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基于无人机技术的江苏高速公路交通管控平台浅析
来源:中国交通信息化   作者:丁黎峰,李兴运   点击:【59】 时间:2020-11-3 9:39:23
 
目前,我国高速公路信息化监管水平大幅提高,但由于周边条件、资金投入、技术成熟度等因素制约,监管覆盖率难以达到100%,安全管理和应急处置盲点尚待解决。无人机及应用系统,以其低成本、机动灵活、技术先进、功能丰富、智能化水平高等优势,克服高度、落差、路阻等环境带来的各类难题[1]。引入和推广无人机技术和系统应用作为高速公路运行监管的补充手段,已成为高速公路交通监管与应急处置业务的迫切需求。
一、无人机应用现状和优势
(一)应用现状
各级交通管理部门积极开展无人机技术在高速公路交通监管与应急处置领域的应用研究,并取得了一定的成功,包括高峰时段道路状况监控、拥堵路段交通指挥、路政养护巡查、特大桥梁巡检、电力巡检、灾情侦查、交通事故应急救援等[2-5]
(二)无人机技术优势
(1)有效提高业务人员“可视”范围。无人机可代替一线工作人员,前往环境恶劣或具有较高危险性的灾害现场、高空等位置,并能够对人员无法达到的位置进行细致查勘,可有效减轻一线工作人员的工作强度并降低危险性,扩大了工作人员的可视范围,提供了更多的现场信息。
(2)提供覆盖范围广的高清航拍画面。能够在空中悬停并获得可视范围较广的高空视角,是无人机用于各类现场侦查的最大优势之一,机载的高清、高变焦或红外影像设备可以为现场测绘、细节信息采集、救援等提供有力的支撑。
(3)具有较好的便携性和机动性。可随车、随身携带并快速部署是中小型无人机的优势。在安全事故、自然灾害等发生后及时到达现场,并及时将现场信息反馈到后端指挥管理部门。
(4)弥补固定视频监控能力的不足。无人机凭借高空优势可以弥补固定视频监控布设困难、点位不够等不足。
二、基于无人机技术的高速公路交通管控平台架构
针对高速公路运行监管的业务需求,江苏省高速公路联网营运管理中心提出了采用固定翼或多旋翼无人机[6]搭载高清摄像机和近距离或远程无线图传、数传设备,配套地面监控、数据处理和分析软件系统,搭建了一套基于无人机技术的高速公路交通管控平台,总体架构如图1所示。
图1 基于无人机技术的高速公路交通管控平台架构
飞行器系统:主要指无人机的机体部分。包括外壳、起落架、动力装置、飞行控制芯片等。
数据采集系统:指采集包括自身飞行数据和完成飞行任务所需各类下挂设备,即载荷。包括空速管、高精度GPS芯片、各类光学吊舱、专业传感器、高音喇叭、抛勾等。
地面站控制系统:指用于规划、制定飞行任务,控制和收发飞行控制命令、飞行状态数据及采集到的各类数据信息的地面控制硬件设备和配套软件系统。
平台(应用)软件:指用于无人机采集数据实时或事后处理分析,并能够支撑相关业务工作的软件系统。
数图传系统:指支撑无人机控制和采集数据信息回传的数据传输系统。主要包括支撑无人机飞行器与地面站设备之间,以及地面站与指挥中心之间的两段数据通信业务。数图传系统通常同时集成在无人机机体和地面站系统中。
三、基于无人机技术的高速公路交通管控平台功能
基于无人机的高速公路交通管控平台可实现以下功能应用。
(1)重大节假日交通运行巡查指挥
为及时感知高速公路路网运行状况,进行路网预警、调度和事件处置,在重大节假日期间,按照路网管理要求,分段、分时起降无人机对重点监测高速公路沿线和并行普通国省干线公路进行分段航拍,并及时回传航拍图像或视频。在发现路段交通量较大、趋近饱和或已经出现拥堵时,及时预警或告警,并将地点坐标信息、预警、告警影像及平行路段影像等信息,发送到相关业务系统,供管理决策使用。
(2)应急事件现场查勘与图像信息回传
主要用于突发事件,应对处置人员前往现场受阻,或现场条件危险不适合立即进出的场合。事件发生后,由处置人员随身或随车携带前往事件发生现场,当路遇堵车,或现场环境危险无法及时进入时,立即部署无人机设备,利用无人机及时侦查现场状况,并及时回传现场图像至调度指挥部门。另外,对于需要现场进行指挥的,还可以使用下挂高音喊话器的方式,对现场进行管理、控制、警告等。
(3)高速公路沿线灾害预警巡查和灾后评估
为有效弥补公路沿线气象、探灾设备不足的问题,利用无人机对公路沿线各类基础设施进行巡查[7],及时发现问题隐患或获取灾情现场图像。应用流程为:根据气象部门气象预警信息,在灾害性气象发生前,起降无人机对重点路段沿线所有设施、设备情况进行巡查,通过回传影像,及时发现边坡松动、杆件和版面异常、排水沟拥堵、限界内杂物及违建等安全隐患;灾害性气象发生后,在条件允许的情况下起降无人机,再次对重点路段沿线情况进行巡查,并通过回传图像和数据采集建模及时发现沿线积水、结冰、塌方、设施损毁等灾害,侦查路面车辆受困状况,估算积水深度、结冰里程、塌方土石方数量等作业需求,推算清扫、除冰或土石方等作业工作量,明确救援人员、装备和物资投入。
四、基于无人机技术的高速公路交通管控平台业务流程 
本文对平台的业务流程进行了研究。
第一步:快速响应。
平台通过高速公路视频监控等前端检测设备、报警电话等手段及时接收突发事件信息,并判断是否响应,确定响应后快速抵达现场。快速响应架构如图2所示。
图2 基于无人机技术的高速公路交通管控平台快速响应示意图
第二步:判定类别。
对事件类型进行判定,包括交通事故、大流量、设施毁损等。
第三步:平台启动。
确定事件类型后,根据事件类型、天气情况启动无人机平台,判断是否需要派消费级无人机预先侦查,如果是重大事件直接派出工业级无人机执行飞行任务。
第四步:数据分析。
后台软件系统接收无人机采集到的视频图像等数据信息,并进行处理分析,比如道路车流密度指标,并依此判断路网运行状态、服务水平等。
第五步:信息上报及展开应急救援[8]
平台及时将检测到的数据信息、预警信息进行上报,针对交通事故、自然灾害等突发事件,需立即生成应急预案,派出应急人员和车辆进行现场救援[9]
五、结束语
基于无人机技术的高速公路交通管控平台,作为高速公路智能管控的补充手段,结合现有的视频、雷达等监管手段,实现对高速公路通行情况、路网态势的实时监控和预警,以及对交通事故、自然灾害等突发事件的现场勘查和应急处置,完善高速公路交通监管体系。但还需不断优化硬件设备性能参数,完善后台软件系统算法,进一步提高无人机平台的适应能力和应用能力。
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