潘 揚

(廣西交通投資集團南寧高速公路運營有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

高速公路施工現(xiàn)場存在作業(yè)面多、工種多、工程機械多、現(xiàn)場作業(yè)復(fù)雜、安全隱患動態(tài)復(fù)雜等特點,在施工安全管理方面必須嚴(yán)格遵循《安全生產(chǎn)法》,規(guī)范施工行為,加強施工人員的安全培訓(xùn),除此之外,還應(yīng)在施工地段安放明顯、醒目的安全警示、預(yù)警設(shè)備[1]。而傳統(tǒng)的警示效果不明顯,對過往的車輛速度反映不夠直觀,尤其在海拔高的山區(qū)施工,多濃霧天氣,施工車輛駕駛員看不清限速警示和安全信息提示牌,存在重大的施工安全隱患。

為提高施工安全保障,設(shè)計了高速公路智能警示移動信息LED發(fā)布屏系統(tǒng),現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備可對過往施工車輛進行速度檢測、警示超速和抓拍取證,可對現(xiàn)場情況視頻監(jiān)控、錄像回查,也可以發(fā)布調(diào)度指令、通告以及相關(guān)的道路信息。

1 智能施工警示移動信息LED發(fā)布屏總體設(shè)計方案

系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備和管控平臺兩部分組成?，F(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備放置在施工區(qū)域,一般面向來車方向,包括測速、LED信息發(fā)布屏、車牌識別、爆閃警示燈、太陽能供電系統(tǒng)、4G無線通信傳輸模塊等部件;管控云平臺軟件安裝在云端服務(wù)器,可在監(jiān)控室PC電腦端看或通過手機APP進行查看控制,匯集各種監(jiān)測信息和向監(jiān)測設(shè)備發(fā)布指令。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

發(fā)布屏系統(tǒng)總體設(shè)計創(chuàng)新點如下:

(1)系統(tǒng)使用4G移動網(wǎng)絡(luò)傳輸,沒有網(wǎng)線的限制,可以完全按現(xiàn)場需求擺放監(jiān)測設(shè)備,克服了施工區(qū)域多、分散廣的困難,提升安全管理水平。

(2)監(jiān)測設(shè)備使用電池+太陽能供電,可以擺脫電線的限制,在現(xiàn)場使用時更加方便。還可根據(jù)環(huán)境亮度自動調(diào)節(jié)屏體亮度,實現(xiàn)自動節(jié)能、延長電池工作時間。即使是通電條件較差的施工現(xiàn)場,也可以連續(xù)工作10 h。

圖1 LED發(fā)布屏系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計圖

(3)現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備自帶移動推車,設(shè)備移動十分便捷,可以滿足施工作業(yè)區(qū)域多變的需求。

(4)可以實現(xiàn)超速車輛的閉環(huán)管控。現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備帶雷達測速功能,將車速實時顯示以提醒車輛駕駛?cè)?并對超速車輛進行抓拍上傳報警,告知安全管理人員,同步通過短信通知施工車輛駕駛員。

2 智能警示移動信息LED發(fā)布屏硬件設(shè)計

智能警示移動信息LED發(fā)布屏硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 LED發(fā)布屏硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

由圖2可知,智能警示移動信息LED發(fā)布屏的核心通信部件(即中央控制處理器MCU)是攝像機,其他硬件的通信基本都是與中央控制處理器進行數(shù)據(jù)傳輸,如LED控制卡、微波測速雷達、GPS北斗定位,4G通信模塊,其中LED控制卡、測速雷達、GPS北斗定位、溫濕度檢測模塊等均是通過串口實現(xiàn)與中央控制處理器的通信。各主要模塊技術(shù)特點如下。

2.1 微波測速雷達模塊

測速模塊采用微波式測速雷達,根據(jù)自身與目標(biāo)物之間的相對運動產(chǎn)生的頻率效應(yīng),即多普勒效應(yīng)原理來確定施工區(qū)域過往車輛的速度,主要通過雷達模塊與地面發(fā)生的多普勒頻移計算得出。根據(jù)該原理,車輛的水平運動速度V與接收波頻率fd之間的關(guān)系為:

(1)

式中:λ——雷達模塊發(fā)送的微波的波長(m);

α——微波雷達沿發(fā)射方向與水平地面夾角,即雷達安裝角(°);

fd——微波接收頻率(Hz)[2]。

測速雷達選用電源為DC12V直流電源,輸出方式為RS485串口,具備測速顯示,設(shè)置超速閾值功能,若所測車速超過所設(shè)置的閾值,顯示的車速改變顏色,由綠色變成紅色,低于所設(shè)置的閾值,車速顯示為綠色。測速雷達通過RS485串口實現(xiàn)與相機通信,攝像機獲取實時車速與閾值判斷,如果實時車速超過閾值則為超速。通過上述實時車速展示,可有效地提示駕駛員文明駕駛,按施工區(qū)域安全規(guī)范行車。

2.2 智能車牌識別攝像機

智能車牌識別攝像機是專門為移動信息屏設(shè)計的帶算力的MCU模塊,是智能警示移動信息LED發(fā)布屏最為核心的部件,一體化模塊設(shè)計要求其除了其本身具有的抓拍、車牌識別、錄像、支持GB28181協(xié)議等功能外,增加了定制功能,集成有與外接設(shè)備通信的接口功能,攝像機集成的硬件部件如圖3所示。

攝像機內(nèi)部程序與測速雷達通過RS485實時通信,對經(jīng)過抓拍區(qū)域的所有車輛進行測速,同時抓拍進行車牌識別取證,獲取車輛通行時的圖像,記錄下車輛經(jīng)過的時間、車型、方向、地點等數(shù)據(jù)[3]。

圖3 攝像機集成的硬件部件圖

3 智能警示移動信息LED發(fā)布屏系統(tǒng)軟件設(shè)計

智能警示移動信息LED發(fā)布屏軟件設(shè)計主要包含攝像機軟件、后臺服務(wù)、前端頁面(Web端、移動APP端)三部分。系統(tǒng)采用微服務(wù)的B/S架構(gòu)系統(tǒng),后端使用Spring Cloud技術(shù),前端使用JQuery、Bootstrap模板,數(shù)據(jù)庫使用MySQL,使用Intellij IDEA集成開發(fā)環(huán)境,由于Spring Cloud內(nèi)部集成了Tomcat,所以后臺系統(tǒng)運行只需要運行啟動類,通過相應(yīng)地址就可以訪問相關(guān)服務(wù)。架構(gòu)層次清晰,保證服務(wù)具有較好性能和較高的穩(wěn)定性[4]。

3.1 軟件關(guān)鍵技術(shù)

攝像機軟件部分融合了AI視頻圖像分析識別、自動預(yù)警等,系統(tǒng)采用國標(biāo)協(xié)議視頻流接入實現(xiàn)與后臺服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)無縫集成,對過往施工車輛進行速度檢測、警示超速和抓拍取證,同時可聯(lián)動現(xiàn)場警燈、音箱、揚聲器等設(shè)備,并將報警信息通過手機客戶端推送給相關(guān)管理人員。

攝像機軟件部分除了攝像機本身支持?jǐn)z像頭軟件部分外,還需要定制開發(fā)集成與硬件之間的通信,如與4G無線通信模塊之間的通信;與測速雷達之間的通信,包含獲取實時測速值和設(shè)置超速閾值,判斷是否超速等;與LED控制卡之間的通信,主要是通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給控制卡;與定位模塊之間的通信;通過4G網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)攝像機與后端服務(wù)器平臺及客戶端間基于MD5加密的無線TCP/IP通信,其設(shè)計框架如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

由圖4可知,攝像機通過4G網(wǎng)絡(luò)為橋梁,將采集的數(shù)據(jù)(車速、識別的車牌、判斷是否超速狀態(tài)、圖片、定位經(jīng)緯度等)依據(jù)MD5加密好的TCP/IP協(xié)議上傳數(shù)據(jù)給服務(wù)器或接收服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)進而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。同時攝像機通過GB28181協(xié)議注冊到視頻服務(wù)平臺,在視頻服務(wù)平臺即可查看實時視頻,通過視頻網(wǎng)址實現(xiàn)在客戶端查看實時視頻。服務(wù)器接收攝像機上傳的數(shù)據(jù)后保存到數(shù)據(jù)中心[5]。

3.2 手機端APP應(yīng)用

由于施工現(xiàn)場的復(fù)雜性,Web端網(wǎng)頁無法滿足實際應(yīng)用場景,故開發(fā)了移動手機端APP。該APP具有本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,在設(shè)備斷網(wǎng)或者信號不穩(wěn)定的情況下,可以通過手機APP實現(xiàn)本地發(fā)布更新信息屏內(nèi)容、獲取報警信息、車速抓拍照片等,有效保障施工現(xiàn)場的智慧化實時監(jiān)控管理。

4 應(yīng)用和優(yōu)勢

目前智能警示移動信息LED發(fā)布屏系統(tǒng)在在建的大新至憑祥高速公路、田東至大新高速公路等高速公路施工現(xiàn)場中均有應(yīng)用,主要使用場所有在建的收費站、在建的隧道出入口等。在這些施工區(qū)域為了保障施工人員的生命安全和財產(chǎn)安全,嚴(yán)格要求限速通行。經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備區(qū)域的車輛中有95%采取了減速措施將車速降低到限速值以下,其他車輛也采取了減速措施。系統(tǒng)應(yīng)用效果良好,期間未發(fā)生交通事故。與傳統(tǒng)的限速警告標(biāo)志相比,本設(shè)計能明顯有效地警示過往車輛在通過施工區(qū)域時要嚴(yán)格按安全行車規(guī)則減速通行、文明駕駛,達到了減少現(xiàn)場發(fā)生交通事故的目的,實現(xiàn)了施工區(qū)域安全生產(chǎn)的智能化、數(shù)字化管理,極大提升了施工安全性。

5 結(jié)語

本文針對高速公路施工區(qū)域車輛超速行駛存在的安全隱患提供了新科學(xué)解決方案,采用雷達移動測速與智能攝像機超速抓拍的雷視融合方法,加強了施工車輛的管理,可預(yù)防及減少疲勞駕駛、超速駕駛導(dǎo)致的安全事故,并實時將檢測的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器,保證數(shù)據(jù)的可靠性、實時性,實現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)布施工標(biāo)語。本文還通過應(yīng)用案例測試,證明車速和抓拍效果及時、可靠,信息屏安全警示效果明顯,為施工區(qū)域施工人員的生命安全和財產(chǎn)安全提供了有力保障。