非公路用旅游观光车辆智慧监管系统设计与研究

时亚南 范效礼 苗 锐

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011）

“十四五”期间，新疆重点做好包括旅游业在内的“十大产业”高质量发展，同时稳步推进特色产业发展，根据自治区人民政府2021 年6 月发布的《新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》，自治区要深入实施旅游兴疆战略，大力发展现代服务业，促进生产性服务业提档升级，促进生活性服务业提质扩容。依据TSG 81—2022《场(厂)内专用机动车辆安全技术规程》，场车是场（厂）内专用机动车辆简称，指除道路交通、农用车辆以外，仅在工厂厂区、旅游景区、游乐场所等特定区域使用的专用机动车辆，包括机动工业车辆和非公路用旅游观光车辆，纳入国家特种设备目录管理。截至2021 年底，全国场车共156.40 万台，2021年全国共发生特种设备事故和相关事故110 起，死亡99 人，其中场车事故42 起，死亡34 人[1]。场车事故数占特种设备事故数榜首，而场车事故中以非公路用旅游观光车辆事故社会影响面最大，一旦发生事故，影响和损失难以估计，比如2022 年5 月2 日，兰州野生动物园发生了1 起非公路用旅游观光车侧翻事故，造成2 人遇难、17 人受伤[2]，给人民群众生命财产造成重大损失。进一步探究事故主要原因，场车事故中，违章作业或操作不当17 起，无证操作5 起[1]，由此可见，场车事故中违章作业及无证操作等问题占事故数量的大多数。为解决上述问题，推动特种设备使用单位安全主体责任的有效落实，有效防范和遏制特种设备事故发生，保障非公路用旅游观光车辆安全运行和游客乘车安全，助推新疆旅游业高质量发展，迫切需要加强对非公路用旅游观光车辆智慧监管关键技术的研究。

从新疆特种设备智慧监管系统统计数据可知，截止到2022 年12 月1 日，新疆共有在用非公路用旅游观光车936 辆，主要分布在新疆较为知名的旅游景区和游乐场所。近年来，得益于稳定红利的影响，新疆旅游业进入一个“井喷式”发展的重要阶段，客流量猛增，再加上新冠肺炎疫情叠加影响，很多企业安全投入不足，盲目追逐经济利益，安全意识淡薄，管理混乱，违章作业屡禁不止，设备开开停停，进入生产经营旺季又超负荷运行，比如非公路用旅游观光车辆、客运索道、大型游乐设施等设备由于疫情导致平常不用则已、一用就是高峰，这些都会带来很大的风险。另外，新疆旅游观光车辆设备较为分散，基层执法监察人员不足，现场监察工作量大，亟须利用先进的物联网和人工智能技术等进行信息化融合，打通制约监管人员执法难、企业作业人员无证驾驶违章作业等难题的“最后一公里”。

经文献检索，目前国内学者对非公路用旅游观光车辆的研究整体上还处于起步阶段，主要集中在理论研究阶段。叶超等人[3]从风险评价程序的角度，为后续观光车辆风险评价研究和工作提供了理论依据和方法参考；关朝宁[4]、吴金星[5]、常岚等人[6]也是从运行管理和检验的角度阐述了具体的举措；为解决非公路用旅游观光车辆车体强度试验载荷布置不均匀且易掉落的问题，吴国军等人[7]提出了一种车体强度试验装置及其方法，即按照被试验车辆的整备质量值以及该车顶棚承载的面积计算出配重块的数量、体积、重量的比值，再将相邻配重块连接，最终使得载荷块能有效均匀静布在弧面或者有高低落差的顶棚表面；刘丹等人[8]着眼于现行标准的特点与不足，并结合国内行业发展的现状，提出了目前和未来我国观光车行业对标准的需求。

通过前期调研，笔者拟采用通过在非公路用旅游观光车辆上加装物联网终端和监控相机的方案，研发一套非公路用旅游观光车辆智慧监管系统，以期实现对作业人员进行身份识别与认证，并对作业人员进行驾驶行为的识别，进而对无证驾驶及不当驾驶行为进行告警记录。物联网终端能够对车辆运行速度及运行线路进行监控，车辆运行过程中，物联网终端还能对车内乘客及车前方的运行环境进行记录。结合数据，建立相应的数据分析模型，实现对非公路用旅游观光车辆的可视化与异常分析（包括无证驾驶、违章驾驶、行为异常、驾驶异常、线路异常等）。

1 系统设计方案

通过软件平台结合车载物联网装置实现非公路用智慧监管系统研究。每套物联网装置由1 部物联网终端和3 部监控相机组成。其中，1 部监控摄像机对作业人员图像进行采集；1 部监控摄像机对车内乘客图像进行采集；1 部监控相机对车辆前方图像进行采集。作业人员的监控摄像机采集的图像通过物联网终端的AI 分析，实现人员的身份认证和驾驶行为的识别；物联网终端可对车辆速度进行实时采集，还可对车辆线路偏移实时检出。最终研发一套观光车辆智慧监管系统，该系统主要有使用单位和监察机构2 种角色，实现设备档案管理、作业人员管理、电子围栏管理、车载终端管理、告警记录及教育培训记录等功能。

2 技术难点与创新点

2.1 物联网与人脸识别信息融合问题

1）在车辆上，物联网设备具备人脸识别、实时通讯、与车辆绑定的物联网设备编号作为唯一标志以及语音播报功能。

2）驾驶人员作业过程中，物联网装置进行人脸识别并实时自动进行比对判断。首次比对成功，报简短安全提示语音；若比对不成功，播报简短告警语音，并向观光车辆智慧监管系统上报。观光车辆智慧监管系统向使用单位特种设备安全管理人员定期（可配置）发送提示短信。

2.2 可视化与异常驾驶数据分析问题

1）车辆加装的物联网装置能够完整观察作业人员异常驾驶行为（抽烟、接打电话、镜头遮挡、闭眼、打哈欠、低头）。

2）车辆运行时，物联网装置实时自动识别作业人员异常驾驶行为，向观光车辆智慧监管系统上传作业人员异常驾驶行为信息，并自动记录车辆驾驶人员异常驾驶行为信息，记录信息保存1 年。观光车辆智慧监管系统向使用单位特种设备安全管理人员定期（可配置）发送提示短信。

3）作业中出现超速、偏离行驶路线、异常驾驶（抽烟、接打电话、镜头遮挡、闭眼、打哈欠、低头）等情况，根据告警记录监察部门进行手动扣分处置，扣分标准由监察人员参考具体扣分办法执行。

4）物联网装置具备实时监测车辆位置功能。使用单位在观光车辆智慧监管系统录入本单位观光车和观光列车行驶路线图，车与行驶路线一一对应（该行驶路线图应经检验机构确认），行驶路线图向对应车辆的物联网装置下发，车辆运行时，物联网装置实时自动进行是否偏离行驶路线运行判断。若偏离行驶路线，向驾驶人员播报简短提示语音，向观光车辆智慧监管系统上传车辆偏离轨迹信息，并自动记录车辆偏离行驶路线运行的起始和结束时间、偏离轨迹、偏离运行驾驶人员，记录信息保存1 年。观光车辆智慧监管系统向使用单位特种设备安全管理人员定期（可配置）发送提示短信。

2.3 智能分析模型构建

首次运用物联网技术、人工智能技术及深度学习技术，结合试点车辆运行过程中形成的大量数据，包括但不限于观光车辆使用时长、使用频率、运行线路、作业人员驾驶时长、驾驶行为记录、证件信息等数据信息，构建旅游观光车辆作业大数据分析模型。对人脸认证、超速、偏离行驶路线、异常驾驶（抽烟、接打电话、镜头遮挡、闭眼、打哈欠、低头）等告警数据进行分析，通过AI 智能视频识别，能够识别视频中出现的动作，分析视频中每帧图像的内容，从视频帧之间的时序信息中挖掘线索，从而实现视频的自动分类，最终形成大数据展示平台，为监察机构和使用单位提供翔实可靠的数据支撑。

3 系统设计思路

笔者利用面向对象的开发方法和AI 视频自动识别技术，实现摄像机监控视频录像中作业人员头像及驾驶异常行为特征的自动提取、自动识别及保存，并可根据指定的驾驶异常行为特征，对视频中出现的驾驶异常行为图像进行全自动分析，记录驾驶异常行为特征出现的时间，并存储至数据库。另外，需研究物联网终端与非公路用旅游观光车辆智慧监管系统之间的远程通讯方法，以实现驾驶异常行为信息的远程传输，笔者拟采用多目标任务分配策略，构建监控驾驶异常行为视频图像帧快速提取及识别算法，着重突破运行中视频驾驶异常行为图像快速识别的准确性和稳定性。本文整体研究方案及可行性分析如图1、图2所示。

图1 整体研究方案及技术路线图

图2 整体架构图

4 系统设计目标

1）有效纠正旅游观光车辆无证作业的问题。随着旅游观光车辆数量增长，部分旅游观光车辆使用单位责任人安全主体责任意识不强，存在无证人员随意使用旅游观光车辆现象。运用物联网技术，对旅游观光车辆驾驶人员进行身份验证，实现从“无”到“有”的转变，遏制无证作业行为。

2）有效辅助作业人员安全驾驶。运用物联网技术，对旅游观光车辆作业人员驾驶行为、旅游观光车辆运行速度、旅游观光车辆运行线路及车内外运行环境进行实时监控，对安全隐患识别并告警，从而“协助”作业人员安全驾驶。

3）有效解决基层监察人员负担重的问题。由于自治区旅游观光车辆设备较为分散，基层执法监察人员较少，现场监察工作量大。运用物联网技术，转“人管”为“智控”，减轻基层监察人员负担。

4）有效解决旅游观光车辆专业化数据信息支撑弱的问题。虽然目前新疆特种设备智慧监管系统拥有旅游观光车辆及旅游观光车辆作业人员的基本信息数据，但缺乏旅游观光车辆使用时长、使用频率、运行线路、作业人员驾驶时长、驾驶行为记录、证件信息等更为系统的数据支撑。运用物联网技术，进行旅游观光车辆作业大数据分析，实现旅游观光车辆风险管控从“无控”到“可控”转变。

5 应用展望

本文通过开发面向对象的非公路用旅游观光车辆智慧监管系统，实现对无证驾驶行为的管理以及作业人员驾驶异常行为的可视化操作。目前该系统已开发完成，拟先选定乌鲁木齐及周边景区非公路用旅游观光车辆使用单位进行试点，同时，通过开展物联网终端及监控相机的实际应用，不断获取新的驾驶异常行为图像，分析基于智慧监管系统的新驾驶异常行为图像识别结果的正确性，并采用大数据及多信息融合技术，建立基于人工智能的驾驶异常行为特征修正算法，丰富和完善驾驶异常行为诊断数据库系统，形成性能可靠的优化后智能识别系统。如果技术成熟，后续可将该技术方案推广至全疆所有的非公路用旅游观光车辆，为每辆观光车加装该物联网终端和监控相机，从而为新疆各级监管机构提供执法依据，助力新疆景区及游乐场所高质量发展，有效保证游客乘车安全，提升游客满意度。