付理想， 陳嘉祺， 張 鑫

(1.江蘇瑞沃建設(shè)集團(tuán)有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225600； 2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院， 北京 102206；3.南京信息工程大學(xué) 人工智能學(xué)院， 江蘇 南京 210044)

道路交通系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的開(kāi)放式系統(tǒng)，道路交通安全既受道路交通系統(tǒng)內(nèi)部因素的制約，又受外部環(huán)境的干擾，并與人、車(chē)輛及道路周?chē)h(huán)境等因素密切相關(guān)。一般情況下，在無(wú)交通信號(hào)燈控制的路口，行駛中的車(chē)輛在通過(guò)路口時(shí)不能及時(shí)降低車(chē)速，因車(chē)速過(guò)快無(wú)法避讓?zhuān)瑥亩斐山煌ㄊ鹿?；行人在穿越道路時(shí)，因未能提前觀察道路交通狀況，在未能確保安全通過(guò)的前提下茫然進(jìn)入，從而引發(fā)交通事故。在交通事故后，又因無(wú)法獲取事故發(fā)生時(shí)的有關(guān)信息，造成人員、財(cái)產(chǎn)損失賠償及事故責(zé)任的劃分困難。通過(guò)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于AI人工智能的道路監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，旨在通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的智能設(shè)備發(fā)出的提示信息，保證行人和車(chē)輛安全、有序地通過(guò)無(wú)信號(hào)控制的路口，減小道路交通事故的發(fā)生，提升城市文明交通形象。

1 智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛地應(yīng)用于智能交通行業(yè)。人工智能通過(guò)粒子群算法、遺傳算法等手段解決了許多棘手問(wèn)題，有力地推動(dòng)了智能交通系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步[1]。人工智能在智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中在智慧出行和交通管控2個(gè)方面[2]。

美國(guó)、日本及歐洲等國(guó)家對(duì)于智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的研究起步于20世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)30年的大力發(fā)展，已形成了較為完善的結(jié)構(gòu)體系。日本對(duì)智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的研究主要集中在車(chē)輛電子收費(fèi)、緊急車(chē)輛管理、商業(yè)車(chē)輛管理、公共交通管理及交通信息發(fā)布等方面[3-4]。雖然我國(guó)對(duì)于智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的研究起步較晚，但隨著國(guó)家相關(guān)政策的陸續(xù)出臺(tái)，我國(guó)對(duì)智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用研究已按下“快進(jìn)鍵”，進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展期，以安全、高效、綠色為核心，推進(jìn)交通運(yùn)輸系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化、智慧化方向發(fā)展[5]。

2 監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能分析

通過(guò)對(duì)交通現(xiàn)狀分析，本系統(tǒng)需要對(duì)行人的不安全行為、行駛車(chē)輛車(chē)的不安全行駛狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)、提示、預(yù)警、事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集，并借助雷達(dá)屏顯、語(yǔ)音預(yù)警提示等手段，遵守“以人為本，車(chē)讓行人”的原則，從而實(shí)現(xiàn)道路安全和科學(xué)有效管理。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括一個(gè)指揮中心與多個(gè)路口現(xiàn)場(chǎng)終端，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。在路口一側(cè)設(shè)置行人監(jiān)測(cè)設(shè)備，路口另一側(cè)設(shè)置車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備，路口兩側(cè)設(shè)置道釘，車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部設(shè)置微控制器，車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備頂端設(shè)置錄像機(jī)，車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備前側(cè)設(shè)置顯示屏，顯示屏上端設(shè)置雷達(dá)測(cè)速模塊。通過(guò)設(shè)置行人監(jiān)測(cè)設(shè)備、車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備與道釘實(shí)現(xiàn)對(duì)行人與車(chē)輛行駛進(jìn)行有序管控，借助雷達(dá)屏顯、語(yǔ)音預(yù)警提示等手段實(shí)現(xiàn)道路的安全科學(xué)管理，并通過(guò)設(shè)置錄像機(jī)、紅外攝像頭與指揮中心，實(shí)現(xiàn)通過(guò)指揮中心調(diào)取監(jiān)控圖像，從而快速有效地獲取路口現(xiàn)場(chǎng)事故情況。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)主要功能

該系統(tǒng)可以通過(guò)設(shè)置行人監(jiān)測(cè)設(shè)備、車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備與道釘，在車(chē)輛行駛過(guò)程中，利用車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)的雷達(dá)測(cè)速模塊對(duì)車(chē)輛行駛速度進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)微控制器輸出指令控制顯示屏顯示提醒減速字樣，提醒駕駛員前方即將到達(dá)路口。同時(shí)微控制器通過(guò)通訊模塊傳遞信號(hào)至主控制器，主控制器控制LED警示燈發(fā)光，LED警示燈發(fā)光呈現(xiàn)“?！弊?，音頻發(fā)聲，警示行人即將有車(chē)輛駛?cè)搿．?dāng)行人行走時(shí)，通過(guò)紅外檢測(cè)器與行人感知雷達(dá)檢測(cè)行人行走位置，當(dāng)行人處于感知雷達(dá)檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，意味著行人即將到達(dá)路口，此時(shí)主控制器通過(guò)通訊模塊傳遞信號(hào)至微控制器，微控制器控制顯示屏亮起警示駕駛者減速。當(dāng)行人行走至路口上時(shí)，紅外攝像頭探測(cè)到行人，道釘控制器控制道釘亮紅燈閃爍，警示駕駛者正有行人通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)行人與車(chē)輛行駛進(jìn)行有序管控，借助雷達(dá)屏顯、語(yǔ)音預(yù)警提示等手段，實(shí)現(xiàn)道路的安全和科學(xué)有效的管理。

該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置錄像機(jī)、紅外攝像頭與指揮中心，在車(chē)輛行駛過(guò)程中，利用錄像機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)車(chē)輛行駛路徑進(jìn)行錄像，利用紅外攝像頭對(duì)行人在路口行走時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦道路事故發(fā)生，使用者通過(guò)指揮中心調(diào)取監(jiān)控圖像，即向主控制器與微控制器輸入指令，使主控制器與微控制器向指揮中心輸出存儲(chǔ)圖像，便于路口現(xiàn)場(chǎng)事故情況的有效獲取。

3 監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)主要設(shè)備

該系統(tǒng)主要由一個(gè)指揮中心與多個(gè)路口現(xiàn)場(chǎng)終端組成，其中組成路口終端的主要設(shè)備如表2所示。

表2 監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)備

續(xù)表2

3.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

在該系統(tǒng)，行人監(jiān)測(cè)設(shè)備固定于路口一側(cè)5 m處，車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備固定于路口另一側(cè)60 m處，分別用于與行人、車(chē)輛進(jìn)行預(yù)警管控；道釘對(duì)稱(chēng)固定于路口兩側(cè)，用于警示車(chē)輛路口有行人通過(guò)；雷達(dá)測(cè)速模塊與錄像機(jī)通過(guò)電路與微控制器的輸入端電性連接，用于檢測(cè)車(chē)輛行駛速度；微控制器的輸出端通過(guò)電路與顯示屏電性連接，利用顯示屏顯示提醒駕駛員前方路口減速慢行。路口終端安裝示意圖如圖2所示。

圖2 路口終端安裝示意圖

紅外探測(cè)器與行人感知雷達(dá)通過(guò)電路與主控制器輸入端電性連接，用于探測(cè)行人行走位置，主控制器的輸出端通過(guò)電路與LED警示燈與音頻電性連接，利用LED警示燈警示行人；LED警示燈數(shù)量為若干組，LED警示燈排列呈“?！弊中危琇ED警示燈與音頻通過(guò)通訊模塊與微控制器的輸出端通訊連接，當(dāng)車(chē)輛即將到達(dá)路口時(shí)，警示行人停止行走；紅外攝像頭通過(guò)電路與道釘控制器電性連接，利用紅外攝像頭監(jiān)控行人行走位置，道釘內(nèi)含有紅綠雙色，道釘與道釘控制器的輸出端通訊連接，用于警示車(chē)輛前方路口有行人通過(guò)。

行人監(jiān)測(cè)設(shè)備與車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部均設(shè)有通訊模塊，便于行人監(jiān)測(cè)設(shè)備與車(chē)輛監(jiān)測(cè)設(shè)備之間信號(hào)聯(lián)通，主控制器與微控制器之間通過(guò)通訊模塊通訊連接，便于對(duì)車(chē)輛與行人進(jìn)行同步管理。

當(dāng)?shù)缆肥鹿拾l(fā)生，使用者通過(guò)指揮中心調(diào)取監(jiān)控圖像，即指揮中心向主控制器與微控制器輸入指令，使主控制器與微控制器往指揮中心輸出存儲(chǔ)圖像，從而便于路口現(xiàn)場(chǎng)事故情況的有效獲取。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

(1)當(dāng)行人進(jìn)入路口感知雷達(dá)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，主控制器通過(guò)通訊模塊傳遞信號(hào)至微控制器，微控制器控制顯示屏亮起，警示駕駛者減速，系統(tǒng)工作狀況如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(2)當(dāng)行人行走至路口時(shí)，紅外攝像頭探測(cè)到行人，道釘控制器控制道釘亮紅燈閃爍，警示駕駛者有行人通過(guò)，系統(tǒng)工作狀況如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(3)當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入路口雷達(dá)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，車(chē)輛感知雷達(dá)探測(cè)到車(chē)輛經(jīng)過(guò)，檢測(cè)車(chē)輛行駛速度，通過(guò)微控制器控制顯示屏，利用顯示屏顯示提醒駕駛員前方路口減速慢行，此時(shí)道釘控制器控制道釘正常發(fā)光，系統(tǒng)工作狀況如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(4)當(dāng)車(chē)輛接近路口時(shí)，道釘控制器控制道釘亮綠燈閃爍，語(yǔ)音提示和發(fā)光標(biāo)志警示行人前方路口有車(chē)輛經(jīng)過(guò)，系統(tǒng)工作狀況如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)工作狀況示意圖

(5)當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并傳輸至服務(wù)器，以便快速獲取路口現(xiàn)場(chǎng)事故情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

在無(wú)交通信號(hào)控制的路口，通過(guò)使用人工智能與雷達(dá)測(cè)速設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能道路監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)交通參與者起到有效提示、警示作用，實(shí)現(xiàn)道路交通安全。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，該系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值，可結(jié)合實(shí)際需要靈活布置。