文/张佳鹏 贾磊 杨莹 郭晓澎 曹桂芳

1 引言

近年来，由于我国机动车保有量快速增长，公路交通流量越来越大，危化品道路运输的交通环境日益复杂，形成一个个流动的潜在危险源。危化品运输事故不同于一般运输事故，一旦发生事故，会衍生出燃烧、爆炸、泄漏等更严重的后果，造成重大的财产损失、环境污染、人员伤亡等一系列严重的社会问题。交通运输部5号令要求“两客一危”车辆（含危化品车辆）必须安装、使用卫星定位设备，通过无线网络，向“两客一危”车辆联网联控平台实时上报车辆动态信息和静态信息。但在隧道里，卫星信号和无线网络信号会受山体遮挡，卫星导航定位终端不能在隧道内定位，会在隧道内形成一个盲区，无法了解危化品车辆在隧道内的运行状况和位置，存在巨大的安全隐患。本文主要研究基于雷达和视频数据，通过计算机视觉、神经网络、深度学习算法对进入公路隧道内的危化品车辆状态进行精准识别和位置跟踪，实时获取车型、车牌、车速、变道状态等信息，对运行轨迹进行可视化的显示；进一步与原有隧道监控系统机电设备形成联动，实现对于进入隧道的危化品车辆的主动预警、突发事故报警和事故救援指挥辅助等功能，完成隧道危险品车辆通行风险防控。

2 系统技术方案

本系统主要由毫米波雷达、高清监控摄像机、高清卡口、危化品车辆过隧道跟踪辨识和自动警示系统软件等软硬件设备构成，高清卡口用于获取危化品车辆车型、车牌等信息，实现车辆身份的辨识，毫米波雷达和高清监控摄像机用于获取危化品车辆在隧道内的位置、状态、事件等信息，系统软件融合多源数据，实现危化品车辆在隧道内的动态跟踪、实时监控、信息发布、信息共享等功能，其系统技术方案见图1。

图1：危化品车辆过隧道跟踪辨识和自动警示系统技术方案

2.1 危化品车辆辨识

危化品车辆进入隧道前，基于车型车牌识别与危化品车辆静态库表，系统可实时准确掌握进入高速隧道的危化品车辆的车辆信息（车型、车牌号、经纬度、行驶速度、是否超速、行驶方向、运输起终点、驾驶人姓名及联系电话、所属公司名称及联系电话等）、货物信息（货物名称、装载情况、理化性质等），便于在车辆通过隧道或发生突发事件时提醒或报警。

2.2 危化品车辆进出隧道辨识与提醒警示

当检测到危化品车辆进入隧道时，基于雷达和高清卡口的辨识，模拟危化品车辆在隧道内的运动轨迹，实现危化品车辆的动态跟踪。同时系统向隧道值守人员推送提醒警示信息，利用隧道入口处和隧道内的情报板向交通参与者发布提醒信息，视情开启隧道广播，使过往车辆保持间距，并严密关注危化品车辆的运行状况。当危化品车辆驶出隧道口时，解除提醒警示。

2.3 危化品车辆隧道内突发事件识别及自动报警

危化品车辆进入隧道后，基于雷达和高清卡口的辨识，系统对危化品车辆发生的交通事故、停车、泄露、着火、爆炸等突发事件进行识别并告警，以便迅速向交警、路政、运营管理单位报警（车辆信息、货物信息、突发事件描述等），采取针对性对策，并实施交通控制和交通诱导，最大限度防范和控制危化品车辆在隧道内的安全风险。

2.4 危化品车辆过隧道的数据信息共享

当危化品车辆在进入隧道前、在隧道内行使时、出隧道后，通过智能化的感知手段和先进的多源数据采集，将各类数据进行融合，打通软件、硬件之间的数据传输壁垒，提供有效数据链路，依据实际需求，可将信息推送到相关监管部门，建立起有效的数据传输共享机制。

3 系统软件功能

该系统软件将监控视频数据和雷达数据进行深度融合，通过计算机视觉、神经网络、深度学习算法精确运算出隧道内危化品车辆的位置、速度、方向、运动轨迹等，对危化品车辆发生的逆行、超速、低速、慢行、抛洒物、违停、碰撞等异常事件进行预警，并以图形界面形式形成报警信息。软件支持事件的数字化回溯、事件轨迹回放和历史数据查询和报表统计，可将有关信息通过共享接口推送到有关监管部门，其核心功能模块主要有空间校准功能模块、时间校准功能模块、数据关联功能模块、事件分析模块和应急处置预案模块。

3.1 空间校准功能模块

针对采集的数据，确定大地坐标系的经纬度和高程信息，从空间对准的角度建立空间直角坐标系模型，建立基准坐标系，将数据统一到同一坐标系。

3.2 时间校准功能模块

将数据时间对准到一个时间基准上，统一数据率和采样频率，选定归一化采样时间间隔，实现对目标的时间校准。通过对各个车辆目标数据进行曲线拟合，实现对采集的车辆目标点迹数据的融合处理。

3.3 数据关联功能模块

通过建立目标状态转移模型和测量模型，确定经过信号处理检测得到的目标点迹，解决采集数据来源不确定性。将采集的目标点迹数据输入数据融合中心，通过并行多数据联合概率密度关联算法，来表征融合中心融合后输出的目标轨迹信息，实现的目标连续采集和跟踪。

3.4 事件分析模块

建立车辆异常事件模型，配置模型参数，建立交通拥堵、交通事故、抛洒物、慢行、超速、驻车、逆行等的事件触发规则和条件，形成事件记录、处理日志。

3.5 应急处置预案模块

依据危化品车辆在隧道内发生的交通事故、驻车、逆行等异常事件建立应急处置预案，便于异常事件突发时采取最有效的方案降低事故损失。

4 工程应用

吕梁太佳高速临县3#隧道于2010年12月正式通车，由吕梁片区管理，隧道双洞四车道。由于佳县返回太原方向危化品车辆属于满载情况，一旦发生事故，会造成更为严重的后果，因此本文研究的系统在吕梁临县3#隧道太原方向进行了实际的应用，该系统可以准确模拟危化品车辆在隧道内的运动轨迹，提醒驾驶员安全驾驶，对车辆在隧道内发生的违停、逆行、超速、变道等异常事件可以精确预警，对突发的事故可有效提供应急处置方案，有效降低了各部门的应急响应时间。

5 结论

本文研究的危化品车辆过隧道跟踪辨识和自动警示系统作为交通安全领域一种前沿高新的主动安全和预警技术，可有效解决危化品车辆车载GPS信号在隧道内丢失问题。通过雷达、视频等技术手段，融合计算机视觉、神经网络、深度学习算法，完成对危化品车辆高精度识别、定位和追踪；对车辆运行轨迹进行仿真和动态显示，实时掌握隧道危化品车辆运行状态；进一步与原有隧道监控系统机电设备形成联动；通过对危化品事故进行分级，完成分级应急响应的处置策略，对于安全交通具有巨大社会和经济意义。