基于視頻技術的智能交通管控平臺建設研究

　　文/郝勇剛 鄭澤民

　　一、概述

　　隨著各地"智慧交通"建設項目的推進，傳統的交通管控管理平臺已經無法滿足當前日益膨脹的需求，交管部門提出了變被動監視為主動管控的需求，靠視頻錄像來事后追查交通事故亟待改變。高清技術、智能分析技術、傳感技術、信息處理發布技術的飛速發展促成了這一需求的滿足，傳統的交通行業視頻管理平臺正慢慢向智能交通管控平臺發展。智能交通管控平臺以實戰需求為重點，依托GIS集成平臺，實時監測并協調組織區域內的各種交通流，保證區域內道路網交通負荷處于最佳狀態。整合現有智能交通系統資源，重點建立實時交通視頻監控系統，卡口車牌識別系統，交通違法檢測系統，交通信息統計分析系統，交通誘導系統,交通信號控制系統，智能研判系統,GIS平臺集成系統等。增強基層交警主動發現，快速處置，有效管控，嚴格、科學執法。該平臺具有極強的實用性，可以為決策者提供實時的信息，并根據匯總的實時信息提供多種應急解決方案和警情趨勢分析。

　　二、視頻技術簡介與優勢

　　近年來，全程數字化、網絡化的視頻監控系統優勢愈發明顯，其高度的開放性、集成性和靈活性，為整個安防產業的發展提供了更加廣闊的發展空間，而智能視頻監控則是網絡化視頻監控領域最前沿的應用模式之一。智能視頻源自計算機視覺技術。計算機視覺技術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系，從而使計算能夠通過數字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內容。

　　相對于基于車輛監測器的檢測方式，基于視頻圖像處理的軟件檢測方式是當前智能交通管控系統的發展方向。它通過攝像機對交通視頻流進行采集，然后利用計算機視頻圖像處理和模式識別技術對連續的交通視頻流進行處理和分析，從而達到監測交通流的目的。這種方式具有安裝簡便，不破壞路面，不受天氣影響，設置靈活，監測項目多，覆蓋范圍廣，檢測精度高等優勢。但是，它對計算機硬件的性能要求較高。隨著計算機軟硬件技術的發展，視頻圖像檢測方式必將成為智能交通管控系統中的主流技術。

　　視頻行為檢測技術不僅僅是單純的一種安防監控新技術，對于智能交通領域也有極為重要的意義，它的本質是對視頻內容的提取和分析，卻并沒有規定應用行業領域的限制，只要能根據實際需求巧妙設計檢測規則，就能讓這一新興的技術在智能交通領域發揮越來越重要的作用。

　　三、系統平臺建設

　　1、平臺建設原則

　　智能交通管控平臺的建設應充分考慮其可靠性、先進性、開放統一性和安全性，對于后建設的系統平臺應考慮原有的已建系統，充分考慮兼容性和可擴展性。

　　（1）可靠性原則：選用高可靠性的設備和設計建設方案，系統平臺中的關鍵設備應具備較高兼容性和較好的可擴展能力。

　　（2）先進性原則：在保證可靠性的基礎上選用新技術及設備，確保系統的先進性。

　　（3）開放統一性原則：系統平臺的整體設計建設，應充分考慮與其他系統的數據接口，技術方案和設備應具有良好的互聯、互操作能力及升級能力，遵循統一與開放相結合的原則。

　　（4）兼容性和可擴展性：后建系統平臺應基于當前已建系統基礎，進行系統的設計、建設，并要同時保證系統的可擴展性，確保系統易于擴展；系統能提供多路與其他應用系統的數據接口。

　　（5）安全性原則：平臺接入的所有設備以及平臺自身必須有相應的防護措施，符合公安交通管理業務的有關規定和安全性要求。

　　2、平臺建設目標

　　（1）以交通綜合監測為主要建設內容，初步建成適合城市道路交通特點的、具有高效快捷的交通數據采集處理能力、決策能力和組織協調指揮能力的智能交通管控平臺。

　　（2）平臺以采用視頻作為系統的主要信息源，以城市電子地圖信息為整合平臺，結合警力分布、交通管控設置及其它專業化的信息系統，綜合顯示擬建視頻監控、交通信號控制、交通違法監測、交通誘導等系統的運行情況。

　　（3）平臺通過簡單直觀的界面，除提供基本的空間數據瀏覽、查詢功能外，還可以在電子地圖上直觀提供實時的城市各主要道路的交通流量、區間車速、突發事件等動態交通信息，車輛行駛軌跡，旅行時間等以便交通管理人員做出快速響應。

　　四、系統平臺設計

　　平臺基于視頻綜合監測建立一整套綜合交通信息采集、處理和應用分析系統，對前端視頻采集設備采集到的視頻圖像進行綜合復用。中心進行集成處理，以此為基礎構建整個城市道路交通智能管理系統集成的基礎數據源。系統總共包括七個業務子系統和一個GIS集成平臺：實時視頻監控子系統、卡口車牌識別子系統、交通違法檢測子系統、交通信息統計分析系統、交通信號控制系統、交通誘導系統、智能研判子系統及GIS平臺集成系統。平臺核心子系統及功能具體如下：

　　1、交通視頻監控子系統

　　交通視頻監控系統是了解一個城市交通狀況的窗口，是交通管控平臺不可缺少的子系統。建立視頻圖像監控系統目的是及時準確地掌握所監視路口、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交通事故和交通堵塞做出準確判斷并及時響應。

　　根據現在交通監控的實際需要，一般都會在交通路口、車站、商業區、高速公路收費口等重點部位安裝可控攝像機或固定攝像機。

　　重要地帶配置槍式云臺攝像前端，由高清晰度低照度攝像機、大變焦鏡頭和云臺組成；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。這些前端攝像機的視頻信號通過非壓縮的視頻光端機回傳以后通過視頻分配器。分別進入矩陣、嵌入式硬盤錄像機、交通事件檢測集成處理單元和交通違法集成處理單元。

　　利用智能交通監控系統，可以方便地實現網絡平臺的全網視頻監控。

　　2、卡口車牌識別子系統

　　卡口車牌識別子系統是智能交通管控平臺中的一個重要組成部分，其主要任務是對經過卡口的車輛全天候自動監控、抓拍、儲存。該系統能夠提供現場車輛的全景圖像信息，以及辨別車輛的詳細特征的特寫圖像信息。對出入車輛，能識別并清晰地記錄車輛號牌、日期、時間、地點等信息。在指揮中心可對卡口進行統一或選擇性的布（撤）控管理，與輸入的可疑車輛信息或被盜搶車輛庫（黑名單）進行比對，通過傳輸網絡，及時把圖像信息傳送到指揮中心，發現可疑車輛將實時報警。該系統是城市公安和交通管理部門對通過卡口的車輛進行身份鑒別的一種重要手段。

　　車輛牌照的識別是卡口車牌識別子系統的技術核心，整個識別過程可分為三個步驟，首先對通過攝像機攝入的視頻抓拍圖像作預處理；接下來在一個含有汽車的復雜背景中確定車牌的位置；最后對車牌上的文字進行切割、特征提取和識別。

　　3、交通違法檢測子系統

　　基于視頻分析的交通違法行為檢測技術作為一種新型、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。交通違法行為檢測中，視頻分析技術的流行主要基于兩大原因：

　　（1）基于視頻分析的檢測技術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雜的交通指示信號與機動車之間的行為交互或者行人與機動車之間的行為交互。機動車的違法行為是一個比較復雜的行為過程，同時取證上需要做到證據完整。原有的各種檢測技術很難做到對這種機動車與交通指示信號/行人之間的復雜行為的分析，所以無法實現對機動車違法行為的鑒定；而視頻分析技術可以通過目標檢測、目標跟蹤和識別等技術完成對視頻場景中交通指示信息、機動車以及對其行為進行分析，從而實現對交通違法行為的鑒定和取證。

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

　　交通違法自動檢測系統的使用，實現了對城市道路交叉口全天候、大范圍的管理要求，為交警執法提供了清晰的圖像證據，減少執法糾紛，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產損失。該系統的社會效益非常明顯，它所形成的強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，減輕了民警的勞動強度，又解放了大量的警力用于處置突發事件。

　　4、交通信息統計分析子系統

　　交通信息統計分析系統是智能交通管控平臺重要的子系統之一，系統功能是接收傳感器采集到的海量信息，對之分析、統計和整合，形成系統的、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。而實時數據可反饋給控制系統，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。

　　交通信息統計分析系統的主要功能有:

　　（1）統計處理全部監測點監測的原始信息，分析城市道路系統的通行狀況，并將統計信息保存在數據庫中。

　　（2）根據城市道路系統當前通行狀況，系統經過智能分析，為交管部門提供交通控制信息，以提醒交管人員處理突發事件并解決交通擁塞，同時實時控制智能交通控制系統進行相應處理，以便有效利用現有道路，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。

　　5、交通誘導子系統

　　智能交通誘導系統主要通過為出行車輛提供參考信息來優化交通流的分布，可以為交通指揮調度提供可視化的統一平臺，提供交通指揮調度、決策科學依據和手段。城市車輛誘導系統的成功應用可以疏導交通、緩解擁堵，進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布服務，駕駛員出發前或途中可以根據系統發布的信息，優化選擇行車路線和停車地點，從而節省時間、費用，減少由于停車位緊張、道路擁擠帶來的交通、環保以及交通安全等問題。

　　智能交通誘導系統由交通信息采集子系統、交通信息中心處理子系統、交通信息發布子系統和通訊子系統四個部分組成。

　　（1）交通信息采集子系統：主要功能為實時檢測系統覆蓋范圍內道路的交通流信息，通過通訊子系統上傳到指揮中心。

　　（2）交通信息中心處理子系統：主要功能是將采集到的實時交通流信息按照設定的交通模型進行計算，自動生成交通誘導信息并實時發布到相關設備上。

　　（3）交通信息發布子系統：主要功能是通過設置在道路沿線的交通誘導室外顯示屏和相關網站，向公眾提供實時路況信息和其它交通宣傳信息。

　　（4）通訊子系統：主要承擔檢測設備與指揮中心以及中心與誘導顯示屏的數據傳輸工作。

　　6、交通信號控制子系統

　　交通信號控制子系統是智能交通管理系統的重要子系統，其主要功能是自動協調和控制整個控制區域內交通信號燈的配時方案，均衡路網內交通流運行，使停車次數、延誤時間及環境污染減至最小，充分發揮道路系統的交通效益。必要時，可通過控制中心人工干預，直接控制路口信號機執行指定相位，強制疏導交通。

　　（1）具備多種控制模式：多時段多方案、手動控制、定周期控制、感應控制、指揮中心步進控制、干線協調控制（綠波帶）、自適應協調控制。

　　（2）公交優先控制策略：公交車輛優先策略和非公交車輛優化策略。

　　（3）具備很好的擴展性:可根據工程要求，增加三色倒計時的實時顯示，VMS交通信息發布，路口語言提示等功能。

　　（4）支持多種通訊方式:包括網絡、光纖、無線專網等聯網方式。

　　（5）具備多種設置方式：指揮中心設置、手提電腦或者專用調試工具進行現場設置。

　　（6）支持遠程監視：路口燈組狀態可在指揮中心實時顯示。

　　（7）檢測器管理及交通數據采集功能：可對與信號機相連的流量檢測器進行配置管理，同時把信號機采集的交通數據信息上傳至交通管理系統。

　　7、智能研判子系統

　　智能研判子系統圍繞視頻監控技術的深度應用，服務交管部門，目前對監控建設應用的要求，已從以硬件建設為主的第一階段，向以智能應用為主要特征的第二階段過渡，解決了視頻調閱慢、分析難的問題，從海量視頻中發現重要而有價值的線索，快速識別定位目標，挖掘其行動軌跡，從而縮短管控時間，降低操作人員的工作強度，提高各部門聯合作戰效率。該系統能進行海量視頻的智能視頻分析、信息檢索、特征識別、圖像增強、報警與監控。

　　智能研判具體包括：特定時間段車輛研判、頻繁出入車輛研判、短時通過車輛研判、區域碰撞車輛研判、行車軌跡研判、跟車關聯性研判、套牌車輛研判、違法多發時間段研判、違法多發地點研判。

　　8、GIS平臺集成子系統

　　GIS平臺集成子系統是智能交通管控平臺的核心系統。該系統支持交通網絡分析功能的地理信息系統平臺，能夠提供強大的網絡分析功能，如最短路徑選擇、網絡流量、網絡追蹤等分析功能，從而能夠方便地與交通控制系統共享實時的各路段交通信息數據，實現在電子地圖上以不同的顏色反映出交通狀況，并能夠計算出地圖上任意兩點的最短道路路徑、最短行程時間路徑等可供進行交通誘導服務的功能。同時GIS平臺能提供基于B/S的地理信息服務，支持Web方式進行交通信息發布。

　　五、結束語

　　目前，交管部門越來越迫切需要一種具有布線簡便、訪問靈活、擴展性強等優越性的監控系統來輔助交通指揮管理，提升交通服務水平、提高交通管控效率。

　　通過視頻對車輛、道路的狀態進行自動分析、處理是近年智能交通管控平臺發展的最新趨勢。基于視頻技術的智能交通管控平臺正是為交通指揮系統服務的統一信息平臺，實現信息交換與共享、快速反應決策與統一調度指揮。通過視頻技術對采集到的交通數據分析、加工處理，來實施交通控制、管理、決策和指揮。該平臺是集合了高科技前端采集技術與后端智能化分析決策軟件的整合系統，具有極強的兼容性和擴展性，所以擁有良好的發展和應用前景。

　　（作者單位：杭州海康威視系統技術有限公司）

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