近日，在《中国交通信息化》主办的“智慧高速·关键技术”网络直播课中，交通运输部公路科学研究院 北京交科公路勘察设计院副总经理盛刚作题为《公路运行精准感知及可视化管理关键技术》的报告。以下为盛刚的主要报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。
交通运输部高度重视公路运行监测工作，2012 年 1 月发布了《公路网运行监测与服务暂行技术要求》、《高速公路监控技术要求》和《高 速公路通信技术要求》（简称三项“技术要求”），指导和规范了公路网运行监测与服务系统的建设、运行与管理，逐步形成了部省路网监 测与管理体系，初步形成了部省联动、区域互动的应急协调机制，有效推动了路网“可视、可测、可控”等工作的开展。
《公路运行精准感知及可视化管理关键技术》为2021 年度交通运输重大科技创新成果库入库成果。研究内容包括以下几个方面：
以全向毫米波雷达为基本感知数据源，以ETC门架系统数据为车辆信息识别校准依据；
研究车辆精准感知与轨迹监测、车辆信息识别与融合、高可靠交通边缘计算设备容错、公路运行状态精准感知与管理应用、高精度四维可视化地图构建等关键技术；
构建数据处理、事件监测、运行状态展示为一体的可视化管理平台；
- 为路网智慧管理和车路协同自动驾驶提供了全新的感知解决方案。
车辆精准定位与轨迹监测技术包括车辆精准定位技术、车辆遮挡轨迹补偿技术、多目标数据传递技术及车辆轨迹监测与还原技术。
车辆精准定位技术是基于毫米波雷达对变化物体的检测方法，以解决现有技术中鉴于杂波图检测静止物体和缓慢指定目标时误检或漏检的问题。车辆遮挡轨迹补偿技术依据初始时刻车辆的位置、速度及姿态，计算出车辆坐标系相对于惯性系的姿态角、加速度，对加速度一次（二次）积分得到速度（位置）。多目标数据传递技术利用雷达传感器采集雷达检测区域范围内所有静止目标和运动目标的原始数据，送至数据采集处理器进行数据分析处理以获得车辆动态数据，依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，生成与车辆对应的唯一ID身份编号，可以实现多个目标在两个和多个雷达之间的数据传递与数据融合。车辆轨迹监测与还原技术依据多帧信号的连续测量点迹，对目标进行轨迹监测与还原，形成目标随时间更新的轨迹信息。
车辆特征信息识别与融合技术包括车辆特征信息识别方法、基于ETC门架系统的车辆特征信息识别技术、基于毫米波全向雷达和视频融合的车型识别技术。
车辆特征信息识别方法是在车辆进入公路时与车辆在通过ETC门架系统时进行信息识别。
基于ETC门架系统的车辆特征信息识别技术，可实现ETC门架系统自动识别所有通行车辆（包括ETC车辆和MTC车辆）前后车牌颜色和车牌号码，经系统自动识别后，可由人工核对修正，将所有识别出的车牌颜色、车牌号码和时间、门架信息及车辆图像信息等形成图像流水记录。基于毫米波全向雷达和视频融合的车型识别技术通过全向毫米波雷达和视频融合对每个目标物体的类型进行精准区分，目标类型主要包括：大型车辆、中型车辆、小型车辆、行人、动物、抛洒物体、障碍物等。通过研究基于冗余的边缘计算路侧设施容错技术,创新性开发了交互式复合运算处理结构，构建了路侧设施边缘计算单机串联、并联、冗余等多种模式的容错机制，对路侧通信感知系统部署方式进行了优化设计。包括硬件容错技术、软件容错技术、面向边缘计算容错的数据运算与控制技术。
公路运行状态精准感知与管理应用包括交通运行状态精准监测技术、公路雷-视融合跨监控域联合追踪技术、异常事件实时监测技术。
目前国内外实景三维地图系统已有应用，但高精度四维实景在公路应用较少。通过高精度四维实景地图构建、预处理、动态建模等技术，实现基于高精度四维实景的车辆级智慧运行监测平台相关技术和相关的可视化应用。高精度四维可视化地图构建技术主要包括高精度四维实景地图构建技术、基于虚拟现实仿真的预处理技术、基于虚拟现实仿真的动态建模技术。
设备及平台开发包括毫米波全向雷达传感器研发、交互式边缘计算服务器研发、高精度四维实景可视化管理平台。关键技术创新包括以下几个方面：
1、提出了基于全向毫米波雷达的车辆精准定位与轨迹监测方法，研究了车辆精准定位、车辆遮挡轨迹补偿、多目标数据传递等技术，研发了全向毫米波雷达检测设备，有效解决了传统技术在公路运行监测中的精度、覆盖度不足的问题，为行业提供了一种非卫星且无需安装车载设备的方式实现精准定位的解决方案和技术，推动行业基于车辆定位相关应用的科技发展。
2、研发了基于ETC门架系统的车辆特征信息识别技术，提出了车辆特征信息与车辆雷达监测动态信息绑定方法，解决了车辆多元特征信息精准获取、车辆特征信息与雷达探测车辆动态信息关联融合问题，为公路车辆特征信息精准识别提供了一种新的技术手段和方法。3、创新性地根据高速公路应用需求，提出了公路边缘计算路侧设备硬件和软件容错方法，攻克了基于交互式复合结构的硬件容错技术、基于恢复块和防卫式程序设计的软件容错技术，开创性地研发了公路边缘计算路侧设备，设备稳定性更高、计算速度更快、功能更丰富，极大提升了公路边缘计算路侧设备的适用性和可靠性。4、研究了公路雷-视融合跨监控域联合追踪技术，构建摄像机全方位控制、摄像机控制平衡补偿和基于目标运动连续性原理的跨监控域联合追踪等模型，通过雷达探测的车辆位置精准控制多台监控摄像机，解决了目标车辆连续跟踪监控问题，实现了雷达与视频智能融合巡航和联动，大幅提高了公路运行监测和路网管理水平。5、研究了高精度四维实景地图构建、基于虚拟现实仿真的预处理和动态建模等技术，开发了四维实景可视化管理平台，实现四维可视化应急指挥调度、车辆运行监控、异常驾驶行为预警、异常交通事件预警、逃费稽查、车辆多元特征识别等应用。该项目在延崇智慧高速公路（河北段）进行了示范，此外关键技术也在广东、山东等智慧高速项目进行了推广应用。
延崇智慧高速公路（河北段）示范工程在道路沿线布设了 48 台全向毫米波雷达传感器、48 台交互式边缘计算服务器、48 台跟踪监控摄像机、32 套车牌特征识别摄像机以及其他辅助设备。
系统整体工作界面
工程应用监测指标及效果
外场设备布设：在不考虑遮挡的情况下，为了满足投资小、检测效果好的原则，设备之间按照 750 米的布设间距进行布设。隧道内布设：由于隧道属于半封闭式管状结构，且设备安装较低，容易受遮挡，此外由于隧道存在上坡、下坡和转弯的情况， 会造成雷达检测距离缩短，因此在安装雷达时候需要根据实际情况进 行适当调整或加密，来减少盲区的存在。
作者 | 盛刚（交通运输部公路科学科学研究院 北京交科公路勘察设计院副总经理）来源 | 《中国交通信息化》“智慧高速·关键技术”网络直播课
