公路運行精準感知及可視化管理關鍵技術

guoxiongxin 2022-05-24 發(fā)布于廣東

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近日，在《中國交通信息化》主辦的“智慧高速·關鍵技術”網(wǎng)絡直播課中，交通運輸部公路科學研究院北京交科公路勘察設計院副總經(jīng)理盛剛作題為《公路運行精準感知及可視化管理關鍵技術》的報告。以下為盛剛的主要報告內(nèi)容，《中國交通信息化》作了不改變原意的編輯及整理。

項目背景

交通運輸部高度重視公路運行監(jiān)測工作，2012 年 1 月發(fā)布了《公路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務暫行技術要求》、《高速公路監(jiān)控技術要求》和《高速公路通信技術要求》（簡稱三項“技術要求”），指導和規(guī)范了公路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務系統(tǒng)的建設、運行與管理，逐步形成了部省路網(wǎng)監(jiān) 測與管理體系，初步形成了部省聯(lián)動、區(qū)域互動的應急協(xié)調機制，有效推動了路網(wǎng)“可視、可測、可控”等工作的開展。

《公路運行精準感知及可視化管理關鍵技術》為2021 年度交通運輸重大科技創(chuàng)新成果庫入庫成果。研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

以全向毫米波雷達為基本感知數(shù)據(jù)源，以ETC門架系統(tǒng)數(shù)據(jù)為車輛信息識別校準依據(jù)；
研究車輛精準感知與軌跡監(jiān)測、車輛信息識別與融合、高可靠交通邊緣計算設備容錯、公路運行狀態(tài)精準感知與管理應用、高精度四維可視化地圖構建等關鍵技術；
構建數(shù)據(jù)處理、事件監(jiān)測、運行狀態(tài)展示為一體的可視化管理平臺；
為路網(wǎng)智慧管理和車路協(xié)同自動駕駛提供了全新的感知解決方案。

關鍵技術

車輛精準定位與軌跡監(jiān)測技術

車輛精準定位與軌跡監(jiān)測技術包括車輛精準定位技術、車輛遮擋軌跡補償技術、多目標數(shù)據(jù)傳遞技術及車輛軌跡監(jiān)測與還原技術。

車輛精準定位技術是基于毫米波雷達對變化物體的檢測方法，以解決現(xiàn)有技術中鑒于雜波圖檢測靜止物體和緩慢指定目標時誤檢或漏檢的問題。

車輛遮擋軌跡補償技術依據(jù)初始時刻車輛的位置、速度及姿態(tài)，計算出車輛坐標系相對于慣性系的姿態(tài)角、加速度，對加速度一次（二次）積分得到速度（位置）。

多目標數(shù)據(jù)傳遞技術利用雷達傳感器采集雷達檢測區(qū)域范圍內(nèi)所有靜止目標和運動目標的原始數(shù)據(jù)，送至數(shù)據(jù)采集處理器進行數(shù)據(jù)分析處理以獲得車輛動態(tài)數(shù)據(jù)，依照預先設定的規(guī)則對進入雷達檢測范圍的車輛進行跟蹤監(jiān)控，生成與車輛對應的唯一ID身份編號，可以實現(xiàn)多個目標在兩個和多個雷達之間的數(shù)據(jù)傳遞與數(shù)據(jù)融合。

車輛軌跡監(jiān)測與還原技術依據(jù)多幀信號的連續(xù)測量點跡，對目標進行軌跡監(jiān)測與還原，形成目標隨時間更新的軌跡信息。

車輛特征信息識別與融合技術

車輛特征信息識別與融合技術包括車輛特征信息識別方法、基于ETC門架系統(tǒng)的車輛特征信息識別技術、基于毫米波全向雷達和視頻融合的車型識別技術。

車輛特征信息識別方法是在車輛進入公路時與車輛在通過ETC門架系統(tǒng)時進行信息識別。

基于ETC門架系統(tǒng)的車輛特征信息識別技術，可實現(xiàn)ETC門架系統(tǒng)自動識別所有通行車輛（包括ETC車輛和MTC車輛）前后車牌顏色和車牌號碼，經(jīng)系統(tǒng)自動識別后，可由人工核對修正，將所有識別出的車牌顏色、車牌號碼和時間、門架信息及車輛圖像信息等形成圖像流水記錄。

基于毫米波全向雷達和視頻融合的車型識別技術通過全向毫米波雷達和視頻融合對每個目標物體的類型進行精準區(qū)分，目標類型主要包括：大型車輛、中型車輛、小型車輛、行人、動物、拋灑物體、障礙物等。

高可靠公路邊緣計算設備容錯技術

通過研究基于冗余的邊緣計算路側設施容錯技術,創(chuàng)新性開發(fā)了交互式復合運算處理結構，構建了路側設施邊緣計算單機串聯(lián)、并聯(lián)、冗余等多種模式的容錯機制，對路側通信感知系統(tǒng)部署方式進行了優(yōu)化設計。包括硬件容錯技術、軟件容錯技術、面向邊緣計算容錯的數(shù)據(jù)運算與控制技術。

公路運行狀態(tài)精準感知與管理應用

公路運行狀態(tài)精準感知與管理應用包括交通運行狀態(tài)精準監(jiān)測技術、公路雷-視融合跨監(jiān)控域聯(lián)合追蹤技術、異常事件實時監(jiān)測技術。

高精度四維可視化地圖構建技術

目前國內(nèi)外實景三維地圖系統(tǒng)已有應用，但高精度四維實景在公路應用較少。通過高精度四維實景地圖構建、預處理、動態(tài)建模等技術，實現(xiàn)基于高精度四維實景的車輛級智慧運行監(jiān)測平臺相關技術和相關的可視化應用。高精度四維可視化地圖構建技術主要包括高精度四維實景地圖構建技術、基于虛擬現(xiàn)實仿真的預處理技術、基于虛擬現(xiàn)實仿真的動態(tài)建模技術。

成果與創(chuàng)新

設備及平臺開發(fā)包括毫米波全向雷達傳感器研發(fā)、交互式邊緣計算服務器研發(fā)、高精度四維實景可視化管理平臺。關鍵技術創(chuàng)新包括以下幾個方面：

1、提出了基于全向毫米波雷達的車輛精準定位與軌跡監(jiān)測方法，研究了車輛精準定位、車輛遮擋軌跡補償、多目標數(shù)據(jù)傳遞等技術，研發(fā)了全向毫米波雷達檢測設備，有效解決了傳統(tǒng)技術在公路運行監(jiān)測中的精度、覆蓋度不足的問題，為行業(yè)提供了一種非衛(wèi)星且無需安裝車載設備的方式實現(xiàn)精準定位的解決方案和技術，推動行業(yè)基于車輛定位相關應用的科技發(fā)展。

2、研發(fā)了基于ETC門架系統(tǒng)的車輛特征信息識別技術，提出了車輛特征信息與車輛雷達監(jiān)測動態(tài)信息綁定方法，解決了車輛多元特征信息精準獲取、車輛特征信息與雷達探測車輛動態(tài)信息關聯(lián)融合問題，為公路車輛特征信息精準識別提供了一種新的技術手段和方法。

3、創(chuàng)新性地根據(jù)高速公路應用需求，提出了公路邊緣計算路側設備硬件和軟件容錯方法，攻克了基于交互式復合結構的硬件容錯技術、基于恢復塊和防衛(wèi)式程序設計的軟件容錯技術，開創(chuàng)性地研發(fā)了公路邊緣計算路側設備，設備穩(wěn)定性更高、計算速度更快、功能更豐富，極大提升了公路邊緣計算路側設備的適用性和可靠性。

4、研究了公路雷-視融合跨監(jiān)控域聯(lián)合追蹤技術，構建攝像機全方位控制、攝像機控制平衡補償和基于目標運動連續(xù)性原理的跨監(jiān)控域聯(lián)合追蹤等模型，通過雷達探測的車輛位置精準控制多臺監(jiān)控攝像機，解決了目標車輛連續(xù)跟蹤監(jiān)控問題，實現(xiàn)了雷達與視頻智能融合巡航和聯(lián)動，大幅提高了公路運行監(jiān)測和路網(wǎng)管理水平。

5、研究了高精度四維實景地圖構建、基于虛擬現(xiàn)實仿真的預處理和動態(tài)建模等技術，開發(fā)了四維實景可視化管理平臺，實現(xiàn)四維可視化應急指揮調度、車輛運行監(jiān)控、異常駕駛行為預警、異常交通事件預警、逃費稽查、車輛多元特征識別等應用。

工程應用

該項目在延崇智慧高速公路（河北段）進行了示范，此外關鍵技術也在廣東、山東等智慧高速項目進行了推廣應用。

延崇智慧高速公路（河北段）示范工程在道路沿線布設了 48 臺全向毫米波雷達傳感器、48 臺交互式邊緣計算服務器、48 臺跟蹤監(jiān)控攝像機、32 套車牌特征識別攝像機以及其他輔助設備。

系統(tǒng)整體工作界面