吳 鋼， 吳韻馳

(1.武漢市公安局交通管理局， 湖北武漢 430030； 2.天津工業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 天津 300387)

0 引言

1 精細(xì)化交通線路要人安保工作難點(diǎn)及技術(shù)對策

傳統(tǒng)的交通線路要人安保工作通常依靠大量警力投入與全封閉式交通管制，這種模式不僅造成警力與交通資源浪費(fèi)，也給人民群眾正常出行帶來不便，且無法有效發(fā)現(xiàn)與預(yù)防安全風(fēng)險。而精細(xì)化交通線路要人安保即是要通過技術(shù)手段最大程度遏制與消除警衛(wèi)線路中的不確定性，確保警衛(wèi)對象安全順暢抵達(dá)，同時避免對公眾出行產(chǎn)生影響。實(shí)戰(zhàn)而言，精細(xì)化交通線路要人安保當(dāng)前面臨的難題：一是警衛(wèi)對象精準(zhǔn)定位難，由于城市復(fù)雜的道路及建筑物環(huán)境，在高架橋、隧道及高樓區(qū)域常出現(xiàn)全球定位衛(wèi)星信號遮擋與移動通信基站信號延遲問題，從而導(dǎo)致安裝在警衛(wèi)車隊上的定位設(shè)備無法連續(xù)定位、定位精度不足及信號傳輸延遲，且在要人安保任務(wù)過程中，常有部門架設(shè)“低慢小”航空器干擾裝置，此類裝置發(fā)送的干擾信號也會阻礙定位設(shè)備正常獲取實(shí)時位置，最終結(jié)果即是警衛(wèi)對象定位信息出現(xiàn)延時、漂移、中斷甚至丟失，給安保工作帶來極大風(fēng)險與不確定性。為解決此問題，本文提出采用具有抵抗“低慢小”航空器干擾裝置頻率波段的定位設(shè)備，并采用基于CORS(連續(xù)衛(wèi)星定位服務(wù)參考站)系統(tǒng)的北斗高精度定位技術(shù)最大程度保障定位精度，對移動通信延遲造成的定位信息延時或丟失問題，研發(fā)基于時空位置預(yù)測的車輛軌跡在線推演技術(shù)對車輛實(shí)時位置進(jìn)行精準(zhǔn)推算，解決警衛(wèi)對象精準(zhǔn)定位難問題。二是警衛(wèi)對象跟蹤保衛(wèi)難，傳統(tǒng)依靠人工視頻巡查車隊位置并手動切換大屏視頻信號不僅不智能，且操作難度大、易出錯，無法做到警衛(wèi)對象全程可視。本文通過研發(fā)基于地理方位計算的全時空無縫視頻接力技術(shù)，根據(jù)安保線路沿線視頻監(jiān)控設(shè)備高精度位置與警衛(wèi)車隊實(shí)時位置計算二者間空間距離與空間方位，以空間距離、空間方位、視頻設(shè)備視域范圍及在線情況作為共同約束條件，篩選出盡可能沿安保線路連續(xù)分布的一定數(shù)量監(jiān)控設(shè)備作為視頻接力設(shè)備，并根據(jù)車隊位置實(shí)時計算調(diào)整視頻接力設(shè)備及其視角方位，實(shí)現(xiàn)對警衛(wèi)對象無縫跟蹤視頻接力。三是警衛(wèi)線路風(fēng)險防控難，安保線路沿線交通態(tài)勢及社會面形勢復(fù)雜，人流、車流、制高點(diǎn)、重點(diǎn)人、重點(diǎn)車及其他異常事件皆存在安全隱患，且安保線路距離長、時間長、范圍廣，對精準(zhǔn)風(fēng)險防控造成困難。本文提出以警衛(wèi)車隊位置為核心，研發(fā)安保資源時空關(guān)聯(lián)與實(shí)時預(yù)警技術(shù)，對警衛(wèi)車隊實(shí)時位置周邊區(qū)域進(jìn)行交通態(tài)勢及社會面形勢實(shí)時感知預(yù)警，通過縮小預(yù)警管控區(qū)域進(jìn)行針對性精準(zhǔn)預(yù)警，優(yōu)化警力部署同時提高風(fēng)險管控效率。

2 精細(xì)化交通線路要人安保關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于北斗高精定位與時空位置預(yù)測的車輛軌跡推演技術(shù)

CORS技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)厘米級的動態(tài)實(shí)時衛(wèi)星定位服務(wù)，目前應(yīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)北斗高精定位已較為成熟，本文運(yùn)用此技術(shù)對安保線路及其沿線視頻監(jiān)控設(shè)備、信號燈、誘導(dǎo)屏、警衛(wèi)力量點(diǎn)位、制高點(diǎn)等對象進(jìn)行高精度位置采集，對清障車、交通報信車、收尾車、巡邏車等進(jìn)行實(shí)時位置測量，以最大程度獲取各類警衛(wèi)對象精準(zhǔn)地理位置。為解決安保過程中可能出現(xiàn)的定位信息延時或丟失問題，本文提出了車輛時空位置預(yù)測與軌跡推演技術(shù)，主要包括4部分內(nèi)容：

① 將車輛位置實(shí)時糾偏至安保線路，對獲取到的每一個車輛位置點(diǎn)P與安保線路集合L進(jìn)行空間距離計算，將其垂直糾偏至距離最近的安保線路，獲得糾偏后的車輛位置點(diǎn)T，T由空間位置與采集時間組成，如圖1所示，L1與L2為兩條線路，P1為原始位置點(diǎn)，T1為糾偏后位置點(diǎn)。

圖1 位置糾偏示意圖

② 獲得并更新車輛最新軌跡點(diǎn)集合T，其由n個車輛位置點(diǎn)T組成，按照采集時間順序排列，更新規(guī)則為移除T中采集時間最早的位置點(diǎn)，并插入最新采集位置點(diǎn)，保證集合T元素個數(shù)為n。

③ 記集合T中所有位置點(diǎn)最早采集時間為t0，最新采集時間為t1，當(dāng)前時間為t2，若滿足式(1)與式(2)，則認(rèn)為可利用集合T中位置點(diǎn)計算車輛運(yùn)動參數(shù)，包括行駛平均速度V與行駛方向D。

t2-t1

(1)

(2)

dij=Ti,Tj沿安保線路的網(wǎng)絡(luò)距離,
Ti,Tj∈T,代表采集時間相鄰的兩個位置點(diǎn);

(3)

(4)

(5)

其中：式(1)保證最新位置點(diǎn)采集時間與當(dāng)前時間之間間隔不超過一定時間閾值，式(2)保證集合T中所有位置點(diǎn)平均時間間隔不超過一定時間閾值。式(3)代表采集時間相鄰的兩個位置點(diǎn)沿安保線路網(wǎng)絡(luò)距離，式(4)計算車輛行駛平均速度V，式(5)計算車輛行駛方向D。

④ 對車輛實(shí)時位置進(jìn)行預(yù)測。由于車輛定位信息延時或丟失，且定位數(shù)據(jù)從互聯(lián)網(wǎng)同步至公安網(wǎng)也存在耗時，因此最新位置點(diǎn)采集時間t1一定延遲于當(dāng)前實(shí)際時間t2，可根據(jù)車輛運(yùn)動參數(shù)V與D進(jìn)行位置估算。

S=(t2-t1)V;

(6)

式(6)計算結(jié)果為預(yù)測車輛行駛距離，按車輛行駛方向D沿安保線路計算網(wǎng)絡(luò)距離S，所得位置點(diǎn)為車輛實(shí)時預(yù)測位置。由于車輛運(yùn)動參數(shù)V與D會根據(jù)車輛軌跡點(diǎn)集合更新而進(jìn)行重新計算，故能保證始終利用最新的車輛運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行位置預(yù)測，提高預(yù)測精準(zhǔn)度。在實(shí)際計算過程中，為保證車輛沿安保線路平滑移動，避免出現(xiàn)車輛位置跳躍，可按照一定時間間隔如每秒計算一次車輛實(shí)時位置，形成較為連續(xù)的軌跡序列，獲得較好的可視化效果，并為視頻接力服務(wù)提供高質(zhì)量的車輛位置數(shù)據(jù)。

那天午后，知了在樹上嘰嘰喳喳地叫著，我對著天空，呆呆地望著它，媽媽見我這樣，急忙想出一個好點(diǎn)子，我們?nèi)D書館吧！我像一只被放出籠子的小鳥一樣，沖到了圖書館。

2.2 以警衛(wèi)車隊位置為核心的安保資源時空關(guān)聯(lián)與實(shí)時預(yù)警技術(shù)

要人安保任務(wù)通常在城市進(jìn)行，由于安保線路距離長、時間長、范圍廣，需要接入及分析的數(shù)據(jù)量巨大，如直接對所有線路周邊全量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判會造成分析效率低下及分析難度增加等問題。鑒于此，本文提出以警衛(wèi)車隊位置為核心的安保資源時空關(guān)聯(lián)與實(shí)時預(yù)警技術(shù)，針對警衛(wèi)車隊位置設(shè)立不同層級空間緩沖區(qū)，實(shí)時計算緩沖區(qū)內(nèi)人流、車流、警力、視頻監(jiān)控設(shè)備、信號燈、誘導(dǎo)屏、制高點(diǎn)、警情、擁堵、事故、重點(diǎn)人、重點(diǎn)車等對象，并根據(jù)車隊位置動態(tài)更新空間緩沖區(qū)范圍及計算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)時空域的安保資源時空關(guān)聯(lián)，從而有效提高安保資源獲取效率。此外，對時空關(guān)聯(lián)所得安保資源進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控預(yù)警，建立多種預(yù)警規(guī)則，對從中發(fā)現(xiàn)的道路異常事件及社會面異常警情進(jìn)行實(shí)時預(yù)警布控，調(diào)度最優(yōu)警力進(jìn)行處置，可有效提升事件預(yù)警及處置效率，技術(shù)原理見圖2。

圖2 安保資源時空關(guān)聯(lián)與預(yù)警技術(shù)原理

以上方法已應(yīng)用于武漢第七屆世界軍人運(yùn)動會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)，效果極佳且受到公安部及省、市各級領(lǐng)導(dǎo)充分肯定。

2.3 基于地理方位計算的全時空無縫視頻接力技術(shù)

要人安保任務(wù)要求對警衛(wèi)對象全程可視，傳統(tǒng)依靠人工視頻巡查車隊位置并手動視頻追蹤方法無法滿足實(shí)戰(zhàn)要求。本文提出基于地理方位計算的全時空無縫視頻接力技術(shù)，能智能進(jìn)行視頻跟蹤監(jiān)控，整個過程無需人工干預(yù)且具有廣泛通用性，主要包括5部分內(nèi)容：

(1)對安保線路沿線視頻監(jiān)控設(shè)備高精度大地坐標(biāo)進(jìn)行采集，包括大地經(jīng)度L、大地緯度B和大地高H，根據(jù)視頻監(jiān)控設(shè)備沿安保線路正方向空間分布對其進(jìn)行連續(xù)編號，保證相鄰設(shè)備編號連續(xù)。

(2)對需進(jìn)行監(jiān)控的警衛(wèi)車輛實(shí)時位置與安保線路沿線視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行地理方位計算，根據(jù)警衛(wèi)車輛大地坐標(biāo)與視頻監(jiān)控設(shè)備大地坐標(biāo)，實(shí)時計算警衛(wèi)車輛相對于視頻監(jiān)控設(shè)備的空間距離與空間方位，所有空間計算均在歐幾里得空間進(jìn)行。

(7)

(8)

(9)

式中(x1,y1,z1)為視頻監(jiān)控設(shè)備大地坐標(biāo)，(x2,y2,z2)為警衛(wèi)車輛大地坐標(biāo)，d為視頻監(jiān)控設(shè)備與警衛(wèi)車輛間距離，θ為警衛(wèi)車輛相對于視頻監(jiān)控設(shè)備垂直方向夾角，β為警衛(wèi)車輛相對于視頻監(jiān)控設(shè)備水平方向夾角。

(3)對正常在線的視頻監(jiān)控設(shè)備，若警衛(wèi)車輛與其距離d處于該設(shè)備可視距離范圍之內(nèi)，且θ,β均處于該設(shè)備可調(diào)節(jié)視域范圍內(nèi)，則將該設(shè)備列為視頻接力候選設(shè)備，所有候選設(shè)備組成視頻接力候選設(shè)備集合。

(4)對候選設(shè)備集合中所有視頻設(shè)備按離警衛(wèi)車輛距離由近至遠(yuǎn)進(jìn)行排序，選取距離近且沿安保線路連續(xù)分布的一定數(shù)量監(jiān)控設(shè)備作為視頻接力設(shè)備，并根據(jù)各視頻設(shè)備與車輛間空間方位調(diào)整視頻設(shè)備云臺視角，實(shí)現(xiàn)對車輛動態(tài)跟蹤監(jiān)控。

(5)警衛(wèi)車輛行進(jìn)過程中，根據(jù)車輛實(shí)時位置對視頻接力設(shè)備進(jìn)行更新，在前述(4)基礎(chǔ)上，需考慮對當(dāng)前視頻接力設(shè)備平穩(wěn)替換接力，將當(dāng)前視頻接力設(shè)備中距離車輛最遠(yuǎn)設(shè)備移除，并加入新的視頻接力候選設(shè)備集合中距離車輛近的設(shè)備。

需要指出的是，沿安保線路安裝足夠多的覆蓋全線路的視頻監(jiān)控設(shè)備也是保證視頻接力效果的必要條件，另外，對于部分視頻缺失的路段，可采用警衛(wèi)車輛車載視頻代替進(jìn)行視頻接力。

3 智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)實(shí)踐與應(yīng)用

基于精細(xì)化交通線路要人安保關(guān)鍵技術(shù)，武漢七軍會上交警實(shí)現(xiàn)了軍運(yùn)會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備“衛(wèi)星精準(zhǔn)定位、視頻自動跟隨、信號自動控制、風(fēng)險預(yù)警管控、方案電子推演”五大特色，包括“基礎(chǔ)信息、警衛(wèi)方案、推演評估、勤務(wù)管理、指揮調(diào)度”五大業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)功能界面見圖3。

圖3 軍運(yùn)會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)功能界面

在交通線路警衛(wèi)工作中，系統(tǒng)一是實(shí)現(xiàn)了事前安全風(fēng)險早發(fā)現(xiàn)早處置(見圖4)，通過對警衛(wèi)車輛設(shè)置1、3、5、10 kM安保緩沖區(qū)，對緩沖區(qū)內(nèi)12大類43小類安保資源進(jìn)行時空風(fēng)險分析，對多種事件及時預(yù)警處置；二是實(shí)現(xiàn)了事中全過程視頻跟隨警衛(wèi)車輛，通過應(yīng)用北斗高精定位與時空位置預(yù)測技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)秒級計算車輛實(shí)時位置，結(jié)果精準(zhǔn)可靠，并通過此位置與視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行全時空無縫接力監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)車隊全程可視，對路面突發(fā)狀況及時掌控及時處理，保障警衛(wèi)對象安全(見圖5)。警衛(wèi)車輛經(jīng)過信號燈路口，自動切換綠燈放行，減少警力部署，離開后自動恢復(fù)原有放行情況，最大限度減少交通壓力。對多線路并發(fā)情況，實(shí)現(xiàn)及時掌握每條線路的出發(fā)和到達(dá)時間，確保精準(zhǔn)到達(dá)；三是實(shí)現(xiàn)了事后根據(jù)警衛(wèi)預(yù)案自動生成報告，對警衛(wèi)安保工作進(jìn)行推演評估。

圖4 軍運(yùn)會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)異常 事件實(shí)時預(yù)警布控

圖5 軍運(yùn)會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)視頻智能接力

在第七屆世界軍人運(yùn)動會開幕、賽事和閉幕期間，武漢交警利用此系統(tǒng)圓滿完成39條線路高級別警衛(wèi)，6 000余條線路賽事警衛(wèi)工作，實(shí)際效果獲得部、省、市各級領(lǐng)導(dǎo)的高度認(rèn)可，發(fā)揮重要實(shí)戰(zhàn)作用(見圖6)。

圖6 軍運(yùn)會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)為軍運(yùn)會 維穩(wěn)保暢

4 結(jié)語

本文針對精細(xì)化交通線路要人安保工作難點(diǎn)、技術(shù)對策、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，并結(jié)合武漢交警軍運(yùn)會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用?？偠灾?，本文是運(yùn)用信息化手段進(jìn)行精細(xì)化智慧化要人安保的有效嘗試與創(chuàng)新實(shí)踐，相較于傳統(tǒng)要人安保而言，本文提出的方法更智能、更高效、更實(shí)用，可為相關(guān)安保職能部門提供參考。應(yīng)用于武漢第七屆世界軍人運(yùn)動會智慧交通線路警衛(wèi)安保系統(tǒng)，效果極佳且受到公安部及省、市各級領(lǐng)導(dǎo)充分肯定。

當(dāng)然，隨著新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，會有更多更好的技術(shù)適用于要人安保工作，如采用5G技術(shù)解決前端設(shè)備通信延時問題、采用視頻智能分析技術(shù)識別更多異常風(fēng)險事件、采用動態(tài)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)要人安保演練與評估分析。任何信息化系統(tǒng)建設(shè)都是不斷迭代不斷優(yōu)化的過程，未來武漢交警將繼續(xù)關(guān)注新技術(shù)發(fā)展趨勢，選取更好更優(yōu)技術(shù)應(yīng)用于要人安保系統(tǒng)建設(shè)及智慧交管建設(shè)。