、路面散落物等信息自动识别,经系统智能化的处理分析路况、事件后按照风险等级进行通过道路可变信息标志进行自动预警和自动交通管控,监控人员可以按照应急预案迅速进行应急处置,提高综合防范和安全管理能力;同时结合道路预警系统,向车辆驾驶员提供精准实时的道路综合信息及控制和诱导信息,******程度上预防了二次事故和次生事故的发生,在降低事故率、提升道路通行能力的同时,增加路段的综合社会经济收益。

(1)先进的交通运行动态大数据精准实时采集处理平台

系统采用先进的大数据平台,由前端传感器使用调频连续毫米波对路段运行环境进行每秒4Hz频率的全景扫描感知,每次扫描形成80万个包括经纬度、方向角度、距离、速度及频率的回波数据。单台传感器监测距离长达1000米,全天候、全照度条件下工作,24小时全天扫描产生达10TB的海量数据,采用高级别的FPGA处理单元对每一个回波数据进行汇总、分层、分类、去除杂波、提取目标、计算合并,最终形成车辆、行人、动物、抛洒物目标的实时经、纬度、速度、尺寸、方向角、方向角米、运行轨迹等精准数据,以及路段交通流量、平均速度、车道占有率等实时交通分析数据。系统同时支持海量数据存储和计算,相比传统的视频监控方案,不仅实现了交通运行动态的精准、实时、全数据采集、监测,运行安全风险的精准自动识别,更能支持内部数据共享,支持事件的数字化回溯,真正实现了监控平台对路段运行安全风险智能化、数字化的监测与控制。

(2) 全天候交通全事件监测、实时报警

交通事件数据处理服务器对路段运行动态数据进行进一步分析处理,智能化提取交通异常事件数据,输出超速、低速、慢行、事故、拥堵、停车、逆行、U行、行人、动物、抛洒物等所有异于公路(隧道)正常运行状态的异常事件,同时声光形式产生系统报警,并形成标准xml数据格式发送给智能交通预警及综合控制服务器。

系统以由用户根据道路实际线性条件、管理需求、现场环境、气候特点等条件,定制并集成所需其他数据,形成智能化、自动化的报警规则,来区分事故、超速、慢速、拥堵、停止、逆行、行人、动物闯入、道路抛洒物等事件,向管理者和用路者实时发出各类别报警信息。同时,系统仍可以根据用户需求预先设置自定义规则,系统会对超出自定义参数的交通行为进行自动报警。并支持事件的数字化回溯、事件轨迹回放和历史数据查询。

(3)集成现有视频监控系统

系统的视频集成模块可以与现有路段的各类视频监控系统集成,在雷达检测到异常事件时,能够根据事件发生位置,自动调用距离事件位置最近的监控摄像机或云台摄像机指向事件发生位置,方便监控人员及时对现场情况进行查看和确认,对异常事件进行跟踪验证,在最短时间内进行应急处置。

(4)隧道运行安全风险预警及应急引导逃生

系统可以对隧道运行安全风险进行灾前预警。在发生火灾或危险货物运输车辆碰撞事故前,系统可以最早监测到车辆的紧急减速、故障停车、超速、碰撞等;在消防烟、温传感器或环境监测传感器未达启动条件时,向管理者和用路者自动发出报警的同时,系统会跟踪目标并自动调用摄像机供监控人员进行跟踪复核,并及时采取应急处置措施。通过智能化的隧道运行安全风险监测,可实现火灾、危化品泄露、二次衍生事故等风险的灾前自动识别和预警。

系统与现有消防系统数据集成联通后,雷达监测功能可以穿透烟雾、爆燃、水喷淋等视觉不可见障碍,准确定位被困车辆、逃生人员的实时运行状态,自动建立快速引导策略,打开逃生通道,通过声光方式迅速引导逃生人员到最近的逃生通道,为事件处理和救援提供最早的时间窗口,******程度挽救生命,降低事故灾害的危害程度。

(5)实时智能风险预警及智能综合自动管控

交通运行安全风险预警及控制策略处理模块将路段监测数据汇总后,根据车流密度、速度、流量、各级风险事件结合其它传感器数据,包括上游主线流量、匝道流量、道路气候数据、环境数据、消防系统数据等,进行大数据综合分析研判,构建算法模型,自动制定最优化的控制策略,通过智能预警发布及综合自动管控系统进行预警发布和综合自动管控。为管理者实时预警的同时,将预警、诱导信息和控制指令自动发布于隧道入口、上游路段、匝道区段的可变信息标志及可变限速标志,对交通流速及交通流量进行有效调控及诱导。

通过一系列优化的预警信息和管控指令,实现自动调整主线交通流平均速度、交通量及其他管控目标。减轻监控及管理人员工作压力的同时,可以大幅提升交通安全风险智能化的自动识别、预警及防控能力,减少安全隐患、降低事故发生率、减轻事故后果和群死群伤重特大交通事故、保障安全生产及运输,大大提高道路通行能力和通行效率,实现主线运行安全风险管理智慧化的自动识别、自动预警、自动管控,为构建现代交通运输体系之安全、高效、绿色的智慧高速打下坚实基础。

(6)数据存储与数字化回溯

系统可自动记录近三个月中,每个异常事件发生的实时相关数据、业务告警信息、业务日志及历史事件实时轨迹。并可实现各管理层级分权限的自由调用查看。

能够提供隧道交通流量的历史数据查询,可生成车流量的日、月、年报表。提供交通异常报警的历史查询。提供报表生成、打印功能。

(7)系统扩展及未来应用

未来系统可以实现通过车路通信与自动驾驶车辆、车辆终端、驾驶员手持终端进行信息交互,实现车路协同与自动驾驶下的协同式智慧交通。

当前自动驾驶领域对“汽车越来越智能,必须要改造基础设施”已达成共识。现阶段自动驾驶汽车需依赖于昂贵的激光雷达传感器,如果每一辆车都配备一个激光雷达,每一辆车的成本就会增加几十万元;但把类似设备装配在道路路侧,过往车辆可共享路况数据,成本就会大大下降。

本系统安装于路侧,可将实时精准的交通流数据与车辆共享,在实现完全的自动驾驶前,即可实现安全、稳定、可靠的交通流自动排队系统。

四、与国内外同类技术比较


表1全向广域毫米波雷达与视频事件检测的比较

表2 全向广域毫米波雷达运行安全监测设备与视频事件检测设备维护保养的对比


表3  76-77GHz (FMCW)毫米波雷达与24GHz雷达对比 对比


五、公司简介

金沙国际手机真人在线科技(股票代码:OC871449)成立于2000年10月,*********高新技术企业。公司专注于智能交通及公共安全技术研究及发展,公司近年来研究应用的多项智能交通技术获得多个*********协会奖项,获得40余项专利及软件著作权成果。金沙国际手机真人在线科技凭借近二十年的行业经验、国际化的视野,按照《交通运输部交通运输科技“十三五”规划》要求,聚焦“四个交通”,学习研究国际先进技术、自主探索、自主研发针对信息化、安全应急的关键技术瓶颈,共性技术需求的方向和重点,围绕我国现代交通运输系统安全中亟待解决的问题,推动提升我国智慧交通行业的发展水平,促进交通运输科技进步与创新。

■ 荣誉证书

■ 产品检测报告
2018年11月5日,国内首台“雷达交通事件及交通流检测器” 通过国家交通安全设施质量监督检验中心的产品检测。经检测该传感器具备低照度(黑夜)环境下事件检测的功能;对停止、逆行、超速、慢行、拥堵、驶离等事件的有效测试范围均达到1km,对行人事件的有效检测范围达到720m,对抛洒物事件的有效检测范围达到900m。

■ 中国公路学会科技成果评价
2018年9月25日,在山西晋阳高速应用的“基于全向广域毫米波雷达精准感知隧道运行安全动态监测及智能预警系统”通过了中国公路学会科技成果评价会评价,评价结论为研究成果总体上达到国际先进水平。依据《2017年全年度山西省高速交通事件数据统计分析报告》结论,2015年、2016年、2017年牛王山隧道内分别发生交通事故24起、35起、17起,自系统安装后6个月内,隧道只发生5起交通事故,牛王山隧道退出了易发生隧道事件的热点路段名单,安全运行的水平大幅提高。