（長安大學，陜西 西安 710064）

0 引 言

隧道作為高速公路的瓶頸路段，在高速公路監(jiān)控中占據(jù)重要位置。目前我國的隧道監(jiān)控系統(tǒng)一直采用較為傳統(tǒng)的監(jiān)控方式：監(jiān)控員同時面對不斷切換的多個監(jiān)控畫面持續(xù)觀察，同時根據(jù)歷史經(jīng)驗判斷監(jiān)控路段是否發(fā)生異常，對異常路段的查找則需要逐個點擊攝像頭進行排查，以確認事件位置和情況。這種監(jiān)控模式不僅要求監(jiān)控員精神時刻保持高度集中，而且往往會由于主觀判斷錯誤漏檢或未及時發(fā)現(xiàn)異常而造成一些不必要的損失[1]。

本設計提出了一種實時同步表現(xiàn)隧道交通狀態(tài)的系統(tǒng)，系統(tǒng)在獲取車輛信息后，同時對單車進行建模仿真控制，并通過多樣化圖表展示的方式實時反映隧道內車輛的通行情況、隧道內交通流的整體運行狀態(tài)等信息，對異常車輛、異常交通流及時發(fā)出報警。該系統(tǒng)減輕了監(jiān)控員的工作量，提高了工作效率，使隧道對交通流的監(jiān)控更加精細化、完整化、生動化，對進一步完善隧道監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義[2]。

1 系統(tǒng)搭建

本系統(tǒng)基于Python語言開發(fā)，采用Django Web框架實現(xiàn)，并通過WebSocket通信協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫間的通信與系統(tǒng)的動態(tài)更新。

隧道平行交通系統(tǒng)總體架構示意如圖1所示，主要包括前端設備層、數(shù)據(jù)層、技術層、應用層。前端設備層主要用于精確采集數(shù)據(jù)，采用卡口攝像頭及不同槍型、球形攝像頭等數(shù)據(jù)采集設備，為系統(tǒng)的進一步開發(fā)提供精確完整的數(shù)據(jù)支撐；數(shù)據(jù)層主要源于遠程網(wǎng)絡傳輸設備層所得的數(shù)據(jù)，它是系統(tǒng)實施的基礎數(shù)據(jù)和流轉數(shù)據(jù)，可使系統(tǒng)更具數(shù)字化、信息化特點；技術層主要對數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)做進一步處理以達到目的，包括動態(tài)交通展示、動態(tài)聯(lián)動報警、危險品車輛識別和跟蹤等，可使系統(tǒng)更加智能化，是系統(tǒng)的核心層；應用層是系統(tǒng)的最后一層，包括設備管理、實時動態(tài)交通展示、歷史數(shù)據(jù)庫管理、人員管理等，使系統(tǒng)具有良好的用戶體驗[3]。

圖1 系統(tǒng)總體架構

2 數(shù)據(jù)采集與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

交通數(shù)據(jù)采集方式多種多樣，根據(jù)目的不同，通常采用不同的采集方式。與現(xiàn)存檢測技術相比，視頻檢測具有安裝維護方便、檢測數(shù)據(jù)可視、采集數(shù)據(jù)可靠、檢測信息全面等優(yōu)點，成為目前為止最受歡迎的隧道交通檢測方式，此特點十分適用于隧道交通實時跟蹤檢測[4-6]。

在隧道中每隔500 m安裝一個攝像頭，用以獲取車輛數(shù)據(jù)。攝像頭安裝方式為正裝，為保存采集的數(shù)據(jù)，搭建PostgreSQL外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)實時傳入數(shù)據(jù)庫中。所得數(shù)據(jù)組成包括車牌號、車道、抓拍時間、車牌類型、車牌顏色、車輛顏色、車輛類型、車速等。系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)均為實時采集的數(shù)據(jù)，具有足夠的說服力和可信度。

2.2 數(shù)據(jù)庫搭建

PostgreSQL是一款使用BSD協(xié)議且能配合多款開源軟件使用的數(shù)據(jù)庫軟件，且該數(shù)據(jù)庫是多線程數(shù)據(jù)庫，可滿足本研究多個表需要實時更新查詢的需求[4]。PostgreSQL數(shù)據(jù)庫不僅可存儲數(shù)據(jù)，同時還可用于數(shù)據(jù)的遠程傳輸。在搭建PostgreSQL外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫后，攝像頭采集的所有車輛信息將實時寫入數(shù)據(jù)庫中，通過再次讀取數(shù)據(jù)庫中車輛信息的方式實時獲取隧道中車輛的行駛信息，克服了隧道監(jiān)控攝像頭局域網(wǎng)的限制，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠程傳輸。同時，通過對所獲車輛信息的進一步處理，判斷整體交通運行情況，實時更新隧道交通運行狀態(tài)信息[7]。

2.3 實時數(shù)據(jù)處理

隧道的建造較普通公路的建造過程更加艱巨、程序更加復雜，因此每一個隧道的存在都承載著不可代替的作用，作為高速公路的瓶頸路段，對時刻保證隧道的安全、通暢具有重要意義。同樣，系統(tǒng)實時反映隧道內車輛、交通的運行狀態(tài)是建立新系統(tǒng)的關鍵。

交通實時狀態(tài)的反應主要由攝像頭獲取的初始數(shù)據(jù)進一步處理體現(xiàn)，具體流程如圖2所示。隧道中攝像頭實時獲取車輛數(shù)據(jù)后傳回本地服務器（以數(shù)據(jù)庫為載體實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸），遠程獲取數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)做進一步處理，如計算系統(tǒng)所需屬性信息并寫入數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)通過讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)對隧道中交通狀態(tài)的實時展示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

（1）平均速度

平均速度可以反映隧道中車輛運行的流暢程度。由于隧道中不同車型速度差異較大，若對所有車輛直接計算平均速度，其數(shù)值不僅不具有任何代表性，而且對判斷不同車型的通行時間具有誤導作用，因此需要分車型計算平均速度（根據(jù)車型狀態(tài)分為大型車、中型車、小型車）。

（2）卡口流量

流量本身可以反映斷面交通量，對卡口進行流量統(tǒng)計可以直接反映車輛在隧道中是否存在異常?？诹髁考磫挝粫r間內經(jīng)過卡口的車輛數(shù)，包括單位時間內經(jīng)過的車輛數(shù)和卡口的累計流量，用于反映交通量的變化情況?？诶塾嬃髁繛榭诹髁康睦奂又?，用于反映隧道內滯留車輛情況。但由于累計流量隨著數(shù)值的增大，不僅難以表示，而且存在異常數(shù)據(jù)時不易發(fā)現(xiàn)，因此每天零時對累計流量做置零處理。

（3）平均密度

交通密度是交通狀態(tài)的又一重要指標，其大小可直接判定道路的擁擠程度，從而根據(jù)擁擠狀態(tài)決定何時采取相應的緩解或解決措施[8]。系統(tǒng)所檢測的北茹隧道為兩車道道路，且大車比例極高，無法通過直接計算密度進行擁堵判斷，因此必須進行當量換算處理。處理后的平均密度值可直接用于隧道內交通流擁堵程度的判斷。

3 界面設計展示

3.1 實時交通展示

實時交通展示界面如圖3所示。該界面最上端的仿真界面及車輛經(jīng)過卡口的實時信息展示可直觀從單車角度反映車輛當前的運行狀態(tài)。界面左下部分4個圖形分別為卡口每5分鐘的流量折線圖、路段5分鐘內不同車型和車流整體的平均速度圖、小時交通流量分布柱狀圖及卡口累計流量折線圖，這四幅圖可以直接反映當前隧道內車流狀態(tài)的實時情況。右下角為異常狀態(tài)報警信息，當出現(xiàn)異常狀況時立即報警。

圖3 實時交通監(jiān)控界面

3.2 高危車輛追蹤

高危車輛指裝載易燃易爆等?；返能囕v，此類車輛一旦發(fā)生事故，其危害程度無法估量，因此必須對駛入隧道的高危車輛進行實時跟蹤[10]。所有未在出口出現(xiàn)的車輛全部進行展示，如圖4所示。未被識別安全駛出隧道的高危車輛必須由人工一一確認處理，處理界面如圖5所示。其中，1小時以內的數(shù)據(jù)僅允許逐條處理，1小時以上數(shù)據(jù)可進行逐條單車處理，也可以批量處理，以減少系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)的壓力，確保高危車輛不在隧道中滯留，并及時發(fā)現(xiàn)異常[10]。

圖4 高危車輛異常展示界面

圖5 高危車輛處理界面

3.3 歷史數(shù)據(jù)展示

歷史數(shù)據(jù)展示界面主要用于對短期數(shù)據(jù)的統(tǒng)計展示，在確定展示時段后，界面上端仿真部分對歷史數(shù)據(jù)進行仿真再現(xiàn)，為查找異常情況提供參考；中間統(tǒng)計部分包括對車輛信息的統(tǒng)計和交通狀態(tài)評價，如流量、平均速度、事件數(shù)等；界面下方4幅圖形分別為卡口流量變化圖、卡口累計流量折線圖、車輛時間柱狀統(tǒng)計圖和交通事件柱狀統(tǒng)計圖，如圖6所示。歷史數(shù)據(jù)展示界面可以清晰反映所查詢時段內的整體狀態(tài)信息，直觀反映查詢時段的所有信息。

圖6 歷史數(shù)據(jù)展示界面

3.4 歷史數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)對所有歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，并提供隨時根據(jù)不同查詢條件實時查詢的服務。歷史數(shù)據(jù)查詢功能用于對所有歷史數(shù)據(jù)的查詢，包括車輛異常數(shù)據(jù)、交通異常數(shù)據(jù)、高危車輛異常數(shù)據(jù)等，圖7所示為違規(guī)車輛歷史數(shù)據(jù)查詢界面。查詢時間確定后，界面展示分為按天分布和按小時分布柱狀圖，按小時分布圖可通過按天分布柱狀圖點擊選取，且展示數(shù)據(jù)會根據(jù)所選日期同步跳變，表隨圖動，使得系統(tǒng)與使用者可以隨時互動。

圖7 違規(guī)車輛歷史數(shù)據(jù)查詢界面

4 結 語

本隧道平行交通系統(tǒng)在不改變原監(jiān)控系統(tǒng)設備的前提下，通過加設卡口攝像頭進行車輛車牌識別，實現(xiàn)了對車輛的精確跟蹤；同時相對于傳統(tǒng)的隧道監(jiān)控方式，系統(tǒng)的監(jiān)控模式由單點視頻檢測改為完整的交通仿真，監(jiān)控過程完整流暢；車輛的追蹤方式由肉眼模糊觀察發(fā)展為車輛車牌的精確追蹤；事件觸發(fā)由主觀的肉眼觀察發(fā)展為系統(tǒng)根據(jù)客觀數(shù)據(jù)規(guī)律觸發(fā)事件報警；歷史數(shù)據(jù)的管理由人為隨時錄入查詢發(fā)展為系統(tǒng)統(tǒng)一管理且可實現(xiàn)動態(tài)再現(xiàn)仿真[11]。

隧道平行交通系統(tǒng)的開發(fā)不僅簡化了隧道監(jiān)控工作的流程，提高了事件監(jiān)測的準確性，同時使得整個隧道的監(jiān)控流程更加簡潔完整，使隧道監(jiān)控工作更具數(shù)字化、智能化和系統(tǒng)化特點[12]。