l 基础设施数字化背景

随着国家十四五规划与新基建的大幕拉开，高速公路信息化、智能化建设得到了前所未有的关注。2019年底省界收费站全部取消，全国高速实施“一张网”运营；同年9月，国务院印发了《交通强国建设纲要》，明确了“加强基础设施监测”这一目标；20年04月，国家官宣“新基建”3大方面、7大领域中明确包含“信息基础设施”“融合基础设施”“ 创新基础设施”这三类基础设施建设。21年10月，交通部印发《数字交通十四五规划》中再次明确提出“提升交通基础设施数字感知。国家综合立体交通网主骨架的基础设施全要素、全周期数字化全面推进。”

l 实施隧道数字感知通行管理的必要性

高速公路是道路运输的主动脉，具有行车速度快、通行能力大、交通构成相对单一、行车安全、运输成本费用低等特点。隧道作为高速公路的重要组成部分，21世纪以来，公路隧道数量年增长率高达20%。截至20年末，我国已运营的公路隧道达到2万余条，全长约两万公里，其中特长、长隧道约6千余条，总长约1万3千公里。我国已成为世界范围内隧道建设数量和里程最多的国家之一。

然而随着隧道数量的增加，尤其是长隧道比例增大，隧道车辆通行给隧道安全运营带来了前所未有的压力。高速公路隧道由于自身所具有的封闭、狭窄等特性，一旦发生事故，造成的人员伤亡和财产损失会非常严重，且隧道内救援难度大。因此，如何打造一个安全的隧道行车环境，提升隧道运营安全管理已成为行业关注的焦点问题。

l 感知技术的发展与毫米波雷达优势

我国从上世纪90年代初开始逐步引入以线圈检测技术为代表的车辆检测器，经过二十几年的发展，形成以地感线圈、地磁、断面微波、视频方式为主的交通信息采集传感器。以上四种传感器大量应用在城市道路信号控制、交通流量检测、视频监控、交通事件检测、车辆通行控制等场景。但这四种检测方式都或多或少的在稳定性、抗干扰、检测精度、覆盖面等方面还有所欠缺。详见下表。

通过上表比较可以发现，无论是线圈、地磁检测器，还是微波检测器，检测效果都是断面检测。视频检测虽然是面检测,但是有效的检测距离仅为50~100米，无法满足全路段实施检测的功能。而且视频容易受到降雨、大雾、沙尘等恶劣天气的千扰，无法实现全天候的检测。

毫米波雷达（FMCW调频连续波）检测器是从军用雷达发展而来的新一代传感器。与传统断面微波车检器不同，新型的毫米波雷达检测器采用多个发射天线和多个接收天线，通过多个天线发射快速电扫描信号,将雷达波以极快的周期投射在路面上,从而覆盖较大检测范围，可以实现最远300米,双向8车道的检测区域。多个接收天线接收遇到物体反射回来的连续回波信号综合分析，得到监测区域内的环境及目标实时数据。通过背景学习和交通目标轨迹识别，区分出有效的交通目标，并实时跟踪处理。可以全天候、全方位的精确检测实时车辆及目标位置、车辆行驶轨迹、交通流量、速度、占有率、排队长度、等各种数据。

毫米波雷达有不受天气和光线影响、探测距离远的优势。选用毫米波雷达能够弥补传统交通信息采集系统存在的欠缺。

l 毫米波雷达组网方案解决隧道数字化通行感知

隧道实时交通状况的感知与监控是隧道安全运营管理的重点，目前普遍应用的视频事件检测方式仅能对隧道事件进行检测，且其易受环境与图像质量影响，有效监测距离短，误警率较高。

毫米波雷达可感知车辆实时位置与速度信息，采用多雷达组网接力组网方式覆盖整个隧道，即可掌控隧道全域车辆通行状况。

隧道全域感知可对隧道内所有车辆通行情况进行数字化采集与记录，系统通过全域一张图虚拟显示直观呈现车辆通行情况，除提升事件检测准确率外还可对可能发生的事件进行预警，并回溯事件找到影响因素。

l 隧道数字化通行监测项目介绍

微度科技自20年起至今先后在山西、北京、福建、重庆等地安装了多套毫米波雷达与雷视一体设备。

建设目的

Ø 解决视频事件检测器不足，精准检测车辆滞留、滞留位置、拥堵状况。

Ø 完善隧道内状况的预警信息发布，降低二次事故发生概率。

Ø 提升发现、管控、处置突发事件的能力水平，提供事故应急处理的第一手信息。

系统组成

系统由80GHz毫米波雷达/雷视一体机、视频分析及同步处理器、上位系统管理软件、传输设备组成。

系统特点

Ø 全域感知位置轨迹  检测信息全面可靠

Ø 检测距离达200米  恶劣条件适应性强

Ø 雷达视频融合交叉校对  事件误警率低

Ø 符合工信部对雷达工作频率范围要求

Ø 国产化自主芯片 抗干扰算法抑制回波

Ø 支持远程升级与远程管理 运维成本低

主要功能：

采集功能

Ø 实时数据采集  实时车辆位置坐标、实时车辆行驶轨迹

Ø 周期数据采集  流量、平均速度、占有率、车型分类

事件监测功能

Ø 违章检测功能    违章变道、超速、缓行、行人进入

Ø 事故检测功能   停车、拥堵、事故

系统功能

Ø 全域通行车辆可视化

系统在隧道虚拟界面中显示全部进入隧道的车辆实时位置与行驶轨迹，并应用目标跟踪融合算法解决车辆在不同雷视设备间的切换问题，使整个动态场景精确稳定，可视化程度高。

Ø 实时事故告警

系统自动检测事件，并联动视频画面进行告警提示，并给事件前后录像

Ø 事件自动存储

事件发生后，感知设备端可在本地自动录制事件前1分钟至发生后2分钟视频及间隔照片，并将事件视频数据自动上传。

Ø 事故告警联动

感知设备监控系统支持告警联动功能，可在事件发生后配套原隧道管理系统进行视频调用、现场分析、拥堵排查。在发生火灾等紧急情况时，雷达仍可持续检测现场目标位置，帮助应急人员实施救援。

项目结果与实际作用：

基于毫米波雷达与视频融合的隧道全要素的精准数据采集为基础，设计、开发的隧道全域感知系统平台，并从数据实时性、技术先进性、业务的实用性、呈现的有效性等综合因素的考量，均完成项目试点时设立的目标，并逐步丰富与完善了相关功能，其具体提升与作用体现在以下方面：

Ø 监测区域:从传统监测局部区域、流量推测交通状况到无盲区、全覆盖、真实反应。

Ø 监测条件:从受光照、气候自然条件影响到全天候适应的全面改善。

Ø 特殊车辆:从对特殊车辆的管理无从下手到车辆级、车道级精准管控，异常行为实时分析，危险信息点对点提示，车辆持续跟踪、实时定位，异常车辆持续监视的新技术全面突破。

Ø 定位方式:从被动式获取特殊车辆定位信息到主动式全面掌控所有车辆全面数据。

Ø 隧道安全管理:从隧道内发生事故时无法获取一手全面信息，到隧道内发生事故时所有车辆分布情况、事故现场信息、行人疏散应急方案全面解决。

Ø 安全管控:从异常路况、车辆事后发现，到路况、车辆异常实时分析事先预警。

Ø 管理提升:从单一的断面级管理，提升高到宏观级、区域级、车道级、车辆级的多层次、多角度、全方面的精细化管理。

l 微度雷达在隧道数字化通行监测的意义与展望

毫米波雷达在隧道数字化通行监测的创新应用为高速公路隧道运营管理提供了一种集先进性、适用性、经济性、智能化为一体的技术手段。毫米波雷达与雷视融合的隧道全域感知系统的试点建设项目，减少了隧道内交通事故发生，提升了隧道的应急处置与防灾减灾能力，并有益于支撑隧道车道级管理、助力隧道管理，有效提高高速公路运营服务质量，保障高速公路畅通、高效和安全运营。

基于毫米波雷达的组网与融合感知技术实现了高速公路隧道全目标、全要素、全天候、高精度的全息立体感知，实践应用效果表明，这一技术的推广可真正快速推进基础设施全要素、全周期的数字化建设。