Al視頻技術(shù)在高速公路智慧服務(wù)區(qū)的應(yīng)用研究

韋明 汪子睿 李東毅 王寧昌

摘要：文章以建設(shè)高速公路智慧服務(wù)區(qū)為目的，介紹了高速公路服務(wù)區(qū)智慧管理系統(tǒng)架構(gòu)，探討了AI視頻融合拼接技術(shù)、視頻檢測技術(shù)、視頻流量分析技術(shù)以及視頻車位識(shí)別管理技術(shù)在智慧服務(wù)區(qū)的應(yīng)用，合理利用AI視頻技術(shù)可為高速公路服務(wù)區(qū)運(yùn)營管理賦能。

關(guān)鍵詞：智慧服務(wù)區(qū)；視頻融合；視頻分析；流量分析；車位識(shí)別

中圖分類號(hào)：U491.8A511732

0引言高速公路服務(wù)區(qū)作為高速公路行人和車輛的集散地，承載了車輛加油充電、行人餐飲休息等多種服務(wù)，對(duì)車輛進(jìn)行休整、緩解駕乘人員疲勞，對(duì)保障高速公路行車安全有積極的作用。同時(shí)，高速公路服務(wù)區(qū)可以作為當(dāng)?shù)匚幕男麄髅?，能充分展示地域文化，?duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有推動(dòng)作用。將基于AI的視頻技術(shù)應(yīng)用到常態(tài)化服務(wù)區(qū)管控中，能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、對(duì)出現(xiàn)問題的快速處置和精準(zhǔn)管控等目標(biāo)。本文以高速公路服務(wù)區(qū)智能化運(yùn)維管理與服務(wù)的需求為導(dǎo)向，以創(chuàng)新為動(dòng)力，以視頻分析、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等新技術(shù)為支撐，設(shè)計(jì)和構(gòu)建了高速公路服務(wù)區(qū)智慧管理系統(tǒng)，打造完善可靠、反應(yīng)快速的智能風(fēng)險(xiǎn)防控體系，增強(qiáng)服務(wù)區(qū)管理全過程的規(guī)范化、信息化和自動(dòng)化，提升交通安全生產(chǎn)和防控水平，推進(jìn)交通運(yùn)輸科技興安工程的建設(shè)進(jìn)程，并展示了AI視頻技術(shù)對(duì)服務(wù)區(qū)的智慧化管理帶來的巨大提升作用［1］。

1高速公路服務(wù)區(qū)智慧管理系統(tǒng)架構(gòu)

高速公路服務(wù)區(qū)智慧管理系統(tǒng)主要由服務(wù)區(qū)全景視角監(jiān)控系統(tǒng)、服務(wù)區(qū)安全管理系統(tǒng)、服務(wù)區(qū)流量分析系統(tǒng)、停車位管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成（見圖1）。服務(wù)區(qū)全景視角監(jiān)控系統(tǒng)采用視頻拼接技術(shù)和AI事件檢測技術(shù)對(duì)服務(wù)區(qū)整體進(jìn)行指揮調(diào)度和預(yù)警管控；服務(wù)區(qū)安全管理系統(tǒng)通過視頻識(shí)別技術(shù)對(duì)進(jìn)出服務(wù)區(qū)的兩客一危車輛進(jìn)行視頻跟蹤和路徑分析，阻止車輛進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，采用視頻分析技術(shù)對(duì)服務(wù)區(qū)加油站進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)加油站使用手機(jī)、抽煙、消防滅火器缺失等安全事件進(jìn)行預(yù)警；服務(wù)區(qū)流量分析系統(tǒng)對(duì)加油站車流，出入口車流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)商超、餐飲人流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以提供服務(wù)區(qū)運(yùn)營管理數(shù)據(jù)，提高物質(zhì)與人員的管理效率；停車位管理系統(tǒng)對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)的停車位和新能源車充電位進(jìn)行管理，指導(dǎo)服務(wù)區(qū)指揮中心進(jìn)行車流量控制，做到公共信息的及時(shí)發(fā)布，防止車輛擁堵。

2服務(wù)區(qū)全景視角監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)服務(wù)區(qū)廣場監(jiān)控范圍大、分路監(jiān)控存在盲區(qū)、管理困難、無法統(tǒng)籌等問題。系統(tǒng)采用AI視頻拼接技術(shù)，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行檢測，使用最近鄰方法匹配特征點(diǎn)，求出旋轉(zhuǎn)矩陣，通過波形矯正、融合拼接，最終將相機(jī)場景視頻拼接到一個(gè)統(tǒng)一場景，提供服務(wù)區(qū)實(shí)時(shí)的全景高分辨率視頻信息，以及服務(wù)區(qū)廣場的全局指揮調(diào)度視角。在全景視角的基礎(chǔ)上，采用yolov5深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)服務(wù)區(qū)車輛進(jìn)行車輛識(shí)別、車輛跟蹤、車輛測速、碰撞檢測等，對(duì)車輛碰撞和超速進(jìn)行報(bào)警，為服務(wù)區(qū)運(yùn)營管理提供決策支持。同時(shí)匯總各系統(tǒng)間的交互數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度，達(dá)到全局聯(lián)網(wǎng)布控、緊急事件快速響應(yīng)、整體聯(lián)動(dòng)指揮的目的。

服務(wù)區(qū)廣場全景監(jiān)控系統(tǒng)由出入口的監(jiān)控相機(jī)，服務(wù)區(qū)全景拼接相機(jī)，視頻NVR服務(wù)器，視頻分析服務(wù)器等組成，全景拼接相機(jī)將分離視頻融合拼接成全局視角視頻，接入視頻NVR進(jìn)行視頻存儲(chǔ)，接入視頻分析服務(wù)器進(jìn)行視頻的車輛碰撞檢測和車輛超速檢測分析，最后通過服務(wù)區(qū)中央服務(wù)器集群，接入調(diào)度指揮中心。

采用AI視頻融合技術(shù)，使服務(wù)區(qū)的實(shí)時(shí)全景監(jiān)控成為可能，同時(shí)利用基于AI的視頻分析技術(shù)，檢測服務(wù)區(qū)出入口車輛超速行為和車輛事故，提高了服務(wù)區(qū)安全應(yīng)急處置的響應(yīng)速度，節(jié)約了服務(wù)區(qū)管理和維護(hù)的人力成本。

3安全管理系統(tǒng)

服務(wù)區(qū)主動(dòng)安全防控主要涉及?；奋囕v（或重點(diǎn)車輛）防控和加油站安全防控。?；奋囕v管理系統(tǒng)主要對(duì)危化品車輛進(jìn)行視頻跟蹤和路徑分析，阻止其進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域?qū)舶踩斐赏{。對(duì)服務(wù)區(qū)加油站使用手機(jī)、抽煙等危險(xiǎn)行為，以及消防滅火器缺失等安全事件進(jìn)行預(yù)警，防止發(fā)生危險(xiǎn)事件。

3.1?；奋囕v管理系統(tǒng)

?；奋囕v管理系統(tǒng)，由服務(wù)區(qū)出入口相機(jī)、門架相機(jī)、車輛引導(dǎo)屏、車型識(shí)別、車牌識(shí)別服務(wù)器、路徑識(shí)別服務(wù)器組成。出入口相機(jī)將入場車輛側(cè)面圖、車頭抓拍圖、車尾抓拍圖傳入車型識(shí)別和車牌識(shí)別服務(wù)器；識(shí)別服務(wù)器采用深度學(xué)習(xí)算法識(shí)別側(cè)面抓拍圖的車輛車軸和?；窐?biāo)志；車牌識(shí)別服務(wù)器識(shí)別車頭抓拍圖、車尾抓拍圖的車輛車牌，指示車輛引導(dǎo)屏引導(dǎo)車輛進(jìn)入指定區(qū)域；路徑識(shí)別服務(wù)器根據(jù)門架相機(jī)視頻，匹配?；奋囕v車牌，實(shí)時(shí)跟蹤并檢測車輛偏離車道，指示引導(dǎo)牌對(duì)司機(jī)提示，同時(shí)向指揮調(diào)研中心報(bào)警，以快速處置危險(xiǎn)事件。

對(duì)危化品標(biāo)志，使用支持向量機(jī)SVM算法，對(duì)?；纷址M(jìn)行訓(xùn)練，能快速準(zhǔn)確地識(shí)別出?；奉愋?。對(duì)車輛車輪采用OPENCV霍夫圓檢測算法，識(shí)別出車輛車軸，并根據(jù)車軸位置識(shí)別出車輛車型。

采用AI視頻技術(shù)對(duì)危化品車輛進(jìn)行識(shí)別，讓服務(wù)區(qū)對(duì)危險(xiǎn)車輛的管控更高效智能，降低了危險(xiǎn)車輛帶來的風(fēng)險(xiǎn)，給服務(wù)區(qū)的安全運(yùn)營提供了巨大保障。

3.2加油站安全管理系統(tǒng)

加油站安全管理系統(tǒng)，利用收費(fèi)站的監(jiān)控相機(jī)，進(jìn)行吸煙行為檢測、煙火檢測、滅火器檢測等。主要由部署在匯聚監(jiān)控相機(jī)視頻的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器組成，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器采用yovov5深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以香煙、手機(jī)、行為姿勢、煙霧、滅火器等圖片進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行行為分析處理，根據(jù)識(shí)別到的位置匹配坐標(biāo)，識(shí)別出危險(xiǎn)行為，并上報(bào)中心平臺(tái)。

采用AI視頻技術(shù)對(duì)加油站安全事件進(jìn)行識(shí)別，提高了服務(wù)區(qū)加油站的預(yù)警速度，降低了異常事件發(fā)生的概率，同時(shí)提供了處置安全事件的執(zhí)法依據(jù)，使服務(wù)區(qū)管理更高效、更經(jīng)濟(jì)。

4服務(wù)區(qū)流量分析系統(tǒng)

服務(wù)區(qū)流量分析系統(tǒng)，主要對(duì)加油站和出入口的車流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)商超、衛(wèi)生間人流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以提供服務(wù)區(qū)運(yùn)營管理數(shù)據(jù)，提高物質(zhì)與人員的管理效率。此外，根據(jù)流量數(shù)據(jù)，應(yīng)用車流、客流分析模型，對(duì)其進(jìn)行大數(shù)據(jù)整理、分析、挖掘，使服務(wù)區(qū)管理部門能更好地進(jìn)行服務(wù)區(qū)運(yùn)營管理，提供公眾出行信息發(fā)布服務(wù)，同時(shí)進(jìn)行商業(yè)拓展。

4.1車流分析

車流分析系統(tǒng)主要監(jiān)控服務(wù)區(qū)出入口與加油站出入口，車流分析服務(wù)器通過攝像機(jī)監(jiān)控視頻，依賴yolov5深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，采用全天候各種光照場景下的車輛素材進(jìn)行學(xué)習(xí)，識(shí)別出車輛、車牌、車型等結(jié)構(gòu)化信息，統(tǒng)計(jì)車流量。中央服務(wù)器根據(jù)車流繪畫車流熱度曲線，根據(jù)出入車流數(shù)據(jù)，提供服務(wù)區(qū)的改擴(kuò)建依據(jù)和日常運(yùn)營管控?cái)?shù)據(jù)。

采用AI視頻技術(shù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)區(qū)出入車流，能及時(shí)對(duì)擁堵事件做出預(yù)警，使服務(wù)區(qū)對(duì)車輛的交通進(jìn)行有效管制，也為服務(wù)區(qū)運(yùn)營和改擴(kuò)建提供數(shù)據(jù)支持。

4.2人流分析

人流分析系統(tǒng)主要監(jiān)控服務(wù)區(qū)餐廳、商業(yè)區(qū)視頻。統(tǒng)計(jì)進(jìn)入商業(yè)區(qū)的客流量，結(jié)合銷售數(shù)據(jù)，分析商超客流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)商品優(yōu)化和布局優(yōu)化，引導(dǎo)服務(wù)區(qū)進(jìn)行優(yōu)化管理。其主要由人流識(shí)別服務(wù)器組成，采用高精度實(shí)時(shí)人體檢測算法，與各種場景開源數(shù)據(jù)集訓(xùn)練，同時(shí)采用多尺度方法，優(yōu)化小目標(biāo)檢測，達(dá)到人流的精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)。

采用AI視頻技術(shù)，使服務(wù)區(qū)能實(shí)時(shí)監(jiān)控人流量，能快速地對(duì)人流進(jìn)行限流和疏通導(dǎo)流，避免核心區(qū)域人群因過于密集造成安全隱患，對(duì)疫情防控有重要作用。利用人流數(shù)據(jù)，提供服務(wù)區(qū)商超的運(yùn)營管理依據(jù)，使服務(wù)區(qū)的管理更智能高效安全。

5停車位管理系統(tǒng)

針對(duì)服務(wù)區(qū)停車位管理困難、泊位信息更新不及時(shí)、運(yùn)營維護(hù)管理難、高峰期充電樁排隊(duì)長等問題，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在監(jiān)控畫面自動(dòng)識(shí)別停車位和充電樁，以及泊位停車狀態(tài)和充電樁使用狀態(tài)，建立停車位信息的及時(shí)發(fā)布方案。停車位車輛識(shí)別，主要采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各角度車輛數(shù)據(jù)集圖片和視頻進(jìn)行訓(xùn)練，檢測各種車輛對(duì)象和邊界，以達(dá)到車輛的實(shí)時(shí)精確識(shí)別。

采用AI視頻技術(shù)管理服務(wù)區(qū)的停車位和充電樁位，能極大地降低服務(wù)區(qū)停車場和充電樁的運(yùn)維成本，使服務(wù)區(qū)內(nèi)的車位信息得到及時(shí)發(fā)布，提升服務(wù)區(qū)基礎(chǔ)服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

6結(jié)語

合理利用AI視頻分析技術(shù)，能解決服務(wù)區(qū)運(yùn)營管理中的各種難題，有效整合服務(wù)區(qū)的信息資源，使服務(wù)區(qū)運(yùn)營更經(jīng)濟(jì)、預(yù)警更及時(shí)、運(yùn)行更安全、管理更高效、維護(hù)更方便。打造智慧服務(wù)區(qū)，為公眾出行提供更好的服務(wù)，也為人工智能技術(shù)的推廣起到了很好的示范作用，為國家交通建設(shè)注入新活力。

參考文獻(xiàn)

［1］ 楊武，李軍，劉雨薇.高速公路智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)與發(fā)展思考［J］.交通企業(yè)管理，2020（1）：5-8.

基金項(xiàng)目：中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)“廣西智慧道路機(jī)電系統(tǒng)新技術(shù)綜合平臺(tái)建設(shè)”（編號(hào)：桂科ZY20111015）

作者簡介：韋明（1973—），高級(jí)工程師，主要從事高速公路建設(shè)技術(shù)管理工作。