高速公路視頻檢測系統(tǒng)解決方案

1、第一章 視頻檢測方案概述1.1 視頻檢測產(chǎn)品概述GDW-VD-2002型視頻檢測器是上海高德威智能交通系統(tǒng)有限公司在多年視頻檢測技術研發(fā)及應用經(jīng)驗的基礎上推出的新型視頻檢測產(chǎn)品。由于采用了先進的模式識別、圖像處理等先進技術，該產(chǎn)品能夠?qū)囕v運行過程的動態(tài)跟蹤，獲取全面實時的交通信息。除具有檢測區(qū)域廣、安裝運行無干擾、施工維護方便低耗及可視性等一般視頻檢測產(chǎn)品的優(yōu)勢外，GDW-VD-2002型視頻檢測器還加強了車輛跟蹤技術、硬件設計、檢測數(shù)據(jù)處理軟件等方面的功能，并從解決方案、安裝與調(diào)試、售后服務等角度進行了設計與反復驗證，希望能夠針對山西的實際需要，通過視頻檢測這一先進的智能交通信息采集處理技

2、術，為整個高速公路管理系統(tǒng)的建立與完善提供良好的基礎。1.2 工程范圍本次工程包括視頻檢測系統(tǒng)以下各項設備的生產(chǎn)、運輸、安裝、調(diào)試、試運行及缺陷責任期運行：（1）視頻檢測攝像機（2）2路視頻復用光端機（3）視頻檢測視頻處理器（4）視頻處理器機架（5）視頻檢測站處理機（收費站）（6）視頻檢測服務器（監(jiān)控中心）（7）安裝攝像機的架桿（8）所需的電力電纜和信號電纜（包括電纜及電纜從路邊手孔到設備的敷設與連接）（9）規(guī)范中沒有規(guī)定，但對于完成工程所必須的材料及工作1.3 視頻檢測系統(tǒng)的總體目標與意義作為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)實時交通流信息的供應者，上海高德威智能交通系統(tǒng)有限公司的視頻檢測系統(tǒng)所要實現(xiàn)的總體目

3、標是：通過采集、處理、顯示及發(fā)布交通流參數(shù)、事件、擁擠等動態(tài)交通流信息，為高速公路現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)的建立提供一流的交通信息支持與技術服務。其主要意義與價值在于：率先在全國高速公路系統(tǒng)中采用了視頻檢測這一先進的智能交通技術，是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)信息化、智能化進程中的一次大膽嘗試，具有很高的理論價值與實踐意義；視頻檢測系統(tǒng)除具備施工運行無干擾、維護費用低的特點外，還能兼顧用戶“圖像監(jiān)視功能”與“數(shù)據(jù)檢測功能”的雙重要求，從而實現(xiàn)了“經(jīng)濟效益”與“使用效果”的雙贏；系統(tǒng)提供的可靠的產(chǎn)品、面向用戶需求的解決方案、完善的服務等保證了系統(tǒng)在運行、升級過程中的可持續(xù)性發(fā)展，從而有助于整個高速公路監(jiān)控系統(tǒng)信息采集

4、技術與水平的不斷提高。第二章 方案設計的基本原則詳細分析高速公路用戶需求，提供完善的視頻檢測系統(tǒng)和可操作性強的解決方案建立視頻檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)交通流信息采集的動態(tài)化不僅要提供視頻檢測設備，還要提供包括硬件、應用軟件及解決方案在內(nèi)的視頻檢測系統(tǒng)，使采集到的動態(tài)交通流信息能夠方便地讓用戶使用。確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性無論從設備的選型、不同氣候、光照條件下的檢測算法，還是到具體的實施方案，都要考慮到系統(tǒng)可靠性問題，確保系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)地運行。確保安裝、使用、維護過程的無干擾與方便性本系統(tǒng)除選擇合適的安裝地點與方式、保證安裝過程對交通流運行的無干擾外，還設置了遠程添加刪除虛擬線圈和遠程診斷

5、維護功能，為日常的運行和維護工作提供最方便的工具與服務。確保系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性在滿足用戶總體需求的前提下，充分體現(xiàn)設備資源的共享性，最大程度地降低系統(tǒng)造價和安裝成本。保證系統(tǒng)的可擴展性系統(tǒng)可擴展性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)設備的兼容性和功能的可擴展性。系統(tǒng)設備的兼容性反映在：能夠不受系統(tǒng)硬件、軟件及通信線路的限制，在檢測設備、各收費站與監(jiān)控中心間進行數(shù)據(jù)傳輸與處理。視頻檢測系統(tǒng)功能的可擴展性是指可以根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)集成的要求，從硬件、軟件上提供升級服務，針對近中遠期的不同要求及交通流量的變化趨勢，逐漸實現(xiàn)從參數(shù)動態(tài)采集與處理、事件檢測、擁擠檢測到主線控制等方面功能的過渡，分層次地為用戶提供全方位的信息服務。保證

6、系統(tǒng)的易用性及安全性除提供詳盡的用戶手冊和操作手冊外，從人機界面設計、應用軟件參數(shù)變更、系統(tǒng)設備自動檢測、拒絕非授權訪問、系統(tǒng)恢復能力等方面，保證系統(tǒng)操作的便捷、安全。第三章 系統(tǒng)的構成3.1 系統(tǒng)結(jié)構及工作原理3.1.1 系統(tǒng)構成為了方便數(shù)據(jù)的傳輸與處理、節(jié)約通信設備成本，高速公路視頻檢測系統(tǒng)采用了分級處理的方式，主要由信息采集子系統(tǒng)、收費站視頻檢測分站和監(jiān)控中心視頻檢測總站三個部分組成，共同完成交通流信息的采集、傳輸、處理、顯示與發(fā)布等功能。系統(tǒng)的構成如圖1所示。圖1 高速公路視頻檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構3.1.2 工作原理各檢測斷面的視頻攝像機錄下交通流實時圖像并將其通過光端機、光纖等通信設備

7、傳送到最近的“收費站視頻檢測分站”。收費站內(nèi)的視頻處理器通過模式識別等算法將圖像信息轉(zhuǎn)化為交通流量等實時的交通流數(shù)據(jù)，并將交通流數(shù)據(jù)及配有虛擬檢測線圈的圖像一起傳給站處理機，由站處理機內(nèi)部的視頻檢測上位軟件完成對數(shù)據(jù)的處理和圖像的存儲；同時，站處理機將圖像傳到收費站內(nèi)的監(jiān)視屏幕上，方便管理人員的監(jiān)視。此外，所有的站處理機將檢測獲得的數(shù)據(jù)與圖像資料傳送到“監(jiān)控中心視頻檢測總站”內(nèi)的視頻檢測服務器上，完成所有數(shù)據(jù)與圖像的匯總、處理工作；各收費站的圖像通過監(jiān)控系統(tǒng)矩陣的處理，能夠在監(jiān)控中心的監(jiān)視屏上切換顯示，以供人工監(jiān)視及錄像；監(jiān)控中心的管理人員還可以根據(jù)實際工作的需要，從視頻檢測服務器中調(diào)取交通流

8、量、事件等信息，通過可變情報板實現(xiàn)檢測信息的動態(tài)發(fā)布。3.2 組成部分及其主要作用3.2.1 信息采集子系統(tǒng)信息采集子系統(tǒng)的主要任務是全天候拍攝檢測范圍內(nèi)的車道運行圖像。其主要的設備是視頻攝像機。安裝在高速公路車道上方的視頻攝像機錄下檢測視線范圍內(nèi)各車道的交通流運行狀況，同時將獲得的圖像通過光端機、光纖等通信線路傳送到視頻處理器進行處理。3.2.1.1 攝像機的安裝在高速公路段上將選擇了重要的斷面作為視頻攝像頭的安裝點，每個斷面上安裝2個攝像機，分別拍攝高速公路主線兩個流向的交通流運行情況。攝像機的安裝位置如圖2（缺省，視具體情況而定）所示。3.2.1.2 攝像機的工作原理攝像機的安裝位置如圖

9、3和圖4所示。每個檢測點上，攝像機安裝在高速公路中央分隔帶或路側(cè)的高桿上。攝像機的安裝高度為10米，高桿懸臂長度為2米。每個攝像機負責觀測高速公路主線上單向三車道200米范圍內(nèi)車流的運行狀況。圖2 視頻檢測攝像機工作原理圖（高桿架設在中央分隔帶）圖3 視頻檢測攝像機工作原理圖（高桿架設在路側(cè)）3.2.2 收費站視頻檢測分站高速公路全線上，視頻檢測分站是整個視頻檢測系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)站，主要任務包括：（1）處理圖像、獲得并處理實時的交通流運行參數(shù)；（2）通過監(jiān)視屏幕顯示設有虛擬檢測線圈的圖像，使收費中心也能夠監(jiān)視交通流的運行狀況，實現(xiàn)分級監(jiān)視。其核心設備包括：視頻處理器和安裝在站處理機上的視頻檢測上位軟

10、件。3.2.2.1 視頻處理器（1） 視頻處理器的安裝視頻處理器放在各收費站處，負責處理攝像機傳送的圖像。由于每個收費站至少需要放置2臺視頻處理器，考慮到以后可能增加攝像機和視頻處理器，因此，每個收費站需要1臺機架來統(tǒng)一放置視頻處理器。視頻處理器的設置情況及對應的攝像機如表1（缺省，視具體情況確定）所示。（2） 視頻處理器的工作原理視頻處理器是整個系統(tǒng)的核心內(nèi)容，其工作原理如圖4所示。攝像機拍攝的圖像信號通過通信網(wǎng)絡傳入視頻處理器，經(jīng)過特征提取、背景估計、車輛分割、車輛跟蹤等圖像識別算法完成由圖像到交通流參數(shù)的轉(zhuǎn)變。本系統(tǒng)中視頻處理技術的先進性保證了檢測參數(shù)種類的豐富性、檢測的準確性及不同氣候

11、、光線條件下的可靠性等。圖4 視頻圖像處理的基本過程3.2.2.2 視頻檢測上位軟件視頻檢測上位軟件是展示檢測成果、與監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換、與用戶進行交流的最有效手段。硬件與軟件的結(jié)合使視頻檢測技術形成了應用系統(tǒng)，更有利于視頻檢測數(shù)據(jù)的應用。它主要由兩個部分組成：視頻檢測應用軟件和視頻檢測設置軟件。（1）視頻檢測應用軟件（主界面如圖5所示）主要任務：接收并處理由視頻處理器傳來的檢測數(shù)據(jù)檢測參數(shù)處理功能：顯示檢測范圍內(nèi)所有車道的車流情況顯示設定時間段內(nèi)的車輛平均速度、時間占有率、平均車間距等顯示即時車頭時距 顯示總車流量、對應車道的車流量、小型車流量、中型車流量、大型車流量繪制交通流量、速度、占

12、有率等檢測參數(shù)的日變、周變、月變、年變統(tǒng)計圖設置統(tǒng)計圖的統(tǒng)計周期、車道等系統(tǒng)參數(shù)檢測參數(shù)的統(tǒng)計報表、查詢、存儲、打印等功能圖5 視頻檢測應用軟件主界面附加功能：警告/紀錄檢測攝像機、視頻處理器或通訊線路的故障（2）視頻檢測設置軟件（主界面如圖6所示）主要任務：l 方便用戶調(diào)整視頻檢測的范圍l 方便用戶調(diào)整虛擬檢測線圈的數(shù)量及位置調(diào)整檢測范圍的功能：l 顯示/調(diào)整檢測區(qū)域的水平/垂直距離l 界定各車道的邊界l 添加/刪除檢測的車道調(diào)整虛擬檢測線圈的功能：l 顯示/調(diào)整虛擬檢測線圈的位置、高度、寬度等指標；l 添加/刪除虛擬檢測線圈附加功能：l 確定全天不同時段車輛陰影的方向l 紀錄每次檢測參數(shù)調(diào)

13、整的時間、取值等信息 圖6 視頻檢測設置軟件主界面3.2.3 監(jiān)控中心視頻檢測總站視頻檢測總站設置在高速公路監(jiān)控中心內(nèi)，主要任務是匯總、處理五個檢測分站（收費站）傳來的檢測數(shù)據(jù)及圖像資料，并實現(xiàn)檢測圖像在監(jiān)控大屏幕上的切換顯示。其核心部分是安裝在視頻檢測服務器上的視頻檢測上位軟件。服務器上位軟件的主要任務是匯總各收費站傳來的交通流參數(shù)、事件等信息，實現(xiàn)檢測參數(shù)處理和事件自動檢測及報警功能（具體可參見收費站視頻檢測上位軟件的各項功能）。主要功能如下：視頻檢測應用軟件各項功能（見的（1）視頻檢測設置軟件各項功能（見的（2）事件自動檢測及報警功能： 為了使檢測的事件類型更廣、精度更高，本系統(tǒng)采用了車

14、輛跟蹤檢測與事件算法檢測相結(jié)合的方法。事件檢測的基本原理如圖8所示。停車、排隊與逆向行駛是高速公路發(fā)生頻率較高的幾種事件。當視頻處理器得到的檢測信息中包含停車、排隊與逆向行駛信息時，上位軟件除記錄事件的發(fā)生及位置外，還將發(fā)出警告信號；這些事件都是由視頻處理器根據(jù)車輛跟蹤技術直接檢測到的，因此稱為“車輛跟蹤事件檢測”。此外，上位軟件中還加入了事件檢測算法，只要以某時段內(nèi)檢測的交通流量、車輛速度及時間占有率作為輸入，在分析其是否發(fā)生異常變化的基礎上，就能判斷是否發(fā)生了事件，如果有事件，就發(fā)出警告；由于這種事件的判斷是由上位軟件中的事件檢測算法完成的，因此稱為“事件算法檢測”。除檢測事件外，該軟件還

15、能對每次事件的發(fā)生、地點、類型等進行紀錄，方便以后的查詢。通過這些功能，監(jiān)控中心可以及時發(fā)現(xiàn)并處理各路段的事件.圖7 事件檢測的基本原理第四章 系統(tǒng)的主要特點交通流運行狀況、事件等信息是否反映高速公路運行狀況最直觀的指標，也是高速公路管理工作的主要對象。要建立先進的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，就必須有交通信息采集子系統(tǒng)作為基礎。但是，并不是所有的信息都是有益的，“交通信息的遲滯與靜態(tài)化”是造成我國許多高速公路管理效率低下的主要原因。因此，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的建立過程中，在交通信息的采集方面所面臨的重要問題就是：（1）如何及時的獲得交通流運行信息；（2）如何將這些信息真正用于監(jiān)控工作中去。高德威公司提供的視

16、頻檢測系統(tǒng)恰好解決了以上兩方面的問題：不但實現(xiàn)了交通信息的動態(tài)采集，還給出了具體的參數(shù)應用方案。系統(tǒng)的特點及主要性能如下所示。4.1 檢測范圍檢測區(qū)域廣是本視頻檢測系統(tǒng)的一大特點，它能對攝像機視線范圍以內(nèi)的車輛進行跟蹤，并得出各種交通流信息。根據(jù)目前的攝像機安裝方案，在攝像機架設高度為10米的條件下，攝像機的檢測范圍為200米。 4.2 交通流信息的動態(tài)檢測與實時更新為滿足高速公路監(jiān)控系統(tǒng)智能化、信息化的要求，好的視頻檢測系統(tǒng)必須能夠提供及時的、廣泛的、準確的交通流信息。本系統(tǒng)在信息檢測上的主要優(yōu)勢在于：4.2.1 檢測信息的更新速度快（1）視頻處理器處理速度為：20ms/幀（2）上位軟件參數(shù)

17、更新速度：30秒（可根據(jù)用戶要求調(diào)整）4.2.2 檢測信息的種類豐富所檢測的交通流信息包括：交通流運行參數(shù)、車型、事件及用于監(jiān)視的圖像四類。其中：4.2.3 參數(shù)檢測的精度高參數(shù)檢測的準確性指標：1交通流量95%l時間占有率90%l平均速度90%l車頭時距90%l車頭間距90%l正確觸發(fā)率90%4.3 事件的檢測與警告事件既是決定高速公路運行效果的主要因素之一，又是最難以實現(xiàn)實時檢測的交通信息。本系統(tǒng)利用“車輛跟蹤事件檢測” 與“事件算法檢測”雙重檢測的方法，保證了事件信息的準確性。檢測的事件信息包括：（1） 排隊（2） 停車（3） 逆向行駛（4） 事件自動檢測算法判斷的事件信息4.4 檢測信

18、息的處理、顯示與界面化設計整個檢測信息的傳輸流程如圖9所示。視頻檢測系統(tǒng)得到的交通流運行參數(shù)、車型、事件、圖像等信息由收費站傳到監(jiān)控中心后，監(jiān)控中心通過對這些數(shù)據(jù)進行分析，將用于以下管理功能的實現(xiàn)：（1） 接受視頻檢測信息發(fā)送的事件警告，通過視頻圖像或閉路電視圖像進一步確認事件是否發(fā)生及其地點、嚴重性等，而后采取相應的緊急救援或處理措施；（2） 由監(jiān)視屏的動態(tài)視頻圖像監(jiān)視各條路段上的交通流狀況；（3） 將視頻檢測獲得的流量、速度、事件等信息通過可變情報板向駕駛員發(fā)布；（4） 通過更改視頻檢測系統(tǒng)的設置參數(shù)，控制視頻檢測系統(tǒng)的工作進程。圖8 檢測信息的傳輸流程4.4.1 檢測信息的處理建立完善的視頻檢測數(shù)據(jù)庫，完成：動態(tài)交通流信息的存儲與管理；歷史數(shù)據(jù)的存儲與統(tǒng)計，形成各種交通流運行參數(shù)的時變、日變、周變、月變、年變統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫；檢測圖像的存儲與管理；事件的算法判斷，事件信息的存儲與管理；視頻檢測設備運行狀態(tài)的存儲與管理。4