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金沙城交通:基于人—车—路协同的交通安全管控系统

发布时间:2020-10-13

       9月11日,以“数字赋能交通,车联网引领新经济”为主题的2020数字网联交通大会暨第三届中国道路交通安全智库大会在南京召开。下面是南京金沙城交通设施有限公司技术总监徐海黎教授的分享:

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      各位领导各位嘉宾下午好,首先我对报告的题目做一个解释:所谓人-车-路协同,涉及到三个方面。人,是指对行人的通行管理,对交叉口和路段上行人过街通行管理。行人通行管理过程中的信息可被行人闯红灯抓拍、智能发光斑马线等路侧设施获取,并通过RSU传输给车辆上的车载终端。驾驶人或自动驾驶车辆可采取相应的措施,达到交通安全管控的目的。现在普遍认为通过单车智能是不可能实现自动驾驶的,必须通过车路协同,但是自动驾驶给我们带来便捷、解放人力的同时是否也带来了更多不安全的因素?尤其对于行人交通安全。所以我今天在车路协同前面加上了人,我们强调以人为本。

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      报告的内容将从以下四个方面进行讲解,分别是:交通安全管控的紧迫性、管控系统架构及应用场景、关键技术及设备、系统开发战略部署。



交通安全管控的紧迫性

       在这里我们可以看到一组数据,在2020年1-8月份江苏省内发生交通事故8541起,城市交通路口发生了3430起,死亡31人。看起来这都是冰冷的数据,但是落到任何一个人头上,都是对多个家庭的毁灭性打击。由此可见交通安全管控的紧迫性,目前各个交管部门都在采取积极的管控手段解决交通安全问题。

       再来看几组数据,江苏省南通市常久公路-八匡路等三个路口,在2019年第一个季度这三个路口发生了58起交通事故,在采取了管控手段之后2020年仅仅发生了4起,特别是九号河进南路口以及九号河常中中心路口事故数均为0,事故压降率达到80%以上。另外再看一组数据,G228国道-民生路口是典型的国省道与农村小路交叉口,自2020年7月15日我们采取了管控手段后,仅发生了1起轻微道路交通事故,同比去年下降66.7%,事故压降效果明显。下面这两幅图显示的是国务院安委办江苏安全生产专项督导“回头看”暨重点行业领域专责督导组,参观G228国道-民生路口采取管控措施的情况。那么从这些数据我们可以看出采取管控措施以后事故压降效果非常的明显,那么到底采取的是什么样的管控措施呢,我们来看第二部分内容。

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管控系统的架构和应用场景


       我们对行人的通行管理交通场景进行分类,对行人通行管理的交通场景进行分类,分为交叉口和路段,交叉口又分为灯控和非灯控,在交叉口没有红绿灯的情况基本是在国省道与乡村道路的交叉口,存在岔路多、不适宜装信号灯的情况。对于仅可行人通行的路段,同样分为灯控和非灯控情况,灯控路口同第一种情况,非灯控路口分为城区和国省道,要区别对待。这样合并同类项后,所有情况就分为了这三种类别。第一个是交叉口路段上的灯控场景,第二个是城区路段非灯光控场景,第二个国省道与农村道路的灯控场景。



       第一种场景:交叉口、路段上的灯控场景,央视十套专门为金沙城娱乐官方平台智能发光斑马线拍摄的专题片《时尚科技秀》。

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       由于时间有限我们只看一部分,这一部分是灯控应用场景,下面是非灯控应用场景,这段视频很好的描述了灯控路口的应用场景,在这种灯控路口采用的就是这样架构的交通安全管控措施。发光地砖将空中的信号灯同步映射到地面,包括行人等待区和机动车停止线,给行人和驾驶员的提示作用更加强烈和直接,如果行人执意闯红灯,那就把你的人脸精准抓拍下来,并在人行灯屏上进行警告。路口可接户外大屏,在与人员数据库比对后将闯红灯人员信息曝光显示。前端设备除了完成自身的任务以外,同时具备智能感知功能,比如,人行灯的人流数据统计、发光砖的车流数据统计等,可以将路口信息实时传送至中心管控平台,平台通过5g网络将数据几乎无延时的传送到车载终端上。另外还有户外大屏可以进行信息发布,构建这样一个v2x车联网,为驾驶员提供驾驶指导和线路决策。

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       那么刚刚讲的是一个常规情况下的应用场景,还有一种应有场景是在高架桥下面,高架桥下面它的特殊性在哪里呢,高架桥地面道路基本上长期是暗无天日的,那么当这个十字交叉口,刚好有桥墩的时候由于光线昏暗,驾驶员有可能看不清桥墩,从而引发事故。那这个时候除了按常规的铺设斑马线发光地砖以外,另外还在左转区的左转箭头标志做成了发光箭头,同时车道的引导标线也可以用发光地砖铺设。


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       可以看这样一个动画演示。开始时,两辆车跟车较近,由于前车遮挡,驾驶人看不到对面的红绿灯信号,但却能清晰看到地面用发光地砖铺就的停止线,发光地砖的颜色变化与红绿灯信号完全同步。此时,对机动车而言,左转和直行都是红灯,机动车停车等候,垂直方向的行人可过街。直行信号灯转为绿灯,直行和左转车辆停止线同步变为绿色,左转机动车可进入左转待转区,待转区内的发光左转箭头标志清晰明了。此时待转区的停止线为红色,车辆在待转区内等候,直至左转信号灯变为绿色,待转区停止线同步变为绿色,车辆左转通行。当机动车左转、直行信号灯都变为红灯时,垂直方向行人可通行。斑马线行人等待区铺有跟人行信号灯同步的红绿色发光地砖,斑马线中间镶嵌白色发光砖形成流水灯效果,指引行人快速过街。当有人闯红灯时,智能红绿灯进行人脸抓拍,并把抓拍下来的人脸在灯体LED屏上曝光显示。


 
       第二种应用场景:城区路段非灯控场景,这是一个非灯控场景下一个路段上的过街通道,是没有红绿灯信号的,我们把斑马线用黄色的发光砖包裹一圈,当有行人或者非机动车通行的时候,发光地砖快速的爆闪以此警示驾驶员,斑马线上有人通行。当行人过去后,黄色的发光地砖闪烁的频率就会降低。这是整个系统的架构,跟刚才的灯控架构相比,增加了一个行人及非机动车的检测装置,同样的,联网情况下可以将实时信息传输给中心管控平台,并传输给车载终端设备。那么这种场景应用下的有益好处是什么呢,我们先来看这段视频。首先看一个视频,这个视频是第一车道的机动车行车记录仪拍摄的,这辆车看到了过街行人,他停车等候,但是他右侧的车辆被他的车挡住了视线没有看到行人,导致交通事故的发生。因事发突然、令人猝不及防,因此被称为“鬼探头”。

       我们怎么来通过我们的技术管控手段来避免这种事故的发生呢?解决方案在通行路段的斑马线的四周装上发光地砖,当有行人走上之后是黄色的爆闪工作模式来提醒一二车道上的车辆注意避让,司机不一定能看到行人,但是可看到发光地砖在爆闪,这时候就表示有行人来了,要注意避让来减少事故的发生。



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       第三种应用场景:国省道与农村道的非灯控场景,解决方案是这样的,在辅路的右侧安装有毫米波雷达,当有行人、非机动车或机动车从辅路驶出,可检测到这些移动物,此时,安装在路口主路右侧横杆上的“横向来车”指示屏点亮、落地爆闪警示灯爆闪,主路地面上的黄色发光地砖闪烁,警示驾驶人路口辅路上有行人、非机动车或机动车要通行。同时,主路上的雷达检测您的当前车速,并将车速在车速反馈仪的LED显示屏上显示出来,警示您不要超速行车。

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       那么在辅路上是如何警示的呢,是在主路上距离路口100米~150米处路的右侧,安装有检测车辆的毫米波雷达。该雷达可区分来向车和去向车,触发距离可达150米,并可准确测速。当该雷达检测到有来向车时,在面向辅路的LED显示屏上显示“有车”,LED“让”字牌闪烁,向需要过马路的行人或非机动车发出警示,路口有车辆通行,注意避让。

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      这些典型应用场景下的管控手段已在全国三十多个城市以及韩国的龟尾、世宗两市成功落地应用,央视《走近科学》及各新闻频道、地方台、报纸、学习强国APP等主流媒体进行了近二十次的媒体报道。今年两会期间,全国政协委员、南通大学校长施卫东的提案就是“给孩子装一条会发光的斑马线”。在2020年8月份公安部交通管理科研所,2020年8月,公安部交通管理科研所将南京市江宁区双龙大道-天元路路口应用的智慧发光斑马线作为典型案例向全国交警系统展示并推荐。这些解决方案所涉及到的知识产权情况是这样的,我们已经申请了13例发明专利,其中有5件授权,并且我们也申请了PCT国际专利。有专利被凭为“南京市优秀实用新型奖”,还有软件著作权。


关键技术及设备


       实现这样一些管控系统手段的关键技术,第一个关键技术:以材料学、力学、机械设计及制造等学科为理论基础,研制出了透明度高、机械性能良好、耐高低温和耐紫外线辐射、硬度10-80Shore D可调的高分子复合材料作为砖体的主要材质。第二个关键技术:基于断裂力学、热力学,结合有限元仿真技术,研究了两种载荷情况下(车载、温度载荷)无缝伸缩缝间隙板边缘裂纹应力强度因子的变化规律,探讨该敏感区域裂纹反射开裂特性。第三个关键技术:优化了发光地砖路面铺设的组合结构,防止发光地砖周围路面出现裂缝、坑槽、车辙、沉陷、松散等病害。以水泥混凝土路面为例,与路面接缝处的路面弯沉差0.20~0.45mm,接缝传荷系数≥80%。基于这样的理论基础,在路面实施最早的已经有两年的时间了,这过程中没有出现裂纹、破损的情况,说明这样一些理论基础的坚实性。第四个是基于人脸识别方面的,采用目标检测网络YOLOv3-MobileNetV2的模型结构,综合考虑硬件配置、软件运行环境、网络模型大小等因素,满足人形检测、人头检测、人脸检测等多种目标检测情况下的实际应用。第五个关键技术:基于各向异性磁阻传感技术及滑动平均滤波算法处理车流量数据,抑制周期性干扰并滤除噪声,得到高精度的车流量数据,并基于该数据优化红绿灯信号配时,弥补传统固时控制的不足。第六个关键技术:深化研究道路交通发光地砖的材料配比、接口设计及功能集成应用,将砖体防紫外线老化、砖体与电源转接头的防水性能等方面性能进一步提升。第七个关键技术:构建基于LTE-V2X标准的人-车-路协同管控平台,将各路侧基础设施作为平台中的功能子系统集中管控,实现高可靠、低延迟的交通路况信息推送和调取。



        应用这样一些关键技术,我们研发了这些典型产品:发光地砖/发光箭头砖、人脸识别多功能人行灯、毫米波雷达。首先来看发光地砖/发光箭头砖的产品特点。