基于視頻技術(shù)的智能交通管控平臺(tái)建設(shè)研究

　　文/郝勇剛 鄭澤民

　　一、概述

　　隨著各地"智慧交通"建設(shè)項(xiàng)目的推進(jìn)，傳統(tǒng)的交通管控管理平臺(tái)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前日益膨脹的需求，交管部門提出了變被動(dòng)監(jiān)視為主動(dòng)管控的需求，靠視頻錄像來事后追查交通事故亟待改變。高清技術(shù)、智能分析技術(shù)、傳感技術(shù)、信息處理發(fā)布技術(shù)的飛速發(fā)展促成了這一需求的滿足，傳統(tǒng)的交通行業(yè)視頻管理平臺(tái)正慢慢向智能交通管控平臺(tái)發(fā)展。智能交通管控平臺(tái)以實(shí)戰(zhàn)需求為重點(diǎn)，依托GIS集成平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并協(xié)調(diào)組織區(qū)域內(nèi)的各種交通流，保證區(qū)域內(nèi)道路網(wǎng)交通負(fù)荷處于最佳狀態(tài)。整合現(xiàn)有智能交通系統(tǒng)資源，重點(diǎn)建立實(shí)時(shí)交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，卡口車牌識(shí)別系統(tǒng)，交通違法檢測(cè)系統(tǒng)，交通信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，交通誘導(dǎo)系統(tǒng),交通信號(hào)控制系統(tǒng)，智能研判系統(tǒng),GIS平臺(tái)集成系統(tǒng)等。增強(qiáng)基層交警主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，快速處置，有效管控，嚴(yán)格、科學(xué)執(zhí)法。該平臺(tái)具有極強(qiáng)的實(shí)用性，可以為決策者提供實(shí)時(shí)的信息，并根據(jù)匯總的實(shí)時(shí)信息提供多種應(yīng)急解決方案和警情趨勢(shì)分析。

　　二、視頻技術(shù)簡(jiǎn)介與優(yōu)勢(shì)

　　近年來，全程數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯，其高度的開放性、集成性和靈活性，為整個(gè)安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的發(fā)展空間，而智能視頻監(jiān)控則是網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控領(lǐng)域最前沿的應(yīng)用模式之一。智能視頻源自計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是人工智能研究的分支之一，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計(jì)算能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。

　　相對(duì)于基于車輛監(jiān)測(cè)器的檢測(cè)方式，基于視頻圖像處理的軟件檢測(cè)方式是當(dāng)前智能交通管控系統(tǒng)的發(fā)展方向。它通過攝像機(jī)對(duì)交通視頻流進(jìn)行采集，然后利用計(jì)算機(jī)視頻圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)對(duì)連續(xù)的交通視頻流進(jìn)行處理和分析，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)交通流的目的。這種方式具有安裝簡(jiǎn)便，不破壞路面，不受天氣影響，設(shè)置靈活，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多，覆蓋范圍廣，檢測(cè)精度高等優(yōu)勢(shì)。但是，它對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的性能要求較高。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，視頻圖像檢測(cè)方式必將成為智能交通管控系統(tǒng)中的主流技術(shù)。

　　視頻行為檢測(cè)技術(shù)不僅僅是單純的一種安防監(jiān)控新技術(shù)，對(duì)于智能交通領(lǐng)域也有極為重要的意義，它的本質(zhì)是對(duì)視頻內(nèi)容的提取和分析，卻并沒有規(guī)定應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域的限制，只要能根據(jù)實(shí)際需求巧妙設(shè)計(jì)檢測(cè)規(guī)則，就能讓這一新興的技術(shù)在智能交通領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

　　三、系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)

　　1、平臺(tái)建設(shè)原則

　　智能交通管控平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)充分考慮其可靠性、先進(jìn)性、開放統(tǒng)一性和安全性，對(duì)于后建設(shè)的系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)考慮原有的已建系統(tǒng)，充分考慮兼容性和可擴(kuò)展性。

　　（1）可靠性原則：選用高可靠性的設(shè)備和設(shè)計(jì)建設(shè)方案，系統(tǒng)平臺(tái)中的關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)具備較高兼容性和較好的可擴(kuò)展能力。

　　（2）先進(jìn)性原則：在保證可靠性的基礎(chǔ)上選用新技術(shù)及設(shè)備，確保系統(tǒng)的先進(jìn)性。

　　（3）開放統(tǒng)一性原則：系統(tǒng)平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)建設(shè)，應(yīng)充分考慮與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，技術(shù)方案和設(shè)備應(yīng)具有良好的互聯(lián)、互操作能力及升級(jí)能力，遵循統(tǒng)一與開放相結(jié)合的原則。

　　（4）兼容性和可擴(kuò)展性：后建系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)基于當(dāng)前已建系統(tǒng)基礎(chǔ)，進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)，并要同時(shí)保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，確保系統(tǒng)易于擴(kuò)展；系統(tǒng)能提供多路與其他應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。

　　（5）安全性原則：平臺(tái)接入的所有設(shè)備以及平臺(tái)自身必須有相應(yīng)的防護(hù)措施，符合公安交通管理業(yè)務(wù)的有關(guān)規(guī)定和安全性要求。

　　2、平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

　　（1）以交通綜合監(jiān)測(cè)為主要建設(shè)內(nèi)容，初步建成適合城市道路交通特點(diǎn)的、具有高效快捷的交通數(shù)據(jù)采集處理能力、決策能力和組織協(xié)調(diào)指揮能力的智能交通管控平臺(tái)。

　　（2）平臺(tái)以采用視頻作為系統(tǒng)的主要信息源，以城市電子地圖信息為整合平臺(tái)，結(jié)合警力分布、交通管控設(shè)置及其它專業(yè)化的信息系統(tǒng)，綜合顯示擬建視頻監(jiān)控、交通信號(hào)控制、交通違法監(jiān)測(cè)、交通誘導(dǎo)等系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

　　（3）平臺(tái)通過簡(jiǎn)單直觀的界面，除提供基本的空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢功能外，還可以在電子地圖上直觀提供實(shí)時(shí)的城市各主要道路的交通流量、區(qū)間車速、突發(fā)事件等動(dòng)態(tài)交通信息，車輛行駛軌跡，旅行時(shí)間等以便交通管理人員做出快速響應(yīng)。

　　四、系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　平臺(tái)基于視頻綜合監(jiān)測(cè)建立一整套綜合交通信息采集、處理和應(yīng)用分析系統(tǒng)，對(duì)前端視頻采集設(shè)備采集到的視頻圖像進(jìn)行綜合復(fù)用。中心進(jìn)行集成處理，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建整個(gè)城市道路交通智能管理系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。系統(tǒng)總共包括七個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)和一個(gè)GIS集成平臺(tái)：實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、卡口車牌識(shí)別子系統(tǒng)、交通違法檢測(cè)子系統(tǒng)、交通信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、交通信號(hào)控制系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、智能研判子系統(tǒng)及GIS平臺(tái)集成系統(tǒng)。平臺(tái)核心子系統(tǒng)及功能具體如下：

　　1、交通視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

　　交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)是了解一個(gè)城市交通狀況的窗口，是交通管控平臺(tái)不可缺少的子系統(tǒng)。建立視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)目的是及時(shí)準(zhǔn)確地掌握所監(jiān)視路口、路段周圍的車輛、行人的流量情況等，為指揮人員提供迅速直觀的信息從而對(duì)交通事故和交通堵塞做出準(zhǔn)確判斷并及時(shí)響應(yīng)。

　　根據(jù)現(xiàn)在交通監(jiān)控的實(shí)際需要，一般都會(huì)在交通路口、車站、商業(yè)區(qū)、高速公路收費(fèi)口等重點(diǎn)部位安裝可控?cái)z像機(jī)或固定攝像機(jī)。

　　重要地帶配置槍式云臺(tái)攝像前端，由高清晰度低照度攝像機(jī)、大變焦鏡頭和云臺(tái)組成；主要路段配置高速球形攝像前端；主要路口配置槍式固定攝像前端。這些前端攝像機(jī)的視頻信號(hào)通過非壓縮的視頻光端機(jī)回傳以后通過視頻分配器。分別進(jìn)入矩陣、嵌入式硬盤錄像機(jī)、交通事件檢測(cè)集成處理單元和交通違法集成處理單元。

　　利用智能交通監(jiān)控系統(tǒng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的全網(wǎng)視頻監(jiān)控。

　　2、卡口車牌識(shí)別子系統(tǒng)

　　卡口車牌識(shí)別子系統(tǒng)是智能交通管控平臺(tái)中的一個(gè)重要組成部分，其主要任務(wù)是對(duì)經(jīng)過卡口的車輛全天候自動(dòng)監(jiān)控、抓拍、儲(chǔ)存。該系統(tǒng)能夠提供現(xiàn)場(chǎng)車輛的全景圖像信息，以及辨別車輛的詳細(xì)特征的特寫圖像信息。對(duì)出入車輛，能識(shí)別并清晰地記錄車輛號(hào)牌、日期、時(shí)間、地點(diǎn)等信息。在指揮中心可對(duì)卡口進(jìn)行統(tǒng)一或選擇性的布（撤）控管理，與輸入的可疑車輛信息或被盜搶車輛庫（黑名單）進(jìn)行比對(duì)，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)把圖像信息傳送到指揮中心，發(fā)現(xiàn)可疑車輛將實(shí)時(shí)報(bào)警。該系統(tǒng)是城市公安和交通管理部門對(duì)通過卡口的車輛進(jìn)行身份鑒別的一種重要手段。

　　車輛牌照的識(shí)別是卡口車牌識(shí)別子系統(tǒng)的技術(shù)核心，整個(gè)識(shí)別過程可分為三個(gè)步驟，首先對(duì)通過攝像機(jī)攝入的視頻抓拍圖像作預(yù)處理；接下來在一個(gè)含有汽車的復(fù)雜背景中確定車牌的位置；最后對(duì)車牌上的文字進(jìn)行切割、特征提取和識(shí)別。

　　3、交通違法檢測(cè)子系統(tǒng)

　　基于視頻分析的交通違法行為檢測(cè)技術(shù)作為一種新型、有效的鑒定交通違法行為的手段目前越來越成為一種趨勢(shì)。交通違法行為檢測(cè)中，視頻分析技術(shù)的流行主要基于兩大原因：

　　（1）基于視頻分析的檢測(cè)技術(shù)可以解決原有方法無法解決的問題。新型的交通違法行為一般涉及到復(fù)雜的交通指示信號(hào)與機(jī)動(dòng)車之間的行為交互或者行人與機(jī)動(dòng)車之間的行為交互。機(jī)動(dòng)車的違法行為是一個(gè)比較復(fù)雜的行為過程，同時(shí)取證上需要做到證據(jù)完整。原有的各種檢測(cè)技術(shù)很難做到對(duì)這種機(jī)動(dòng)車與交通指示信號(hào)/行人之間的復(fù)雜行為的分析，所以無法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車違法行為的鑒定；而視頻分析技術(shù)可以通過目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤和識(shí)別等技術(shù)完成對(duì)視頻場(chǎng)景中交通指示信息、機(jī)動(dòng)車以及對(duì)其行為進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通違法行為的鑒定和取證。

　　（2）前期安裝和后期維護(hù)方便、成本低等優(yōu)勢(shì)。原有的違法行為檢測(cè)技術(shù)前期安裝和后期維護(hù)需要挖開路面，安裝和維護(hù)不方便。而基于視頻行為分析技術(shù)安裝和維護(hù)無需挖開路面，而且只需安裝取證所用的高清攝像機(jī)便可以完成違法行為鑒定，成本比較低。

　　交通違法自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市道路交叉口全天候、大范圍的管理要求，為交警執(zhí)法提供了清晰的圖像證據(jù)，減少執(zhí)法糾紛，提高了管理水平，可以大大降低因交通事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。該系統(tǒng)的社會(huì)效益非常明顯，它所形成的強(qiáng)大威懾力促使廣大駕駛員不敢隨意違法，從而既保障了交通安全，減輕了民警的勞動(dòng)強(qiáng)度，又解放了大量的警力用于處置突發(fā)事件。

　　4、交通信息統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng)

　　交通信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)是智能交通管控平臺(tái)重要的子系統(tǒng)之一，系統(tǒng)功能是接收傳感器采集到的海量信息，對(duì)之分析、統(tǒng)計(jì)和整合，形成系統(tǒng)的、整體的以及有效的車輛交通信息，為城市交通管控、決策提供支持。而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可反饋給控制系統(tǒng)，使之能夠正確合理的控制交通，從而改善交通狀況，保障交通暢通。

　　交通信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的主要功能有:

　　（1）統(tǒng)計(jì)處理全部監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的原始信息，分析城市道路系統(tǒng)的通行狀況，并將統(tǒng)計(jì)信息保存在數(shù)據(jù)庫中。

　　（2）根據(jù)城市道路系統(tǒng)當(dāng)前通行狀況，系統(tǒng)經(jīng)過智能分析，為交管部門提供交通控制信息，以提醒交管人員處理突發(fā)事件并解決交通擁塞，同時(shí)實(shí)時(shí)控制智能交通控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理，以便有效利用現(xiàn)有道路，保障道路通暢。

　　（3）提供友好的客戶程序，以便交管人員分析查詢交通信息，為交管部門制定決策提供信息依據(jù)。

　　5、交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)

　　智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng)主要通過為出行車輛提供參考信息來優(yōu)化交通流的分布，可以為交通指揮調(diào)度提供可視化的統(tǒng)一平臺(tái)，提供交通指揮調(diào)度、決策科學(xué)依據(jù)和手段。城市車輛誘導(dǎo)系統(tǒng)的成功應(yīng)用可以疏導(dǎo)交通、緩解擁堵，進(jìn)一步提高城市道路交通管理的水平，并為公眾出行提供全方位的信息發(fā)布服務(wù)，駕駛員出發(fā)前或途中可以根據(jù)系統(tǒng)發(fā)布的信息，優(yōu)化選擇行車路線和停車地點(diǎn)，從而節(jié)省時(shí)間、費(fèi)用，減少由于停車位緊張、道路擁擠帶來的交通、環(huán)保以及交通安全等問題。

　　智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng)由交通信息采集子系統(tǒng)、交通信息中心處理子系統(tǒng)、交通信息發(fā)布子系統(tǒng)和通訊子系統(tǒng)四個(gè)部分組成。

　　（1）交通信息采集子系統(tǒng)：主要功能為實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)道路的交通流信息，通過通訊子系統(tǒng)上傳到指揮中心。

　　（2）交通信息中心處理子系統(tǒng)：主要功能是將采集到的實(shí)時(shí)交通流信息按照設(shè)定的交通模型進(jìn)行計(jì)算，自動(dòng)生成交通誘導(dǎo)信息并實(shí)時(shí)發(fā)布到相關(guān)設(shè)備上。

　　（3）交通信息發(fā)布子系統(tǒng)：主要功能是通過設(shè)置在道路沿線的交通誘導(dǎo)室外顯示屏和相關(guān)網(wǎng)站，向公眾提供實(shí)時(shí)路況信息和其它交通宣傳信息。

　　（4）通訊子系統(tǒng)：主要承擔(dān)檢測(cè)設(shè)備與指揮中心以及中心與誘導(dǎo)顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸工作。

　　6、交通信號(hào)控制子系統(tǒng)

　　交通信號(hào)控制子系統(tǒng)是智能交通管理系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，其主要功能是自動(dòng)協(xié)調(diào)和控制整個(gè)控制區(qū)域內(nèi)交通信號(hào)燈的配時(shí)方案，均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運(yùn)行，使停車次數(shù)、延誤時(shí)間及環(huán)境污染減至最小，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通效益。必要時(shí)，可通過控制中心人工干預(yù)，直接控制路口信號(hào)機(jī)執(zhí)行指定相位，強(qiáng)制疏導(dǎo)交通。

　　（1）具備多種控制模式：多時(shí)段多方案、手動(dòng)控制、定周期控制、感應(yīng)控制、指揮中心步進(jìn)控制、干線協(xié)調(diào)控制（綠波帶）、自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制。

　　（2）公交優(yōu)先控制策略：公交車輛優(yōu)先策略和非公交車輛優(yōu)化策略。

　　（3）具備很好的擴(kuò)展性:可根據(jù)工程要求，增加三色倒計(jì)時(shí)的實(shí)時(shí)顯示，VMS交通信息發(fā)布，路口語言提示等功能。

　　（4）支持多種通訊方式:包括網(wǎng)絡(luò)、光纖、無線專網(wǎng)等聯(lián)網(wǎng)方式。

　　（5）具備多種設(shè)置方式：指揮中心設(shè)置、手提電腦或者專用調(diào)試工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。

　　（6）支持遠(yuǎn)程監(jiān)視：路口燈組狀態(tài)可在指揮中心實(shí)時(shí)顯示。

　　（7）檢測(cè)器管理及交通數(shù)據(jù)采集功能：可對(duì)與信號(hào)機(jī)相連的流量檢測(cè)器進(jìn)行配置管理，同時(shí)把信號(hào)機(jī)采集的交通數(shù)據(jù)信息上傳至交通管理系統(tǒng)。

　　7、智能研判子系統(tǒng)

　　智能研判子系統(tǒng)圍繞視頻監(jiān)控技術(shù)的深度應(yīng)用，服務(wù)交管部門，目前對(duì)監(jiān)控建設(shè)應(yīng)用的要求，已從以硬件建設(shè)為主的第一階段，向以智能應(yīng)用為主要特征的第二階段過渡，解決了視頻調(diào)閱慢、分析難的問題，從海量視頻中發(fā)現(xiàn)重要而有價(jià)值的線索，快速識(shí)別定位目標(biāo)，挖掘其行動(dòng)軌跡，從而縮短管控時(shí)間，降低操作人員的工作強(qiáng)度，提高各部門聯(lián)合作戰(zhàn)效率。該系統(tǒng)能進(jìn)行海量視頻的智能視頻分析、信息檢索、特征識(shí)別、圖像增強(qiáng)、報(bào)警與監(jiān)控。

　　智能研判具體包括：特定時(shí)間段車輛研判、頻繁出入車輛研判、短時(shí)通過車輛研判、區(qū)域碰撞車輛研判、行車軌跡研判、跟車關(guān)聯(lián)性研判、套牌車輛研判、違法多發(fā)時(shí)間段研判、違法多發(fā)地點(diǎn)研判。

　　8、GIS平臺(tái)集成子系統(tǒng)

　　GIS平臺(tái)集成子系統(tǒng)是智能交通管控平臺(tái)的核心系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持交通網(wǎng)絡(luò)分析功能的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，能夠提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)分析功能，如最短路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)追蹤等分析功能，從而能夠方便地與交通控制系統(tǒng)共享實(shí)時(shí)的各路段交通信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在電子地圖上以不同的顏色反映出交通狀況，并能夠計(jì)算出地圖上任意兩點(diǎn)的最短道路路徑、最短行程時(shí)間路徑等可供進(jìn)行交通誘導(dǎo)服務(wù)的功能。同時(shí)GIS平臺(tái)能提供基于B/S的地理信息服務(wù)，支持Web方式進(jìn)行交通信息發(fā)布。

　　五、結(jié)束語

　　目前，交管部門越來越迫切需要一種具有布線簡(jiǎn)便、訪問靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)越性的監(jiān)控系統(tǒng)來輔助交通指揮管理，提升交通服務(wù)水平、提高交通管控效率。

　　通過視頻對(duì)車輛、道路的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)分析、處理是近年智能交通管控平臺(tái)發(fā)展的最新趨勢(shì)。基于視頻技術(shù)的智能交通管控平臺(tái)正是為交通指揮系統(tǒng)服務(wù)的統(tǒng)一信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息交換與共享、快速反應(yīng)決策與統(tǒng)一調(diào)度指揮。通過視頻技術(shù)對(duì)采集到的交通數(shù)據(jù)分析、加工處理，來實(shí)施交通控制、管理、決策和指揮。該平臺(tái)是集合了高科技前端采集技術(shù)與后端智能化分析決策軟件的整合系統(tǒng)，具有極強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，所以擁有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

　　（作者單位：杭州海康威視系統(tǒng)技術(shù)有限公司）

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