基于“ 5G＋AI”算法的主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)研究

武磊 駱曉亮 周新華

1背景

由于城市路況復(fù)雜、行人眾多，加之駕駛員疲勞駕駛、打電話、路口超速等不規(guī)范行為增加了發(fā)生交通事故的隱患，影響了市民的人身安全，在給車內(nèi)乘客、道路上的車輛和人員帶來安全隱患的同時(shí)，給公交公司也造成了經(jīng)濟(jì)損失，降低了公交公司運(yùn)營(yíng)安全系數(shù)和效率。因此，基于5G、AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，本文開發(fā)了公交車輛主動(dòng)安全管理系統(tǒng)，能夠?qū)还緦?shí)現(xiàn)所有公交車輛的聯(lián)網(wǎng)管理，并對(duì)不文明、不安全的駕駛行為進(jìn)行統(tǒng)一、集中管控，以提升公交車駕駛員的職業(yè)素養(yǎng)、安全駕駛意識(shí)以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的緊急處理能力，具有較高的社會(huì)價(jià)值[1] 。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前提是以行業(yè)和國(guó)家規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，充分利用了5G、AI 等先進(jìn)的科技，以公交公司等單位的實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，立足于高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求開展主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)。

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，公交車輛安全監(jiān)管系統(tǒng)的架構(gòu)由前端感知系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和中心管理系統(tǒng)三部分組成（圖1）。通過前端設(shè)備采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息（視頻、圖片、報(bào)警、數(shù)據(jù)、GPS 信息等），利用4/5G 通信網(wǎng)絡(luò)把車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻錄像以及智能報(bào)警事件的信息發(fā)送至中心管理平臺(tái)，平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)前端數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析、處理和存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛和駕駛員的行車監(jiān)控、行為管控、報(bào)警處理、數(shù)據(jù)分析，并形成各種類型的數(shù)據(jù)報(bào)表。

前端感知層主要由車載智能駕駛輔助終端主機(jī)、智能駕駛員行為分析DSM 攝像機(jī)以及車輛雙目ADAS 智能檢測(cè)攝像機(jī)組成，分別實(shí)現(xiàn)公交視頻監(jiān)控錄像功能、駕駛員行為分析功能以及車輛主動(dòng)安全防御功能。通過AI 智能DSM 相機(jī)和ADAS 相機(jī)實(shí)現(xiàn)駕駛員行為監(jiān)管、高級(jí)輔助駕駛的功能。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要基于運(yùn)營(yíng)商4/5G 網(wǎng)絡(luò)、MPLSVPN 專線網(wǎng)絡(luò)組成公交主動(dòng)預(yù)警傳輸專網(wǎng)，利用VPN、運(yùn)營(yíng)商5G 專網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)加密，確保網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

應(yīng)用數(shù)據(jù)層主要包含視頻監(jiān)控、GIS 監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，把公交業(yè)務(wù)基礎(chǔ)功能和視頻監(jiān)控功能合為一體，讓公交公司業(yè)務(wù)監(jiān)管人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視公交車輛運(yùn)行情況、駕駛員行車規(guī)范并獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面，有利于中心人員對(duì)車輛運(yùn)營(yíng)和事故現(xiàn)場(chǎng)做出合理而有效的決策。

3前端AI 感知方案

前端主要基于各類AI 設(shè)備，通過定制主動(dòng)安全深度算法，實(shí)現(xiàn)駕駛員行為分析、駕駛員行駛輔助功能。

3.1智能駕駛員行為DSM 攝像機(jī)

利用逐行掃描CMOS 攝像機(jī)拍攝駕駛員的行為視頻。結(jié)合AI 智能應(yīng)用的行為檢測(cè)功能，幫助駕駛員安全駕駛。

3.2車輛ADAS 智能檢測(cè)攝像機(jī)

利用逐行掃描CMOS 攝像機(jī)檢測(cè)車輛行駛過程中的周圍環(huán)境，以收集數(shù)據(jù)。通過對(duì)車輛駕駛室以及前方的實(shí)景畫面進(jìn)行監(jiān)控和分析，記錄車輛行駛過程中的車內(nèi)外情況，為事件的起因追溯提供歷史錄像和預(yù)警圖片信息[2] 。

3.3智能駕駛輔助終端主機(jī)

（1）終端硬件

車載智能駕駛輔助終端是集主動(dòng)安全預(yù)警、音視頻監(jiān)控存儲(chǔ)、行車記錄、北斗定位于一體的新一代智能車載終端（圖2）。其主機(jī)采用FPGA 芯片方案，即主動(dòng)安全深度算法芯片;DSM（駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)） 與BSD?R（右側(cè)盲區(qū)檢測(cè)）采用聯(lián)詠SOC 專屬芯片。經(jīng)過實(shí)踐，雙芯片聯(lián)動(dòng)方案在實(shí)際應(yīng)用中的效率較高，準(zhǔn)確率有較大提升。

（2）主動(dòng)預(yù)警算法

終端配套的智能算法通過大量的場(chǎng)景化樣本進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，以優(yōu)化算法模型，減少由算法的場(chǎng)景適應(yīng)性產(chǎn)生的誤報(bào)，同時(shí)基于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、預(yù)測(cè)，通過碰撞風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別來判斷是否需要報(bào)警以及規(guī)劃對(duì)應(yīng)的報(bào)警等級(jí)，從而提升報(bào)警準(zhǔn)確度，減少誤報(bào)，以免對(duì)駕駛員造成干擾。經(jīng)過實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該算法的準(zhǔn)確率在95%及以上。

終端主機(jī)基于自定義圖像AI 算法，實(shí)現(xiàn)以下功能識(shí)別和預(yù)警：駕駛員閉眼（包括佩戴墨鏡、口罩場(chǎng)景）、低頭犯困等疲勞駕駛行為;駕駛員打電話、抽煙、不目視前方、離開座位等駕駛行為;路口超速、斑馬線未禮讓行人等行為。

加載采用的行為識(shí)別算法包括疲勞駕駛預(yù)警算法、不目視前方預(yù)警算法、抽煙預(yù)警算法、接打電話預(yù)警算法、不系安全帶預(yù)警算法、離崗預(yù)警算法、遮擋鏡頭預(yù)警算法、紅外墨鏡阻斷預(yù)警算法人臉比對(duì)（身份核驗(yàn)、替駕）算法等。

加載采用的高級(jí)輔助駕駛算法包括車道偏離預(yù)警算法、車距過近預(yù)警算法、前向碰撞預(yù)警算法、行人碰撞預(yù)警算法、未禮讓行人算法、急加速/ 急減速算法、路口超速算法。

以疲勞駕駛預(yù)警算法為例，其原理是定位駕駛員面部關(guān)鍵點(diǎn)（眼睛、嘴巴），基于PERCLOS 的駕駛員疲勞檢測(cè)，通過一定時(shí)間內(nèi)眼睛閉合所占的時(shí)間比例以及張嘴打哈欠的頻率來評(píng)價(jià)駕駛員的疲勞狀態(tài)。一旦判定為疲勞駕駛，系統(tǒng)則會(huì)在前端發(fā)出報(bào)警聲音，以提示駕駛員。

4網(wǎng)絡(luò)部署方案

4.15G 網(wǎng)絡(luò)部署方案

網(wǎng)絡(luò)部署方案基于運(yùn)營(yíng)商5G 專網(wǎng)承載主動(dòng)安全預(yù)警系統(tǒng)（圖3）。

智能駕駛輔助終端基于運(yùn)營(yíng)商5G 專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分析、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及加載圖片，并將相關(guān)信息快速、安全地傳輸至平臺(tái);公交公司5G 車載終端可充分利用5G專網(wǎng)對(duì)現(xiàn)有公交視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行承載。

5G 專網(wǎng)通過智能分流的UPF 網(wǎng)關(guān)將公交業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從大網(wǎng)分流到公交主動(dòng)預(yù)警云。運(yùn)營(yíng)商采用5GSA 架構(gòu)組網(wǎng)，通過無線基站與5G 專網(wǎng)核心網(wǎng)進(jìn)行連接。

4.2MPLS VPN 網(wǎng)絡(luò)部署方案

公交主動(dòng)預(yù)警云以及公交各級(jí)指揮中心、辦公機(jī)構(gòu)采用運(yùn)營(yíng)商MPLS VPN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載，與5G 專網(wǎng)進(jìn)行互通。

5主動(dòng)安全預(yù)警平臺(tái)方案

車輛主動(dòng)安全管理系統(tǒng)軟件平臺(tái)主要服務(wù)于公交公司。平臺(tái)以智能視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)為主，通過聯(lián)網(wǎng)接入主動(dòng)安全智能視頻監(jiān)控報(bào)警終端，實(shí)現(xiàn)公交公司對(duì)公交車輛運(yùn)行監(jiān)控、主動(dòng)安全管理、運(yùn)行記錄回溯、運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、設(shè)備運(yùn)維管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用?；谠O(shè)備感知的數(shù)據(jù)，結(jié)合企業(yè)運(yùn)輸安全管理業(yè)務(wù)，可對(duì)駕駛員進(jìn)行監(jiān)控抽查、報(bào)警審查分析、考勤考核、駕駛員安全管理、終端運(yùn)維等諸多應(yīng)用，旨在保障車輛運(yùn)行過程中，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，駕駛員行車安全規(guī)范，無違章行為。

行業(yè)監(jiān)管部門可基于企業(yè)上傳的車輛定位、視頻、報(bào)警和運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)行業(yè)營(yíng)運(yùn)車輛進(jìn)行3D 動(dòng)態(tài)監(jiān)管，督促企業(yè)規(guī)范監(jiān)管，統(tǒng)籌行業(yè)管理。

6結(jié)束語(yǔ)