【应用】以人工智能视觉处理器旭日2芯片为核心的新型交通监控装备，保障高速场景下的行车安全

时间： 2021-01-07 来源：地平线

技术问答

由于我国高速公路通行环境复杂、交通安全隐患多样，且路面警力严重不足，难以实现全天候的路面巡逻执法。因此，如何保障高速场景下的行车安全，也一直是国内交通面临的棘手难题。

近日，刊登在《中国科技成果》上的一篇论文《基于人工智能视觉的高速公路交通事故预警预测关键技术研究及示范》表示：基于人工智能视觉的高速公路交通事故预警预测关键技术，能够解决复杂道路交通场景下路况全息感知、行为智能识别、警患精准预警等难题。论文指出，通过这个技术项目的落地，示范道路的重大事故起数和死亡人数均下降25%。

研究团队发现，如果要实现高速公路交通事故预警预测，需要提高交通行为监测的准确性与实时性，而这需要将人工智能视觉处理器嵌入到前端交通监控设备中才有可能实现。但这样的技术实施存在以下几大难点：

· 高速公路行车速度快、流量大、部分路段行车环境恶劣，如此大场景大流量下的高速公路环境全息感知面临着很多挑战；

· 在交通监控设备中嵌入AI处理器芯片方面，需要解决产品运行效率和低功耗之间的矛盾，同时还要解决野外环境下的系统稳定性问题；

· 在运动目标检测跟踪上，监控设备也面临着车辆遮挡、交通行为精细分类理解与车辆特征精准识别等难题；

· 在交通风险隐患预警上，应用系统需要提升车内驾驶人员对声光电警示的适应性、冲击性等；

· 在技术集成应用上，需要解决前端交通监控设备的智能化问题，同时还要解决系统装备一体化和交通事故预警预测等难题。

总的来看，高速公路的交通事故预警预测实现在感知、分析、告知三大方面都面临不少挑战。

因此，研究团队从硬件部署、芯片感知、软件检测、实时预警几方面入手，重点研究基于人工智能视觉的高速公路行车环境全息感知、基于深度学习的机动车交通行为精准识别、基于声光电的交通风险隐患即时预警等关键技术。

总体架构图片来源：《中国科技成果》

最终，研发了包括基于地平线旭日2边缘AI芯片的智能摄像机、路侧声光电预警设备、路面光电报警设备、激光灯与投影仪、应用软件等在内的解决方案。其中，基于旭日2芯片的智能摄像机对通行车辆的重点违法行为、交通环境、车辆特征进行感知与识别；路侧声光电、路面光电、激光及投影等设备，能够根据检测到的交通安全隐患对前后向车辆进行实时预警。

左为激光文字投影仪，右为激光视觉警示灯图片来源：《中国科技成果》

后端应用软件则能够对前端设备进行检测参数、预警方案设置，通过激光视觉警示灯和激光文字投影仪同步发出预警信息，在高速公路上交通诱导屏、情报板进行信息推送等。

那么，在破解高速公路交通事故预警预测技术难题的过程中，研发团队具体使用了哪些关键技术，这些技术又是如何发挥作用的？

1、感知层面

作为高速场景下的路端监控，需要对过往车辆进行实时检测与精准识别。为此，研究团队采用了高速公路行车环境全息感知技术，具体包括：大场景多车道多目标动态检测、行车环境全天候感知、人工智能视觉的集成应用等方法。硬件上，通过旭日2与监控摄像头的一体化融合，对算法进行了极大的加速，使得算法在端侧的部署成为可能。

由此，高速公路大场景和低照度环境下，全天候感知、高速运动目标和高清晰场景成像问题得以解决。

2、软件识别层面

研究团队主要采用了机动车交通行为精准识别技术，包括车辆轨迹跟踪与分析、交通行为的分类理解等方法。基于深度学习算法，研究团队能够提炼车辆的辨识特征和运动特征，并利用这些特征对车辆的交通行为进行分类识别。

3、信息预警层面

但在实现对路面车辆的精准感知和识别之后，更重要的是，如何通过交通大数据进行安全态势的研判，发现高速公路上的异常风险行为，从而做出进一步的信息预警发布。

因此，在信息告知上，研究团队使用了交通风险隐患定位与预警技术，包括交通风险隐患的预测与定位、基于声光电的交通风险隐患分类预警两种方法。

基于各种感知结果，系统能够对交通安全风险进行轻重分级，并对其进行预测定位，然后在特殊交通路段、交通事故现场，或是灾害性天气路段的适当位置，以声光电等形式进行定向预警。

4、项目集成层面

团队主要采用了交通事故预警预测集成技术，以地平线第二代人工智能视觉处理器旭日2芯片为核心，嵌入视频结构化能力，形成具有高速公路交通事故预警预测的新型交通监控装备，构建了基于人工智能的高速公路交通事故预警预测技术体系。

总的来看，项目的亮点在于，首次将人工智能视觉处理器、激光视觉警示等技术应用到高速公路交通事故预警预测中，解决了复杂交通场景下路况全息感知、行为智能识别、隐患精准预警等难题。此外，大场景视频中运动目标检测跟踪技术、复杂场景下交通隐患精准发布技术也是项目的主要创新点。

从论文给出的数据来看，沪宁高速无锡段日均流量16万辆，峰值流量25万辆，养护、救援等道路事件1.5万起/年；日均事故20余起，事故峰值达到250余起——这一大流量、多警情、强压力的路段成为了研究团队项目落地实战的首选路段。

因此，研究团队在沪宁高速公路上海至南京方向K1116-K1119处路段上布设项目研制的新型交通监控装备。其中，包括9台搭载地平线旭日2的智能摄像机、100只智能道钉、40只声光电预警器、2台LED警示情报板、100只出口导向警示灯、32只激光视觉警示灯、4套激光文字投影仪。

这些监控预警设备能够对通行车辆的违停、逆行、倒车、随意变更车道、占用应急车道、不按规定车道行驶等违法行为，以及交通流、车辆特征进行实时检测与识别。同时，还能与全国交通集成指挥平台关联应用，融合大数据、人工智能等技术，为交通违法易发和风险隐患频现的路段的事故预警预测难题奠定了基础。

自2019年12月20日上线运行以来，项目示范工程为沪宁高速公路通行车辆的管理发挥了重要作用，其中重大事故起数和死亡人数均下降25%。基于AI视觉处理器的交通监控装备，从本质上改变了交通监控装备的内涵，为解决复杂交通场景下高速公路路况全息感知、行为智能识别、隐患精准预警提供了条件。

今年以来，交通行业因为“新基建”概念而变得火热——在这个背景下，基于AI视觉处理器的高速公路交通事故预警预测关键技术的项目落地和论文发表，无疑为高速公路上的安全行车和事故降低提供了重要的方法论参考。在未来，人工智能、大数据等技术也将伴随人们左右，赋能人们的交通出行、日常生活等多方面，让人们的生活更安全，更美好。