牛王山隧道全向廣域毫米波雷達(dá)精準(zhǔn)感知智能預(yù)警預(yù)告系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呂永萍

(山西省交通信息通信有限公司 太原市 030006)

1 智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)(信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等)有效地綜合運(yùn)用于交通運(yùn)輸、服務(wù)控制和車輛制造，加強(qiáng)車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)系，從而形成一種保障安全、提高效率、改善環(huán)境、節(jié)約能源的綜合運(yùn)輸系統(tǒng)。

從智能交通系統(tǒng)架構(gòu)圖中可以看出，實(shí)時(shí)的、有效的、準(zhǔn)確的、完整的交通信息是智能交通系統(tǒng)的最基本的信源，只有對(duì)各道路實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)有了準(zhǔn)確的掌握才能有效地實(shí)施和發(fā)揮諸如交通誘導(dǎo)之類的ITS功能，因此對(duì)交通信息的實(shí)時(shí)采集技術(shù)是ITS技術(shù)中最核心也是最基本的技術(shù)之一。

智能交通系統(tǒng)除自動(dòng)實(shí)景事件監(jiān)測(cè)手段外，在全天候工作、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性、系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性、系統(tǒng)維護(hù)等方面比傳統(tǒng)的線圈和視頻檢測(cè)系統(tǒng)都存在較多的優(yōu)勢(shì)。

2 系統(tǒng)功能與技術(shù)參數(shù)

本方案為晉陽(yáng)高速公路牛王山隧道毫米波自動(dòng)(事件)監(jiān)測(cè)及預(yù)告預(yù)警系統(tǒng)專項(xiàng)方案。

毫米波全自動(dòng)事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的交通事件進(jìn)行實(shí)景感知，記錄目標(biāo)物體的實(shí)時(shí)經(jīng)緯度、尺寸、方位角、運(yùn)行方向、速度等，并根據(jù)已設(shè)置好的交通參數(shù)自動(dòng)將監(jiān)測(cè)到的事件分類為停車、逆行、倒車、慢行、行人、拋灑物等，支持自定義設(shè)置報(bào)警規(guī)則。同時(shí)，系統(tǒng)的其他配置也可進(jìn)行定制，以滿足最終客戶的需求。

2.1 系統(tǒng)功能

(1)事件監(jiān)測(cè)功能

毫米波自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的交通事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)的采集。交通事件監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含：超速或低速行駛車輛、停止車輛、倒車車輛、逆行車輛、行人、拋灑物等；交通數(shù)據(jù)采集內(nèi)容有：實(shí)時(shí)車速、實(shí)時(shí)交通流量、實(shí)時(shí)車輛位置、事件軌跡回放、歷史數(shù)據(jù)查詢等內(nèi)容。

(2)全范圍覆蓋

每個(gè)毫米波自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1000m范圍內(nèi)每秒4 次的360°全方位監(jiān)測(cè)。傳感器的監(jiān)測(cè)范圍可以覆蓋整個(gè)路面以及每條車道的各個(gè)方位。

(3)極低誤報(bào)率，高可靠性系統(tǒng)

毫米波自動(dòng)事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)率為每24h<1次。

基于預(yù)先設(shè)置的自定義報(bào)警規(guī)則，系統(tǒng)軟件模塊可以自動(dòng)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的事件進(jìn)行分析歸類，并對(duì)超出自定義參數(shù)的交通行為進(jìn)行報(bào)警。

(4)全天候工作

本系統(tǒng)不受任何天氣、光線環(huán)境的影響，包括霧、煙塵、風(fēng)暴、雨雪、眩光、全黑等情況下都可正常工作，監(jiān)測(cè)功能不受任何影響。

(5)實(shí)景感知

毫米波自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器可以做到對(duì)所覆蓋區(qū)域的實(shí)時(shí)實(shí)地實(shí)景感知。

當(dāng)隧道內(nèi)事故發(fā)生時(shí)，以火災(zāi)為例，傳統(tǒng)的視頻攝像機(jī)事件監(jiān)測(cè)技術(shù)在高熱與煙霧環(huán)境下會(huì)很快失效。但本系統(tǒng)的高頻毫米波信號(hào)可以穿透最濃的煙霧，準(zhǔn)確定位被困行人和車輛，并在小于10s內(nèi)自動(dòng)報(bào)警。

(6)監(jiān)測(cè)逆行、停車、擁堵車輛

系統(tǒng)可以由業(yè)主根據(jù)道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際使用要求、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝條件設(shè)置所需的報(bào)警規(guī)則，來(lái)區(qū)分慢速、擁堵、停止、逆行等事件，并實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警。

(7)監(jiān)測(cè)行人、動(dòng)物以及拋灑物

360°覆蓋特性使系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到路面外圍及周邊區(qū)域，高速公路或者隧道范圍內(nèi)的行人、動(dòng)物以及拋灑物都會(huì)被實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)，如有異常會(huì)基于預(yù)置的規(guī)則報(bào)警，避免重大事故及二次或多次事故的發(fā)生。

本系統(tǒng)對(duì)行人監(jiān)測(cè)的半徑是350m，對(duì)拋灑物監(jiān)測(cè)的半徑是150m。

(8)歷史軌跡

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)歷史軌跡的回放，且可以同步查詢歷史事件的日志以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

毫米波傳感器需要的端口:TCP協(xié)議700；TCP 協(xié)議23； UDP協(xié)議 123；ICNP。

在調(diào)試階段，毫米波持續(xù)占用帶寬28MB, 經(jīng)過(guò)調(diào)試后占用帶寬6MB。

表1 毫米波傳感器基本參數(shù)

3 項(xiàng)目所涉路段安裝系統(tǒng)的必要性

3.1 項(xiàng)目概況

本次交通信息采集時(shí)間監(jiān)測(cè)專項(xiàng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目所涉范圍為晉城至陽(yáng)城高速公路中的牛王山隧道。

牛王山隧道為雙洞四車道，北線起止樁號(hào)為K9+964～K11+832，長(zhǎng)1868m，南線起止樁號(hào)為K11+921～K10+041，長(zhǎng)1880m，單洞設(shè)計(jì)凈寬8m,凈高5m。因牛王山隧道通車時(shí)間較長(zhǎng)，隧道設(shè)施陳舊，環(huán)境復(fù)雜，再加上晉陽(yáng)高速公路車流量較大，隧道內(nèi)交通事故頻發(fā)，是全省事故率最高的高速公路隧道。

3.2 安裝系統(tǒng)的必要性

牛王山隧道內(nèi)設(shè)置了視頻交通事件監(jiān)控設(shè)施，但僅布設(shè)于隧道的出口與入口處，無(wú)法做到全線實(shí)時(shí)交通狀況的完整監(jiān)測(cè)。而且現(xiàn)有的視頻事件監(jiān)控設(shè)備還存在極高誤報(bào)率、無(wú)法全天候工作的問(wèn)題，受到汽車尾氣、粉塵、風(fēng)沙等的污染，視頻監(jiān)控設(shè)備必須由人工進(jìn)行定期清洗。在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)疑增加了監(jiān)控中心操作人員的工作負(fù)擔(dān)，降低了監(jiān)測(cè)效率與準(zhǔn)確性。

4 系統(tǒng)運(yùn)行情況

4.1 安裝情況

為了可靠、有效地監(jiān)測(cè)交通事件、準(zhǔn)確地采集交通數(shù)據(jù)，2017年11月16日在牛王山隧道晉城至陽(yáng)城方向入口K10+429處安裝了一套基于全向廣域毫米波雷達(dá)精準(zhǔn)感知的隧道運(yùn)行安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及智能預(yù)警系統(tǒng)，并投入試運(yùn)行。此系統(tǒng)對(duì)1km范圍內(nèi)隧道運(yùn)行安全動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及交通事件的預(yù)告預(yù)警，不僅可以最大程度先于隧道內(nèi)的火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到災(zāi)前事故車輛的緊急減速、停車和碰撞等異常狀況，并將報(bào)警信息第一時(shí)間發(fā)給管理人員，而且可將緊急事件信息形成限速指令和控制指令發(fā)布于隧道外的可變情報(bào)板，為事件處理和事故救援提供最早的時(shí)間窗口，最大程度減少、避免二次和連環(huán)事故。同時(shí)，火災(zāi)發(fā)生后，系統(tǒng)可以穿透煙霧、爆燃、水噴霧等視覺(jué)不可見(jiàn)障礙，準(zhǔn)確定位被困行人、車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 取得成效

2017年11月安裝該系統(tǒng)后，以最近50d(2018年4月23日到2018年6 月12日)的數(shù)據(jù)為例，系統(tǒng)共監(jiān)測(cè)到1678次交通事件，其中慢行車輛事件1140次，停車事件417次，行人事件121次；經(jīng)監(jiān)控人員復(fù)核后，所有事件無(wú)一誤報(bào)、漏報(bào)，事件檢測(cè)準(zhǔn)確率可以達(dá)到真正全天候24h<1起，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基礎(chǔ)交通路況的自動(dòng)化、智能化、數(shù)據(jù)化監(jiān)控，極大減輕了隧道監(jiān)控人員的工作強(qiáng)度和工作壓力，可以及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，為進(jìn)行應(yīng)急處置爭(zhēng)取時(shí)間，避免引發(fā)二次事故和連環(huán)事故，符合建設(shè)綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通“四個(gè)交通”的現(xiàn)實(shí)需求。

5 結(jié)語(yǔ)

此項(xiàng)目建成后很好地實(shí)現(xiàn)了牛王山隧道交通信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的采集及異常事件及時(shí)可靠的報(bào)警，此系統(tǒng)安裝后全面提升了晉城高速公路有限責(zé)任公司對(duì)牛王山隧道交通整體的調(diào)控能力，有效緩解了該隧道面臨的交通壓力。