监测、预警、管控系统在高速公路的应用

覃东明 李祯 霍抗 徐凌宇

摘要 随着我国高速公路蓬勃发展，路网拓宽，高速公路视频监控朝智能化和信息化方向发展，并受到越来越多人的关注和重视。文章介绍了目前高速交通状况及智能交通预警系统的必要性，分析了高速公路视频监控系统建设现状及实施效果，并分析高速公路智能视频监控平台的具体应用，以期充分发挥监测、预警和管控系统的应用价值，提升高速公路管理效率。

关键词 高速公路；智能监控预警；AI识别；自动管控

中图分类号 U495文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0017-03

0 引言

随着城市化进程的加快，虽然我国公路建设发展迅猛，但公路建设的速度仍赶不上汽车保有量的增长速度，导致道路交通拥堵、事故频发、交通管理水平低等问题。高速公路交通管理信息日益庞大，使得监控人员通过人工进行道路事件监测的效率普遍较低。

该项目研究基于AI事件识别的“雷达+视频”事件检测系统，通过毫米波雷达与视觉传感器（光感摄像机）前端数据融合，边缘计算服务器分析处理和判断事件信息，实现全天候高精度事件检测。系统向管理人员提供预警信息，极大地提高交通管理日常工作效率，并使各职能部门的工作更加科学化和规范化。

通过雷视融合系统实现基于计算机信息处理技术、毫米波雷达技术、AI智能分析、计算机视觉与深度学习技术，配合第三方信息资源打造的高度智能化信息平台，展示交通态势感知数据，实现全天候高精度事件检测，提供预警信息，联动路侧情报板和广播系统等设备为后方来车提供预警，有效预防二次事故[1]。

1 监测预警管控对高速管理者的必要性

在可视性有限的环境下，如雨雪雾高发区域、管控高峰拥堵等路面紧急状况下，目前传统采用的视频事件监控技术远远达不到对高速路段实时监控的要求，更无法获取充足的信息为事故发生前进行预判分析。管理者需要采用不受环境因素干扰的多元化前端感知检测手段，建立高速公路交通监测、预警和管控体系，实现交通状态全面监测和动态管理，做到对事故高发路段的监测分析预判，提前拟定管控方案，降低交通事故率，做到安全保畅通行。

另外，在交通监控预警系统的众多监控项目中，监控由各种情况造成交通事故的预警检测系统在高速公路中的更新、创新以及智能化速度是关键。高速交通预警管控系统隶属于高速公路配套机电工程系统，其信息感知功能在检测雾区、雨雪天及其他事故高发区域，为实时监测高速路段全程情况提供全面的数据信息，能够有效地帮助高速公路监控室及交警部门精准检测高速情况，增加监测的确定性，降低区域的检测难度，并在引发交通事故后，处理人员可以在第一时间获知事故信息和预警后方来车，及时采取管控措施，以便预防重大事故与次生事故，同时实施良好高效的服务处置手段[2]。

2 智能监测预警管控系统的组成及功能特点

2.1 系统组成

高速公路事故高发路段交通事故监测预警监测系统是一套全数字化监测预警管控系统，主要由前端感知机加边缘计算（摄像与雷达的前端一体化融合技术：光线暗和雨雾天感知充足、全天候、快捷精准，检测精度高于95%）、路侧警示灯、定向喇叭、LED屏、信号灯（前端自动预警）和中心管控平台组成，如图1所示。

2.1.1 前端感知设备

前端感知设备需要准确、快速、联控，雷摄一体感知机的技術特点正好满足雾区检测的需求。雷摄一体机发挥其在雾区高速中的全天候、车道级、低时延、95%高精度的交通事件的检测技术，其精准、快速是系统的重要部分，也是系统后面的预警与管控依据。雷摄一体的安装方式：间距200 m，高度7～8 m，连续安装雷摄一体感知机，实现全路段的连续握手追踪检测，做到交通事件无盲区检测。

2.1.2 自动预警设备：路侧警示灯、定向喇叭、LED屏幕、信号灯

通过边缘计算服务器，直接联动路侧设备和LED显示屏显示前方事件信息，红蓝声光警示灯交替闪烁预警，定向喇叭语音播报提醒后方司乘人员注意交通路况，避免交通事故发生，特别是在晚上事故高发时段对车辆的提前警示，极大地保障了司乘人员的出行安全。

系统通过深入的自学习，还可以根据以往的数据分析预判可能发生的事件，警示司乘人员降速行驶，提前变道，做到与事件路段车道级的速度和谐，从而降低车道拥堵，减少车辆事故发生[3]。该系统简单、高效地运用精准前端感知信息为交通事故发生后高效应急处置提供了实时的数据支撑，做到秒级实时管控预警，多维度保障出行安全，实现了历史信息可回溯、实时事件可管控、未来状态可预判的高效自动信息化管理。

2.1.3 中心管控平台

应急管控策略：事故信息秒级上传中心监控平台，事故视频弹框报警或中心语音提示，第一时间联动监控平台和交警事故平台的应急管控预案，进行应急断流、分流等事故现场管理（事故后第一时间告知监控中心，从而快捷、高效地处置，安全保畅运营）。

目前的很多交通事故发生后还是以监控人员手工录入和人工管控为主，速度慢、不安全、费用高。

2.2 系统对交通管理的实施流程

该系统是毫米波雷达与事件光感传感器前端同频融合技术，检测是采集雷达波与超可视光感变化值融合生成底层点云数据来判断事件。

2.2.1 前端感知机

监测到交通事件时，边缘计算机立即联动警灯闪烁预警，高音喇叭自动播报“前方拥堵，减速慢行”；路面有抛洒物时，警灯自动闪烁，后方门架车道级提醒，对行人进行检测预警“高速危险，行人进入、交通事故”，同时路侧自动预警，门架车道级提醒“前方事故，注意避让”——上报中心平台，事故视频弹框进行快速联动处置；如遇交通堵塞，系统自启动限速提示、匝道、收费站限流等管控措施。

2.2.2 路侧自动预警

前端检测到交通事故后，边缘计算30 s内自动联控路侧预警设备：高音定向喇叭播报语音提醒、警示信号灯闪烁、门架式信息屏车道级提示、路侧情报版文字提醒、智能探测灯开启等，警示后方1～3 km内的来车，使车辆提前减速，避免追尾，起到有效预防交通事故的作用。

2.2.3 上传管控中心

交通事故发生后，可以按事故严重等级，中心自动联动管控预案，比如将事故车辆（含车牌）信息上报交警中心，事故路段通过门架信息屏开启车道级限速，进行动态车道分配、互通匝道管控限流、货车限制驶入的动态管理、收费站关闭等，通过对交通事故采取相应管理措施，避免重大事故的发生，提升高速公路的效率，为司乘人员提供安全保障等[4]。

2.3 系统主要功能特点

2.3.1 前端感知设备—雷摄一体感知机性能特点

雷摄一体机真正解决了视频在高速事故高发路段檢测不到的问题。主要功能：

（1）真正全天候：完全不受雾、霾、雨、雪天气及晚上无照明的影响；大范围：250 m检测区间范围内无明显精度损失。

（2）事件检测率高：雨雾天气对交通事故、停车等事件发现率高于95%。

（3）安装调试方便：可在门架或侧立柱一体化安装，后期也无需人工标定。

（4）定位精准：所有数据事件信息都是车道级，每辆车的信息可以含车道、桩号、速度等。

（5）多雷达握手追踪：多个雷摄感知机之间自动实现握手，追踪车辆精度高于95%。识别蛇形变道、急刹急停、超速低速等危险驾驶。

2.3.2 检测精准度高、主动管控

该系统使用的雷摄一体化感知机，是毫米波雷达与事件光感摄像机前端点云数据同频融合的一款高精准检测设备，其全天候车道级事件检测的各项精度可达98%以上，对影响交通的行人和抛洒物的检测也高于95%，检测完全不受可视光环境影响（视频检测是采集像素点的变化值，受可见光的影响）。

2.3.3 前端各传感器的一体化区域检测

一体化设备中的毫米波雷达与光感传感器都能检测300 m区域距离（视频检测无法单台实现300 m区间的无衰检测）。

2.3.4 边缘计算及AI自学习功能：智能化

系统通过边缘计算自学习自动划分车道号，无需人工标定。随着检测的时间推进，系统高频海量交通数据可为将来交通事故预判分析建模，为拥堵溯源等交通流难题提供可靠的前端数据工具。

2.3.5 50 ms低时延数据联控

系统50 ms的低时延边缘结构化数据、可以即时联动联控路侧设备发布预警，快速、高效地预防次生重大事故。3 s内事件精准发现，10 s边缘自动预警，20 s内上报中心处置，运用快速发现、快速预警和快速处置，有效避免二次事故发生，实现了对事故高发路段的重点突破，对减少重大事故成效显著。

3 高速交通事故检测预警系统的实施效果

案例应用过程：固定ID号，实时车道、距离、速度、运行轨迹等海量数据运算，稳定输出，对多目标3D持续建模，可为多雷达间握手追踪、交通仿真提供数据支撑，精准感知、识别建模和视频画面安全同步，打破了传统视频的高延时与毫米波数据无法同频对技术壁垒。每组镭射区的检测区域为250 m，可持续追踪到283 m，甚至达到300 m，在看不清的雾霾、团雾、浓雾等天气下仍能保持高精准感知，实现车辆的ID号、车道号、位置与速度等稳定输出[5]。AI检测、三维建模、实时画面等不受光照影响，与白天清晰度一致。

在夜间进行无衰减的检测技术，突破了传统雷视产品在夜间检测弱视的瓶颈，实现全天候高精准感知。系统在恶劣天气下不受雨雾雪天气的干扰影响系统检测能力，AI检测、3D建模、实时画面能保持正常输出。系统通过AI自学习功能自适应车道上各类场景及交通状态，无需人工标定。而且随着自学习的深入，各类交通事件检测精度还在提升，异常事件也在更新录入。

该系统使用的是雷摄一体化感知机。这是一款毫米波雷达与事件光感摄像机前端点云数据融合的高精准检测设备，其全天候车道级事件检测的各项精度可达98%以上，对影响交通的行人、抛洒物的检测也高于95%，用于高速互通枢纽、上下陡坡、山区急弯、高速服务区出入口等大流量事故高发路段，进行自主发现，及时采取管控、联动预警等高效的应急处置措施，已经实现了在高速公路上检测到有停车、行人、缓行、堵车、抛洒物、事故、施工等事件时，能快速监测并发出预警，即时上报中心平台或交警平台，真正做到全时段、全天候、高精度、路侧感知低延时，多目标、多车道同时追踪检测。

4 结语

综上所述，智能监控管控系统基于精准前端感知的特点，可为将来高速公路建模分析提供多维度交通数据，实现交通数据挖掘，并可预测和预判可能发生的事件和事故，为主线车辆安全驾驶提供保障。该系统还支持交通仿真决策算法研发，为拥堵溯源等交通流难题提供可靠的前端数据工具，包括数据融合对接、基础设施云平台对接、大数据中心对接、车路协同数据扩展等功能。

在高速公路中推广应用监测、预警、管控智能平台，可以实现数据和管理的统一，能够为高速公路运营管理提供多样化的智能应用服务，有利于整体提升高速公路运营管理水平，对高速公路事业的进一步发展大有裨益。

参考文献

[1]王新. 高速公路智能管控与服务平台系统研究[J]. 交通世界， 2017（6）： 164-165.

[2]王京新， 陈玲珑， 程涛. 智能视频监控平台在高速公路上的应用[J]. 科学与信息化， 2023（1）： 169-171.

[3]姜良维， 蔡晨， 郑煜， 等. 基于人工智能视觉的高速公路交通事故预警预测关键技术研究及示范[J]. 中国科技果， 2020（20）： 38-42.

[4]吕正荣. 智能交通系统中视频处理关键技术研究[D]. 南京：东南大学， 2016.

[5]尹宏鹏， 李艳霞， 周佳怡， 等. 智能视频分析的车辆异常行为检测方法[J]. 重庆大学学报， 2016（3）： 75-83.