成都繞城高速視頻智能分析平臺的建設(shè)與應(yīng)用

李 凱

（四川智慧高速科技有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著路網(wǎng)復(fù)雜程度的增加，通行壓力與安全問題也日趨嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在資源利用率低、人工輪播查看監(jiān)控效率低、無法及時發(fā)現(xiàn)阻塞路段、發(fā)生交通事件時無法給予引導(dǎo)與協(xié)同處置，對解決通行效率低下、交通事故頻發(fā)等問題造成了不小阻礙。

近年來，隨著深度學(xué)習(xí)算法的逐步演進(jìn)，人工智能中的關(guān)鍵技術(shù)也得到了長足發(fā)展，計算機視覺及視頻分析等技術(shù)的發(fā)展最為迅猛，而建立成都繞城高速公路視頻智能分析系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急［1］。本研究以人工智能技術(shù)來解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的困境，實現(xiàn)智能化監(jiān)測交通異常事件、合理預(yù)測車流量高峰、規(guī)劃誘導(dǎo)車流，從而保證成都繞城高速公路通行順暢、出行安全的新常態(tài)。

1 成都繞城高速現(xiàn)狀問題分析

目前，成都繞城高速的交通擁堵成為常態(tài)，有以下3方面原因。①成都繞城高速的車流量大，日均道口車流量在79萬以上，超設(shè)計的2.5倍；②出行人員駕駛不規(guī)范。由于出行人員的不文明駕駛造成交通事故。另外，惡劣天氣也會造成交通堵塞；③運營管理難度大，一是人工查看監(jiān)控的方式存在局限性，很難及時發(fā)現(xiàn)并定位將要擁堵的路段。二是成都繞城高速公路擁有多個出入口，極易發(fā)生交通事故。

可采用智能化處理手段來解決上述問題。在事前，通過互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航軟件等發(fā)布交通信息，規(guī)范駕駛行為，降低交通事故的發(fā)生頻率，并引導(dǎo)出行人員提前進(jìn)行路徑規(guī)劃；在事中，通過智能視頻識別算法來快速定位交通事故，通過互聯(lián)網(wǎng)等發(fā)布事故信息；在事后，通過跨部門線上協(xié)作，高效處置事故。在減少事故發(fā)生的同時，也能保障駕駛安全和道路暢通。

本研究通過搭建和應(yīng)用成都繞城高速視頻智能分析平臺，從而及時發(fā)現(xiàn)道路上發(fā)生的各類事件，向車主及時發(fā)送預(yù)警，并高效處理各類事件，從而提高通行效率。

1 成都繞城高速視頻智能分析平臺搭建

1.1 外場感知體系建設(shè)

目前，成都繞城高速視頻智能分析平臺在應(yīng)用中有3個問題需要優(yōu)化。①視頻點位覆蓋不足。在85 km長的主干道上，并沒有達(dá)到1 km一桿的要求，需要補充視頻點；②現(xiàn)有視頻點位分布不合理。重點危險路段的攝像機明顯缺失，需要補充；③現(xiàn)有攝像機配置和安裝方法存在問題，其空間覆蓋能力嚴(yán)重不足。單攝像機可識別范圍僅有150 m，要進(jìn)一步提升攝像機的性能。

通過視頻分析技術(shù)來感知路域交通事件時，要保障道路的視頻監(jiān)控覆蓋范圍，這對道路監(jiān)控有著非常高要求，采用兩槍一球一魚眼的攝像機布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，架設(shè)的1 200萬像素槍機可覆蓋雙向8車道直線距離450 m的范圍，魚眼可對立桿正下方區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，球機可靈活監(jiān)控，在主線中央隔離帶設(shè)置900 m一立桿，可補全現(xiàn)有監(jiān)控的缺失點位。

1.2 成都繞城高速公路綜合管控平臺建設(shè)

該平臺通過人工智能視頻分析算法，將布設(shè)在高速公路上的傳統(tǒng)攝像頭轉(zhuǎn)換為能夠?qū)κ录M(jìn)行快速感知的智慧攝像頭，實現(xiàn)對異常事件的實時監(jiān)控與自動報警。通過線上業(yè)務(wù)處置與報表統(tǒng)計，可實現(xiàn)多部門快速聯(lián)動與路況信息的實時發(fā)布。同時，該平臺通過與川高大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)對高速公路的綜合管控。

1.2.1 系統(tǒng)部署方案。成都繞城高速公路綜合管控平臺采用“云—邊—端”的架構(gòu)，如圖1所示。將路端視頻上傳到邊端進(jìn)行分析處理，并在云端進(jìn)行應(yīng)用部署和數(shù)據(jù)融合處理。平臺前端采用B∕S架構(gòu)，將實現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心部分集中到服務(wù)器上，簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用［2-3］。

圖1 “智慧眼”成都繞城高速公路綜合管控平臺部署方案

1.2.2 平臺功能結(jié)構(gòu)。該平臺以數(shù)字化、信息化手段來提升道路的通行效率，以保障通行安全為中心，從交通事故出發(fā)，經(jīng)自動分析、發(fā)現(xiàn)到快速聯(lián)動處置、信息及時發(fā)布，并配套高速公路業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，同時提供用戶交互接口，將各項功能進(jìn)行集成展現(xiàn)，實現(xiàn)對高速公路綜合管控［4-7］。

2 成都繞城高速視頻智能分析平臺應(yīng)用

2.1 交通路況態(tài)勢感知

基于各類視頻分析算法，對監(jiān)控視頻內(nèi)檢測到的各類交通事件（見表1）和參數(shù)進(jìn)行采集，并與互聯(lián)網(wǎng)中的路況數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，將互聯(lián)網(wǎng)和非互聯(lián)網(wǎng)交通參數(shù)進(jìn)行有機結(jié)合。利用現(xiàn)有的監(jiān)控視頻來對各類交通事件進(jìn)行自動檢測［8］。交通路況會實時融合、實時刷新，視頻監(jiān)測事件會實時監(jiān)測、實時上報，互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航機構(gòu)或用戶上報的事件也會實時上報。

表1 事件類型

2.2 事件處置信息共享

將視頻檢測到的各類事件具體情況提供給監(jiān)控人員，對事件及時進(jìn)行線上處置、處置跟蹤、事件上報等，實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)處置流程的線上流轉(zhuǎn)。其中，業(yè)務(wù)處置流程包含事件流程處置信息、事件信息上報、交接班信息和情報板信息等，可實現(xiàn)對事件的及時發(fā)現(xiàn)，提高事件處置效率。

2.3 視頻巡查

通過視頻層級樹來展示視頻列表。監(jiān)控人員可根據(jù)需求自行點擊，來選擇播放的視頻內(nèi)容，實現(xiàn)對6路和9路的展示切換，可自定義保存常用視頻列表，方便快速查看重點關(guān)注的攝像機內(nèi)容。對已檢測到的事件信息，可與視頻列表進(jìn)行對應(yīng)，通過查看附近攝像機錄下的視頻，方便用戶實時了解事件的現(xiàn)場情況，實現(xiàn)對高速道路的重點監(jiān)控，從而實現(xiàn)快速處置。

2.4 研判預(yù)測

交通態(tài)勢感知系統(tǒng)實現(xiàn)了對區(qū)域和整條道路運行狀態(tài)的監(jiān)控和異常判定，但還要實時洞悉監(jiān)測點位的通行效率，挖掘通行效率低下的原因，并給出優(yōu)化建議。本研究的態(tài)勢預(yù)測如下：①接入互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航30 min預(yù)測服務(wù)?；诟榆嚨膶?dǎo)航OD數(shù)據(jù)，預(yù)估30 min內(nèi)車流量情況，實現(xiàn)對浮動車流量的點位數(shù)據(jù)預(yù)測；②根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航提供的路況預(yù)測數(shù)據(jù)，來展示30 min內(nèi)的路況預(yù)測；③根據(jù)重點路段監(jiān)控，對重點路段進(jìn)行研判，通過對重點路段路況數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析重點路段的道路擁堵情況；④三急一速研判。通過互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航提供的分日三急一速的數(shù)據(jù)來展示分日∕分月數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及熱力圖；⑤節(jié)假日研判。對節(jié)假日路況數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，分析節(jié)假日的道路擁堵情況。

2.4.1 重點路段研判。在了解全局后，對重點路段進(jìn)行實時路況和異常事件的關(guān)注，并在高精度地圖中分路段進(jìn)行展示。根據(jù)歷史擁堵指數(shù)和事件數(shù)據(jù)分析，識別事故多發(fā)和易堵路段，選取內(nèi)外環(huán)各6個重點路段，對重點路段的實時擁堵指數(shù)和速度進(jìn)行監(jiān)控。

2.4.2 節(jié)假日研判。對春節(jié)、五一、十一等重要節(jié)假日的路段擁堵和事件數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并形成統(tǒng)計報告，用來監(jiān)測管控效果。通過道路通行的自由流速度、速度、擁堵指數(shù)等數(shù)據(jù)，對節(jié)假日高峰時段和重點路段的速度、擁堵指數(shù)、自由流速度等進(jìn)行對比。

2.4.3 三急一速研判。通過互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航對用戶的駕駛行為分析，對用戶危險駕駛行為要結(jié)合時間、空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取全路段和重點路段的發(fā)送數(shù)量，結(jié)合實際事故或事件進(jìn)行研判分析，并提出一些有針對性的預(yù)防措施。在地圖中展示三急一速分布熱力圖，可以清晰地找到要重點關(guān)注的路段，除此之外，還有百公里和百車的指數(shù)統(tǒng)計，以及按照日或月查詢的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2.5 誘導(dǎo)情報板

在高精地圖中可查看情報板實時播報的信息，結(jié)合情報板并聯(lián)動前方道路攝像頭，對交通運行狀況進(jìn)行對比監(jiān)測，實時調(diào)整情報板內(nèi)容，并按照內(nèi)外環(huán)、龍門架和F板來區(qū)分圖標(biāo)和顏色。在高精度地圖中，點擊某情報板即可實時播報，并根據(jù)情報板位置，自動關(guān)聯(lián)前方攝像頭，調(diào)取實時監(jiān)控視頻，對監(jiān)測進(jìn)行對比。

2.6 線路調(diào)度

互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航的強制誘導(dǎo)發(fā)布功能可定制擁堵誘導(dǎo)，調(diào)度車主躲避擁堵，可有效緩解繞城高速的擁堵情況。誘導(dǎo)數(shù)據(jù)可在互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航地圖上實時透出，對車主出行路線的規(guī)劃進(jìn)行干預(yù)，誘導(dǎo)車主行駛推薦路段，緩解交通堵塞。針對問題路段，制定誘導(dǎo)路線，設(shè)定替代路段方案，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航審核后，通過替代路段方案來影響用戶的路徑規(guī)劃，避開問題路段。

2.7 管控誘導(dǎo)

基于互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航的管控路線誘導(dǎo)的數(shù)據(jù)透出能力，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航的路線調(diào)度功能。

2.8 信息發(fā)布

將視頻智能分析技術(shù)與人工上報信息渠道進(jìn)行融合，使監(jiān)控人員通過自定義視頻、視頻巡查、事件輪詢、攝像頭設(shè)置等完成對路況信息的實時監(jiān)控，并將實時路況進(jìn)行信息透出，實現(xiàn)對高速道路的重點監(jiān)控。

2.9 稽查布控

結(jié)合視頻分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和收費數(shù)據(jù)，運用大數(shù)據(jù)存儲和分析技術(shù)，從海量的歷史數(shù)據(jù)中提取證據(jù)信息，形成完整的逃費證據(jù)鏈信息，定位嫌疑車輛，輔助稽查。同時，提供結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的軌跡還原搜索功能，對嫌疑車輛的路徑提供還原功能（僅換卡場景）；對流水異常進(jìn)行分析，并提供報警功能；提供結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的軌跡還原搜索功能。

2.10 勤務(wù)管理

該功能要結(jié)合監(jiān)控中心工作人員的業(yè)務(wù)習(xí)慣，通過對表單進(jìn)行優(yōu)化，取消部分重復(fù)冗余的表單資料，增加線上考勤排班功能，可根據(jù)實際情況，由管理層級進(jìn)行動態(tài)設(shè)置排班、線上考勤，減少管理人員負(fù)擔(dān)的同時，也解決了紙張浪費和不易保存查看的問題，使監(jiān)控中心的工作人員實現(xiàn)線上辦公。其中，主要包括人員管理、考勤排班、工作日志、交接班管理、信息互通等線上辦公功能等。

2.11 大數(shù)據(jù)服務(wù)

該功能通過開發(fā)數(shù)據(jù)接口，支持與川高大數(shù)據(jù)平臺在數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、服務(wù)層進(jìn)行融合互通，實現(xiàn)對機電運維、收費管理、道路巡查、養(yǎng)護施工、服務(wù)區(qū)等多模塊數(shù)據(jù)的融合展示，并實現(xiàn)資源共享與多業(yè)務(wù)、多平臺的協(xié)同。

2.12 微信公眾號服務(wù)

該功能在視頻分析技術(shù)與人工確認(rèn)融合的基礎(chǔ)上，每隔30 min通過微信公眾號將各路段擁堵狀況及服務(wù)區(qū)運行情況等信息推送給管理人員、相關(guān)部門及社會公眾，實現(xiàn)內(nèi)外部門工作的快速協(xié)同處置、社會公眾及時獲取交通情況。

2.13 業(yè)務(wù)監(jiān)控大屏

該功能對監(jiān)控中心各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與路況運行情況進(jìn)行匯總，其中還包括路段機電運維、收費管理、道路巡查、養(yǎng)護施工、服務(wù)區(qū)管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，方便監(jiān)控中心管理人員掌握路段當(dāng)前運行情況與事件處置進(jìn)度。

3 結(jié)論

該平臺已在成都繞城高速上投入使用，目前繞城高速的擁堵平均下降17%、公眾出行感知提升26%、事件自動處置率提升17%、交通事故傷亡下降11%、運營管理效率提升7%。初步展示了“智慧高速”對緩堵保暢、安全管控、運行效率提升及公眾服務(wù)方面的“智慧”成效?！爸腔垩邸备咚偃斯ぶ悄芫C合管控平臺采用AI算法，通過接入互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)，提供視頻智能應(yīng)用與大數(shù)據(jù)可視化指揮服務(wù)，采用全自動事件驅(qū)動的路況監(jiān)控方式，最終實現(xiàn)全面提升通行效率、道路安全、管控水平、協(xié)同效率、稽查能力、公眾感知等業(yè)務(wù)目標(biāo)，實現(xiàn)“一個分析平臺、系統(tǒng)聯(lián)動共享、數(shù)據(jù)融合創(chuàng)新、路網(wǎng)智能誘導(dǎo)”。通過移動協(xié)同平臺提升事件處置執(zhí)行效率，為全路網(wǎng)視頻融合分析與大數(shù)據(jù)機器學(xué)習(xí)創(chuàng)新打下基礎(chǔ)，是高速公路公司通過數(shù)據(jù)智能科技手段提升道路通行效率、保障交通安全、打擊偷逃費的有力武器，也是實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+交通”變革的關(guān)鍵一步，更是探索智慧高速體系建設(shè)的一次重要嘗試。