基于AI技術的城市慢行系統

黃圓圓，單晨

（太極計算機股份有限公司）

1 引言

城市慢行系統一般又稱慢行交通，主要是指人們通過公交車、自行車、步行等慢速工具作為城市交通出行方式，它可以有效地解決慢行主體行路難、快慢交通沖突等問題，具有短距離出行、費用低、空間較小、綠色環保等特點[1]。雖然，慢行交通具有很多的優點，但是由于前期城市道路設計時，較少考慮慢行系統，因此慢行交通中的違規現象比機動車更為嚴重[2]。本文研究基于AI技術的城市慢行系統，通過在非機動車道安裝部署高清攝像頭、交通監測設施等方式，利用智能識別、深度學習等先進技術，并與共享單車運行公司對接相關運營數據及慢行交通監測設備采集進行結構化數據關聯，實現對過往行人、非機動車行為識別和監管。

2 慢行交通現狀問題

國內慢行交通出行存在以下的現狀問題：

1）行人闖紅燈

“行人闖紅燈”是國內慢行交通的關鍵難點之一。公安部、中央文明辦、教育部、司法部等部門共同發出了“摒棄交通陋習，安全文明出行”的倡議。但在日常出行時，一部分行人沒有認識其行為造成的交通惡劣影響，還是抱著“法不責眾”的心理，自身意識薄弱、明知故犯，這是造成“行人闖紅燈”違法行為的主要原因[2]。

2）非機動車逆行

非機動車逆行是一個非常嚴重的交通參與者的違法行為。兩輛相對行駛的車輛，其相遇時的速度是對向行駛兩輛車速的總和，一旦發生事故，嚴重性巨大。經研究調查，發生逆行的人群分為幾類：①明知故犯型，交通參與者圖方便，為節省時間鋌而走險；②法律意識薄弱，根本不知道逆行違法或對逆行這一違法行為不以為然，這種人群往往是最危險的，在逆行時采取的是理所當然的心態，在行駛中不避不讓[2]。

3）共享單車亂停亂放

共享單車作為共享經濟的一種產物，已經走進市民的日常生活中，在幫助市民解決最后一公里的出行難問題的同時也生出許多弊病，市區內僵尸車、亂停亂放現象比比皆是，很大程度影響了市容市貌以及交通秩序。

3 AI技術在城市慢行系統的實踐

3.1 行人闖紅燈的AI應用

針對慢行交通里面最嚴重的問題，可以在重點路口加裝慢行交通檢測設備及展示大屏，在提取慢行交通流量的同時，監控違法行為并將違法的圖像信息展示于大屏。通過建立行人闖紅燈抓拍、交通資訊、交通應急預警信息、交通誘導信息、新聞資訊的實時發布，實現行人抓拍+交通資訊+公益廣告+商業廣告完美結合的新型LED媒體傳播模式，不僅有效解決了“行人不遵守交通規則、亂闖紅燈、中國式過馬路”的問題，還可以在抓拍間隙播放公益廣告，利用精美的商業廣告實現盈利[3]。

3.1.1 工作原理

該系統主要針對紅燈狀態下行人非機動車過馬路時進行抓拍。在路口行人紅燈亮起時發出信號給行人事件檢測儀，此時行人事件檢測儀對圖像實時分析，一旦判定出有人或非機動車闖紅燈，便立即對違章人進行面部特征捕捉，并將違章人的頭像和違章行為直接在路口的大屏上進行顯示，同時，將通過主機控制攝像機調焦放大抓拍到違章人的面部圖像直接存儲到后臺數據庫。后臺管理人員可以利用闖紅燈的人屬性進行查詢、比對、統計、遠程監控等操作（見圖 1）。

該行人闖紅燈抓拍系統包括路口前端設備（攝像機、補光燈、傳輸設備、存儲抓拍設備、顯示設備）、語音提示屏、高清攝像機、智能音視頻控制模塊、室外顯示屏、主機、機器視覺與人臉檢測系統組成。其中，最關鍵的機器視覺與人臉檢測系統其主要工作原理是利用機器視覺產品將拍攝目標的視頻流轉換成圖像信號，傳送到專業圖像處理系統，提取像素分布、顏色、亮度等信息，轉變為數字化信號；專業圖像處理系統對圖像信號、數字化信號通過視頻解析來抽取目標的各種特征值，根據算法規則的設定操作、控制現場的設備。

3.1.2 系統功能

行人闖紅燈的具體應用功能如下：

1）闖紅燈抓拍功能

通過紅燈信號檢測器或者通過國際領先的視頻跟蹤算法，自動識別紅燈信號，然后采用視頻抓拍方式對違法行人和非機動車進行檢測抓拍。

2）語音警示功能

圖1 行人闖紅燈AI應用工作原理圖

當行人、非機動車闖紅燈后給出一個語音提示信號，告知行人、非機動車誤闖紅燈。通過視頻智能識別，提取違章者衣服、性別、年齡等體貌特征值，利用廣播的方式提示：“穿XX色衣服的同志，目前是紅燈時間，請您不要闖紅燈！”利用廣而告之的方式，讓違章者羞愧，提高警示成功率。

3）統計分析功能

針對后臺管理民警，可以根據時間、路口地點、負責的執勤人員進行查詢，并可以按照不同時間段、不同區域等條件進行趨勢統計分析。針對處罰人，可以根據處罰人的年齡，學歷，職業等信息進行對比，為城市交通管理者制定措施時提供決策支持。

4）人臉識別功能

利用先進的智能識別技術，根據行人闖紅燈自動識別抓拍系統對路口過往行人的人臉進行視頻圖像提取識別，利用以圖搜圖的技術，查詢歷史違章庫，并關聯相應的視頻，提供違章電子證據。

5）遠程監控功能

對路口行人，非機動車24小時實時錄像，并在對應的顯示屏中實時播放錄像。后臺執勤民警需要查詢相關數據時，通過遠程監控的功能可以實時或者查看24小時內不同路口的監控畫面。

3.2 非機動車違法行為的AI應用

當電動車進入抓拍區域后，系統利用AI技術自動抓拍電動車闖紅燈、逆行行駛、違規駛入機動車道、違法載人等違法行為[4]。電子警察將對違法電動車全程進行視頻錄像截取，并通知違法的電動車駕駛人，若在規定時間內不主動接受處罰的，各路民警的“警務通”將收到相關信息，民警遇到違法電動車駕駛人時，將會對其進行處罰。

3.2.1 工作原理

主要包括非機動車違法行為抓拍系統、供電系統、安全系統、存儲系統、PC客戶端、網絡傳輸等五部分組成。總體技術工作原理如圖2所示：

圖2 非機動車違法行為AI應用工作原理圖

非機動車違法抓拍的工作原理是：當某車道信號燈處于紅燈狀態時，系統抓取該信號燈的狀態信息，在這時間段中，視頻記錄該車道的車輛信息，檢測到非機動車時，進行連續抓拍。

3.2.2 系統功能

通過升級改造的電子警察系統，可以迅速的監控、抓拍、處理非機動車交通違章，迅速的獲取違章證據，提供行之有效的監測手段，改善城市交通非機動車缺乏監管而造成的擁堵現象。具體功能如下：

1）違章抓拍功能

系統配置500萬的高清攝像頭，抓拍路口中包括紅燈、車輛、車輛輪廓、路口等信息。利用檢測紅燈信號和虛擬線圈信號，對違法的非機動車輛進行抓拍記錄。

2）高清錄像功能

系統可以記錄路口24h高清錄像，輸出H.264的高清視頻，記錄車輛號牌信息。當后臺管理人需求查詢路口歷史信息時，可以進行遠程調閱。

3）紅燈信號檢測

利用高清視頻自動識別紅燈信號，準確采集到紅燈信號。當紅燈狀態時，機動車進入停車線并駛離停車線，系統才認為是有效的闖紅燈信號，進行抓拍記錄。

通過紅燈信號檢測器或者通過國際領先的視頻跟蹤算法，準確采集到紅燈信號。系統檢測到紅燈狀態時，實時檢測車道中的非機動車行駛信息，當非機動車進入駛離停車線，系統進行抓拍。

4）補光溫控系統

系統將檢測攝像機視頻中的亮度信息，當檢測現場環境光線低于閾值時，啟動LED長明燈進行補光，保證抓拍出清晰可辨的車輛及號牌照片。

3.3 共享單車停放大數據優化應用

近年來，共享單車的出現解決了市民出行“最后一公里”難題，隨著共享單車數量的急劇增加，城市中就出現了單車亂停亂放現象，對城市環境造成負面影響，從技術上解決共享單車的停放問題顯得尤為重要。

3.3.1 共享單車管控建議

有序管理共享單車，需要政府、企業和公眾共同參與。

①關于隨意停放的問題，建議政府部門對重點區域，如步行街、景區、地鐵等交通樞紐劃定停放區域，同時，對于單行車道或者不適合共享單車的局部區域，應明令要求不允許停放。建議共享單車運營企業，利用大數據分析，統計歷史車輛積壓區域和時間段，計算未來積壓預測區，提早建立預案，動態調配單車資源向急需區域轉化，避免車輛積壓造成交通擁堵，同時提高單車利用率。另外，在共享單車APP中，利用GIS地圖標注可停放區和禁停區，引導用戶將自行車還至可停放區。

②關于道路安全問題，建議政府牽頭編制針對共享單車的車輛標準、技術標準、收費標準、服務標準、管理標準、維護標準、投訴機制，明確對共享單車運營周期中企業維修、收回和報廢的責任。建議共享單車企業為單車使用者購買保險并承擔事故先行賠付責任，保障使用者的人身安全。

3.3.2 共享單車大數據分析

1）共享單車運營展示分析

為了防止用戶將單車停放在非公共區域，影響其他用戶使用，需要判斷用戶是否違規停車，從而結合運營模式對用戶進行引導。

當前可通過逆地理編碼服務，解析用戶停車點是否位于小區等敏感區域內。之后管理方可通過云存儲服務，上傳業務自定義的禁停區，結合云逆地理編碼服務，解析業務數據，判斷用戶是否將車停放在相關禁停區域。

提供電動自行車定位設備、通過可視化軌跡管理臺管理查看車輛實時信息。提醒用戶超出車輛運營范圍。

2）共享單車投放點、停放點分析

結合共享單車的騎行軌跡數據，實現啟用、停放位置的聚合分析，找出需要的出行需求位置和主要的終點位置。由于共享單車的使用受到天氣、社會活動等多種因素影響，使用的需求可能出現動態變化，因此需按照一定規律分析共享單車的主要需求位置。分析出的主要單車啟用位置，需協助業主將分析結果定期發送至共享單車相應的運營公司。

由于騎行的目的地多為景點、商業區等固定位置，因此共享單車的停放位置較為固定。對共享單車軌跡數據的分析中應注重提取不同位置停車需求的大小情況。針對重點的騎行結束位置，根據停放量的大小應設置相應的單車停放區，以盡量避免單車大量停放導致的道路占用情況。

3）共享單車調度需求分析

共享單車的使用情況有很強的隨機性，隨意的停車行為易影響交通的正常運行，因此需對停放情況進行監控。根據實時的運行數據，監測各道路路側的停放情況，當車輛停放較多且分布較為分散時應及時出動調度車輛已經歸集整理，在保障正常出行的同時保障市容市貌；此外，當個別位置出現較為明顯車輛堆積情況時，應及時將車輛調度至其他有慢行交通需求的位置，一方面保障慢行交通的出行需求，一方面避免車輛堆積帶來的不良后果。

4 結語

慢行交通作為城市道路交通的重要組成部分，給居民的短距離出行帶來了巨大的便利。本文將慢行交通的現狀問題進行梳理總結，提出在城市慢行交通中對行人闖紅燈、非機動車違法行為的AI技術應用和共享單車停放大數據優化等內容。在后期城市交通規劃中，確保慢行交通系統和其他道路交通系統的合理接駁，以建立高效、快速、安全的城市慢行交通系統。