基于信息融合的公交主动安全预警系统设计与实现探究

上海市交通运输行业协会新能源和节能减排分会

（上海市普陀区曹杨路750号二楼，上海 200063）

营运安全和服务质量是公交企业日常运营过程中必须保证的。公交驾驶员由于疲劳驾驶、行车中打电话、超速行车等不良驾驶行为是导致行车安全事故的主因。而公交企业安全监管手段还比较薄弱，无法做到对不良驾驶行为及时有效预警。

随着视觉技术的快速发展，基于视觉识别的驾驶行为监测技术现已被广泛应用到道路运输营运车辆上，借助“互联网+”、视觉识别等技术，在智能公交现有信息化体系架构上，引入并应用主动安全预警系统，加强公交车辆在途安全运营管理，及时发觉驾驶员不良驾驶行为并主动预警，防止由于驾驶员不良驾驶行为而引发行车安全事故。

1 系统总体框架

公交主动安全预警系统是一款基于视频识别、规范驾驶操作、提供实时和汇总驾驶行为评价的综合性大数据分析应用系统。该系统通过实时采集公交车载终端信息，上传监控中心，并基于可视化技术进行展现、大数据分析等，为企业管理者提供考评性质的驾驶行为分析与评价，也可为驾驶员提供督导性质的实时评价和预警。

如图1所示，通过在现有智能公交车载终端一体机的基础上，扩展驾驶员状态监测（DSM）设备、车辆异常行驶（ADAS）设备，实时采集BD / GPS信号、车辆行驶状态、驾驶员驾驶状态等信息，并将车辆所在位置的经纬度、时间、车辆运行方向、速度、驾驶员状态异常报警、车辆异常行驶预警等信息通过4G无线通信网络周期性、不定时的推送到监控中心平台。对于监测到的异常报警，在向平台推送的同时，主动推送提醒给驾驶员或车辆管理人员，进行驾驶干预。

2 车载智能终端系统融合设计

车载智能终端作为公交信息化的核心设备，目前各地大部分公交都已经安装了车载视频一体化终端，因此，本项目主要通过对现有的车载视频一体化终端进行功能扩展，实现驾驶员状态监测及车辆异常行驶监测应用，实现主动安全预警设备与现有车载终端系统有效融合。

2.1 智能公交终端总体框架

车载智能终端作为智能公交信息化的核心设备，通过安装在公交车上的车载智能终端进行数据采集、处理，实现公交报站、定位监控、视频监控、图像识别、运营调度等功能，并通过4G全网通模块通信，实现与监控中心的信息互动。智能公交终端总体框架如图2所示。

2.2 驾驶员状态监测终端系统

在公交车上司机位置附近（挡风玻璃上）安装DSM识别传感器，实现对司机驾驶行为的识别，并通过RS232 / RS385 / 以太网口接入公交一体机车载智能终端，公交一体机车载智能终端收到识别信息后，将识别事件及事件发生前后的录像视频信息上传监控中心。

驾驶员状态监测设备主要通过摄像头采集的视频图像信息，通过光照归一化算法、大小归一化算法进行预处理后，建立训练、分析样本，通过多层神经网络深度学习视频分析技术，对脸部、身体各部位的视频特征进行分析，检测出司机打电话、司机抽烟、司机打哈欠、司机分神提醒、司机疲劳驾驶、司机左顾右盼、司机聊天、司机离岗、摄像头被遮等不良驾驶行为（图3）。

图1 系统总体框架

图2 智能公交终端总体框架

2.3 车辆异常行驶终端系统

在公交车的挡风玻璃前方，安装车辆异常行驶监控摄像头，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，让驾驶员在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和防范。

图3 不良驾驶行为检测

车辆异常行驶设备通过安装在车身前方的路况摄像头采集公交车的各种数据，实时分析车辆前方图像和障碍物信息，识别不同大小、不同颜色的车道线和前方红灯信号，进而判断车辆是否频繁变道，是否行驶在非机动车道，是否急加速、急减速、急转向，是否碰撞，是否偏离车道行驶，是否车距过近等，并进行安全预警提醒（图4）。

3 公交安全预警系统融合设计

公交安全预警系统主要基于“互联网+”、云平台、大数据分析等技术的应用，在现有智能公交监控系统的基础上，通过扩展主动安全预警应用，实现公交安全运营预警管理。

3.1 驾驶员人脸识别

公交DSM摄像机实时对驾驶员面部抓拍，车载终端通过获取驾驶员人脸照片并与事先设置好的设备端或企业平台的驾驶员人脸库信息进行比对，实现对驾驶员身份的识别确认（图5），并绑定驾驶员的身份信息，若比对为非法驾驶员，上传驾驶员准驾身份不符的报警信息到平台，同时保存报警点至少包含驾驶员区域的照片，防止发生黑司机、冒名顶替、非授权、超时驾驶车辆等危及乘客和社会交通安全的情况。

3.2 主动安全报警提醒

系统实时采集视觉识别的主动安全预警信息，包括：疲劳驾驶报警、分神驾驶报警、抽烟报警、接打电话报警、前向碰撞报警、车距过近报警、车道偏离报警提醒等，通过弹窗提醒监控人员注意，打开报警，可以查看该报警信息的详情以及报警时抓拍的图片信息和视频信息，用以核对驾驶异常报警（图6）。系统能够结合各车辆的报警情况，进行当日报警排名，生成当日报警车辆排序，方便掌握各车辆的运营违规情况。

3.3 主动安全报警定级

基于视觉识别的主动安全预警，每个车报警/预警量达到几十上百条，监控中心无法不分主次兼顾处置大量的报警，因此需要对安全报警进行定级处置。当公交主动报警/预警上报后，系统根据报警类型、速度、报警频次、天气等多因子风险识别，并计算出风险等级，将一些严重的、紧急的报警提交监控中心及时处置，确保有限的资源能够优先、有重点的处理高等级安全报警，及时进行监控和干预，降低车辆安全运营风险，提升人工处置水平。

3.4 主动安全报警处置

在传统企业运营监控的基础上，引入专业化报警处置中心，提供更专业、工具更全面、7×24小时不间断报警处置服务。借助信息化手段，提供对车辆运营安全多维度（TTS语音提醒、自动电话提醒、短信提醒、手动电话提醒、微信公众号推送等）安全事件处置（图7），及时干预或预防事故发生。

图4 车辆异常行驶检测

图5 驾驶员身份识别

图6 主动安全预警信息详情

3.5 主动安全报警统计

基于公交运营的安全数据，对公交安全驾驶进行量化考核，采用图表等方式，按照报警类型对当日报警情况进行统计分析，为公交企业的安全绩效考评、安全奖励提供支持（图8）。

4 安全信息提醒系统设计

图7 主动安全报警处置

图8 主动安全报警统计

安全信息提醒系统主要是结合当前移动互联网技术以及驾驶员自我管理需要而设计，旨在通过信息推送，及时提醒驾驶员注意安全驾驶，制止不良驾驶行为，防止事故的发生。根据驾驶员的实际情况，可以提供多种途径的安全信息服务，包括但不限于：TTS语音、短信、微信公众号等，并可以根据安全预警等级，提供电话提醒服务支持。

4.1 TTS语音提醒

TTS语音安全提醒借助于智能公交车载终端现有的TTS语音播报功能，当平台接收到安全预警之后，自动生成TTS语音提醒消息，下发给智能车载终端，由智能车载终端进行TTS语音播报（图9），实现对驾驶员直接及时的驾驶安全风险管理和提醒。

图9 TTS语音推送

图10 短信提醒

图11 微信推送

4.2 短信提醒

短息提醒主要借助于手机短信的通用型而设计的，可以确保所有驾驶员的提醒可达性。当平台接收到安全预警之后，自动生成短信消息，发送给驾驶员或者车辆所有者，及时进行干预（图10）。

4.3 微信提醒

借助于微信的广泛使用，可以通过微信公众号及时将违规信息推送给驾驶员或者车辆管理人员，及时干预不安全驾驶行为（图11）。

4.4 电话外呼提醒

当驾驶员发生严重违规行为且不及时改正时，直接启动人工干预，进行电话外呼，包括对安全负责人电话提醒、对驾驶员电话提醒、对车辆主管部门电话提醒等，多种渠道触及驾驶员，对车辆违规行为进行强有力的提醒管控。

5 结语

随着“互联网+”及视觉技术的快速发展，加强主动式安全监管及安全驾驶辅助预警已成为目前公交运营生产安全的管理趋势，因此，加快主动安全技术应用与现有智能公交信息化体系的无缝融合成为必然，不仅能保证现有公交信息化投资，节省经济投入，更重要的是能为现有的公交安全监管体系带来质的突破。本文从智能公交车载终端系统、安全预警系统等方面进行了融合设计，为主动安全技术在公交企业的应用推广提供了有效的技术指导，同时基于“互联网+”技术应用的推进，利用信息推送技术，完善了对驾驶员安全运营的信息提醒及处置手段，促进了驾驶员进行自我安全驾驶管理，从而形成更为完善的政府、行业、运输企业、驾驶员共同参与的公交安全体系，对提升公交运营安全有着积极的作用。