智慧高速公路實(shí)時(shí)交通信息監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與探究

朱 江，王 軍

(1.黑龍江省交投高速運(yùn)營管理有限公司黑大分公司，黑龍江 哈爾濱 150000;2.黑龍江省交投信息科技有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 多傳感器數(shù)據(jù)融合

從目前高速公路復(fù)雜的實(shí)際交通通行環(huán)境來看，單一設(shè)備及傳統(tǒng)檢測手段所實(shí)現(xiàn)的事件監(jiān)測能力各有缺陷。因此，實(shí)時(shí)交通信息監(jiān)測系統(tǒng)宜采用多傳感器數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交通狀況信息采集。

1.1 單一視頻檢測現(xiàn)有功能和存在的問題

單一視頻檢測現(xiàn)有功能包括支持全目標(biāo)結(jié)構(gòu)化信息提取的特征識(shí)別和車流量、排隊(duì)長隊(duì)等參數(shù)采集，并具備白晝以及夜間光照環(huán)境好狀況下15～80 m的檢測范圍。同時(shí)存在問題如下：

(1)低照度下檢測不準(zhǔn)或失效；

(2)受雨、霧、大風(fēng)、灰塵等異常天氣受干擾影響大；

(3)無空間位置信息；

(4)無準(zhǔn)確速度信息；

(5)準(zhǔn)確率受視頻的距離限制。

1.2 毫米波雷達(dá)與傳統(tǒng)檢測手段的對比

(1)毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)檢測：與傳統(tǒng)檢測手段相比，毫米波雷達(dá)具有穿透性強(qiáng)，不受風(fēng)雨雪天氣和低照度環(huán)境的干擾，具備全天候全天時(shí)工作的特點(diǎn)。

(2)毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多車道檢測：跟傳統(tǒng)檢測手段相比，毫米波雷達(dá)檢測距離更遠(yuǎn)、范圍更廣，支持4～8車道、200 m范圍目標(biāo)檢測。

(3)毫米波雷達(dá)具有高精度、抗干擾的優(yōu)點(diǎn)：同普通雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕和精度高的特點(diǎn)。在天線口徑相同情況下，毫米波雷達(dá)有更窄的波束，可提高雷達(dá)的角分辨能力和測精度，并且抗電子干擾、雜波和多徑反射等。

(4)毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)高分辨、多目標(biāo)跟蹤：毫米波雷達(dá)工作頻率高，能得到大信號(hào)帶寬和大數(shù)值的多普勒頻移，可提高距離和速度的測量精目標(biāo)分辨能力，并能分析目標(biāo)細(xì)節(jié)特征，同時(shí)可辨別很小的目標(biāo)和多個(gè)目標(biāo)，具有很強(qiáng)的空間分辨能力。

1.3 傳統(tǒng)檢測方式和檢測參數(shù)的對比

傳統(tǒng)監(jiān)測方式還包括地磁、線圈、微波等其他方式，其對交通狀況信息采集的參數(shù)對比詳見表1。

1.4 綜上所述，交通信息監(jiān)測設(shè)備宜采用視頻、雷達(dá)等多傳感器數(shù)據(jù)融合的技術(shù)路線

通過高清視頻監(jiān)控深度學(xué)習(xí)檢測算法和毫米波雷達(dá)高場景適應(yīng)性、高檢測距離和精度等感知方式和感知信息互補(bǔ)融合的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合AI算法，可以實(shí)現(xiàn)全天候、多場景、多目標(biāo)、高精度的多元化信息的檢測，結(jié)合路側(cè)智能站提供的基于通信的安全事件檢測能力，能夠?qū)崿F(xiàn)通信和圖像/視頻采集信息的傳感信息融合，提供了全天候(雨雪，夜晚等)、非視距(建筑物/山體等遮擋)下的環(huán)境及事件檢測能力，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)雙融合：77G毫米波雷達(dá)&400 W全結(jié)構(gòu)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻和雷達(dá)的深度融合及信息互補(bǔ)。

(2)全天候：不受雨雪、霧、大風(fēng)、光照等影響，實(shí)現(xiàn)在夜晚低照度及惡劣天氣下的精準(zhǔn)檢測。

(3)遠(yuǎn)距離：支持雙向4～8車道多目標(biāo)軌跡跟蹤檢測及目標(biāo)可視化，縱向支持200 m，減少設(shè)備及立桿密度，降低成本。

(4)全結(jié)構(gòu)化：支持智能識(shí)別，支持車輛抓拍及車輛全結(jié)構(gòu)化功能，并在融合界面展示雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)。

2 安裝位置選擇原則

為保證實(shí)時(shí)交通信息監(jiān)測系統(tǒng)完善運(yùn)行，高速公路路側(cè)應(yīng)安裝部署的交通信息監(jiān)測設(shè)備包括但不限于：

(1)交通流檢測設(shè)備；

(2)車牌識(shí)別檢測設(shè)備；

(3)交通事件檢測設(shè)備；

(4)氣象監(jiān)測設(shè)備；

(5)單兵設(shè)備、視頻巡邏車、無人機(jī)等移動(dòng)信息采集設(shè)備；

(6)RSU設(shè)備。

2.1 交通流檢測設(shè)備宜遵循以下布設(shè)原則

(1)交通流量大(服務(wù)水平三級(jí)及以下)、事故發(fā)生率高(年均每公里事故數(shù)>20.3起)的路段布設(shè)間距宜為0.5 km～1 km；

(2)交通流量大(服務(wù)水平三級(jí)及以下)或事故發(fā)生率高(年均每公里事故數(shù)>20.3起)的路段布設(shè)間距宜為1 km～2 km；

(3)交通流量小(服務(wù)水平二級(jí)及以上)、事故發(fā)生率較低(年均每公里事故數(shù)≤20.3起)的路段，宜根據(jù)實(shí)際情況，布設(shè)間距宜為2 km～3 km；

(4)高速公路互通式立體交叉、樞紐、服務(wù)區(qū)和停車區(qū)等出入口匝道位置應(yīng)設(shè)置交通流檢測設(shè)備。

2.2 車牌識(shí)別檢測設(shè)備宜遵循以下布設(shè)原則

(1)高速公路行程時(shí)間計(jì)測區(qū)間的所有車道上應(yīng)設(shè)置車牌識(shí)別檢測設(shè)備；

(2)服務(wù)區(qū)出入口應(yīng)設(shè)置車牌識(shí)別檢測設(shè)備；

(3)高速公路沿線特大橋、大橋或特長隧道、長隧道上游路段，宜設(shè)置車牌識(shí)別檢測設(shè)備；

(4)易擁堵、易發(fā)生重特大突發(fā)事件的路段應(yīng)設(shè)置車牌識(shí)別檢測設(shè)備，易擁堵路段布設(shè)間距宜為3 km～5 km。

2.3 交通事件檢測設(shè)備宜遵循以下布設(shè)原則

(1)交通流量大(服務(wù)水平三級(jí)及以下)、事故發(fā)生率高(年均每公里事故數(shù)>20.3起)的路段道路兩側(cè)，宜按0.4 km～0.6 km設(shè)置1處交通事件感知點(diǎn)位，每處設(shè)置1臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)和2套事件檢測設(shè)備；

(2)交通流量大(服務(wù)水平三級(jí)及以下)或事故發(fā)生率高(年均每公里事故數(shù)>20.3起)的路段道路兩側(cè)，宜按照1 km間距設(shè)置1處交通事件感知點(diǎn)位，每處設(shè)置1臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)和2套事件檢測設(shè)備；

(3)交通流量小(服務(wù)水平二級(jí)及以上)、事故發(fā)生率較低(年均每公里事故數(shù)≤20.3起)的路段兩側(cè)宜按照1.5 km～2 km設(shè)置1處交通事件感知點(diǎn)位，每處設(shè)置1臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)和2套事件檢測設(shè)備；

(4)高速公路互通式立體交叉、樞紐、收費(fèi)廣場、服務(wù)區(qū)和停車區(qū)等路段應(yīng)在高點(diǎn)設(shè)置全景攝像機(jī)；

(5)高速公路出入口匝道、避險(xiǎn)車道、轉(zhuǎn)彎半徑較小、長下坡路段、隧道口、橋隧相接、橋下空間等特殊部位應(yīng)設(shè)置交通事件感知點(diǎn)位。

2.4 氣象監(jiān)測設(shè)備宜遵循以下布設(shè)原則

(1)I類或II類地形區(qū)在高速公路沿線宜按20 km～40 km間距布設(shè)氣象監(jiān)測設(shè)備，III類地形區(qū)應(yīng)充分考慮海拔高度、地形、地貌對氣象的影響，在高速公路沿線宜按10 km～30 km間距布設(shè)氣象監(jiān)測設(shè)備；

(2)在路網(wǎng)相對密集地區(qū)應(yīng)對區(qū)域高速公路網(wǎng)沿線的氣象監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌考慮；

(3)特殊地形地物、大型橋梁結(jié)構(gòu)物、惡劣氣象條件頻發(fā)路段等位置宜布設(shè)具有針對性傳感器的氣象監(jiān)測設(shè)備。

2.5 車輛微觀行為信息采集RSU設(shè)備宜遵循以下布設(shè)原則

(1)高速公路互通式立體交叉出入口匝道、服務(wù)區(qū)出入口、隧道出入口等特殊位置、易發(fā)生重特大突發(fā)事件、惡劣氣象條件頻發(fā)等路段宜設(shè)置RSU設(shè)備。

(2)交通流量大(服務(wù)水平三級(jí)及以下)、事故發(fā)生率高(年均每公里事故數(shù)>20.3起)的路段宜按照0.5 km～1 km間距設(shè)置RSU設(shè)備。

(3)交通流量大(服務(wù)水平三級(jí)及以下)或事故發(fā)生率高(年均每公里事故數(shù)>20.3起)的路段宜按照1 km～2 km間距設(shè)置RSU設(shè)備。

(4)交通流量小(服務(wù)水平二級(jí)及以上)、事故發(fā)生率較低(年均每公里事故數(shù)≤20.3起)的路段，宜根據(jù)實(shí)際情況，按2 km～5 km間距設(shè)置RSU設(shè)備。

(5)在滿足功能要求的前提下，布設(shè)位置的選擇應(yīng)盡量利用既有路側(cè)設(shè)施桿件。