可变情报板发布内容可信性检测系统探究.pdf

技术TECHNOLOGYDOI:10.13439/ki.itsc.2023.10.014可变情报板发布内容可信性检测系统探究吴忠，黄白羽（江西方兴科技有限公司，江西南昌330 0 2 5）摘要：为确认可变情报板实际发布内容与后台控制系统发送内容是否一致，本文提出了一种可变情报板发布内容可信性检测系统。该系统由可变情报板、播放控制子系统、实时图像采集子系统和智能识别子系统构成。播放控制子系统控制可变情报板发布信息，实时图像采集子系统通过摄像头实时获取可变情报板发布的内容，并传输至智能识别子系统，与播放控制子系统中设置发布的目标内容进行相似度计算，从而达到检测发布内容可信性检测的目的。当检测到不可信内容时系统会立刻自动报警，便于管理人员及时确认和修复，保障公路交通安全。关键词：可变情报板；可信性检测；智能；公路交通现代化交通系统中，广泛使用可变情报板发布城市道路和高速公路相关的信息，达到诱导交通的目的。借助后台控制系统，交通管理员可将包括交通事故、道路施工、交通管制、路段拥堵、恶劣天气等在内的多种道路信息，通过有线或无线通信的方式发送给远程的可变情报板本地控制端，再由本地端控制发布相应内容。1背景及需求交通系统通常将可变情报板部署在主要决策地点的上游，如匝道出口、高速路网切换处、其他道路与主路的交汇点等；交通瓶颈和交通事故多发地，以及需要获取恶劣气象信息，如冰雪雾风的道路区域；特殊设施或事件上游，如大型体育场、会议举办地等。在可变情报板的帮助指导下，驾驶员可以及时了解最新路况从而正确驾驶，并且即时调整或制定驾驶路线。现有专利提供了一种面向交通信息发布系统的安全保护方法，通过CA认证、传输数据加密等技术，保证远程传输给信息发布系统数据的保密性、完整性和可用性。此外，该防护系统还使用线路报文探测法来判断是否存在非法接入。一且检测到传输线路中有非法接入，系统会立刻上报非法接人信息，并关闭交通情报板显示屏，避免情报板发布虚假信息误导交通。虽然该专利技术能够保证情报板信息在发布前相关过程中的安全性和可靠性，但是不能保证信息发布后情报板显示内容的可信性。目前，针对可变情报板发布交通信息后，确认情报板发布内容真实有效性的方式主要有：工作人员借助可变情报板附近的非专用摄像头获取发布内容，人工确认；对于无法被摄像头拍到的可变情报板，通过人工巡检来确认发布内容；通过巡查员、驾驶员反馈等其他方式获取可变情报板的发布内容，再人工确认。以上方法的缺陷在于情报板内容确认周期长、实时性差，且成本较高。因此，函需有效的技术手段，来实现实时性更佳、成本更低、可自动化进行的可变情报板发布内容可信性检测。2系统设计本文提出的可变情报板发布内容可信性检测系统由可变情报板、播放控制子系统、实时图像采集子系统和智能识别子系统4个部分组成，系统架构如图1 所示。各个子系统之间可采用4G、5G等无线通信方式或者光纤等有线通信方式进行数据交互。播放控制子系统智能识别可变情报板子系统实时图像采集子系统图1 系统架构2.1可变情报板接收播放控制子系统传输的数据，并将内容发布到显示屏。当可变情报板接收到需要发布的信息后，会将“正在下载”“开始播放”等状态反馈给播放控制子系统。2.2播放控制子系统交管人员在播放控制子系统确定需要发布的交通信息，传输给可变情报板进行内容发布。可变情报板待发布的内容以播放表的形式预存在播放控制子系统内，也可以根据需要对子系统内已有的播放表重新编辑。播放表内可以包含多条不同内容进行滚动播放，也可以仅设置单条内容。同一播放表内各条内容的播放时间可以不同，时长根据需要确定。播放控制子系统与实时图像采集子系统之间具有通信连接，方便管理人员远程实时查看可变情2023年第1 0 期（总第2 8 8 期）1 中国交通信息化111CHINAITSJOURNALVoI.288No.102023报板的显示情况。尤其当收到智能识别子系统报警时，可以人工确认对应可变情报板的发布内容。在情报板发布内容可信性检测的过程中，播放控制子系统还用于生成目标图像，即可变情报板需要发布的内容。2.3实时图像采集子系统实时图像采集子系统使用摄像头获取可变情报板的实时图像，即可变情报板当前播放内容的图像。子系统中的摄像头拥有唯一编号，该编号与其拍摄的可变情报板相对应。摄像头必须正对可变情报板，可以通过挂载在路侧杆柱或其他方式进行部署，也可以适应性改造现有的监控摄像头。在可信性检测过程中，实时图像采集子系统会接收来自智能识别子系统的控制命令，控制命令包括开始采集命令、采集时长命令、采集间隔时间命令和重新开始采集命令。2.4智能识别子系统智能识别子系统负责检测可变情报板上发布的内容是否真实有效。通过与播放控制子系统和实时图像采集子系统的通信连接，智能识别子系统可以获取可变情报板发布的目标图像和播放的实时图像，判断发布内容的可信性，再将可信性检测结果发送到播放控制子系统。如果检测到可变情报板发布了错误内容，还会同时发送报警信息。检测可变情报板内容可信性时，智能识别子系统会向实时图像采集子系统发送包括开始采集命令、采集时长命令、采集间隔时间命令和重新开始采集命令在内的控制命令。3系统原理本文中检测可变情报板发布内容可信性的步骤如图2 所示。步骤1确定可变情报板需要发布的内容，并控制所述可变情报板发布所述内容步骤2步骤3获取可变情报板需要发实时获取可变情报板正布的内容的数据，即目在发布的内容的图像数标图像据，即实时图像步骤4计算所述实时图像与所述目标图像的相似度，判断可变情报板发布内容的可信性图2 可变情报板发布内容可信性检测步骤3.1可变情报板内容发布交通管理人员确定需要发布的交通信息后，在播放控制子系统中编辑播放表，并将播放表数据发送给指定的可变情报板。3.2获取可变情报板目标图像在播放控制子系统中，根据待检测发布内容对应的播放表，在内存中绘制出相应的时长为t的图像，作为该播放表的目标图像。对于不同播放表，目标图像的时长的取值可以根据实际进行设置，但是t需要小于该播放表的播放总时长T。若播放表中仅有一条发布内容，可以取稍小的值，从而减少所需的计算资源。当播放表中包含多条信息在情报板上滚动发布，的取值必须保证目标图像中含有播放表中所有信息的图像数据。3.3获取可变情报板实时图像通过实时图像采集子系统，每间隔时间T，获取时长为t”的可变情报板的实时图像。T和t的取值可根据实际需要设置。间隔时间T,越小，检测可变情报板发布内容的频率越高。实时图像的时长t的取值越大，可变情报板发布内容可信性检测的可靠性越高。但如果T,取值太小导致检测频率过高，或t的取值太大，导致实时图像数据过多，都会增加通信链路的压力，占用较多的计算资源。此外，在每个实时图像采集周期内，还要求实时图像的时长t和对应目标图像的时长t满足关系：0.2 ttt-t，其中At代表实时图像相对于目标图像的延迟时间。当可变情报板开始发布播放表，会将“开始播放状态”上报至播放控制子系统。记播放控制子系统收到“开始播放状态”的时刻为Ti，实时图像采集子系统向播放控制子系统反馈其采集到可变情报板在T,时刻的图像的时刻为T2，则延迟时间t=Ti2-Ti1。但在实际场景下，可变情报板上报状态耗时为毫秒级，即T，的取值为毫秒级，而实时图像采集子系统反馈其采集到的图像的时延为秒级，即T2的取值为秒级，因此可以认为tT i 2。t 的取值由系统进行配置。3.4判断发布内容可信性获取可变情报板的目标图像和实时图像后，智能识别子系统将计算两图像的相似度，来检测可变情报板发布内容的可信性。具体过程分为以下步骤。第一步，生成目标图像特征图。从时长为t的目标图像数据中，每间隔时间t,截取一顿图像，生成N个目标图像特征图，其中N=t/t,并作向下取整处理；第二步，生成实时图像特征图。从时长为t的实时图像数据中，每间隔时间t截取一顿图像，生成M个实时图像特征图，其中M=t/t并作向下取整处理；以上两步中，截取特征图的间隔时长t,和t可以设置为相同的值，如30 ms、50 m S，也可以根据实际需求分别设置不同的值。此外，生成目标图像和实时图像特征图均通过使用卷积神经网络（CNN）实现。第三步，计算特征图相似度矩阵。对于前两个步骤中获取的目标图像和实时图像特征图，使用卷积神经网络两两计算其相似度，得到相似度矩阵CN=cm;l，1 i N，1 j M，其中，cmj为相似度矩阵CM中第i行第j列的值，且cmj=sim（a j，b,），a,表示第i个目标图像特征图，b,表示第j个实时图像特征图，sim（a;，b）表示a,与b,的相似度计算函数。技术TECHNOLOGY第四步，计算实时图像和目标图像的整体相似度。根据第三步中获取的相似度矩阵CM，计算两图像的整体相似度CS，计算方法如下。1CS(max cm;)Mi-1IsisN由于可变情报板的播放表内可能包含多条信息滚动发布，因此某一个目标图像特征图与某一个实时图像特征图可能会完全不同，两者的相似度极低。为将目标图像特征图与实时图像特征图“对齐”，保证判断准确性，智能识别子系统通过第三步和第四步先两两计算N个目标图像特征图与M个实时图像特征图的相似度，若某一个实时图像特征图与某一个目标图像特征图相似度高，说明两者相匹配，然后在计算整体相似度时，只取与每个实时图像特征图相似度最高，即最匹配的目标图像特征图。第五步，判断可变情报板内容是否可信。若实时图像和目标图像的整体相似度CS大于预先设置的阈值K，说明可变情报板的实时图像与目标图像匹配，发布内容可信，继续执行第三步到第五步，直至当前播放表发生改变；若整体相似度小于阈值K，则说明实时图像与目标图像不匹配，情报板发布内容不可信，触发智能识别子系统报警。当可变情报板需要发布的内容发生改变，播放控制子系统会向智能识别子系统发送通知，告知其播放表已发生变化。智能识别子系统接收到该通知信息后，将向实时图像采集子系统发送控制命令，按照设定的采集参数重新开始实时图像采集。此外，可变情报板需要发布的内容如果在T,时间内发生改变，则中断当前实时图像采集工作和相似度计算工作。4 工程应用4.1产品研发本文提出的可变情报板发布内容可信性检测系统适用于高速公路中的多类可变情报板和物联网提示屏，如门架式物联网智能提示屏、悬臂式物联网智能提示屏、服务区物联网智能提示屏、ETC物联网智能信息提示屏、隧道内物联网智能提示屏等。图3为门架式物联网智能提示屏，安装于高速公路龙门架上，为驾驶人员提醒目前道路的状况，如施工地段，车祸地点，强风、暴雪、冰冻、浓雾等警示标语，也可分区域显示图片、动态图像、视频等，让驾驶人员能更清楚地知道目前道路上的状况，避免交通阻塞，减少交通事故的发生。悬臂式物联网智能提示屏安装于高速公路两侧，如图4所示，除了可显示文字信息外，也可显示简单图形、限速值，让驾驶人员能更清楚地知道目前道路上的状况，避免交通阻塞，减少交通事故的发生。图5所示的服务区物联网智能提示屏安装于服务区综合楼前适当位置，双立柱型信息发布屏主要用于服务区、收费站介绍、相关服务内环路环路二林路承丰立交辆牛图4悬臂式物联网智能提示屏ETC专用图6 ETC物联网智能信息提示屏容、停车场车位情况、其他临时信息等。ETC物联网智能信息提示屏如图6 所示，设置于ETC车道上方，当ETC功能车道常态工作或混合车道无人值守时，提示相应的显示信息。隧道内物联网智能提示屏设置在隧道内行车道上方，用于向隧道内驾乘人员发布交通信息、气象信息、旅游信息等，如图7 所示。XX出口25分种A出口出口毛出口XX出口55分钟XX高速XX市XXX出口1小时2 5分钟B出口D出口F出口XXXX出口2 小时1 0 分钟图3门架式物联网智能提示屏福牛迎春图5服务区物联网智能提示屏图7 隧道内物联网智能提示屏加装可变情报板发布内容可信性检测系统之后，可变情报板和物联网提示屏可具备回读显示和故障检测两种扩展功能。回读显示功能使得控制中心发送端能够实时监测可变情报板的播放内容，检测实际发布内容是否与控制中心发送的一致；同时，通过通讯报文，读取可变情报板的当前显示内容项目、当前画面，实时监控实际发布内容，防止被非法控制。故障检测功能要求从各个方面对可变情报板在运行过程中可能发生的错误不断加以监测，并对不同的错误施之以不同的应对策略，保证可变情报板在最大程度上能保持正常的显示和通信功能，从而加强系统的容错性和方便维修。可变情报板发布内容可信性检测系统可帮助实时、全自动地反馈显示屏各个显示模块的运行状况。当显示屏某个模块出现故障时，系统可及时发现异常显示情况并发送警告信息，同时可变情报板的控制器可将故障模块所在位置反馈至监控中心。（下转第1 2 3页）责任编辑：孙婧（上接第1 1 2 页）责任编辑：户利华2023年第1 0 期（总第2 8 8 期）|中国交通信息化123CHINAITSJOURNALVoI.288No.102023体系建设中，网络传输部分的安全防护应着重考虑以下内容：建议采用校验码技术和密码技术（符合国密要求）保证通信过程中数据的完整性；建议采用密码技术（符合国密要求）保证通信过程中敏感信息或报文的保密性，完整支持国密算法，包括SM1、SM2、S M3、S M4。4.3.3应用软件（及中间件）安全防护情报板联网信息发布系统安全设计，以“同步规划、同步建设、同步使用”为指导思想。在开发流程管理中遵照“三同步原则”同步设计和开发安全功能，并在系统上线后同步进行应用安全配置。在规划阶段首先进行安全定级、安全设计。核心内容除了软件要具备身份鉴别、访问控制、安全审计功能外，根据行业特性进行相应的安全需求分析和安全架构设计，从源头保障业务的安全监管工作。在建设阶段，要进行代码安全审计、分级保护和安全评估。在运营阶段，进行常规漏洞扫描、数据安全评估、应急预案，全面覆盖线上运营环境的业务安全场景。应具有在请求的情况下为数据原发者或接收者提供数据原发证据的功能；应具有在请求的情况下为数据原发者或接收者提供数据接收证据的功能。4.2应用案例基于可变情报板发布内容可信性检测系统研发的物联网智能提示屏已在梨温高速进贤互通试点，成为智慧高速中直观的提示终端，物联网智能提示屏在高速公路原有门架上的安装效果如图8所示。在正常路况时为司乘人员提供服务提示语、实时路况、气象信息、安全警示语、行车须知等信息；在特殊路况时提供交通事故、道路施工或养护、道路或站点堵塞提示信息、交通管制公告、通行诱导及绕行提示信息、恶劣天气提示等信息。后期还将在梨东改扩建项目中推广应用。图8 梨温高速试点现场图除积极的社会效益，从经济角度看，物联网智能提示屏采用更低成本的结构设计、简洁整齐的电气布线和软件远程监控，有效降低了人工现场巡检频次，降低了巡检成本。另外，采用恒流驱动IC和静态扫描方式，降低了设备运行时所需功耗，达到节能应具有资源控制，能够对系统的通信响应时间、最大并发会话连接数进行限制；对单个账户的多重并发会话进行限制；应能够对一个时间段内可能的并发会话连接数进行限制；应能够对系统服务水平降低到预先规定的最小值进行检测和报警。5结束语可变情报板联网信息发布系统的业务在信息发布、交通诱导方面对高速公路营运管理起到重要的支撑作用，随着高速公路信息系统不断向IP化、智慧化、数字化快速发展，信息发布联网系统的安全防护工作越来越重要，所以应该不断强化信息安全风险防控意识和信息安全防护水平，规范信息发布联网系统的安全防护建设，切实为高速公路安全营运保驾护航。参考文献1】T/CECS G：Q 7 5-0 1-2 0 2 0.公路可变情报板信息发布联网技术标准 S.中国工程建设标准化协会，2 0 2 02GB/T25070-2019.信息安全技术一网络安全等级保护安全设计技术要求 S.国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会，2 0 1 9减排、降低能耗的目的。经过安装电表实测电量数据，物联网提示屏每平米的日均功耗比传统情报板低0.6 Kwh。5结束语可变情报板发布内容可信性检测系统能够实时获取可变情报板上发布的内容并判断其是否真实可信，且检测周期短、实时性好。一旦检测到可变情报板发布了错误内容，系统会立刻报警，通知管理人员及时修复情报板发布内容。实时图像采集子系统可以覆盖用户管辖的所有可变情报板，检测不会发生遗漏。同时整个检测过程为自动化进行，不需要人工参与，大大降低了人力成本。本系统解决了传统可变情报板发布内容检测方法周期长、实时性差、成本高的问题，有利于提高公路管理技术自动化、智能化水平，为高速公路和城市交通安全提供了保障。参考文献1朱云，李元骅，乐宏彦，等，一种针对交通信息发布系统的安全防护系统，CN202010298238.2P.2020.2赵骏武，韩兴广，郭胜敏，等，交通信息可信度的检测方法，装置，系统及存储介质，CN111564036AP.20203王文逾：高速公路可变情报板的设计与功能 J.科技情报开发与经济，2 0 0 5(1 6)：2 2 5-2 2 6.