王宏斌，陳曉峰，趙立健

(1.濟南市公安局交通警察支隊交通處，山東 濟南 250101；2.濟南市公安局交通警察支隊智慧交通辦公室，山東 濟南 250101；3.濟南市環(huán)境保護網(wǎng)格化監(jiān)管中心，山東 濟南 250100)

0 引 言

隨著城市建設(shè)需求的不斷提升，渣土車為城市建設(shè)和發(fā)展作出了巨大的貢獻。但同時，渣土車在運輸和管理方面也存在諸多問題。不僅影響了城市交通，也污染了空氣質(zhì)量，已成為當(dāng)前城市道路揚塵主要來源之一，建筑垃圾運輸車治理問題亟待解決[1]。

為有效監(jiān)管建筑垃圾運輸車違法行為，濟南交警結(jié)合信息化監(jiān)管手段打造了新型道路建筑垃圾運輸車污染AI采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備建筑垃圾運輸車智能識別、違法行為智能分類功能，實現(xiàn)了建筑垃圾運輸車違法行為的實時取證，該項目創(chuàng)新性強，對于優(yōu)化城市交通環(huán)境、防治城市大氣污染具有重要意義。

1 項目背景

根據(jù)濟南市印發(fā)的《濟南市城市建筑垃圾管理條例》的規(guī)定，對建筑垃圾運輸車提出明確要求。目前，對建筑垃圾運輸車進行精細化監(jiān)控和管理，通過非現(xiàn)場證據(jù)采集的方式捕獲建筑垃圾運輸車污染源仍是業(yè)內(nèi)空白[2]。文獻呈現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、北斗導(dǎo)航技術(shù)、軌跡數(shù)據(jù)技術(shù)的建筑垃圾運輸車環(huán)保運輸智能監(jiān)控裝置、運輸路徑評價與優(yōu)化、污染抓拍技術(shù)尚不成熟[3-6]，導(dǎo)致違法行為識別和環(huán)境監(jiān)管方面仍然存在問題[7]。

鑒于上述問題，濟南交警打造了新型道路建筑垃圾運輸車污染AI采集系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有較強的創(chuàng)新性，將大氣污染監(jiān)測技術(shù)與視頻抓拍技術(shù)進行融合，采用信息化手段對建筑垃圾運輸車跑冒滴漏、沿途拋灑等行為進行取證，目前已取得良好成效，對引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展、會同環(huán)境部門治理大氣污染具有重大意義。

2 運行現(xiàn)狀分析

2.1 基本情況分析

據(jù)最新統(tǒng)計，濟南市建筑垃圾運輸車注冊數(shù)量約4 480輛，2020年4～11月份，平均每天作業(yè)車輛達2 587車次，占注冊量的58%；其中4～6月份為建筑垃圾運輸車作業(yè)高峰月份，日均作業(yè)數(shù)量最多，超過3 400車次。

2.2 時間特征分析

跟據(jù)4～11月份數(shù)據(jù)統(tǒng)計，濟南市建筑垃圾運輸車日均行駛里程83.6 km/車次，其中4～6月份日均行駛里程超過150 km/車次，明顯高于其他月份，如圖1所示。

圖1 濟南市建筑垃圾運輸車作業(yè)統(tǒng)計

在作業(yè)時段分布上呈夜間多、白天少的規(guī)律，6∶00～8∶00、18∶00～19∶00建筑垃圾運輸車整體出動數(shù)量較少，夜間21∶00開始至凌晨5∶00是建筑垃圾運輸車行駛的高峰時段，如圖2所示。

圖2 濟南市建筑垃圾運輸車組作業(yè)時段分布

2.3 空間特征分析

濟南市建筑垃圾運輸車作業(yè)區(qū)域遍布于歷下、市中、歷城、天橋、槐蔭、長清等各轄區(qū)，分布范圍較廣，執(zhí)法人員難以進行集中整治。

3 方案設(shè)計

3.1 設(shè)計目標

為了解決建筑垃圾運輸車實時抓拍和智能識別[9]、違法行為智能分類分級、量化空氣質(zhì)量變化、提高人工審核效率等問題[10]，濟南交警著力打造全新的貨運車輛道路通行大氣污染AI采集系統(tǒng)，主要解決因證據(jù)采集困難、缺乏有力的執(zhí)法依據(jù)、對違法行為無法采取有效手段的問題，以達到智能執(zhí)法的目的，同時降低道路揚塵，為空氣質(zhì)量的改善提供有力的解決途徑。

3.2 設(shè)計思路

濟南交警打造全新的建筑垃圾運輸車道路污染采集系統(tǒng)，主要實現(xiàn)以下幾個方面的功能：(1)實現(xiàn)道路建筑垃圾運輸車的實時抓拍和智能識別，識別準確率達90%以上；(2)對道路建筑垃圾運輸車違法行為實現(xiàn)分類分級，建立地方標準，識別準確率不低于90%；(3)量化建筑垃圾運輸車通行前后對環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況；(4)實現(xiàn)違法違法行為的自動取證；(5)實現(xiàn)濟南建筑垃圾運輸車大數(shù)據(jù)的分析和積累，為道路污染因素分析和大氣污染防治精準施策提供數(shù)據(jù)支撐。

4 系統(tǒng)研發(fā)

4.1 硬件系統(tǒng)

貨運車輛道路通行大氣污染AI采集系統(tǒng)主要硬件包括：氣體傳感器、道路顆粒物傳感器、氣體采樣裝置、數(shù)據(jù)傳輸單元、監(jiān)控器外殼、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

硬件系統(tǒng)的核心部分是視頻監(jiān)控系統(tǒng)和道路粉塵實時監(jiān)測技術(shù)。

粉塵傳感器基本工作原理為激光散射原理，當(dāng)激光照射到被檢測位置的顆粒物時會產(chǎn)生微弱的光散射，在特定方向上的光散射波形與顆粒直徑有關(guān)，通過不同粒徑的波形分類統(tǒng)計及換算公式可以得到不同粒徑的實時顆粒物濃度，通過特定的標定手段進行標定，便能得到準確的粉塵質(zhì)量濃度。

4.2 軟件系統(tǒng)

貨運車輛道路通行大氣污染AI采集系統(tǒng)軟件包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能識別系統(tǒng)、后臺審核系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)的核心部分是智能識別系統(tǒng)，通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)[12]，建筑垃圾運輸車識別模型采用了Inception網(wǎng)絡(luò)模型，違法行為分類模型選取了Resnet網(wǎng)絡(luò)模型。

4.3 技術(shù)路線

該系統(tǒng)將道路粉塵監(jiān)測設(shè)備和高清攝像頭集成一體，將監(jiān)測設(shè)備部署在道路移動污染源違法的高頻發(fā)生區(qū)域。利用污染實時數(shù)據(jù)及圖像識別技術(shù)，可實時監(jiān)測車輛經(jīng)過時的顆粒物污染情況，清晰還原車輛違法現(xiàn)場。違法行為的圖片記錄及顆粒物污染數(shù)據(jù)上傳到平臺后，會經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理和人工審核，最后將采集的違法數(shù)據(jù)移交給有關(guān)部門進行處理，系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 建筑垃圾運輸車道路污染采集系統(tǒng)技術(shù)路線

5 系統(tǒng)應(yīng)用

5.1 應(yīng)用成果

濟南交警在全市范圍內(nèi)選取了40個點位，截止目前，共采集數(shù)據(jù)樣本約1 300萬輛次，其中建筑垃圾運輸車樣本約14萬輛次，涉嫌典型違法約5 180輛次，占比約3.7%，有效提高了違法案例處理率。

5.2 實現(xiàn)抓拍和識別

目前，建筑垃圾運輸車識別和違法行為識別主要采取線上機器識別和線下人工審核的方式。其中，線上建筑垃圾運輸車識別準確率高于99%，查全率約99%，查準率約93.05%。違法行為識別準確率約95%，違法行為分級識別準確率大于93%，輔以人工審核的方式，該建筑垃圾運輸車機器視覺模型能夠良好的完成建筑垃圾運輸車違法行為的取證，均高于預(yù)期90%的設(shè)計目標。

5.3 建筑垃圾運輸車污染數(shù)據(jù)量化

以2020年11月份為例，工業(yè)南路開拓路PM10濃度同比改善28%，PM2.5同比改善15%；經(jīng)十路鳳鳴路PM10濃度同比改善22%，PM2.5同比改善12%。通過實時抓拍和智能識別，及時處理建筑垃圾運輸車運輸過程中產(chǎn)生的揚塵問題，確保環(huán)境空氣質(zhì)量改善的提高。

5.4 實現(xiàn)精準化管理

運用大數(shù)據(jù)的分析和積累，實現(xiàn)濟南建筑垃圾運輸車違法行為的分類分級管理，同時，為道路污染因素分析、大氣污染防治精準施策和科學(xué)決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

7 結(jié)束語

基于人工智能的新型建筑垃圾運輸車道路污染采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測道路建筑垃圾運輸車運行情況，同步實現(xiàn)違法行為智能識別和智能分級，并將違法拍照和污染數(shù)據(jù)等上傳系統(tǒng)，最后在人工審核后，相關(guān)部門將依法對違法建筑垃圾運輸車完成處罰，從而實現(xiàn)濟南市建筑垃圾運輸車輛的有效管控該系統(tǒng)的應(yīng)用。

采用人工智能技術(shù)，采集建筑垃圾運輸車路面拋灑、車體不潔等所致的環(huán)境污染證據(jù)，有關(guān)部門依法對違法行為予以整治懲罰，必將有利于道路環(huán)境的提升和大氣污染的治理。無論是對市容市貌還是城區(qū)居民生活，都產(chǎn)生了較大影響，甚至威脅著道路行人的健康和生命。