CN113923414A - 三段式隧道视觉综合监测调控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了隧道安全行车领域的三段式隧道视觉综合监测调控系统，包括隧道雷达预警系统、隧道全景图像监测系统、隧道消防设施监测系统和隧道防二次事故预警系统，所述隧道雷达预警系统为多普勒雷达预警系统，通过多普勒频率与目标移动速度的线性关系来采集隧道内车辆运行情况，多普勒雷达预警系统将采集的数据通过RS485接口实时传输至数据处理中心，由数据处理中心对隧道内的数据作前端处理。本发明基于交通量多数据基础建模的嵌入式控制模型软件，建立基于无线传感网络的传输系统，作为隧道交通量采集通道；对多普勒检测器采用超低功耗设计，实现智能化的隧道交通事故预警监测系统，以达到防止隧道事故发生及提高应急处置能力。
Description
技术领域
本发明涉及隧道安全行车领域，具体是三段式隧道视觉综合监测调控系统。
背景技术
随着我国社会经济的持续、快速、健康发展，公路网不断向崇山峻岭、离岸深水区延伸,公路隧道总量和建设规模持续增大，截至2019年末，全国公路总里程501.25万公里，全国公路隧道达19067处、1896.66万米，其中特长隧道1175处、521.75万米，长隧道4784处、826.31万米，浙江作为全国隧道大省，隧道里程已超过1300公里，其安全运营管理问题已成为高速公路管养过程中重点、难点环节。
隧道火灾事故相对频率较高，造成的经济损失和财产破坏难以估计，后果通常较为严重，例如2014年的晋济高速公路岩后隧道火灾事故是一起普通的交通追尾事故，却造成31人死亡、9人失踪、42辆车烧毁的重大损失，大火燃烧73小时才被扑灭，其中有一个重要原因是消防设施的健康状态维护不到位，完好性不达标，在该火灾救援时隧道内消防栓内无水，消防车辆只能从高速路下边拉水上高速再进行灭火、降温，延误了灭火时间，加重了人员和经济损失，2019年浙江沈海高速猫狸岭隧道发生半挂车自燃事故，事故造成5人死亡、31人受伤(其中15人重伤)，直接经济损失500余万元；2020年该隧道再次发生半挂车碰撞火灾事故，造成1人死亡，部分隧道设备受损，半挂车烧毁，隧道消防设施的完好性，是火灾发生后能否得到及时有效扑救的先决条件，也是高速管理单位的管理职责需求，是高速路公司切实履行企业安全生产主体责任的义务。
保障交通安全畅通，提高安全监管和应急处置能力是交通运输管理部门的重要职责，随着公路已建长隧道和隧道群的不断增多，隧道运行安全问题日益凸现，据某高速隧道所的统计，自通车以来，隧道事故造成的损失不断呈上升趋势，随着智慧城市和智慧交通建设的推进，隧道的安全预警智能化和应急指挥及时化是管理部门的需要，也是满足公众安全出行的需要。
就高速公路隧道而言，隧道具有内外亮度差异大、空间小、纵向深较大、出入口数量少、封闭性强特点，对驾驶员的正常行驶行为造成干扰，同时在隧道内发生事故时，往往救助紧迫性强，救援难度大、处置困难，如何实现安全预警和制定相应的应急响应方案，减少恶性事故和二次事故发生时管理部门面临的重要挑战，目前高速公路隧道安全联动预警主要存在以下难点：
(1)隧道环境狭长封闭，一般的摄像机只能提供某一区域的视频监控，不能对事故发生的全景进行监控，全景监控往往需要多个摄像机多点取景，多个屏幕在后台显示，视屏拼接难度大，正确率低，统一测度映像和整体场景监控效果差，且设备及运行成本高；
(2)缺乏对监控区域内违法和异常现象的智能识别和预警，国内还没有在准确度、视频覆盖度、实时响应速度达到要求的全景监控和视频识别手段；
(3)现有隧道消防设施主要使用人工巡检，检测结果存在滞后性，检测的类别少，数据也难以追溯，且工作危险性高，隧道内消防设施的智能化程度较低，操作不够简便，在火灾事故发生后，限制消防箱发挥其应有的作用；
(4)现有隧道机电系统在二次事故预防方面效果不明显，主要为洞口门架情报板、洞口4色红绿灯、洞内车道指示器、洞内情报板、隧道有限广播，此类设备诱导效果不直观，部分驾驶员也不太关注设备沿线提醒内容，导致交通诱导效果不明显；此外现有隧道诱导设施不能实现提前预警，隧道内发生事故时，后续车辆容易直接进入隧道。
因此，本领域技术人员提供了三段式隧道视觉综合监测调控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供三段式隧道视觉综合监测调控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
三段式隧道视觉综合监测调控系统，包括隧道雷达预警系统、隧道全景图像监测系统、隧道消防设施监测系统和隧道防二次事故预警系统，其特征在于：所述隧道雷达预警系统为多普勒雷达预警系统，通过多普勒频率与目标移动速度的线性关系来采集隧道内车辆运行情况，多普勒雷达预警系统将采集的数据通过RS485接口实时传输至数据处理中心，由数据处理中心对隧道内的数据作前端处理，将处理结果上传到机房控制中心，控制中心把相邻节点的数据进行比对，得出差异数据，再根据隧道实际流量相关信息，进行智能梯型比对，判断相邻两节点间是否有堵车。
作为本发明进一步的方案：所述隧道全景图像监测系统为基于鱼眼全景镜头的全方位视觉检测分析预警系统，借助鱼眼镜头对监视场景实时拍摄图像，通过图像处理校正方法将畸变的图像恢复为正常图像，同时，利用图像虚拟检测算法，根据上位机设置对隧道场景利用规则进行实时检测，借助H.264视频编解码技术实现视频流远程传输，便于视频监控管理者对监控内物体有效管理，所述隧道全景图像监测系统将嵌入式系统应用于全景摄像机中，对采集到的视频进行数据处理，完成模拟信号到数字信号的转换，然后直接传送到后端。
作为本发明进一步的方案：所述全景图像监测系统对图像的处理模式包括图像增强处理、图像背景提取、检测运动物体边缘、运动点团提取、背景更新和确定感兴趣区。
作为本发明进一步的方案：所述隧道消防设施监测系统通过对隧道水消防系统构成中的最小集成单元消火栓箱基础设施进行信息化、数字化改造，增设友好提示和警报设备，全面、持续掌握消火栓箱内各设施工作状态，提供更加简便的水消防操控方式和更加友好的水消防应用界面。
作为本发明进一步的方案：所述隧道消防设施监测系统通过对消防箱增设电控阀门、消防水压检测、水成膜泡沫液存量检测和水枪灭火器位置检测智能感知技术实时采集消防箱内设备的状态数据，整合火灾报警信息发送至消防设施健康状态综合诊断控制单元，解决现有隧道消防设施中各设备的状态监测需要人工巡检的问题。
作为本发明进一步的方案：所述隧道防二次事故预警系统包括自走式智能诱导系统、标识投射系统和隧道入口管控系统。
作为本发明进一步的方案：所述自走式智能诱导系统包括整合LED诱导灯、视频事件监测、交通信息显示屏，所述自走式智能诱导系统与路面摄像机、智联情报板、事件检测器进行联动。
作为本发明进一步的方案：所述标识投射系统采用图案投影灯与IOT物联网模块实现远程管控功能，所述图案投影灯为内置投影灯的定制雨刷。
作为本发明进一步的方案：所述隧道入口主动管控系统包括外场硬件设备、智能管控柜和一体化管控平台。
作为本发明进一步的方案：所述外场硬件设备包括信息提示牌、车辆超温检测器、LED情报板、声光报警灯、行车指示灯、限速标志牌、高音喇叭、全景摄像机、门架式情报板、LED灯带、栏杆机、爆闪灯、洞口信号灯和强插广播。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基于交通量多数据基础建模的嵌入式控制模型软件，建立基于无线传感网络的传输系统，作为隧道交通量采集通道；对多普勒检测器采用超低功耗设计，实现智能化的隧道交通事故预警监测系统，以达到防止隧道事故发生及提高应急处置能力；
2、本发明解决了受传统摄像机可视角范围限制，无法实现对匝道监控主线和匝道同时监控的弊端，实现同一监控界面对主线和匝道的同时监控和事件侦测功能，同时项目组研发的全景摄像机具有前端视频事件识别技术，无需通过后端处理，在摄像机段就可对敏感事件进行联动输出，通过位置坐标定位技术，直接驱动球机进行跟踪抓拍事件车辆，直至事件车辆离开全景摄像机视野范围；
3、本发明基于智能感知技术的消防箱状态实时监测终端，利用智能感知技术实时采集消防箱内设备的状态数据，通过远程通讯技术将采集到的消防箱设备的状态数据，通过后续数据处理发现消防箱内设备健康状态问题，从而节省人工对消防箱定期巡检消耗的大量人力物力，避免定期巡检的滞后性，及时的发现消防箱设备故障，保证隧道消防设施的完好性，为火灾发生后能够正常使用消防设备提供保障。
附图说明
图1为本发明中全景摄像机的图像处理流程模型图；
图2为本发明中采用频域法对全景摄像机采集的图像进行图像增强的流程图；
图3为本发明中图像背景提取流程图；
图4为本发明中检测运动物体边缘流程图；
图5为本发明中确定感兴趣区流程图；
图6为本发明中隧道消防监控系统功能图；
图7为本发明中自走式诱导系统流程图；
图8为本发明中隧道入口主动管控系统与现有技术对比框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～8，本发明实施例中，三段式隧道视觉综合监测调控系统，包括隧道雷达预警系统、隧道全景图像监测系统、隧道消防设施监测系统和隧道防二次事故预警系统，其特征在于：所述隧道雷达预警系统为多普勒雷达预警系统，通过多普勒频率与目标移动速度的线性关系来采集隧道内车辆运行情况，多普勒雷达预警系统将采集的数据通过RS485接口实时传输至数据处理中心，由数据处理中心对隧道内的数据作前端处理，将处理结果上传到机房控制中心，控制中心把相邻节点的数据进行比对，得出差异数据，再根据隧道实际流量相关信息，进行智能梯型比对，判断相邻两节点间是否有堵车。
其中，所述隧道全景图像监测系统为基于鱼眼全景镜头的全方位视觉检测分析预警系统，借助鱼眼镜头对监视场景实时拍摄图像，通过图像处理校正方法将畸变的图像恢复为正常图像，同时，利用图像虚拟检测算法，根据上位机设置对隧道场景利用规则进行实时检测，借助H.264视频编解码技术实现视频流远程传输，便于视频监控管理者对监控内物体有效管理，同时将嵌入式系统应用于全景摄像机中，对采集到的视频进行数据处理，完成模拟信号到数字信号的转换，然后直接传送到后端，这样就不需要在后端配置大量的服务器站就可以实现视频数据的显示，不但降低了成本，而且大大增加了系统的可扩展能力，嵌入式系统具有低功耗、已开发、高稳定性、接口丰富和支持操作系统的技术特点。
本实施例中，所述隧道全景图像监控系统是一个包含多个域和子系统的，其监控事件来源于多个不同的系统消息，这些消息包括：
(1)状态变位事件，包括数字量的状态变化和模拟量的越界报警；
(2)各种操作记录，包括控制操作是否成功、报警确认；
(3)综合监控系统设备状态的变化，包括计算机故障和网络设备故障。
全景摄像机的事件识别包括两部分：历史事件识别和实时事件识别，历史事件识别是根据用户设定的查询条件从数据库中读取历史事件后在GUI上展示给用户，对历史事件进行识别；实时事件识别是将全景摄像机监控的实时事件展示出来。
其中，所述全景图像监测系统对图像的处理模式包括图像增强处理、图像背景提取、检测运动物体边缘、运动点团提取、背景更新和确定感兴趣区。
本实施例中，所述图像增强处理包括对图像对比度增强、去噪、平滑锐化和色彩增强，去噪方法分为以下两大类：
①采用低通滤波方法，去掉图像中较高频率的噪声；
②采用高通滤波方法，增强边缘高频信号，使模糊的图片变得清晰，去除或减弱噪声。
在进行分析识别前，采用频域方法对全景摄像机采集的图像进行图像增强：主要包括一下两种方法：
①采用低通滤波法，去掉图中较高频率的噪声；
②采用高通滤波法，可增强边缘高频信号，使模糊的图片变得清晰。
本实施例中，所述图像背景提取采用基于均值的彩色图像背景提取方法，将一段时间中的所有图像帧取平均，平均值更接近背景，背景出现次数比前景越多，平均值就越接近背景，运动前景是转瞬即逝的，以平均值作像素背景值，可在一定程度上抑制噪声，在高速公路匝道监控中，利用背景差法提取交通路口场景中车辆前景运动目标交通流信息,在检测车辆违规驾驶方面有重要作用。
本实施例中，所述检测运动物体边缘需对运动物体的边缘进行检测，使观察者一目了然；是图像识别中重要的图像特征，图像边缘是图像局部特征不连续性(灰度突变，颜色突变，纹理结构突变)的反映，提取边缘的算法就是检测出符合边缘特性的边缘像素数学算子，可利用求导数的方法检测到，边缘检测首先利用边缘增强算子，突出图像中的局部边缘，定义像素“边缘强度”，通过设置阈值法提取边缘点集。
本实施例中，所述运动点团提取也称背景去除，把每一帧的非背景部分提取出来，非背景部分就是运动前景，根据运动物体和场景中的静止背景在亮度、色度上的不同，将图像序列的每一帧图像与背景图像作差，然后二值化，可得每一帧的运动点团：图像中的一个像素，如果它与背景图像对应像素的距离大于一个阈值，则认为它是前景，此时输出1，否则为背景，输出0，最后得到的二值图像就是运动点团图像，采用两帧彩色图像差法进行运动点团矢量距离的计算，阴影的处理是运动点团提取这一步重要的一环。
本实施例中，所述背景更新可将提取出的运动前景像素点的某些属性和对应背景比较，满足某些条件的就是阴影，在亮度上阴影比背景暗；前景一般在色度和亮度上和背景有差别，视频图像的背景会随时间变化而变化，对背景提取需根据图像变化适时调整。
本实施例中，所述确定感兴趣区通过统计每个像素点出现前景和背景出现次数就可得感兴趣区，通过帧差法在采样时间段内比对统一像素在图相对的差别判断是否发生较大变化来判断是否为背景，及背景出现的次数，然后根据像素背景出现的次数就可以得到感兴趣区
其中，所述隧道消防设施监测系统通过对隧道水消防系统构成中的最小集成单元消火栓箱基础设施进行信息化、数字化改造，增设友好提示和警报设备，全面、持续掌握消火栓箱内各设施工作状态，提供更加简便的水消防操控方式和更加友好的水消防应用界面，使一定程度的火灾初期自救成为可能，结合后台的集控单元和前端消火栓箱信息网络接口，为隧道电气消防系统提供另外一条备份数据传输通道，可强化电消防系统的容错能力，并在隧道内部署相对密集的信息接入点，所述隧道消防设施监测系统通过对消防箱增设电控阀门、消防水压检测、水成膜泡沫液存量检测和水枪灭火器位置检测智能感知技术实时采集消防箱内设备的状态数据，整合火灾报警信息发送至消防设施健康状态综合诊断控制单元，解决现有隧道消防设施中各设备的状态监测需要人工巡检的问题。
其中，所述隧道防二次事故预警系统包括自走式智能诱导系统、标识投射系统和隧道入口管控系统。
本实施例中，所述自走式智能诱导系统包括整合LED诱导灯、视频事件监测、交通信息显示屏，应用于隧道路段特别是山区路段，能有效地解决危险道路交通安全问题(特别是连环撞车的恶性事故)，并能将实时的将交通信息及路况警告通过声光报警屏及时送达到驾驶员视野内，对提高整体道路的通行性和安全性有极大的提升，所述自走式智能诱导系统与路面摄像机、智联情报板、事件检测器进行联动，在正常通行状况时为司乘人员提供速度诱导，在异常通行状况下向司乘人员提供异常信息提示以达到更安全的行车环境，具体包括以下几种情况：
a)隧道内道路顺畅安全情况下(绿色)；
诱导灯以提前设定的频闪速度(按照车辆限速设定)频闪。
b)隧道内出现抛洒物影响行车安全情况下(黄色)；
当事件检测器发现路面出现抛洒物(路面车辆拥堵)时，事件检测器同时触发控制器和智联情报板，①对应灯带的颜色从绿色变为黄色；②隧道入口的智联情报板显示对应信息提示司乘人员注意道路安全。
c)隧道内出现事故或者火灾紧急情况下(红色)；
d)控制器也可以人为控制新型诱导灯的颜色；
e)由于机动车在高速公路上行车速度快，反应时间短，因此拟在隧道入口前单侧安装1km诱导灯以提高诱导效果。
本实施例中，所述标识投射系统采用图案投影灯与IOT物联网模块实现远程管控功能，所述图案投影灯为内置投影灯的定制雨刷，图案投影灯预先编制好4-8种图案：限速标识(120、100、80)、前方事故谨慎驾驶标识、前方事故减速慢行标识、前方拥堵标识、进入隧道请开车灯标识，内置IOT物联网模块，通过运营商的物联网通道，实现远程管控功能，在每个图案投影灯处有运营商的信号覆盖，有电源即可，适用场景和范围更广，图案投影灯上预留可以接入公司开发的智慧路灯杆的标准网络接口，实现产品的兼容性和标准化，设置时序控制器：实现自动夜间开启白天关闭的功能；设置雨水传感器和雨刷：镜头处有雨滴时启动雨刷，同时定期(暂定每周2次)开启雨刷除尘。
本实施例中，所述隧道入口主动管控系统包括外场硬件设备、智能管控柜和一体化管控平台，管理人员可以通过一体化管控平台平台，执行不同的预案，去控制场外硬件设备。
本实施例中，所述外场硬件设备包括信息提示牌、车辆超温检测器、LED情报板、声光报警灯、行车指示灯、限速标志牌、高音喇叭、全景摄像机、门架式情报板、LED灯带、栏杆机、爆闪灯、洞口信号灯和强插广播。
本实施例中，基于交通量多数据基础建模的嵌入式控制模型软件，建立基于无线传感网络的传输系统，作为隧道交通量采集通道；对多普勒检测器采用超低功耗设计，实现智能化的隧道交通事故预警监测系统，以达到防止隧道事故发生及提高应急处置能力。
解决了受传统摄像机可视角范围限制，无法实现对匝道监控主线和匝道同时监控的弊端，实现同一监控界面对主线和匝道的同时监控和事件侦测功能，同时项目组研发的全景摄像机具有前端视频事件识别技术，无需通过后端处理，在摄像机段就可对敏感事件进行联动输出，通过位置坐标定位技术，直接驱动球机进行跟踪抓拍事件车辆，直至事件车辆离开全景摄像机视野范围。
基于智能感知技术的消防箱状态实时监测终端，利用智能感知技术实时采集消防箱内设备的状态数据，通过远程通讯技术将采集到的消防箱设备的状态数据，通过后续数据处理发现消防箱内设备健康状态问题，从而节省人工对消防箱定期巡检消耗的大量人力物力，避免定期巡检的滞后性，及时的发现消防箱设备故障，保证隧道消防设施的完好性，为火灾发生后能够正常使用消防设备提供保障。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.三段式隧道视觉综合监测调控系统，包括隧道雷达预警系统、隧道全景图像监测系统、隧道消防设施监测系统和隧道防二次事故预警系统，其特征在于：所述隧道雷达预警系统为多普勒雷达预警系统，通过多普勒频率与目标移动速度的线性关系来采集隧道内车辆运行情况，多普勒雷达预警系统将采集的数据通过RS485接口实时传输至数据处理中心，由数据处理中心对隧道内的数据作前端处理，将处理结果上传到机房控制中心，控制中心把相邻节点的数据进行比对，得出差异数据，再根据隧道实际流量相关信息，进行智能梯型比对，判断相邻两节点间是否有堵车。
2.根据权利要求1所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述隧道全景图像监测系统为基于鱼眼全景镜头的全方位视觉检测分析预警系统，借助鱼眼镜头对监视场景实时拍摄图像，通过图像处理校正方法将畸变的图像恢复为正常图像，同时，利用图像虚拟检测算法，根据上位机设置对隧道场景利用规则进行实时检测，借助H.264视频编解码技术实现视频流远程传输，所述隧道全景图像监测系统将嵌入式系统应用于全景摄像机中，对采集到的视频进行数据处理，完成模拟信号到数字信号的转换，然后直接传送到后端。
3.根据权利要求1所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述全景图像监测系统对图像的处理模式包括图像增强处理、图像背景提取、检测运动物体边缘、运动点团提取、背景更新和确定感兴趣区。
4.根据权利要求1所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述隧道消防设施监测系统通过对隧道水消防系统构成中的最小集成单元消火栓箱基础设施进行信息化、数字化改造，增设友好提示和警报设备，全面、持续掌握消火栓箱内各设施工作状态，提供更加简便的水消防操控方式和更加友好的水消防应用界面。
5.根据权利要求1所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述隧道消防设施监测系统通过对消防箱增设电控阀门、消防水压检测、水成膜泡沫液存量检测和水枪灭火器位置检测智能感知技术实时采集消防箱内设备的状态数据，整合火灾报警信息发送至消防设施健康状态综合诊断控制单元。
6.根据权利要求1所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述隧道防二次事故预警系统包括自走式智能诱导系统、标识投射系统和隧道入口管控系统。
7.根据权利要求6所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述自走式智能诱导系统包括整合LED诱导灯、视频事件监测、交通信息显示屏，所述自走式智能诱导系统与路面摄像机、智联情报板、事件检测器进行联动。
8.根据权利要求6所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述标识投射系统采用图案投影灯与IOT物联网模块实现远程管控功能，所述图案投影灯为内置投影灯的定制雨刷。
9.根据权利要求6所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述隧道入口主动管控系统包括外场硬件设备、智能管控柜和一体化管控平台。
10.根据权利要求9所述的三段式隧道视觉综合监测调控系统，其特征在于：所述外场硬件设备包括信息提示牌、车辆超温检测器、LED情报板、声光报警灯、行车指示灯、限速标志牌、高音喇叭、全景摄像机、门架式情报板、LED灯带、栏杆机、爆闪灯、洞口信号灯和强插广播。
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