基于物联网的视觉融合、环境感知的技术研究

2017年3月23日，2017首届道路交通标志技术创新论坛在南京隆重召开。会上，著名道路交通安全管理专家、南京赛康交通安全科技股份有限公司董事长刘干发表了《主动发光道路交通标志技术与应用创新研究》主题演讲。

以下为刘干演讲实录，经赛文交通网（china_7its）编辑整理：

交通标志是面向所有道路使用者服务的，从这个意义上讲，交通标志作为交通信号的一种，应当全天侯让道路使用者去识别它和看得懂它，能够快速认得清它。但是长期以来，中的交通标志不能满足道路使用者的需求，尽管相关法律和国家标准早已经提出了需求。

任何一个行业必须企业强，没有强大的企业，再好的标准条文都无法推行落地。在中国的道路交通安全领域，谁能说出这个领域哪家企业是龙头，或者很强的企业，能够把我们的标准、理念和方法落地呢？几乎没有。

所以我们赛康交安一直在努力做这件事情，从道路交通标志做起，已经整整坚持做了八年的创新和落地，希望我们最终能够为道路交通安全事业贡献些什么。

一、交通标志的光学视认性能分类

我们的研究分为三大部分，第一部分是道路交通标志光学视认性能。

经过研究，我们把交通标志的视认性能分为三类，第一类是逆反射式；第二类是照明式；第三类是主动发光式。这个分类，已经收录进交通百科全书。

逆反射式，是目前中国在用已久的最基础的交通标志，从它的结构上来说，就是把反光膜贴在金属版面上。这个标志很简单，既不能满足全天候环境下的视认，对于一些没有车灯、或者灯光不足的道路使用者，是无法识别它的。

照明式，我们把它叫做补光级，目前在美国、欧洲、香港、台湾等很多地方在用。就是在逆反射式交通标志增加外部照明的装置，来达到全天候的视认。外部照明从结构上来说非常复杂，能耗也非常高。

早期中国在道路建设初期的时候，由于资金投入的关系，这一项技术就一直没有引入中国。尽管中国采用的是日本高速公路建设体系，高速公路出口位置设置了确认指路标志，但是并没有按照日本对出口指路标志实施强制主动发光。

主动发光式，我们把它叫做全天候级，主要有两种。一种是点阵显示，点阵显示的结构也是比较简单的，就是在现有逆反射标志板面上打孔去增加LED和光学透镜，现在我们又开发了LED内置点阵技术。还有一种是面板显示，其结构是利用光源板或光源盒提升反光膜的透光显示效率。

在整个道路当中，交通标志的信息之于所有的物体环境，标志的信息是最重要的。即便设置了路灯的道路，路灯仅仅是为了让我们看到视野范围的一些物体，在有路灯的情况下，更应该把标志的信息提取出来，使它实现安全的高效的视认。

基于信息的人眼识别，如果我们纯粹用LED的光，会产生一些光污染，还会对道路使用者的视认、生理、心理上产生很多的障碍。

光，灯光、照射的光，人的眼睛是不能去视认它的，交通标志的视认就必需利用光达到信息显示，而不是直接使用光。曾经和当下有一些厂家，只是让标志发出光，伤害了管理者和使用者对主动发光技术的认知，要不得。

其实这个技术在日本的高速公路和快速路早已经有强制性规定，就是所有的快速路、高速公路出口的标志一定要夜间主动发光。当然，我去考察了，他们的发光技术已经远远落后于我们的研究成果。 

面板显示技术的结构，比点阵更加简单，只是在反光膜里面增加了LED的光源板和光源盒来去解决。两者形式的技术，均已经实现了较长的使用寿命和维护简便。

二、基于物联网的视觉融合、环境感知的技术研究

交通标志接上电、发出光、连上网是一个大趋势，深圳、上海等大中城市的可变交通标志应用已经非常广泛，于是我们在主动发光的基础上又做了基于物联网的视觉融合、环境感知的技术研究。

交通标志在道路交通安全中的作用有目共睹，已经不仅仅是最早期的只是信息确认告知作用，更多的是交通组织和预防交通事故。我们国家虽然现在已经提出了安全第一、预防为主的目标，但是没有很好的效果。

安全第一目前是做不到的，当前中国还停留在大量的装护栏阶段。真正管交通应当怎么管呢？是标志、标线管交通。其实，信号灯的功能都弱于交通标志、标线，护栏并不能起到预防交通事故的作用，只是在交通事故发生之后可以减轻伤害，但有时候也会加重伤害。要解决交通安全问题，就是主动预防，就要通过标志、标线来做控制。

合理设置道路交通标志是低成本提升道路安全状况、提高道路通行效率的有效手段之一。还有一个就是传统交通标志一直是静态的，现在广义的交通标志，包括一些信息屏的发布，都是动态的交通标志。

从研究的意义上来说，一个是可以透过全天候抬升视距实现主动预防交通事故；二个是能够动态实时发布信息提高路网运行效率；三个是能够面向无人驾驶时代提高更加精准的信息载体；四个是低能耗，相比外部照明它有更大的经济优越性。

主动发光象素视觉融合性研究，我们承担了国家公路交通安全重点实验室的开放课题《LED主动发光道路交通标志像素视觉融合性研究》。 

上面图片可以看到，现在一些缺乏研究、技术不成熟或不负责任的厂家，发光标志都是仅仅把LED安装在铝板和反光膜上，就出现了视认困难的效果。

道路使用者会感觉这个东西并不好，交通管理的主管部门也就会认为这种东西不能使用，否决掉这个技术，非常可惜。真正的主动发光，是光源转换实现了信息显示。发光标志北不是说发出光来，照亮旁边的物体、或者借助它的光看到物体，而是要提取交通标志信息的显示性。

现在我们的面板显示技术已经有非常多的技术创新和优势，显示均匀、色泽柔和、远距离可视、防水性能更好，这方面赛康交安已经在全世界实现了技术的领先。而且主动发光技术能够完全保留交通标志的逆反射基础性能，采用了一些新材料结构。

我们也做了交通标志的视认效果验证，是在交通运输部的公路试验场去完成的。 

上图是对夜间标志的视认性影响因素做的分析，又做了性能影响的分析，还有一些不同颜色的亮度和视认距离关系，做了大量的研究。实验结果显示，主动发光技术的标志相比逆反射标志，能够抬升60%以上的视认距离，这可以直接转换为安全的驾驶操作时间。

我们还做了环境感知研究，开发了自动调光和能见度检测等系统。 

这是我们做的实验，同样一块LED主动发光标志，在正常情况下显示的是白光，在雾天情况下显示的是暖光，让驾驶员能够在不同气候条件下都能够远距离识别读取标志信息。这个技术是一项重大突破，我们把它叫作“雾区专用多色显示标志”。

全部这些技术研究成果的应用，就可以利用气象感测设备和设施终端传输，实现及时性的道路交通安全信息的互动。 

这是独立的数据采集、电子地图和交管部门后台数据通过服务器的处理，来进行信息发布。

整个基于物联网的环境感知、视觉融合技术研究课题，2016年通过了中国中公学会组织的专家鉴定，总体成果达到了国际先进水平，应用于道路交通标志的像素视觉融合性LED发光元件的研发达到国际领先水平。

中国所有高速公路是只有速度设计，没有速度管控。我们经常羡慕德国，说德国高速公路是不限速的，但是我去了德国，并不是说它不限速就没有管控。后面大家可以问德国的专家，她会告诉你们，德国的高速公路速度管控是非常严格的。

中国的高速公路，尽管恶劣天气会用信息屏提醒驾驶员要低速，但是，象江苏的高速公路是130KM/h上限处罚，只要开130迈是不会被处罚的，所以驾驶员对恶劣天气情况下的提示提醒信息是茫然的，对这种信息已经疲劳了。

国外普遍采用的是多级管控，速度管控措施是一级一级降下来的，到达最低限速级别的标志时如果超速必定重罚，这样驾驶员的遵守速度标志的习惯养成就会比较好。

这就是我常常讲的，道路使用者的习惯就来自于交通工程的措施，用措施改变和影响了他们的交通行为习惯。 

这是瑞士的照片，所有的限速标志都是可变的，而且它所有的道路都是有速度管控的，所有的道路交通信息都是有管控的。而在中国，目前还处于交通安全应用技术路线茫然的阶段，技术路线错误，或者有偏离的时候，不会有太好的交通安全目标结果。

三、成果转化的应用展示

（G12高速长春东互通立交）

这是我们已经运行了快四年的G12高速长春东互通立交，利用它的光做到交通标志的信息显示，点阵显示技术，太阳能供电。 

这是我们在武汉实施的2016年民生十件实事工程，177处快速路的弯道应用了内置式点阵显示技术。

这是面板显示技术的可变信息诱导标志用于城市路网，公安部交通管理科学研究所也在修编这个标准（GA/T484），过去这种标志只是光带发出夺目的光，但是文字看不见，今后这种标志文字也能够有明显的显示。

目前赛康交安在主动发光交通标志方面，已经完成了研究、制造、品控、应用、服务的闭环，处于该细分产业的龙头。其应用也已经非常广泛，在中国就有数十个城市的道路和几千公里的各等级公路成功应用，多地公开官方新闻报道，能够有效降减道路交通事故七成以上。

我坚信，这项技术会给中国道路交通安全管理水平带来一个质的飞跃性的提升。

赛康交安同时正在实施的其它研究，包括新型道路交通安全设施产品开发、交通安全管理设施的设计与设置标准化、面向车路协同的车联网时代交通安全设施全生命周期运行管理研究，也会为中国的道路交通安全事业做出持续更大的努力和贡献。