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隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)

文章來源：未知責任編輯：管理員人氣：發(fā)表時間：2023-09-20 16:15

隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)與傳統(tǒng)路側感知手段相比具有如下優(yōu)勢：雷達與視覺數(shù)據(jù)級融合，大幅提高交通目標、事件檢測精度，實現(xiàn)全天候環(huán)境“可用、可信、可靠、可視”，車、路、云協(xié)同應用，交通目標紋理、時空、行為全息感知。隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)基于雷視融合微波感知單元，全方位感知道路實時運行狀態(tài)，結合邊緣計算、高精地圖實現(xiàn)數(shù)字快速路建設，即時發(fā)現(xiàn)交通事件和道路擁堵等情況，實現(xiàn)交通路口和路段數(shù)據(jù)實時全息化。系統(tǒng)圍繞“智能、快速、綠色、安全”目標，協(xié)助快速路誘導系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、預警系統(tǒng)、應急管理系統(tǒng)快速處理問題，提升快速路通行能力，改善快速路交通安全，提升快速路的管理效率。

一

項目簡介

雷視融合全息感知系統(tǒng)安裝于某省道隧道。該隧道全長3.3km，寬9m，高5m，雙向兩車道。隧道內(nèi)設置四個停車帶，入口在東西兩側，停車帶分別位于兩側600m、1300m左右的位置。東側出口200m位置為彎道，道路為單洞雙向通行，流量大，貨車比例大，易發(fā)交通事故。

為減少干擾、發(fā)揮雷達最優(yōu)性能，本項目采用23臺雷視一體機，安裝于隧道頂端中央，覆蓋隧道雙向全域道路，實現(xiàn)約3.3km范圍內(nèi)雙向路數(shù)字孿生以及事件檢測、流量監(jiān)測效果。雷視融合系統(tǒng)采用“雷達+視頻”一體化設計，支持視頻采集編碼功能，500萬像素（2560×1920），可通過視頻實現(xiàn)目標特征化信息監(jiān)測；可進行大區(qū)域檢測，沿來車方向正常檢測區(qū)域達350m（由于隧道反射干擾，實際檢測距離稍有縮短），同時檢測8個車道；跟蹤檢測256個目標，包括每個目標的位置坐標、速度、類型等，實現(xiàn)交通目標軌跡跟蹤；同時，可對交通異常事件進行檢測，包括異常停車、逆行、變道、超高速、超低速、未保持安全車距、排隊超限、緩行、擁堵、行人闖入、占用車道等，并輸出報警信息。

二

技術特點

（一）FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）技術

雷視一體機發(fā)射波為高頻連續(xù)波，其頻率隨時間按照三角波規(guī)律變化，接收的回波頻率與發(fā)射的頻率變化規(guī)律相同。雷視一體機利用三角波規(guī)律，根據(jù)這個微小的時間差對這些目標進行跟蹤和測量。

（二）多類即時數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)

雷視一體機可基于對目標的跟蹤式檢測及回波的度量，測得車輛的位置、車型、速度等即時交通數(shù)據(jù)，實時輸出車道排隊長度和排隊數(shù)量；可通過設置虛擬檢測斷面，完全替代傳統(tǒng)檢測器，統(tǒng)計并輸出每車道多達四個斷面的流量、平均速度、占有率、85%位速率、車頭時距、車間距等交通數(shù)據(jù)。

（三）大范圍高精度算法

雷視一體機向外連續(xù)投射—個寬幅的微波束，以保證正面覆蓋多個車道，實現(xiàn)大區(qū)域大范圍檢測，提高檢測精度。雷視一體機配合安裝調(diào)試軟件，可根據(jù)實際的路面信息標定車道；利用大區(qū)域跟蹤檢測原理，解決大車遮擋小車的情況，防止漏檢，提高檢測精度；連續(xù)發(fā)射調(diào)頻微波波束，探測道路上的車輛信息。當車輛進入波束覆蓋范圍時，檢測器通過反射回來的回波判定車輛，并應用先進的AIP技術（相對距離、方位角、速度）區(qū)分、識別、確定目標車輛，給每一個目標車輛標定編號，通過實時定位車輛的坐標位置來跟蹤目標，實現(xiàn)對波束覆蓋范圍內(nèi)車輛的軌跡跟蹤式檢測。

（四）即時/模擬影像

支持調(diào)取攝像頭的即時畫面，傳送至監(jiān)控端，以動畫的方式顯示雷達獲取到的車輛動態(tài)。

（五）環(huán)境地圖

支持高德地圖、百度地圖、谷歌地圖、蜂鳥地圖、易景地圖，支持三維地圖。雷達目標顯示只能在平面圖上完成。

（六）無縫升級

遵循技術先進、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則，綜合考慮施工、維護及操作因素，為今后的發(fā)展、擴建、改造等留有擴充的余地。

三

系統(tǒng)架構

雷達設備采用RJ45接口，匯集于路側交換機。流量數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)按雷達既定協(xié)議傳輸，實現(xiàn)數(shù)字孿生以及事件報警流量監(jiān)測等功能。系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)架構

四

系統(tǒng)布設

隧道內(nèi)部感知設備的具體布設要求如下：隧道拱頂安裝，間隔150m，安裝方向保持一致；面向來車方向；東邊出口有彎道，加密一臺雷達設備。系統(tǒng)布設如圖2所示。

圖2 隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)布設

五

系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)字化多維監(jiān)測，基于雷視感知的微觀數(shù)據(jù)，建立微觀孿生、中觀分析、宏觀交通態(tài)勢監(jiān)測；可實現(xiàn)數(shù)字化智能分析，通過大數(shù)據(jù)分析引擎，將軌跡數(shù)據(jù)和交通數(shù)據(jù)，按照不同的時間、空間維度，根據(jù)業(yè)務需求，輸出報表，以支撐管理決策；可實現(xiàn)數(shù)字化精準處置，合理利用有限的資源，管理日益增加的快速路網(wǎng)，管理部門可在雷視聯(lián)動的基礎上，更快、更精準地發(fā)現(xiàn)和處置交通問題。

（一）雷視融合全息感知

在隧道全程按需布設雷視一體機，可以最大限度適應隧道線形環(huán)境，無死角覆蓋，并利用多雷達目標無縫接力技術，實現(xiàn)隧道全域交通流的實時監(jiān)測，精確捕獲進入隧道每一車輛的類型、位置、速度、方向等，高頻率刷新，使用跟蹤融合算法，實現(xiàn)運行軌跡完整、精細、有效記錄；同時，融合視頻結構化算法，識別特征化信息，加強設備感知能力，提高設備適應性，為構建虛擬孿生世界的動態(tài)交通環(huán)境提供全天候精準、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)源基礎。雷視融合全息感知如圖3所示。

圖3 雷視融合全息感知

（二）隧道運行監(jiān)測分析

設備對隧道交通運行環(huán)境進行實時掃描監(jiān)測，能夠全天候、全照度持續(xù)監(jiān)測隧道交通流的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對隧道入口、內(nèi)部區(qū)段、隧道出口交通流量、車速等交通數(shù)據(jù)信息的實時采集，依據(jù)不同空間顆粒度，分點、分段提供科學和體系化的交通實時參數(shù)，實現(xiàn)對交通事故及車輛超速、慢速、停車、倒車、逆行、行人闖入等異常交通事件的精準監(jiān)測；能夠輸出視頻監(jiān)控畫面，以便進一步分析確認，實現(xiàn)隧道運行動態(tài)全事件監(jiān)測。隧道運行監(jiān)測分析如圖4所示。

圖4 隧道運行監(jiān)測分析

可檢測的交通參數(shù)包括實時交通流量、交通在途量、平均通行時間、平均通行速度、路段占有率。

可檢測的交通事件如下。

交通擁堵：根據(jù)區(qū)域內(nèi)車輛的平均車速、空間占有率，判斷當前道路是否擁堵。

交通事故：將雷達檢測區(qū)域分割成不同區(qū)間，對比不同區(qū)間的速度方差，以此判斷檢測區(qū)域內(nèi)是否有事故發(fā)生。

違法停車：如果車輛在道路上由行駛改變?yōu)殪o止狀態(tài)，且靜止時間不小于某一設定值的交通事件，則判斷為違法停車。

車輛超速、低速行駛：實時跟蹤監(jiān)測車輛速度、位置，若發(fā)現(xiàn)車輛車速超過閾值或低于閾值，則實時上報事件平臺，或者結合視頻進行抓拍。

違法變道：車輛在道路上行駛過程中，在白實線區(qū)域等禁止變道的路段，改變其行駛車道。

占用應急車道事件：車輛在應急車道行駛或者停車。

倒車、逆行：車輛在道路上的行駛方向與規(guī)定方向相反。

非法闖入：目標違反規(guī)定，闖入禁止駛入的區(qū)域，則判斷為非法闖入，可進行警示和取證。

（三）車輛跟蹤

系統(tǒng)基于雷視融合AI分析技術，對交通目標軌跡進行精細化跟蹤與分析，一方面監(jiān)控相機對目標車輛的可視化監(jiān)測，實時識別車牌和車輛特征信息，另一方面結合多目標跟蹤雷達，跟蹤每個目標的特定編號、定位和軌跡，經(jīng)過AI分析融合，實現(xiàn)特征車輛的跨鏡頭全程定位跟蹤。跟蹤視頻畫面可以實時上傳至監(jiān)控中心，實現(xiàn)實時運行狀態(tài)監(jiān)測。車輛跟蹤如圖5所示。

圖5 車輛跟蹤

（四）交通事件的聯(lián)合響應與反饋

1、視頻監(jiān)控聯(lián)動

雷達系統(tǒng)在路側端實現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，可以全程跟蹤車輛軌跡、全域監(jiān)控交通狀態(tài)、即時發(fā)現(xiàn)交通事件，通過邊緣計算設備將信息直接傳遞至關聯(lián)攝像機，觸發(fā)攝像機的云臺、對焦等，使重點監(jiān)控車輛或事件始終保持在監(jiān)控畫面中，且畫面足夠清晰，便于視頻結構化二次分析和工作人員在線確認。

2、交通控制聯(lián)動

雷達系統(tǒng)可以精準檢測到每條車道的交通運行狀況，通過擁堵分析和事件識別分析，精準定位事件發(fā)生位置以及車道編號；與隧道入口、內(nèi)部車道控制系統(tǒng)聯(lián)動，通過邊緣網(wǎng)絡將信息發(fā)送至處理器，使用相關的邏輯算法，控制車道開關閉信號燈，在發(fā)生事件或事故的第一時間，通知上游車輛進行緊急避讓，避免二次事故或擁堵。交通事件的聯(lián)合響應與反饋如圖6所示。

圖6 交通事件的聯(lián)合響應與反饋

六

主要設備

系統(tǒng)核心設備是雷視融合微波感知單元，采用“雷達+視頻”一體化設計，支持視頻采集編碼功能，支持H.264/H.265/S+265視頻+JPEG圖片流同時輸出,300、500、900萬像素可選，通過視頻實現(xiàn)目標特征化信息監(jiān)測，支持車牌識別、車身顏色識別、車輛類型識別、車標識別、車輛子品牌識別。

設備主要性能如下：設備觸發(fā)位置由雷達遠近距離的控制旋鈕鎖定；具備三保險功能，雷達觸發(fā)、脈沖觸發(fā)、視頻觸發(fā)，抓拍率達99.9%以上；具備自測功能，按測試按鈕LED顯示“96”數(shù)值；測速距離范圍為0～500m；超低功耗嵌入式專用高速處理器，解決散熱問題，嵌入式無風扇設計，無死機現(xiàn)象；提供RS232和RS485接口，可接入串口設備或數(shù)據(jù)；提供網(wǎng)絡接口，可接入電子警察數(shù)據(jù)和視頻（SVAC或H.264）；提供12路I/0輸出接口；提供SD卡接口；內(nèi)嵌智能分析算法，可統(tǒng)計最多12個車道的車輛占道信息，轉換I/O輸出；可通過I/O、RS485、網(wǎng)絡等，與信號機接機實現(xiàn)智能信號控制、流量分析；可接入多個電子警察攝像機，自動匹配方向和車道信息；可與信號機現(xiàn)有IO檢測器配合實現(xiàn)交通信號自適應控制；操作系統(tǒng)為LINUX；處理能力不少于12車道；流量檢測方面，可統(tǒng)計流量信息、占道時長；電警數(shù)據(jù)接入方面，可接入電警數(shù)據(jù)、視頻；數(shù)據(jù)轉換方面，可將流量信息自動轉換I/O數(shù)據(jù)，可匹配多車道；支持硬件看門狗，解決設備死機問題；網(wǎng)絡接口為RJ-45以太網(wǎng)接口，10M/100M自適應；通訊接口為一組RS232、一組RS485；電源為12VDC。

七

系統(tǒng)應用

隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)建設采用雷視融合一體機作為前端感知單元，集成了毫米波雷達和視頻模組兩個傳感模塊，滿足高精準、全天候、大區(qū)域的數(shù)據(jù)采集，具備視頻直觀可視化的優(yōu)勢。隧道雷視融合全息感知系統(tǒng)還在系統(tǒng)后端部署了目標融合服務平臺，融合全路段雷視融合一體機輸出的目標數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)區(qū)域宏觀交通態(tài)勢監(jiān)測、誘導系統(tǒng)對接、交通事件預警、交通狀態(tài)可視化展示、設備一體化運維管控構建數(shù)據(jù)底座。

在隧道節(jié)點建設層面，在進出口和直線段分別部署雷視融合一體機，實時檢測彎道與直線段的交通流信息，并結合隧道道信號控制系統(tǒng)制定放行策略，合理放行匯入車輛，提高線路段的通行能力；同時，借助雷視融合一體機提供的超視距感知能力，每當有車輛匯入/匯出時，提供匯流預警信息，從而減少合流處事故發(fā)生，保障行駛車輛安全進出。

在隧道直線路段，全線部署雷視融合一體機，通過目標融合服務平臺多雷達融合拼接技術，實現(xiàn)對主線路段的全域監(jiān)測，實現(xiàn)實時監(jiān)測主線交通運行態(tài)勢、車輛行為軌跡、異常交通事件、異常交通流，為廣播系統(tǒng)、交通誘導系統(tǒng)、出行服務系統(tǒng)、事件預警系統(tǒng)提供道路交通狀態(tài)和事件數(shù)據(jù)，幫助管理者快速處理事件，提高主線道路的通暢率。

在隧道進出口節(jié)點，分別部署雷視融合一體機，分別檢測交通狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)回傳至目標融合服務平臺，經(jīng)道路誘導系統(tǒng)進一步分析判別，將道路誘導信息第一時間發(fā)布至可變情報板，實現(xiàn)快速路出口交通誘導服務，對下匝道車輛進行引流，緩解交通壓力。

從本次項目建設的實際應用來看，雷視融合一體機以及配套的前端態(tài)勢感知系統(tǒng)架構正逐步顯示出其優(yōu)勢和重要性。基于雷視融合一體機感知底座的高精準、全天候、大區(qū)域主動感知系統(tǒng)，有效地提升了交管部門的管控能力和對交通安全事件的預見性。

（原文刊載于2023年第8期《中國交通信息化》）

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