基于AI技术的城市慢行系统

黄圆圆，单晨

（太极计算机股份有限公司）

1 引言

城市慢行系统一般又称慢行交通，主要是指人们通过公交车、自行车、步行等慢速工具作为城市交通出行方式，它可以有效地解决慢行主体行路难、快慢交通冲突等问题，具有短距离出行、费用低、空间较小、绿色环保等特点[1]。虽然，慢行交通具有很多的优点，但是由于前期城市道路设计时，较少考虑慢行系统，因此慢行交通中的违规现象比机动车更为严重[2]。本文研究基于AI技术的城市慢行系统，通过在非机动车道安装部署高清摄像头、交通监测设施等方式，利用智能识别、深度学习等先进技术，并与共享单车运行公司对接相关运营数据及慢行交通监测设备采集进行结构化数据关联，实现对过往行人、非机动车行为识别和监管。

2 慢行交通现状问题

国内慢行交通出行存在以下的现状问题：

1）行人闯红灯

“行人闯红灯”是国内慢行交通的关键难点之一。公安部、中央文明办、教育部、司法部等部门共同发出了“摒弃交通陋习，安全文明出行”的倡议。但在日常出行时，一部分行人没有认识其行为造成的交通恶劣影响，还是抱着“法不责众”的心理，自身意识薄弱、明知故犯，这是造成“行人闯红灯”违法行为的主要原因[2]。

2）非机动车逆行

非机动车逆行是一个非常严重的交通参与者的违法行为。两辆相对行驶的车辆，其相遇时的速度是对向行驶两辆车速的总和，一旦发生事故，严重性巨大。经研究调查，发生逆行的人群分为几类：①明知故犯型，交通参与者图方便，为节省时间铤而走险；②法律意识薄弱，根本不知道逆行违法或对逆行这一违法行为不以为然，这种人群往往是最危险的，在逆行时采取的是理所当然的心态，在行驶中不避不让[2]。

3）共享单车乱停乱放

共享单车作为共享经济的一种产物，已经走进市民的日常生活中，在帮助市民解决最后一公里的出行难问题的同时也生出许多弊病，市区内僵尸车、乱停乱放现象比比皆是，很大程度影响了市容市貌以及交通秩序。

3 AI技术在城市慢行系统的实践

3.1 行人闯红灯的AI应用

针对慢行交通里面最严重的问题，可以在重点路口加装慢行交通检测设备及展示大屏，在提取慢行交通流量的同时，监控违法行为并将违法的图像信息展示于大屏。通过建立行人闯红灯抓拍、交通资讯、交通应急预警信息、交通诱导信息、新闻资讯的实时发布，实现行人抓拍+交通资讯+公益广告+商业广告完美结合的新型LED媒体传播模式，不仅有效解决了“行人不遵守交通规则、乱闯红灯、中国式过马路”的问题，还可以在抓拍间隙播放公益广告，利用精美的商业广告实现盈利[3]。

3.1.1 工作原理

该系统主要针对红灯状态下行人非机动车过马路时进行抓拍。在路口行人红灯亮起时发出信号给行人事件检测仪，此时行人事件检测仪对图像实时分析，一旦判定出有人或非机动车闯红灯，便立即对违章人进行面部特征捕捉，并将违章人的头像和违章行为直接在路口的大屏上进行显示，同时，将通过主机控制摄像机调焦放大抓拍到违章人的面部图像直接存储到后台数据库。后台管理人员可以利用闯红灯的人属性进行查询、比对、统计、远程监控等操作（见图 1）。

该行人闯红灯抓拍系统包括路口前端设备（摄像机、补光灯、传输设备、存储抓拍设备、显示设备）、语音提示屏、高清摄像机、智能音视频控制模块、室外显示屏、主机、机器视觉与人脸检测系统组成。其中，最关键的机器视觉与人脸检测系统其主要工作原理是利用机器视觉产品将拍摄目标的视频流转换成图像信号，传送到专业图像处理系统，提取像素分布、颜色、亮度等信息，转变为数字化信号；专业图像处理系统对图像信号、数字化信号通过视频解析来抽取目标的各种特征值，根据算法规则的设定操作、控制现场的设备。

3.1.2 系统功能

行人闯红灯的具体应用功能如下：

1）闯红灯抓拍功能

通过红灯信号检测器或者通过国际领先的视频跟踪算法，自动识别红灯信号，然后采用视频抓拍方式对违法行人和非机动车进行检测抓拍。

2）语音警示功能

图1 行人闯红灯AI应用工作原理图

当行人、非机动车闯红灯后给出一个语音提示信号，告知行人、非机动车误闯红灯。通过视频智能识别，提取违章者衣服、性别、年龄等体貌特征值，利用广播的方式提示：“穿XX色衣服的同志，目前是红灯时间，请您不要闯红灯！”利用广而告之的方式，让违章者羞愧，提高警示成功率。

3）统计分析功能

针对后台管理民警，可以根据时间、路口地点、负责的执勤人员进行查询，并可以按照不同时间段、不同区域等条件进行趋势统计分析。针对处罚人，可以根据处罚人的年龄，学历，职业等信息进行对比，为城市交通管理者制定措施时提供决策支持。

4）人脸识别功能

利用先进的智能识别技术，根据行人闯红灯自动识别抓拍系统对路口过往行人的人脸进行视频图像提取识别，利用以图搜图的技术，查询历史违章库，并关联相应的视频，提供违章电子证据。

5）远程监控功能

对路口行人，非机动车24小时实时录像，并在对应的显示屏中实时播放录像。后台执勤民警需要查询相关数据时，通过远程监控的功能可以实时或者查看24小时内不同路口的监控画面。

3.2 非机动车违法行为的AI应用

当电动车进入抓拍区域后，系统利用AI技术自动抓拍电动车闯红灯、逆行行驶、违规驶入机动车道、违法载人等违法行为[4]。电子警察将对违法电动车全程进行视频录像截取，并通知违法的电动车驾驶人，若在规定时间内不主动接受处罚的，各路民警的“警务通”将收到相关信息，民警遇到违法电动车驾驶人时，将会对其进行处罚。

3.2.1 工作原理

主要包括非机动车违法行为抓拍系统、供电系统、安全系统、存储系统、PC客户端、网络传输等五部分组成。总体技术工作原理如图2所示：

图2 非机动车违法行为AI应用工作原理图

非机动车违法抓拍的工作原理是：当某车道信号灯处于红灯状态时，系统抓取该信号灯的状态信息，在这时间段中，视频记录该车道的车辆信息，检测到非机动车时，进行连续抓拍。

3.2.2 系统功能

通过升级改造的电子警察系统，可以迅速的监控、抓拍、处理非机动车交通违章，迅速的获取违章证据，提供行之有效的监测手段，改善城市交通非机动车缺乏监管而造成的拥堵现象。具体功能如下：

1）违章抓拍功能

系统配置500万的高清摄像头，抓拍路口中包括红灯、车辆、车辆轮廓、路口等信息。利用检测红灯信号和虚拟线圈信号，对违法的非机动车辆进行抓拍记录。

2）高清录像功能

系统可以记录路口24h高清录像，输出H.264的高清视频，记录车辆号牌信息。当后台管理人需求查询路口历史信息时，可以进行远程调阅。

3）红灯信号检测

利用高清视频自动识别红灯信号，准确采集到红灯信号。当红灯状态时，机动车进入停车线并驶离停车线，系统才认为是有效的闯红灯信号，进行抓拍记录。

通过红灯信号检测器或者通过国际领先的视频跟踪算法，准确采集到红灯信号。系统检测到红灯状态时，实时检测车道中的非机动车行驶信息，当非机动车进入驶离停车线，系统进行抓拍。

4）补光温控系统

系统将检测摄像机视频中的亮度信息，当检测现场环境光线低于阈值时，启动LED长明灯进行补光，保证抓拍出清晰可辨的车辆及号牌照片。

3.3 共享单车停放大数据优化应用

近年来，共享单车的出现解决了市民出行“最后一公里”难题，随着共享单车数量的急剧增加，城市中就出现了单车乱停乱放现象，对城市环境造成负面影响，从技术上解决共享单车的停放问题显得尤为重要。

3.3.1 共享单车管控建议

有序管理共享单车，需要政府、企业和公众共同参与。

①关于随意停放的问题，建议政府部门对重点区域，如步行街、景区、地铁等交通枢纽划定停放区域，同时，对于单行车道或者不适合共享单车的局部区域，应明令要求不允许停放。建议共享单车运营企业，利用大数据分析，统计历史车辆积压区域和时间段，计算未来积压预测区，提早建立预案，动态调配单车资源向急需区域转化，避免车辆积压造成交通拥堵，同时提高单车利用率。另外，在共享单车APP中，利用GIS地图标注可停放区和禁停区，引导用户将自行车还至可停放区。

②关于道路安全问题，建议政府牵头编制针对共享单车的车辆标准、技术标准、收费标准、服务标准、管理标准、维护标准、投诉机制，明确对共享单车运营周期中企业维修、收回和报废的责任。建议共享单车企业为单车使用者购买保险并承担事故先行赔付责任，保障使用者的人身安全。

3.3.2 共享单车大数据分析

1）共享单车运营展示分析

为了防止用户将单车停放在非公共区域，影响其他用户使用，需要判断用户是否违规停车，从而结合运营模式对用户进行引导。

当前可通过逆地理编码服务，解析用户停车点是否位于小区等敏感区域内。之后管理方可通过云存储服务，上传业务自定义的禁停区，结合云逆地理编码服务，解析业务数据，判断用户是否将车停放在相关禁停区域。

提供电动自行车定位设备、通过可视化轨迹管理台管理查看车辆实时信息。提醒用户超出车辆运营范围。

2）共享单车投放点、停放点分析

结合共享单车的骑行轨迹数据，实现启用、停放位置的聚合分析，找出需要的出行需求位置和主要的终点位置。由于共享单车的使用受到天气、社会活动等多种因素影响，使用的需求可能出现动态变化，因此需按照一定规律分析共享单车的主要需求位置。分析出的主要单车启用位置，需协助业主将分析结果定期发送至共享单车相应的运营公司。

由于骑行的目的地多为景点、商业区等固定位置，因此共享单车的停放位置较为固定。对共享单车轨迹数据的分析中应注重提取不同位置停车需求的大小情况。针对重点的骑行结束位置，根据停放量的大小应设置相应的单车停放区，以尽量避免单车大量停放导致的道路占用情况。

3）共享单车调度需求分析

共享单车的使用情况有很强的随机性，随意的停车行为易影响交通的正常运行，因此需对停放情况进行监控。根据实时的运行数据，监测各道路路侧的停放情况，当车辆停放较多且分布较为分散时应及时出动调度车辆已经归集整理，在保障正常出行的同时保障市容市貌；此外，当个别位置出现较为明显车辆堆积情况时，应及时将车辆调度至其他有慢行交通需求的位置，一方面保障慢行交通的出行需求，一方面避免车辆堆积带来的不良后果。

4 结语

慢行交通作为城市道路交通的重要组成部分，给居民的短距离出行带来了巨大的便利。本文将慢行交通的现状问题进行梳理总结，提出在城市慢行交通中对行人闯红灯、非机动车违法行为的AI技术应用和共享单车停放大数据优化等内容。在后期城市交通规划中，确保慢行交通系统和其他道路交通系统的合理接驳，以建立高效、快速、安全的城市慢行交通系统。