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隧道雷視融合全息感知系統

文章來源：未知責任編輯：管理員人氣：發表時間：2023-09-20 16:15

隧道雷視融合全息感知系統與傳統路側感知手段相比具有如下優勢：雷達與視覺數據級融合，大幅提高交通目標、事件檢測精度，實現全天候環境“可用、可信、可靠、可視”，車、路、云協同應用，交通目標紋理、時空、行為全息感知。隧道雷視融合全息感知系統基于雷視融合微波感知單元，全方位感知道路實時運行狀態，結合邊緣計算、高精地圖實現數字快速路建設，即時發現交通事件和道路擁堵等情況，實現交通路口和路段數據實時全息化。系統圍繞“智能、快速、綠色、安全”目標，協助快速路誘導系統、信號控制系統、預警系統、應急管理系統快速處理問題，提升快速路通行能力，改善快速路交通安全，提升快速路的管理效率。

一

項目簡介

雷視融合全息感知系統安裝于某省道隧道。該隧道全長3.3km，寬9m，高5m，雙向兩車道。隧道內設置四個停車帶，入口在東西兩側，停車帶分別位于兩側600m、1300m左右的位置。東側出口200m位置為彎道，道路為單洞雙向通行，流量大，貨車比例大，易發交通事故。

為減少干擾、發揮雷達最優性能，本項目采用23臺雷視一體機，安裝于隧道頂端中央，覆蓋隧道雙向全域道路，實現約3.3km范圍內雙向路數字孿生以及事件檢測、流量監測效果。雷視融合系統采用“雷達+視頻”一體化設計，支持視頻采集編碼功能，500萬像素（2560×1920），可通過視頻實現目標特征化信息監測；可進行大區域檢測，沿來車方向正常檢測區域達350m（由于隧道反射干擾，實際檢測距離稍有縮短），同時檢測8個車道；跟蹤檢測256個目標，包括每個目標的位置坐標、速度、類型等，實現交通目標軌跡跟蹤；同時，可對交通異常事件進行檢測，包括異常停車、逆行、變道、超高速、超低速、未保持安全車距、排隊超限、緩行、擁堵、行人闖入、占用車道等，并輸出報警信息。

二

技術特點

（一）FMCW（調頻連續波）技術

雷視一體機發射波為高頻連續波，其頻率隨時間按照三角波規律變化，接收的回波頻率與發射的頻率變化規律相同。雷視一體機利用三角波規律，根據這個微小的時間差對這些目標進行跟蹤和測量。

（二）多類即時數據與統計數據

雷視一體機可基于對目標的跟蹤式檢測及回波的度量，測得車輛的位置、車型、速度等即時交通數據，實時輸出車道排隊長度和排隊數量；可通過設置虛擬檢測斷面，完全替代傳統檢測器，統計并輸出每車道多達四個斷面的流量、平均速度、占有率、85%位速率、車頭時距、車間距等交通數據。

（三）大范圍高精度算法

雷視一體機向外連續投射—個寬幅的微波束，以保證正面覆蓋多個車道，實現大區域大范圍檢測，提高檢測精度。雷視一體機配合安裝調試軟件，可根據實際的路面信息標定車道；利用大區域跟蹤檢測原理，解決大車遮擋小車的情況，防止漏檢，提高檢測精度；連續發射調頻微波波束，探測道路上的車輛信息。當車輛進入波束覆蓋范圍時，檢測器通過反射回來的回波判定車輛，并應用先進的AIP技術（相對距離、方位角、速度）區分、識別、確定目標車輛，給每一個目標車輛標定編號，通過實時定位車輛的坐標位置來跟蹤目標，實現對波束覆蓋范圍內車輛的軌跡跟蹤式檢測。

（四）即時/模擬影像

支持調取攝像頭的即時畫面，傳送至監控端，以動畫的方式顯示雷達獲取到的車輛動態。

（五）環境地圖

支持高德地圖、百度地圖、谷歌地圖、蜂鳥地圖、易景地圖，支持三維地圖。雷達目標顯示只能在平面圖上完成。

（六）無縫升級

遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則，綜合考慮施工、維護及操作因素，為今后的發展、擴建、改造等留有擴充的余地。

三

系統架構

雷達設備采用RJ45接口，匯集于路側交換機。流量數據、事件數據按雷達既定協議傳輸，實現數字孿生以及事件報警流量監測等功能。系統架構如圖1所示。

圖1 隧道雷視融合全息感知系統架構

四

系統布設

隧道內部感知設備的具體布設要求如下：隧道拱頂安裝，間隔150m，安裝方向保持一致；面向來車方向；東邊出口有彎道，加密一臺雷達設備。系統布設如圖2所示。

圖2 隧道雷視融合全息感知系統布設

五

系統功能

系統可實現數字化多維監測，基于雷視感知的微觀數據，建立微觀孿生、中觀分析、宏觀交通態勢監測；可實現數字化智能分析，通過大數據分析引擎，將軌跡數據和交通數據，按照不同的時間、空間維度，根據業務需求，輸出報表，以支撐管理決策；可實現數字化精準處置，合理利用有限的資源，管理日益增加的快速路網，管理部門可在雷視聯動的基礎上，更快、更精準地發現和處置交通問題。

（一）雷視融合全息感知

在隧道全程按需布設雷視一體機，可以最大限度適應隧道線形環境，無死角覆蓋，并利用多雷達目標無縫接力技術，實現隧道全域交通流的實時監測，精確捕獲進入隧道每一車輛的類型、位置、速度、方向等，高頻率刷新，使用跟蹤融合算法，實現運行軌跡完整、精細、有效記錄；同時，融合視頻結構化算法，識別特征化信息，加強設備感知能力，提高設備適應性，為構建虛擬孿生世界的動態交通環境提供全天候精準、穩定、可靠的數據源基礎。雷視融合全息感知如圖3所示。

圖3 雷視融合全息感知

（二）隧道運行監測分析

設備對隧道交通運行環境進行實時掃描監測，能夠全天候、全照度持續監測隧道交通流的運行狀態，實現對隧道入口、內部區段、隧道出口交通流量、車速等交通數據信息的實時采集，依據不同空間顆粒度，分點、分段提供科學和體系化的交通實時參數，實現對交通事故及車輛超速、慢速、停車、倒車、逆行、行人闖入等異常交通事件的精準監測；能夠輸出視頻監控畫面，以便進一步分析確認，實現隧道運行動態全事件監測。隧道運行監測分析如圖4所示。

圖4 隧道運行監測分析

可檢測的交通參數包括實時交通流量、交通在途量、平均通行時間、平均通行速度、路段占有率。

可檢測的交通事件如下。

交通擁堵：根據區域內車輛的平均車速、空間占有率，判斷當前道路是否擁堵。

交通事故：將雷達檢測區域分割成不同區間，對比不同區間的速度方差，以此判斷檢測區域內是否有事故發生。

違法停車：如果車輛在道路上由行駛改變為靜止狀態，且靜止時間不小于某一設定值的交通事件，則判斷為違法停車。

車輛超速、低速行駛：實時跟蹤監測車輛速度、位置，若發現車輛車速超過閾值或低于閾值，則實時上報事件平臺，或者結合視頻進行抓拍。

違法變道：車輛在道路上行駛過程中，在白實線區域等禁止變道的路段，改變其行駛車道。

占用應急車道事件：車輛在應急車道行駛或者停車。

倒車、逆行：車輛在道路上的行駛方向與規定方向相反。

非法闖入：目標違反規定，闖入禁止駛入的區域，則判斷為非法闖入，可進行警示和取證。

（三）車輛跟蹤

系統基于雷視融合AI分析技術，對交通目標軌跡進行精細化跟蹤與分析，一方面監控相機對目標車輛的可視化監測，實時識別車牌和車輛特征信息，另一方面結合多目標跟蹤雷達，跟蹤每個目標的特定編號、定位和軌跡，經過AI分析融合，實現特征車輛的跨鏡頭全程定位跟蹤。跟蹤視頻畫面可以實時上傳至監控中心，實現實時運行狀態監測。車輛跟蹤如圖5所示。

圖5 車輛跟蹤

（四）交通事件的聯合響應與反饋

1、視頻監控聯動

雷達系統在路側端實現與視頻監控系統的聯動，可以全程跟蹤車輛軌跡、全域監控交通狀態、即時發現交通事件，通過邊緣計算設備將信息直接傳遞至關聯攝像機，觸發攝像機的云臺、對焦等，使重點監控車輛或事件始終保持在監控畫面中，且畫面足夠清晰，便于視頻結構化二次分析和工作人員在線確認。

2、交通控制聯動

雷達系統可以精準檢測到每條車道的交通運行狀況，通過擁堵分析和事件識別分析，精準定位事件發生位置以及車道編號；與隧道入口、內部車道控制系統聯動，通過邊緣網絡將信息發送至處理器，使用相關的邏輯算法，控制車道開關閉信號燈，在發生事件或事故的第一時間，通知上游車輛進行緊急避讓，避免二次事故或擁堵。交通事件的聯合響應與反饋如圖6所示。

圖6 交通事件的聯合響應與反饋

六

主要設備

系統核心設備是雷視融合微波感知單元，采用“雷達+視頻”一體化設計，支持視頻采集編碼功能，支持H.264/H.265/S+265視頻+JPEG圖片流同時輸出,300、500、900萬像素可選，通過視頻實現目標特征化信息監測，支持車牌識別、車身顏色識別、車輛類型識別、車標識別、車輛子品牌識別。

設備主要性能如下：設備觸發位置由雷達遠近距離的控制旋鈕鎖定；具備三保險功能，雷達觸發、脈沖觸發、視頻觸發，抓拍率達99.9%以上；具備自測功能，按測試按鈕LED顯示“96”數值；測速距離范圍為0～500m；超低功耗嵌入式專用高速處理器，解決散熱問題，嵌入式無風扇設計，無死機現象；提供RS232和RS485接口，可接入串口設備或數據；提供網絡接口，可接入電子警察數據和視頻（SVAC或H.264）；提供12路I/0輸出接口；提供SD卡接口；內嵌智能分析算法，可統計最多12個車道的車輛占道信息，轉換I/O輸出；可通過I/O、RS485、網絡等，與信號機接機實現智能信號控制、流量分析；可接入多個電子警察攝像機，自動匹配方向和車道信息；可與信號機現有IO檢測器配合實現交通信號自適應控制；操作系統為LINUX；處理能力不少于12車道；流量檢測方面，可統計流量信息、占道時長；電警數據接入方面，可接入電警數據、視頻；數據轉換方面，可將流量信息自動轉換I/O數據，可匹配多車道；支持硬件看門狗，解決設備死機問題；網絡接口為RJ-45以太網接口，10M/100M自適應；通訊接口為一組RS232、一組RS485；電源為12VDC。

七

系統應用

隧道雷視融合全息感知系統建設采用雷視融合一體機作為前端感知單元，集成了毫米波雷達和視頻模組兩個傳感模塊，滿足高精準、全天候、大區域的數據采集，具備視頻直觀可視化的優勢。隧道雷視融合全息感知系統還在系統后端部署了目標融合服務平臺，融合全路段雷視融合一體機輸出的目標數據，為實現區域宏觀交通態勢監測、誘導系統對接、交通事件預警、交通狀態可視化展示、設備一體化運維管控構建數據底座。

在隧道節點建設層面，在進出口和直線段分別部署雷視融合一體機，實時檢測彎道與直線段的交通流信息，并結合隧道道信號控制系統制定放行策略，合理放行匯入車輛，提高線路段的通行能力；同時，借助雷視融合一體機提供的超視距感知能力，每當有車輛匯入/匯出時，提供匯流預警信息，從而減少合流處事故發生，保障行駛車輛安全進出。

在隧道直線路段，全線部署雷視融合一體機，通過目標融合服務平臺多雷達融合拼接技術，實現對主線路段的全域監測，實現實時監測主線交通運行態勢、車輛行為軌跡、異常交通事件、異常交通流，為廣播系統、交通誘導系統、出行服務系統、事件預警系統提供道路交通狀態和事件數據，幫助管理者快速處理事件，提高主線道路的通暢率。

在隧道進出口節點，分別部署雷視融合一體機，分別檢測交通狀態，并將數據回傳至目標融合服務平臺，經道路誘導系統進一步分析判別，將道路誘導信息第一時間發布至可變情報板，實現快速路出口交通誘導服務，對下匝道車輛進行引流，緩解交通壓力。

從本次項目建設的實際應用來看，雷視融合一體機以及配套的前端態勢感知系統架構正逐步顯示出其優勢和重要性。基于雷視融合一體機感知底座的高精準、全天候、大區域主動感知系統，有效地提升了交管部門的管控能力和對交通安全事件的預見性。

（原文刊載于2023年第8期《中國交通信息化》）

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