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l 基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化背景
隨著國家十四五規(guī)劃與新基建的大幕拉開，高速公路信息化、智能化建設(shè)得到了前所未有的關(guān)注。2019年底省界收費站全部取消，全國高速實施“一張網(wǎng)”運營；同年9月，國務(wù)院印發(fā)了《交通強國建設(shè)綱要》，明確了“加強基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測”這一目標(biāo)；20年04月，國家官宣“新基建”3大方面、7大領(lǐng)域中明確包含“信息基礎(chǔ)設(shè)施”“融合基礎(chǔ)設(shè)施”“ 創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施”這三類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。21年10月，交通部印發(fā)《數(shù)字交通十四五規(guī)劃》中再次明確提出“提升交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字感知。國家綜合立體交通網(wǎng)主骨架的基礎(chǔ)設(shè)施全要素、全周期數(shù)字化全面推進?！?/span>
l 實施隧道數(shù)字感知通行管理的必要性
高速公路是道路運輸?shù)闹鲃用}，具有行車速度快、通行能力大、交通構(gòu)成相對單一、行車安全、運輸成本費用低等特點。隧道作為高速公路的重要組成部分，21世紀(jì)以來，公路隧道數(shù)量年增長率高達(dá)20%。截至20年末，我國已運營的公路隧道達(dá)到2萬余條，全長約兩萬公里，其中特長、長隧道約6千余條，總長約1萬3千公里。我國已成為世界范圍內(nèi)隧道建設(shè)數(shù)量和里程最多的國家之一。
然而隨著隧道數(shù)量的增加，尤其是長隧道比例增大，隧道車輛通行給隧道安全運營帶來了前所未有的壓力。高速公路隧道由于自身所具有的封閉、狹窄等特性，一旦發(fā)生事故，造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失會非常嚴(yán)重，且隧道內(nèi)救援難度大。因此，如何打造一個安全的隧道行車環(huán)境，提升隧道運營安全管理已成為行業(yè)關(guān)注的焦點問題。
l 感知技術(shù)的發(fā)展與毫米波雷達(dá)優(yōu)勢
我國從上世紀(jì)90年代初開始逐步引入以線圈檢測技術(shù)為代表的車輛檢測器，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，形成以地感線圈、地磁、斷面微波、視頻方式為主的交通信息采集傳感器。以上四種傳感器大量應(yīng)用在城市道路信號控制、交通流量檢測、視頻監(jiān)控、交通事件檢測、車輛通行控制等場景。但這四種檢測方式都或多或少的在穩(wěn)定性、抗干擾、檢測精度、覆蓋面等方面還有所欠缺。詳見下表。
通過上表比較可以發(fā)現(xiàn)，無論是線圈、地磁檢測器，還是微波檢測器，檢測效果都是斷面檢測。視頻檢測雖然是面檢測,但是有效的檢測距離僅為50~100米，無法滿足全路段實施檢測的功能。而且視頻容易受到降雨、大霧、沙塵等惡劣天氣的千擾，無法實現(xiàn)全天候的檢測。
毫米波雷達(dá)（FMCW調(diào)頻連續(xù)波）檢測器是從軍用雷達(dá)發(fā)展而來的新一代傳感器。與傳統(tǒng)斷面微波車檢器不同，新型的毫米波雷達(dá)檢測器采用多個發(fā)射天線和多個接收天線，通過多個天線發(fā)射快速電掃描信號,將雷達(dá)波以極快的周期投射在路面上,從而覆蓋較大檢測范圍，可以實現(xiàn)最遠(yuǎn)300米,雙向8車道的檢測區(qū)域。多個接收天線接收遇到物體反射回來的連續(xù)回波信號綜合分析，得到監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境及目標(biāo)實時數(shù)據(jù)。通過背景學(xué)習(xí)和交通目標(biāo)軌跡識別，區(qū)分出有效的交通目標(biāo)，并實時跟蹤處理?？梢匀旌颉⑷轿坏木_檢測實時車輛及目標(biāo)位置、車輛行駛軌跡、交通流量、速度、占有率、排隊長度、等各種數(shù)據(jù)。
毫米波雷達(dá)有不受天氣和光線影響、探測距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢。選用毫米波雷達(dá)能夠彌補傳統(tǒng)交通信息采集系統(tǒng)存在的欠缺。
l 毫米波雷達(dá)組網(wǎng)方案解決隧道數(shù)字化通行感知
隧道實時交通狀況的感知與監(jiān)控是隧道安全運營管理的重點，目前普遍應(yīng)用的視頻事件檢測方式僅能對隧道事件進行檢測，且其易受環(huán)境與圖像質(zhì)量影響，有效監(jiān)測距離短，誤警率較高。
毫米波雷達(dá)可感知車輛實時位置與速度信息，采用多雷達(dá)組網(wǎng)接力組網(wǎng)方式覆蓋整個隧道，即可掌控隧道全域車輛通行狀況。
隧道全域感知可對隧道內(nèi)所有車輛通行情況進行數(shù)字化采集與記錄，系統(tǒng)通過全域一張圖虛擬顯示直觀呈現(xiàn)車輛通行情況，除提升事件檢測準(zhǔn)確率外還可對可能發(fā)生的事件進行預(yù)警，并回溯事件找到影響因素。
l 隧道數(shù)字化通行監(jiān)測項目介紹
微度科技自20年起至今先后在山西、北京、福建、重慶等地安裝了多套毫米波雷達(dá)與雷視一體設(shè)備。
建設(shè)目的
? 解決視頻事件檢測器不足，精準(zhǔn)檢測車輛滯留、滯留位置、擁堵狀況。
? 完善隧道內(nèi)狀況的預(yù)警信息發(fā)布，降低二次事故發(fā)生概率。
? 提升發(fā)現(xiàn)、管控、處置突發(fā)事件的能力水平，提供事故應(yīng)急處理的第一手信息。
系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由80GHz毫米波雷達(dá)/雷視一體機、視頻分析及同步處理器、上位系統(tǒng)管理軟件、傳輸設(shè)備組成。
系統(tǒng)特點
? 全域感知位置軌跡 檢測信息全面可靠
? 檢測距離達(dá)200米 惡劣條件適應(yīng)性強
? 雷達(dá)視頻融合交叉校對 事件誤警率低
? 符合工信部對雷達(dá)工作頻率范圍要求
? 國產(chǎn)化自主芯片 抗干擾算法抑制回波
? 支持遠(yuǎn)程升級與遠(yuǎn)程管理 運維成本低
主要功能：
采集功能
? 實時數(shù)據(jù)采集 實時車輛位置坐標(biāo)、實時車輛行駛軌跡
? 周期數(shù)據(jù)采集 流量、平均速度、占有率、車型分類
事件監(jiān)測功能
? 違章檢測功能 違章變道、超速、緩行、行人進入
? 事故檢測功能 停車、擁堵、事故
系統(tǒng)功能
? 全域通行車輛可視化
系統(tǒng)在隧道虛擬界面中顯示全部進入隧道的車輛實時位置與行駛軌跡，并應(yīng)用目標(biāo)跟蹤融合算法解決車輛在不同雷視設(shè)備間的切換問題，使整個動態(tài)場景精確穩(wěn)定，可視化程度高。
? 實時事故告警
系統(tǒng)自動檢測事件，并聯(lián)動視頻畫面進行告警提示，并給事件前后錄像
? 事件自動存儲
事件發(fā)生后，感知設(shè)備端可在本地自動錄制事件前1分鐘至發(fā)生后2分鐘視頻及間隔照片，并將事件視頻數(shù)據(jù)自動上傳。
? 事故告警聯(lián)動
感知設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)支持告警聯(lián)動功能，可在事件發(fā)生后配套原隧道管理系統(tǒng)進行視頻調(diào)用、現(xiàn)場分析、擁堵排查。在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時，雷達(dá)仍可持續(xù)檢測現(xiàn)場目標(biāo)位置，幫助應(yīng)急人員實施救援。
項目結(jié)果與實際作用：
基于毫米波雷達(dá)與視頻融合的隧道全要素的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，設(shè)計、開發(fā)的隧道全域感知系統(tǒng)平臺，并從數(shù)據(jù)實時性、技術(shù)先進性、業(yè)務(wù)的實用性、呈現(xiàn)的有效性等綜合因素的考量，均完成項目試點時設(shè)立的目標(biāo)，并逐步豐富與完善了相關(guān)功能，其具體提升與作用體現(xiàn)在以下方面：
? 監(jiān)測區(qū)域:從傳統(tǒng)監(jiān)測局部區(qū)域、流量推測交通狀況到無盲區(qū)、全覆蓋、真實反應(yīng)。
? 監(jiān)測條件:從受光照、氣候自然條件影響到全天候適應(yīng)的全面改善。
? 特殊車輛:從對特殊車輛的管理無從下手到車輛級、車道級精準(zhǔn)管控，異常行為實時分析，危險信息點對點提示，車輛持續(xù)跟蹤、實時定位，異常車輛持續(xù)監(jiān)視的新技術(shù)全面突破。
? 定位方式:從被動式獲取特殊車輛定位信息到主動式全面掌控所有車輛全面數(shù)據(jù)。
? 隧道安全管理:從隧道內(nèi)發(fā)生事故時無法獲取一手全面信息，到隧道內(nèi)發(fā)生事故時所有車輛分布情況、事故現(xiàn)場信息、行人疏散應(yīng)急方案全面解決。
? 安全管控:從異常路況、車輛事后發(fā)現(xiàn)，到路況、車輛異常實時分析事先預(yù)警。
? 管理提升:從單一的斷面級管理，提升高到宏觀級、區(qū)域級、車道級、車輛級的多層次、多角度、全方面的精細(xì)化管理。
l 微度雷達(dá)在隧道數(shù)字化通行監(jiān)測的意義與展望
毫米波雷達(dá)在隧道數(shù)字化通行監(jiān)測的創(chuàng)新應(yīng)用為高速公路隧道運營管理提供了一種集先進性、適用性、經(jīng)濟性、智能化為一體的技術(shù)手段。毫米波雷達(dá)與雷視融合的隧道全域感知系統(tǒng)的試點建設(shè)項目，減少了隧道內(nèi)交通事故發(fā)生，提升了隧道的應(yīng)急處置與防災(zāi)減災(zāi)能力，并有益于支撐隧道車道級管理、助力隧道管理，有效提高高速公路運營服務(wù)質(zhì)量，保障高速公路暢通、高效和安全運營。
基于毫米波雷達(dá)的組網(wǎng)與融合感知技術(shù)實現(xiàn)了高速公路隧道全目標(biāo)、全要素、全天候、高精度的全息立體感知，實踐應(yīng)用效果表明，這一技術(shù)的推廣可真正快速推進基礎(chǔ)設(shè)施全要素、全周期的數(shù)字化建設(shè)。
