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智慧公路|高速(干線)公路(隧道)運行******精準監測及智能預警控制系統
發布時間:2018-12-10

一、項目背景

交通興,百業興。黨的十九大報告作出了“中國特色社會主義進入新時代”的重大判斷,明確了建設交通強國的重大戰略,賦予了交通運輸行業在新時代的新使命。

從******條完工投入使用的滬嘉高速公路開通運行到今天,經過30年的不斷摸索與積累,國內高速公路經歷了從建設為主到運營為主的轉變,不斷面臨著社會經濟發展的新要求和新挑戰,行業管理也面臨著從管理到服務轉變的客觀需求,高速公路運營則面臨著從可達、通達到******、******、暢行的挑戰。

根據交通運輸部發布的《2017年交通運輸行業發展統計公報》,截至2017年末,高速公路里程13.65萬公里。公安部交通管理局公布,截至2017年底,全國機動車保有量達3.10億輛,到2020年將增加到5億輛。如何在交通量不斷增加的條件下,解決路網容量與交通出行需求之間的動態容量矛盾,有效提升高速公路運行******、提高道路通行能力,已成為我國高速公路運行管理中面臨的一大難題。

二、高速公路運行******現存突出問題

高速公路相較中低等級公路而言,從建設初期,其智能化水平已較高,同期建設了通信、監控、收費三大系統。視頻監控系統的建設,在一段時期和一定程度上大大提高了高速公路運行監測水平。但其存在的弊端也日益凸顯:

■  傳統的視頻事件檢測方式誤報率高:

◎ 在夜晚、眩光、雨、雪、濃霧、煙塵、火災等惡劣環境條件下無法正常工作;

◎ 錯報、誤報和漏報的情況多有發生,存在“狼來了”現象。

■  指調系統異常事件識別的及時性較差:

◎ 異常事件的發現主要依靠巡查人員上報、交警上報、投訴電話等方式,系統缺乏對于異常事件主動識別上報,異常事件發現的及時性較低;

◎ 監控中心的值守人員依靠人工看視頻的方式識別事件,易出現邏輯監控盲區;

◎ 高速公路的巡邏車經常是按預訂線路進行巡邏,存在巡邏空當,事故隱患發現及時性差。

■  高速(干線)公路缺乏精準交通監測和控制系統

◎ “監”應該是對數據的監測,包括:氣候數據,交通流數據,交通事件數據。

◎ “控”應該是對交通流的控制,包括:主線可變限速控制,匝道入口控制,通道控制。

三、先進關鍵技術

通過精準感知的智能交通動態監測及預警控制技術可以******程度上提升駕駛環境的一致性。精準的基礎數據具體包括:

◆ 交通參數:交通量、交通密度、車流速度、占有率、堵塞度;

◆ 交通事件:慢行、擁堵、排隊、停車、逆行、事故、拋灑物;行人、動物闖入;

◆ 氣象參數:溫度、濕度、能見度,風向、風速,氣候狀況等;

◆ 道路參數:路面條件、線形條件等。

高速(干線)公路(隧道)運行******精準監測系統,包括全向廣域毫米波地表監測WSDR雷達傳感器、風向儀、風速儀、能見度傳感器、溫濕度氣壓傳感器、高清攝像機,以及路側的C-ITS車路通信裝置。

該系統首次將基于全向廣域毫米波雷達傳感器(簡稱“WSDR”雷達傳感器)的精準感知技術應用于高速公路(隧道)的運行******動態監測,大幅度提高了******風險事件識別的精度和實時性。系統通過毫米波雷達的精準路況感知、數據采集,結合后端軟硬件系統的實時分析,對高速公路(隧道)進行實時*********的智能運行******監測、分析、事件檢測、事故預警、******防控,使管理人員在監控中心對路段可能發生的運行******風險、特殊事件及現場人、車、路面散落物等信息自動識別,經系統智能化的處理分析路況、事件后按照風險等級進行通過道路可變信息標志進行自動預警和自動交通管控,監控人員可以按照應急預案迅速進行應急處置,提高綜合防范和******管理能力;同時結合道路預警系統,向車輛駕駛員提供精準實時的道路綜合信息及控制和誘導信息,******程度上預防了二次事故和次生事故的發生,在降低事故率、提升道路通行能力的同時,增加路段的綜合社會經濟收益。

(1)先進的交通運行動態大數據精準實時采集處理平臺

系統采用先進的大數據平臺,由前端傳感器使用調頻連續毫米波對路段運行環境進行每秒4Hz頻率的全景掃描感知,每次掃描形成80萬個包括經緯度、方向角度、距離、速度及頻率的回波數據。單臺傳感器監測距離長達1000米,全天候、全照度條件下工作,24小時全天掃描產生達10TB的海量數據,采用高級別的FPGA處理單元對每一個回波數據進行匯總、分層、分類、去除雜波、提取目標、計算合并,***終形成車輛、行人、動物、拋灑物目標的實時經、緯度、速度、尺寸、方向角、方向角米、運行軌跡等精準數據,以及路段交通流量、平均速度、車道占有率等實時交通分析數據。系統同時支持海量數據存儲和計算,相比傳統的視頻監控方案,不僅實現了交通運行動態的精準、實時、全數據采集、監測,運行******風險的精準自動識別,更能支持內部數據共享,支持事件的數字化回溯,真正實現了監控平臺對路段運行******風險智能化、數字化的監測與控制。

(2) 全天候交通全事件監測、實時報警

交通事件數據處理服務器對路段運行動態數據進行進一步分析處理,智能化提取交通異常事件數據,輸出超速、低速、慢行、事故、擁堵、停車、逆行、U行、行人、動物、拋灑物等所有異于公路(隧道)正常運行狀態的異常事件,同時聲光形式產生系統報警,并形成標準xml數據格式發送給智能交通預警及綜合控制服務器。

系統以由用戶根據道路實際線性條件、管理需求、現場環境、氣候特點等條件,定制并集成所需其他數據,形成智能化、自動化的報警規則,來區分事故、超速、慢速、擁堵、停止、逆行、行人、動物闖入、道路拋灑物等事件,向管理者和用路者實時發出各類別報警信息。同時,系統仍可以根據用戶需求預先設置自定義規則,系統會對超出自定義參數的交通行為進行自動報警。并支持事件的數字化回溯、事件軌跡回放和歷史數據查詢。

(3)集成現有視頻監控系統

系統的視頻集成模塊可以與現有路段的各類視頻監控系統集成,在雷達檢測到異常事件時,能夠根據事件發生位置,自動調用距離事件位置***近的監控攝像機或云臺攝像機指向事件發生位置,方便監控人員及時對現場情況進行查看和確認,對異常事件進行跟蹤驗證,在***短時間內進行應急處置。

(4)隧道運行******風險預警及應急引導逃生

系統可以對隧道運行******風險進行災前預警。在發生火災或危險貨物運輸車輛碰撞事故前,系統可以***早監測到車輛的緊急減速、故障停車、超速、碰撞等;在消防煙、溫傳感器或環境監測傳感器未達啟動條件時,向管理者和用路者自動發出報警的同時,系統會跟蹤目標并自動調用攝像機供監控人員進行跟蹤復核,并及時采取應急處置措施。通過智能化的隧道運行******風險監測,可實現火災、危化品泄露、二次衍生事故等風險的災前自動識別和預警。

系統與現有消防系統數據集成聯通后,雷達監測功能可以穿透煙霧、爆燃、水噴淋等視覺不可見障礙,準確定位被困車輛、逃生人員的實時運行狀態,自動建立快速引導策略,打開逃生通道,通過聲光方式迅速引導逃生人員到***近的逃生通道,為事件處理和救援提供***早的時間窗口,******程度挽救生命,降低事故災害的危害程度。

(5)實時智能風險預警及智能綜合自動管控

交通運行******風險預警及控制策略處理模塊將路段監測數據匯總后,根據車流密度、速度、流量、各級風險事件結合其它傳感器數據,包括上游主線流量、匝道流量、道路氣候數據、環境數據、消防系統數據等,進行大數據綜合分析研判,構建算法模型,自動制定***優化的控制策略,通過智能預警發布及綜合自動管控系統進行預警發布和綜合自動管控。為管理者實時預警的同時,將預警、誘導信息和控制指令自動發布于隧道入口、上游路段、匝道區段的可變信息標志及可變限速標志,對交通流速及交通流量進行有效調控及誘導。

通過一系列優化的預警信息和管控指令,實現自動調整主線交通流平均速度、交通量及其他管控目標。減輕監控及管理人員工作壓力的同時,可以大幅提升交通******風險智能化的自動識別、預警及防控能力,減少******隱患、降低事故發生率、減輕事故后果和群死群傷重特大交通事故、保障******生產及運輸,大大提高道路通行能力和通行效率,實現主線運行******風險管理智慧化的自動識別、自動預警、自動管控,為構建現代交通運輸體系之******、******、綠色的智慧高速打下堅實基礎。

(6)數據存儲與數字化回溯

系統可自動記錄近三個月中,每個異常事件發生的實時相關數據、業務告警信息、業務日志及歷史事件實時軌跡。并可實現各管理層級分權限的自由調用查看。

能夠提供隧道交通流量的歷史數據查詢,可生成車流量的日、月、年報表。提供交通異常報警的歷史查詢。提供報表生成、打印功能。

(7)系統擴展及未來應用

未來系統可以實現通過車路通信與自動駕駛車輛、車輛終端、駕駛員手持終端進行信息交互,實現車路協同與自動駕駛下的協同式智慧交通。

當前自動駕駛領域對“汽車越來越智能,必須要改造基礎設施”已達成共識。現階段自動駕駛汽車需依賴于昂貴的激光雷達傳感器,如果每一輛車都配備一個激光雷達,每一輛車的成本就會增加幾十萬元;但把類似設備裝配在道路路側,過往車輛可共享路況數據,成本就會大大下降。

本系統安裝于路側,可將實時精準的交通流數據與車輛共享,在實現完全的自動駕駛前,即可實現******、穩定、可靠的交通流自動排隊系統。

四、與國內外同類技術比較


表1全向廣域毫米波雷達與視頻事件檢測的比較

表2 全向廣域毫米波雷達運行******監測設備與視頻事件檢測設備維護保養的對比


表3  76-77GHz (FMCW)毫米波雷達與24GHz雷達對比 對比


五、公司簡介

禾源科技(股票代碼:OC871449)成立于2000年10月,*********高新技術企業。公司專注于智能交通及公共******技術研究及發展,公司近年來研究應用的多項智能交通技術獲得多個*********協會獎項,獲得40余項專利及軟件著作權成果。禾源科技憑借近二十年的行業經驗、國際化的視野,按照《交通運輸部交通運輸科技“十三五”規劃》要求,聚焦“四個交通”,學習研究國際先進技術、自主探索、自主研發針對信息化、******應急的關鍵技術瓶頸,共性技術需求的方向和重點,圍繞我國現代交通運輸系統******中亟待解決的問題,推動提升我國智慧交通行業的發展水平,促進交通運輸科技進步與創新。

■ 榮譽證書

■ 產品檢測報告
2018年11月5日,國內首臺“雷達交通事件及交通流檢測器” 通過******交通******設施質量監督檢驗中心的產品檢測。經檢測該傳感器具備低照度(黑夜)環境下事件檢測的功能;對停止、逆行、超速、慢行、擁堵、駛離等事件的有效測試范圍均達到1km,對行人事件的有效檢測范圍達到720m,對拋灑物事件的有效檢測范圍達到900m。

■ 中國公路學會科技成果評價
2018年9月25日,在山西晉陽高速應用的“基于全向廣域毫米波雷達精準感知隧道運行******動態監測及智能預警系統”通過了中國公路學會科技成果評價會評價,評價結論為研究成果總體上達到國際先進水平。依據《2017年全年度山西省高速交通事件數據統計分析報告》結論,2015年、2016年、2017年牛王山隧道內分別發生交通事故24起、35起、17起,自系統安裝后6個月內,隧道只發生5起交通事故,牛王山隧道退出了易發生隧道事件的熱點路段名單,******運行的水平大幅提高。


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