高速公路特长隧道事件检测和自动预警系统探究.pdf

技术TECHNOLOGYDOI:10.13439/ki.itsc.2023.10.012高速公路特长隧道事件检测和自动预警系统探究罗方（广东新粤交通投资有限公司，广东韶关51 2 6 37）摘要：本文针对高速公路特长隧道安全管理和应急处置需求，探究一种具有深度学习和快速处置能力的事件检测和自动预警系统。该系统运用完善的目标检测算法，能够快速准确发现隧道内突发事件，自动判别事件等级，即时联动消防报警和信息发布等相关系统进行预警，并同步上报监控中心处置。该系统能够帮助营运单位提高对隧道的监控和管控能力，及时发现和处置隧道突发事件，降低二次事故概率，从整体上提升营运安全管理水平。关键词：高速公路特长隧道；应急处置；事件检测；自动预警高速公路隧道路段由于其特殊的物理环境因素，一直是高速公路营运安全和生产安全管理的重点和难点。按照公路隧道等级划分，长度超过30 0 0 米的隧道即为特长隧道，隧道内环境更加恶劣，封闭空间、可视距短、粉尘浓度高、空气流通困难等各种不利因素层层叠加，使得安全管控愈加困难。1背景目前广东省高速公路营运单位针对各自管辖的特长隧道，按照“一隧道一方案”的原则，制定了特长隧道突发事故专项应急预案，重点防范和处置特长隧道安全事故，全力攻坚特长隧道安全管理技术升级。机电系统作为隧道管控最有效的技术手段，受到各营运单位的高度重视，当前省内高速正不断完善、提升隧道机电系统功能，监控、消防、照明、通风等系统为隧道运营和安全管理提供了基础的保障，但也还存在一些不足之处：监控系统主要以人工方式为主进行监控和处置，存在漏报、报、误报等情况，突发事件响应较慢、处置效率较低；隧道内各类系统独立运行，数据封闭，无法实现各系统间的联动控制；隧道内一旦发生事故，极容易造成二次事故，需要及时对过往车辆进行诱导，而人工参与的系统在时效上相对滞后；目前的系统还无法对事件进行自动预警或预判。高算力芯片技术和深度学习算法的引进和应用，为隧道机电系统智能化管控能力的提升创造了重要条件，特别是视频图像识别能力的进步，使高效精准的视频实时检测成为可能，从而能够实现隧道突发事件的自动检测和初期的自动预警。本文结合武深高速广东省仁化至新丰段（以下简称为仁新高速）隧道机电系统养护实践经验，重点针对其特长隧道在营运过程中的安全管理和应急处置需求，探究一种具有深度学习和快速处置能力的事件检测和自动预警系统，以具备学习能力的目标检测算法为基础，通过对大量原始素材（训练集）的模型训练，自行总结生成不同特征和规律，自动识别各种突发事件，并能够第一时间联动控制相关系统进行预警，从而达到提高突发事故处置效率，降低二次事故发生概率，实现提升特长隧道安全管理水平的目标。2系统功能和构成本系统以仁新高速的特长隧道作为模板，事件检测和自动预警系统物理架构如图1 所示。根据系统设计要求，特长隧道事件检测和自动预警系统主要由视频采集单元、视频分析处理单元、联动控制单元、核心服务器以及信息发布系统共同组成，各部分的设备组成和功能分析如下。移动终端地图运营商声光报警器交通信号灯高音喇叭车道指示灯情报板X云服务器联动控制单元监控中心电视墙控制终端核心服务器交换机控制终端交换机控制终端边缘边缘边缘多路视频分析服务器服务器服务器服务器枪式摄像机枪式摄像机枪式摄像机枪式摄像机枪式摄像机图1 事件检测和自动预警系统物理架构图2023年第1 0 期（总第2 8 8 期）1 中国交通信息化103CHINAITSJOURNALVoI.288No.1020232.1视频采集单元主要由隧道内布设的高清摄像机组成，是整个系统的基础，也可以看作是整个系统的“眼睛”，该单元所采集的视频将用于后续的处理和分析，采集的视频清晰度和图像信息的完整性将影响整个系统的运行，需选用符合技术指标的摄像机进行布设，且需要根据布设地点的实际情况进行调整，以实现隧道内视频的全覆盖。2.2视频分析处理单元主要由提供视频信号接人、视频存储以及视频实时分析处理的服务器组成，并在服务器中内置了深度学习算法对视频图像内容进行分析，可以是为单路视频信号做处理的边缘服务器，也可以是为多路视频信号做处理的服务器，服务器中内置的高算力GPU芯片将支持系统进行实时的事件分析，是整个系统获取异常事件的关键组件，边缘服务器和多路服务器的选择可根据隧道内的布设条件以及现有数据传输网络的能力确定。2.3核心服务器主要由布置于监控中心（或隧道监控机房）的服务器集群构成，核心服务器是整个系统的核心部件，也可以看作整个系统的“大脑”和“神经中枢”，它将视频分析处理单元分析所得的异常事件数据进行存储、统计、分析和处理，可以在电视墙或控制终端中推送并展示系统信息，监控中心工作人员可以通过控制终端给联动控制单元下发控制指令，同时，系统还会将处理后的信息加密上传至云服务器中，路段管理人员可以通过移动终端远程查看系统数据，也可以将必要的信息与地图数据运营商进行共享。2.4耳联动控制单元主要由控制设备的微型控制器器（PLC控制器、单片机系统等）组成，也可以看作是整个系统的勺“双手”，联动控制单元通常布设在隧道内部配电柜中，并按位置进行划分，每个联动控制单元负责控制临近的设备，由多个联动控制单元完成隧道内设备的联动控制，能够直接连接隧道现场的各种设备，或与设备的本地控制器进行通信，由它负责执行或下发核心服务器的指令。2.5信息发布系统主要由布设于隧道内外部的信息发布系统（情报板、可变指示标志、车道指示灯、交通信号灯）、声光报警系统、广播系统等组成。情报板可以通过改变并显示相关文字信息及时告知驾驶员前方发生的异常事件；交通信号灯、车道指示器和可变信息标志通过对行车方式、状态进行调整，以达到合理引导驾驶员的目的；声光报警系统通常在发生火灾和浓烟的情况下启用；广播系统作为辅助，能够播放警笛或特定提示音进一步提醒驾驶员注意信息发布系统展示的信息。基于系统组成和功能要求，现场设备部署需要满足下述要求：在原有基础上进行增设摄像机，使其布设间距在1 50 m至200m之间，如遇曲率较大的弯道，应按实际情况适当缩短布设间距，使视频图像能够完全覆盖，布设方式为隧道内部两侧交替布置；在隧道入洞口前50 0 m处应布设门架式情报板，并建议在隧道内部视情况增设悬臂式情报板；在隧道的入洞口、出洞口及紧急停车带处应分别布设可变指示标志；声光报警系统、广播系统、交通信号灯以及车道指示灯依据国家相关设计标准进行布设。现场设备布设示意如图2 所示。3目标检测算法高速公路特长隧道事件检测和自动预警系统的关键技术是目标检测算法。该算法主要分为两类：一类是基于传统图像处理和机器学习算法的目标检测算法，另一类是基于深度学习的目标检测算法。传统方法与深度学习算法对比如图3所示。架式情报板枪式摄像机枪式摄像机枪式摄像机枪式摄像机枪式摄像机入洞口区行车方向行车方向高音叭过声光报警器枪式授像机过声光报警器高音响以枪式像机声光报警器枪式摄像机高音谢以过声光报警器枪式摄像机可变指示标志可变指示标志日视频信号线视频分析处理单元隧道范围图2 特长隧道事件检测和自动预警现场设备布设示意图技术90%，设备指令发送成功率 9 5%，常规业务响应速度2 S，系统播报延时1 0 s，交通态势预测时间达到1 小时，有效提升了京雄高速（北京段）交通管控效率和安全性，有力支撑了管理决策的有效性和科学性。5结束语智慧高速管控平台是一个重要的交通管理平台，应用前景广阔。通过构建监控体系、实现常态化数据采集、搭建算法模型和衔接多规平台等措施，以其高效、精准、全面的特点实现对高速公路的智能化管控，有利于提高高速公路管理和安全水平，也为智能交通的发展提供了有力支持。参考文献1孟辉，贾彦党.智慧公路泛在感知及多网融合传输体系探究与应用 J.中国交通信息化，2 0 2 1 1 0)：1 0 0-1 0 4