“Несомненно, понимание того, что такое ИТС, постоянно будет изменяться, уточняться, расширяться, дополняться. ИТС должна соответствовать уровню развития технологий инфраструктуры и смежных областей, чтобы быть реализуемой в современных реалиях, при этом достаточно быстро впитывать в себя плоды технического прогресса.”

- Иван Чебыкин, генеральный директор TrafficData

Решения для ИТС на основе компьютерного зрения

Публикации

Решения для ИТС на основе компьютерного зрения

РЕАЛИЗУЕМЫЙ НА СЕГОДНЯ ФУНКЦИОНАЛ ИТС

Несомненно, понимание того, что такое ИТС, постоянно будет изменяться, уточняться, расширяться, дополняться. ИТС должна соответствовать уровню развития технологий инфраструктуры и смежных областей, чтобы быть реализуемой в современных реалиях, при этом достаточно быстро впитывать в себя плоды технического прогресса.

Степень управляемости системы определяется 3-мя уровнями. Невозможно перейти на следующий уровень, не освоив предыдущий:

  1. Сбор информации. Мы можем управлять системой только имея полные, актуальные и достоверные данные о ней
  2. Адекватное реагирование на изменяющуюся ситуацию. В этом случае, получая информацию о том, что система вышла из своего оптимального состояния, мы возвращаем ее в это состояние управляющими воздействиями.
  3. Прогнозирование ситуации. Это следующий уровень управления. Когда на основе полученной информации и накопленного опыта мы можем предвосхитить развитие событий и заблаговременно, ещё до возникновения критической ситуации, принять меры для ее предотвращения.

Если перевести все это в плоскость ИТС, то с учетом доступных на сегодня технологий получим следующие требования к функционалу современных интеллектуальных транспортных систем:

1. Мониторинг дорожного движения, выполняющий следующие функции в автоматическом режиме 24/7 с точностью не менее 95%:

1. Сбор и определение всех параметров дорожного движения, необходимых для определения уровня обслуживания (приказы Минтранс РФ 114,479)
2. Сбор данных о событиях

1. Детекция и классификация инцидентов

1. Посторонние предметы на проезжей части
2. Остановка автомобиля на магистрали/ мосту и пр.
3. Пешеходы, животные на автомагистрали/ мосту и пр.
4. ДТП

2. Контроль соблюдения ПДД

2. На основе полученных данных формируется управленческие воздействия для оптимизации дорожного движения

1. Адаптивное регулирование светофорных объектов
2. Управление транспортными потоками на основе информации об инцидентах
3. Рекомендации водителям об оптимальном скоростном режиме

3. Прогнозирование дорожной ситуации

1. Определение параметров дорожного движения на ближний/средний/дальний горизонт на основе текущей ситуации и вероятности возникновения событий, резко влияющих на дорожную обстановку

1. ДТП
2. Мероприятия
3. Дорожные работы
4. И пр.

2. Выработка возможных сценариев компенсации дестабилизирующих факторов

Разработки компании «ТраффикДэйта» направлены на реализацию именно этих функций ИТС. В данной статье рассмотрена реализация мониторинга дорожного движения в программном обеспечении TrafficData.

МОНИТОРИНГ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Федеральный закон “Об организации дорожного движения в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации” от 29.12.2017 № 443-ФЗ предписывает проведение регулярного мониторинга дорожного движения. Для реализации этих мероприятий в масштабах страны необходимо создание Автоматизированной системы мониторинга дорожного движения. Ниже приведены принципы построения такой системы на базе TrafficData.

Сегодня все гуще становится сеть уличных камер видеонаблюдения. С распространением БПЛА появилась возможность снимать на видео развязки и крупные перекрестки целиком, что позволяет отслеживать по одному видео движение автомобилей сразу по всем направлениям. Развитие технологий компьютерного зрения и машинного обучения позволяет превратить все эти камеры в высокотехнологичные обучаемые мульти сенсоры и отказаться от дорогостоящего специализированного оборудования для сбора данных о транспортном потоке. Система мониторинга дорожного движения теперь может быть реализована на базе обычных камер видеонаблюдения.

Рис. 1.  Анализ транспортных потоков с помощью БПЛА.
Рис. 1. Анализ транспортных потоков с помощью БПЛА.

Интенсивность потока. Интенсивность движения определяется по направлениям. Направления задаются створами, указываемыми пользователем на видео. Доступны 3 типа створов: входной, выходной и сквозной.

Состав потока. Анализ состава транспортного потока, поддерживаемый в TrafficData, учитывает требования как приказа Минтранс РФ №479 от 26.12.2018, так и нормативов СП 34.13330.2012 – для загородных дорог, СП 396.1325800.2018 – для городских дорог. Для обеспечения всего этого многообразия TrafficData распознает 23 типа транспортных средств и пешеходов.

Скорость движения. По видеоизображению определяется:

  • Мгновенная скорость в каждой точке траектории;
  • Средняя скорость на участке между створами;
  • Скорость с 85%, 95% обеспеченностью.
Рис. 2. Визуализация данных по скоростям с помощью интерактивной тепловой карты в интерфейсе TrafficData Air.
Рис. 2. Визуализация данных по скоростям с помощью интерактивной тепловой карты в интерфейсе TrafficData Air.

Плотность движения. Плотность движения для участка дороги определяется по формуле:

автомобилей, приведенных к легковому, на километр,
где:
— средний временной интервал между приведенными автомобилями; — средняя скорость движения транспортных средств на участке дороги.

Длина очереди и задержка в движении. TrafficData позволяет по видеоизображению определить длину очереди и время, проведенное автомобилем в очереди по рассматриваемому направлению, а также время стоянки.

Под задержкой в движении на перекрестке понимается время, которое участник теряет при преодолении перекрестка. Для этого в TrafficData Land задаются зоны, при попадании автомобилей или пешеходов в которые считается, что участник движения прибыл к перекрестку. Как только автомобиль заехал в эту зону, включается счетчик по времени и выключается при пересечении выходного (красного) створа. Таким образом фиксируется время, затраченное на преодоление перекрестка по каждому направлению (Рис. 3).

Рис. 3. Определение длины очереди и времени задержки в TrafficData Land с помощью задания полигонов перед стоп-линией, где определяется время задержки.
Рис. 3. Определение длины очереди и времени задержки в TrafficData Land с помощью задания полигонов перед стоп-линией, где определяется время задержки.

При определении задержки в затрудненном движении, например, на перегоне или круговом перекрестке, счетчик задержки включается при попадании автомобиля в очередь и выключается при выходе из очереди или пересечении красного створа. Критерием попадания автомобиля в очередь является расстояние между автомобилями в свету не более длины автомобиля (Рис. 4).

Рис. 4. Определение длины очереди и времени задержки в TrafficData Air (автомобили, попавшие в очередь объединены желтыми линиями, ярлычки сменяют цвет с черного на красный, отображается время, проведенное в очереди).
Рис. 4. Определение длины очереди и времени задержки в TrafficData Air (автомобили, попавшие в очередь объединены желтыми линиями, ярлычки сменяют цвет с черного на красный, отображается время, проведенное в очереди).

Вычисляемые параметры движения. Далее на основе собранных данных по участкам движения определяются вычисляемые параметры движения:

  • Уровень обслуживания;
  • Показатель перегруженности;
  • Временной индекс;
  • Буферный индекс.

Формирование банка данных. Данные о параметрах дорожного движения могут определяться по загружаемым фрагментам видео либо по видеопотоку в реальном времени. Во втором случае осуществляется подключение к IP-камерам видеонаблюдения по ссылке RTSP (что реализовано в ПО TrafficData Live). На основе собираемых данных формируется база данных по участку движения. Для удобства использования в отчетных документах реализована возможность вывода данных о параметрах дорожного движения в формате Excel по формам, регламентированным приказом Минтранс РФ №114 от 18.04.2019 г. Представленная в этой статье Автоматизированная система мониторинга дорожного движения уже функционирует на всех регулируемых перекрестках города Тобольск.

РАЗВИТИЕ ФУНКЦИЙ ИТС

Кроме рассмотренных в данной статье социальных функций (так называемых в книге Романа Душкина Интеллектуальные транспортные системы. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 282 с.) современная ИТС обладает рядом других, реализуемых с применением технологии компьютерного зрения. К ним относятся обеспечивающие функции. Например, на основе регулярных данных об интенсивности транспортных потоков и математической модели зависимости ресурса сооружения от интенсивности дорожного движения возможно оценить ресурс искусственных сооружений, а также определить межремонтные сроки асфальтобетонного покрытия. Но это уже тема для следующей статьи…