一种高速公路隧道定向主动预警系统及方法

本发明涉及道路安全，特别涉及一种高速公路隧道定向主动预警系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、高速公路隧道结构复杂，较其他路段更易发生事故，导致隧道内出现道路拥堵、车辆滞留，极易引发二次事故。由于隧道的封闭性，发生事故后疏散和救援难度大，因此高速公路隧道安全至关重要。

3、目前相关技术存在以下缺点：(1)预警技术主要通过智能摄像头抓拍的方式识别隧道内违法变道、超车、超速行为，但视频识别方法的准确率较低、维护成本高，且受光照强度影响大，往往无法有效地进行隧道内的违章识别；(2)目前隧道内的预警对象较为单一，仅监测隧道内违法变道、超车、超速行为并对违法车辆预警，没有在隧道内出现拥堵、车辆滞留等事故时对上游车辆进行预警，而隧道光照条件较差，不及时进行预警容易发生连环追尾的二次重大事故。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种高速公路隧道定向主动预警系统及方法，结合摄像装置、可变信息标志、定向发声装置、信息识别装置、速度传感器以及主动发光标线(包括压力传感器和发光器件)的布置，当隧道内出现变道、超车、超速的违法行为时，对违法车辆定向预警；当隧道内出现拥堵、车辆滞留等事故时，对事故点上游车辆定向预警，实现了对隧道内车辆行驶的更安全管控。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种高速公路隧道定向主动预警系统。

4、一种高速公路隧道定向主动预警系统，包括：

5、主控终端以及分别与主控终端通信的摄像装置、可变信息标志、定向发声装置、信息识别装置、速度传感器以及主动发光标线；

6、可变信息标志和信息识别装置均布置在隧道内顶部，摄像装置布置在隧道内部及出入口位置，定向发声装置布置在隧道内，主动发光标线沿道路标线布置，主动发光标线内设有发光器件以及压力传感器；

7、主控终端，被配置为：当车辆碾压主动发光标线使得压力传感器接收到的压力大于设定阈值时，判定发生了车辆变道或者超车，根据信息识别装置的信息判断当前时刻碾压主动发光标线的车辆信息，并生成告警信息；

8、当信息识别装置无法读取到当前时刻碾压主动发光标线的车辆时，根据摄像装置抓拍到的图像进行车辆号牌的识别，根据识别结果生成告警信息；

9、告警信息通过可变信息标志和/或定向发声装置和/或智能网联汽车的内置显示屏和/或智能网联汽车内语音播报发布。

10、作为本发明第一方面进一步的限定，隧道内的主动发光标线沿车道边线连续布置，压力传感器嵌入在主动发光标线内，主控终端实时采集压力传感器的数据，根据压力数据识别被碾压的主动发光标线，并根据压力数据变化的位置通过信息识别装置或者摄像装置识别变道或超车车辆。

11、作为本发明第一方面进一步的限定，当车辆为普通车辆时，在隧道内进行变道的语音播报和/或显示屏警示。

12、作为本发明第一方面进一步的限定，当车辆为智能网联车辆时，在车辆的内置显示屏中显示变道告警信息和/或在车辆内播报告警信息。

13、作为本发明第一方面进一步的限定，当通过隧道内的速度传感器检测到车辆有超速行为时，通过信息识别装置读取车辆信息并生成告警信息；当信息识别装置无法读取到当前时刻超速车辆时，根据摄像装置抓拍到的图像进行车辆号牌的识别，根据识别结果生成告警信息。

14、作为本发明第一方面更进一步的限定，根据隧道内部布置的速度传感器进行车辆超速行为的检测。

15、作为本发明第一方面更进一步的限定，当车辆为普通车辆时，在隧道内进行超速语音播报和/或通过可变信息标志进行警示；当车辆为智能网联车辆时，在车辆的内置显示屏中显示变道告警信息和/或在车辆内播报告警信息。

16、作为本发明第一方面进一步的限定，当隧道内发生事故时，在隧道内进行事故语音播报和/或通过可变信息标志进行警示；当事故点上游车辆为智能网联车辆时，在车辆的内置显示屏中显示和/或在车辆内播报事故告警信息。

17、作为本发明第一方面进一步的限定，主动发光标线的发光颜色和闪烁频率与事件严重程度相关联，当事件为第n严重程度时，发光标线发出第n种颜色光线并以第n种设定频率进行闪烁，其中，n大于或者等于2。

18、作为本发明第一方面更进一步的限定，采用预构建的图神经网络进行事件严重程度的判断，图神经网络的构建，包括：

19、定义图g＝(v,e)，其中v是节点集合，e是边集合，节点vi∈v，每个节点代表一个实体，事故点作为中心节点，车辆作为其他节点，边eij∈e，每条边代表两个节点之间的关系，所述关系包括车辆间的相对位置和相对速度；

20、对于每个车辆节点vi，定义特征向量xi包括速度si、类型ti以及是否停车pi；

21、对于两个车辆节点之间的边eij，定义边eij的特征向量包含相对位置和相对速度：

22、假设每辆车辆vi在同一车道上的位置由其到事故点的直线距离di表示，且每个车辆所在的车道由li表示，对于两辆车辆vi和vj，相对距离dij为：其中：li和lj分别表示车辆vi和vj实时所在车道的编号，w是车道宽度，用于将车道差异转换为距离衡量，默认车道平行且车道间距为常数；

23、对于两辆车辆vi和vj，相对速度vij可以简单表示为它们的速度差：vij＝si-sj；其中：si和sj分别是车辆vi和vj的实时速度；

24、对于每个节点，更新规则为：

25、

26、其中：是节点vi在第l层的特征表示，初始时n(i)表示节点vi的邻居节点集合，eij表示边eij的特征，包括车辆间的相对位置和相对速度，w(l)和b(l)分别是第l层的权重矩阵和偏置向量，agg是一个聚合函数；

27、将最终层的节点表示聚合为图级表示，然后通过全连接层进行分类，使用交叉熵损失函数训练gnn模型：其中：m是分类的总数，ytrue是真实分类的独热编码表示。

28、通过历史事故的监控数据训练上述图神经网络算法，历史事故的监控数据对上游交通影响的严重程度变量由专家打分评定的方式进行标定。

29、本发明第二方面提供了一种高速公路隧道定向主动预警方法。

30、一种高速公路隧道定向主动预警方法，包括以下过程：

31、当车辆碾压主动发光标线使得压力传感器接收到的压力大于设定阈值时，判定发生了车辆变道或者超车，根据信息识别装置的信息判断当前时刻碾压主动发光标线的车辆信息，并生成告警信息；

32、当信息识别装置无法读取到当前时刻碾压主动发光标线的车辆时，根据摄像装置抓拍到的图像进行车辆号牌的识别，根据识别结果生成告警信息；

33、告警信息通过可变信息标志和/或定向发声装置和/或智能网联汽车的内置显示屏和/或智能网联汽车内语音播报发布。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、1、本发明创新性地提供了一种高速公路隧道定向主动预警系统及方法，结合摄像装置、可变信息标志、定向发声装置、速度传感器以及主动发光标线(包括压力传感器和发光器件)的布置，当隧道内出现变道、超车、超速的违法行为时，对违法车辆定向预警；当隧道内出现拥堵、车辆滞留等事故时，对事故点上游车辆定向预警，实现了对隧道内车辆行驶的更安全管控。

36、2、本发明创新性地提供了一种高速公路隧道定向主动预警系统及方法，可对违法变道、超车和超速车辆进行取证和预警，警示驾驶员规范驾驶行为，避免发生事故；对事故点上游车辆预警，警示驾驶员谨慎行驶，可有效预防二次事故；可有效提升高速公路隧道安全水平；与现有技术相比，本发明有监测精度高、预警强度高、预警场景多和预警对象广的优点。

37、3、本发明创新性地研制了一种主动发光标线，内置有发光器件以及压力传感器，压力传感器用于实现对车辆变道的实时检测，发光器件用于在车辆非法变道时进行告警，与摄像装置、可变信息标志、定向发声装置和信息识别装置相配合，能够更精准地对车辆变道行为进行检测，进一步地保证了公路隧道的安全水平。

38、4、本发明创新性地采用预构建的图神经网络进行事件严重程度的判断，结合车辆间的相对位置和相对速度，能够快速地对事件严重程度进行高精度的判断，进一步的保证了预警结果的准确性。

39、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。