圖1. 智能交通管理系統(tǒng)”端-邊-云”整體系統(tǒng)架構(gòu)

新創(chuàng)中天^?智能交通管理系統(tǒng)對于交通狀態(tài)的準(zhǔn)確感知和智能管理主要基于其所包含的五種主要子系統(tǒng)：

• 自動交通信號管理子系統(tǒng)；
• 交通流量視頻綜合檢測子系統(tǒng)；
• 基于高清視頻的綜合違章報警子系統(tǒng)；
• 大屏LED自動誘導(dǎo)子系統(tǒng)；
• 交通態(tài)勢預(yù)測和發(fā)布子系統(tǒng)。

其中，自動交通信號管理子系統(tǒng)包括位于云端的智能交通綜合管控平臺（控制中心）所包含的各類服務(wù)器和工作站、部署于邊緣端路口機柜中的路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備，以及部署于路口桿站上的AI智能相機。這些不同的設(shè)備與中心應(yīng)用平臺和交通信號控制機進(jìn)行數(shù)據(jù)交互?？刂浦行目梢岳脜R聚的視頻信息，支持交通事件感知和交通態(tài)勢分析等綜合性應(yīng)用。AI智能相機一般用于新建的項目，它集視頻采集、通用計算和基于AI推理的計算機視覺等能力于一體，為交通信號控制機提供視頻檢測分析數(shù)據(jù)。

在這一智能交通管理系統(tǒng)中，基于邊緣計算與AI計算機視覺的路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備是極為重要的基礎(chǔ)性設(shè)備。該設(shè)備負(fù)責(zé)對路側(cè)感知設(shè)備如相機所采集的視覺信息（包括視頻和圖像）進(jìn)行實時計算分析，并在必要時與位于云端的控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將優(yōu)化的信號相位和配時方案輸入給路側(cè)的交通信號控制機。結(jié)合其它的輸入信號，交通信號控制機通過其特定的算法確定最終的相位和配時方案，對路口的交通信號燈進(jìn)行控制。

相較于傳統(tǒng)的感應(yīng)線圈、磁力計以及激光雷達(dá)等檢測技術(shù)，基于各種相機采集信息的AI計算機視覺技術(shù)用于交通目標(biāo)、狀態(tài)和事件的檢測和分析具有顯著的成本優(yōu)勢，非常適合大規(guī)模的部署。除了交通路況信息，該設(shè)備還可以感知天氣（如雨、雪、霧）等環(huán)境信息，并將這些信息和本地分析的結(jié)果上傳至控制中心，作進(jìn)一步的處理。該設(shè)備的普及，有助于全面提升交通安全與效率。

挑戰(zhàn)：面向智能交通管理的邊緣計算設(shè)備

路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備需要實現(xiàn)對于機動車（包括特種車輛）、非機動車、行人、交通信號燈、路面交通標(biāo)識、交通流量狀態(tài)和交通事件等的檢測和識別，因此需要連接多種相機（包括電警相機、卡口相機、交通流量檢測相機、路口監(jiān)控球機和行人檢測相機）以收集所需的視頻信息。

• 電警相機：主要用于拍攝車輛尾部，識別車牌號碼等車輛信息；通常安裝在電警桿（距離停止線20-25米）上；1臺相機能覆蓋1-3條車道。
• 卡口相機：主要用于拍攝車輛前部，識別車牌號碼等車輛信息；通常安裝在電警桿上；1臺相機能覆蓋1-3條車道。
• 交通流量檢測相機：主要用于拍攝車輛前部或尾部，檢測車流量、車道占有時間、排隊長度、擁堵路況等，將檢測分析數(shù)據(jù)提供給交通信號控制機，用于交通信號的相位和配時優(yōu)化；通常安裝在電警桿或者交通信號燈桿上；1臺相機覆蓋4-8車道。
• 路口監(jiān)控球形相機：主要用于監(jiān)控路口，也可用于路口下行的反溢（擁堵）檢測；可以通過遠(yuǎn)程控制隨時改變拍攝方向和焦距；通常安裝在電警桿上。
• 行人檢測相機：主要用于檢測行人等待區(qū)和斑馬線上的行人；通常安裝在行人信號燈燈桿或附近路側(cè)設(shè)施上。

該設(shè)備是事關(guān)交通安全的關(guān)鍵設(shè)備，在實際的部署和使用中，需要解決來自于低成本與低功耗限制下的數(shù)據(jù)處理性能、可靠穩(wěn)定性、連接和兼容能力等多方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。

低成本與低功耗限制下的數(shù)據(jù)處理性能

該設(shè)備承擔(dān)著多路相機的視頻編解碼、基于深度學(xué)習(xí)計算機視覺的車輛和行人實時檢測和分析、車流量和人流量的實時分析、路口交通信號燈的相位和配時分析等負(fù)載。該設(shè)備的性能主要體現(xiàn)在可同時處理的視頻通道數(shù)、處理時延和準(zhǔn)確率。因為涉及到對交通信號燈的控制，處理時延和準(zhǔn)確率對于確保交通安全尤為重要。對于作為最終用戶的交通管理部門而言，性能還體現(xiàn)在交通安全與效率的提升。該設(shè)備性能的提升，對于芯片的處理能力提出了新的挑戰(zhàn)，同時也要滿足客戶對整體設(shè)備成本和功耗的要求，因此需要高性價比和高能效比的芯片產(chǎn)品和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。

可靠穩(wěn)定性

該設(shè)備大多部署于環(huán)境惡劣的道路周邊，溫度和濕度的變化劇烈，外物沖擊等司空見慣。這就要求該設(shè)備具有極強的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠適應(yīng)溫度和濕度的變化，具備防水、防塵、防腐蝕和防震動沖擊等能力，同時還需具備出色的電磁兼容和抗干擾能力，以確保在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)不間斷地提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)。

連接和兼容能力

該設(shè)備需要連接多種相機和交通信號控制機等路側(cè)設(shè)備，并能與本文中提到的各種智能交通管理子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。因此它的連接和兼容能力對整體性能至關(guān)重要。

解決方案：基于英特爾?架構(gòu)的路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備

新創(chuàng)中天^?路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備搭載了英特爾^?賽揚^? CPU和英特爾^? Movidius? Myriad? X VPU，擁有傳統(tǒng)計算機視覺和基于深度學(xué)習(xí)的計算機視覺的強大處理能力。其硬件與軟件架構(gòu)分別如圖2和圖3所示。用于自動交通信號控制時，其與其它設(shè)備的連接如圖4所示。

圖2. 路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備硬件架構(gòu)

圖3. 路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備軟件架構(gòu)

圖4. 用于自動交通信號控制的路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備

英特爾^?賽揚^?系列CPU

英特爾^?賽揚^?系列CPU具備業(yè)界領(lǐng)先的性能，支持不同的操作系統(tǒng)，能夠滿足廣泛的業(yè)務(wù)需求。這一系列CPU不僅具備較強的計算能力，還具備高性價比、高能效比和安全可靠等優(yōu)點。該處理器內(nèi)嵌了英特爾^?核芯顯卡，具備較強的視頻編碼和解碼處理能力?；谶@一處理器的路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備不但充分勝任對相關(guān)數(shù)據(jù)的計算、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)，以及對各種所連接設(shè)備的控制等功能需求，還具備低成本與低功耗的顯著優(yōu)勢。

英特爾? Movidius? Myriad? X VPU

Myriad? X VPU 是英特爾第一個包含神經(jīng)計算引擎（用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理的專用硬件加速器）的視覺處理器。神經(jīng)計算引擎結(jié)合 16 個強大的 SHAVE 內(nèi)核和高吞吐量智能內(nèi)存結(jié)構(gòu)，使得Myriad? X VPU成為設(shè)備上深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計算機視覺應(yīng)用的理想選擇。Myriad? X VPU可以使用 OpenVINO? 工具套件的英特爾分發(fā)版編程，從而將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)移植到邊緣，還可以通過包含所有必要開發(fā)工具、框架和 API 的 Myriad 開發(fā)套件 (MDK: Myriad Development Kit) 編程，用于在芯片上實現(xiàn)自定義視覺、成像和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作負(fù)載。在實際應(yīng)用中，Myriad? X VPU展現(xiàn)出了算力強且功耗低等獨特優(yōu)勢。

英特爾? OpenVINO?工具套件分發(fā)版

新創(chuàng)中天正在使用 OpenVINO? 工具套件來提升視頻檢測和分析等算法的準(zhǔn)確度，加速推理時間，并節(jié)約算力資源。OpenVINO? 工具套件是源自英特爾的一款功能非常全面的優(yōu)秀軟件工具套件，支持快速開發(fā)豐富多樣的應(yīng)用和解決方案，來模擬人類的視覺 [1][2][3]。該工具套件基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN: Convolutional Neural Network)，可在多種英特爾? 硬件中擴(kuò)展計算機視覺 (CV: Computer Vision) 的工作負(fù)載，實現(xiàn)卓越性能。OpenVINO? 工具套件支持傳統(tǒng)計算機視覺和基于深度學(xué)習(xí)的計算機視覺的豐富多樣的應(yīng)用，其主要包含的功能模塊如圖5所示。

圖5. OpenVINO?工具套件的主要功能模塊

OpenVINO? 工具套件具有如下特點：

• 用C++和Python語言編寫；
• 支持多種操作系統(tǒng)包括Windows、Linux和MacOS；
• 支持在邊緣到云端部署的高性能AI深度學(xué)習(xí)推理的加速處理；
• 支持跨英特爾^? 深度學(xué)習(xí)推理加速器的異構(gòu)執(zhí)行，將通用 API 用于英特爾的不同硬件平臺，包括CPU、集成顯卡、包含有英特爾^? Movidius? VPU的神經(jīng)計算棒和英特爾? HDDL視覺處理加速卡、FPGA等等，可幫助客戶實現(xiàn)跨架構(gòu)的算法移植和優(yōu)化；
• 通過易于使用的計算機視覺函數(shù)庫和預(yù)優(yōu)化的內(nèi)核，加快產(chǎn)品開發(fā)和上市速度；
• 包括針對計算機視覺的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化調(diào)用，包括 OpenCV、OpenCL和 OpenVX。

除了使用OpenVINO? 工具套件中的AI計算機視覺功能之外，路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備還用到了其中的英特爾^? Media SDK，支持在英特爾^?集成顯卡上進(jìn)行高性能的視頻編碼和解碼。

得益于英特爾^?賽揚^?系列CPU和Myriad? X VPU提供的強大通用計算和AI計算機視覺推理能力，該設(shè)備能夠?qū)η拔奶岬降母鞣N相機采集的視頻或圖像信息進(jìn)行處理，對視頻畫面中的車輛和行人進(jìn)行位置坐標(biāo)標(biāo)定，能夠?qū)崿F(xiàn)對于機動車（包括特種車輛）、非機動車、行人、交通信號燈、路面交通標(biāo)識、交通流量狀態(tài)和交通事件等的檢測和識別。以交通流量狀態(tài)為例，該設(shè)備能夠?qū)崟r檢測每條車道和每輛車的狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括每個車道的車輛進(jìn)入/離開狀態(tài)、車道占有時間、過車總數(shù)量、過車速度、區(qū)域內(nèi)實時車輛數(shù)目、最后一輛車的位置、車隊長度和車型分類等關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息。該設(shè)備可進(jìn)一步對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

新創(chuàng)中天研發(fā)總工程師周長軍表示：“路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備是智能交通管理的重要基礎(chǔ)性設(shè)備，能夠全面增強交通管理部門對于交通路況的感知能力，并基于對實時數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行高效管理，從而提升交通安全與效率。除了對于機動車（包括特種車輛）、非機動車、行人、交通信號燈、路面交通標(biāo)識、交通流量狀態(tài)和交通事件等的檢測和識別之外，我們還將進(jìn)一步增加對道路路面狀態(tài)和天氣等的檢測功能，滿足更精細(xì)化和更有預(yù)見性的交通管理需求?！?/p>

效果：路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備顯著提升交通安全與效率

目前，基于英特爾^?AI計算機視覺的新創(chuàng)中天^?路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備已經(jīng)在北京、江西和山東等省市實現(xiàn)了廣泛的部署。在用戶實踐中，該設(shè)備展現(xiàn)了以下顯著的優(yōu)勢：

充分滿足智能交通管理對AI計算機視覺的嚴(yán)苛性能要求

通過充分利用英特爾的各類芯片產(chǎn)品的出色多媒體處理能力，深度學(xué)習(xí)加速能力，以及多任務(wù)多進(jìn)程的處理能力，該設(shè)備最多可以同時處理12路視頻，可以實現(xiàn)基于深度學(xué)習(xí)的車輛和行人實時檢測和分析，車流量和人流量的實時分析，為智能交通管理及時提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

另外，該設(shè)備將視頻處理負(fù)載轉(zhuǎn)移到了邊緣端，能夠有效降低時延，緩解網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)原始視頻信息的帶寬壓力和中心處理服務(wù)器的負(fù)載壓力，更好地保障信息安全，并能為未來拓展基于位置的服務(wù)。

充分支持對于多種交通目標(biāo)的精確檢測和分析

得益于AI計算機視覺核心算法的創(chuàng)新，以及對于英特爾硬件和軟件潛能的充分挖掘，該設(shè)備可以精確檢測和分析視頻采集測覆蓋區(qū)域內(nèi)每輛車的特征信息和每條車道上的交通狀態(tài)，并根據(jù)這些分析數(shù)據(jù)精細(xì)化控制交通信號燈等系統(tǒng)。該設(shè)備還可以通過視頻檢測不同車型，提供如特種車輛（救護(hù)車或消防車）和公交車輛優(yōu)先通行等多種新業(yè)務(wù)。

支持高度的可擴(kuò)展性以及負(fù)載融合

該設(shè)備通過以太網(wǎng)口、RS-232、RS-485、USB和HDMI等外部接口以及PCIe和mSATA等內(nèi)部接口，實現(xiàn)了與多種外部設(shè)備和內(nèi)置設(shè)備的互聯(lián)互通，勝任多種功能需求。得益于英特爾^?架構(gòu)的成熟性與兼容性，該設(shè)備完全支持交通領(lǐng)域現(xiàn)有的全部相機種類。在軟件架構(gòu)方面，新創(chuàng)中天還使用了針對多應(yīng)用的英特爾^?負(fù)載融合技術(shù)，將功能相對獨立而又需相互協(xié)同的多個應(yīng)用整合到同一個硬件設(shè)備上。該設(shè)備在充分保證每個應(yīng)用性能的前提下，充分挖掘硬件設(shè)備的計算能力，顯著降低了系統(tǒng)集成和維護(hù)的技術(shù)難度和所需成本。

在湖南株洲的商用部署中，110臺新創(chuàng)中天^?路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備被部署在該城市的110個交通路口，總共處理395路電警視頻。該設(shè)備將車流量、排隊長度、區(qū)間車輛數(shù)、最后一輛車的位置、車道占有時間、車輛速度和車型等實時檢測分析數(shù)據(jù)發(fā)送給交通信號控制機；將分車道車流量、平均速度、車型流量、車道占有率、車頭間距、車頭時距和道路擁堵狀況等統(tǒng)計檢測分析數(shù)據(jù)發(fā)給中心應(yīng)用平臺。該設(shè)備幫助當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T高效地對于多種交通目標(biāo)進(jìn)行精確檢測和分析，全面提升了交通安全與效率，為智能交通管理體系的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

展望：英特爾?AI計算機視覺技術(shù)加速智能交通的發(fā)展

新創(chuàng)中天研發(fā)總工程師周長軍表示：“基于英特爾?AI計算機視覺技術(shù)，新創(chuàng)中天?智能交通管理解決方案被實踐證明能夠顯著地提升交通安全與效率。未來，我們將進(jìn)一步推動該解決方案與更多智能交通管理平臺進(jìn)行深度融合，通過對于所采集交通狀況信息的實時分析，對路側(cè)交通管理設(shè)備進(jìn)行實時控制，幫助交通管理部門更好地管理城市交通，進(jìn)一步提升交通安全與效率?！?/p>

新創(chuàng)中天在交通數(shù)據(jù)采集和視頻分析等領(lǐng)域具有卓越的優(yōu)勢，英特爾則擁有面向智能交通不同應(yīng)用場景的“端-邊-云”完整的硬件和軟件解決方案。新創(chuàng)中天和英特爾的深度合作能夠推動基于AI計算機視覺的邊緣計算在智能交通各個領(lǐng)域的商用落地，針對不同的應(yīng)用場景提供針對性的解決方案，顯著地提升交通安全與效率。

例如，在未來的智能交通系統(tǒng)（ITS: Intelligent Transportation System）中，路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備可以作為路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施中的多接入邊緣計算（MEC: Multi-Access Edge Computing）設(shè)備用來支持車路協(xié)同（VII: Vehicle-Infrastructure Integration）。如圖6所示，在道路上方的門架上，不僅可以部署用于監(jiān)控路面交通狀況的相機、雷達(dá)以及其它感知設(shè)備，還可以部署用于無線通信的V2X RSU和AI計算機視覺計算的路側(cè)MEC設(shè)備（即路側(cè)視頻邊緣計算設(shè)備）。當(dāng)感知設(shè)備（如相機）發(fā)現(xiàn)異常狀況或臨時事件，如路面障礙物、交通事故以及路面施工的時候，可以通過路側(cè)MEC設(shè)備基于AI計算機視覺等技術(shù)，判斷事件或狀況類型，據(jù)此生成安全消息，通過RSU的V2X無線通信鏈路及時通知附近的車輛或行人，避免事故的發(fā)生。門架上還可以部署氣象傳感器，將監(jiān)測到的異常氣象狀況（如大霧、團(tuán)霧、橫風(fēng)或冰雹等）通過分析處理，生成相關(guān)提示信息，并通過RSU發(fā)送給車輛，以保障行駛安全。

圖6. 基于MEC和C-V2X的車路協(xié)同

車路協(xié)同的許多場景需要基于AI計算機視覺技術(shù)來進(jìn)行分析處理，會對路側(cè)MEC設(shè)備的計算能力有較高的需求。英特爾在AI計算機視覺和邊緣計算等領(lǐng)域擁有深厚的技術(shù)積累，可以提供豐富多樣的高性能產(chǎn)品組合。

如圖7所示，針對于未來支持車路協(xié)同的AI計算機視覺應(yīng)用，英特爾提供了各類算力不同的通用處理器（包括英特爾?凌動?、酷睿?和至強?系列處理器），專用視覺處理器（英特爾?Movidius? VPU），以及基于VPU或FPGA的硬件加速處理方案。另外，為了支持跨不同芯片平臺的開發(fā)，英特爾提供OpenVINO?工具套件，其內(nèi)含豐富的軟件工具，極大地提升了開發(fā)者的工作效率，縮短了產(chǎn)品研發(fā)時間。以數(shù)據(jù)為中心的英特爾公司以世界領(lǐng)先的端到端AI計算機視覺技術(shù)以及性能強大、功能完善的硬件與軟件產(chǎn)品組合，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界伙伴，為全球智能交通系統(tǒng)（ITS）的加速發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

圖7. 廣泛支持終端、邊緣和云的英特爾?AI計算機視覺產(chǎn)品

參考資料

[1] “Release Notes for Intel Distribution of OpenVINO? toolkit 2020”, 5 February 2020.

https://software.intel.com/content/www/us/en/develop/articles/openvino-relnotes.html

[2] OpenVINO? 工具包中文網(wǎng)頁: https://docs.openvinotoolkit.org/cn/index.html

[3] OpenVINO? 工具包英文網(wǎng)頁: https://docs.openvinotoolkit.org/

關(guān)于新創(chuàng)中天

新創(chuàng)中天是一家在視頻檢測和分析領(lǐng)域，從事產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)的國家級高新技術(shù)企業(yè)，同時也是國內(nèi)領(lǐng)先的交通數(shù)據(jù)采集專業(yè)服務(wù)商。目前主要面向城市交通和高速公路等應(yīng)用場景，提供可靠的視頻解決方案和產(chǎn)品服務(wù)。新創(chuàng)中天在視頻技術(shù)方面有近二十年的沉淀和積累，具備從底層核心視頻算法的開發(fā)，到嵌入式軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計，以及成熟應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)能力。

關(guān)于英特爾

英特爾（NASDAQ: INTC）作為行業(yè)引領(lǐng)者，創(chuàng)造改變世界的技術(shù)，推動全球進(jìn)步并讓生活豐富多彩。在摩爾定律的啟迪下，我們不斷致力于推進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計與制造，幫助我們的客戶應(yīng)對最重大的挑戰(zhàn)。通過將智能融入云、網(wǎng)絡(luò)、邊緣和各種計算設(shè)備，我們釋放數(shù)據(jù)潛能，助力商業(yè)和社會變得更美好。如需了解英特爾創(chuàng)新的更多信息，請訪問英特爾中國新聞中心newsroom.intel.cn以及官方網(wǎng)站intel.cn。

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