基于视频技术的智能交通管控平台建设研究

　　文/郝勇刚 郑泽民

　　一、概述

　　随着各地"智慧交通"建设项目的推进，传统的交通管控管理平台已经无法满足当前日益膨胀的需求，交管部门提出了变被动监视为主动管控的需求，靠视频录像来事后追查交通事故亟待改变。高清技术、智能分析技术、传感技术、信息处理发布技术的飞速发展促成了这一需求的满足，传统的交通行业视频管理平台正慢慢向智能交通管控平台发展。智能交通管控平台以实战需求为重点，依托GIS集成平台，实时监测并协调组织区域内的各种交通流，保证区域内道路网交通负荷处于最佳状态。整合现有智能交通系统资源，重点建立实时交通视频监控系统，卡口车牌识别系统，交通违法检测系统，交通信息统计分析系统，交通诱导系统,交通信号控制系统，智能研判系统,GIS平台集成系统等。增强基层交警主动发现，快速处置，有效管控，严格、科学执法。该平台具有极强的实用性，可以为决策者提供实时的信息，并根据汇总的实时信息提供多种应急解决方案和警情趋势分析。

　　二、视频技术简介与优势

　　近年来，全程数字化、网络化的视频监控系统优势愈发明显，其高度的开放性、集成性和灵活性，为整个安防产业的发展提供了更加广阔的发展空间，而智能视频监控则是网络化视频监控领域最前沿的应用模式之一。智能视频源自计算机视觉技术。计算机视觉技术是人工智能研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容。

　　相对于基于车辆监测器的检测方式，基于视频图像处理的软件检测方式是当前智能交通管控系统的发展方向。它通过摄像机对交通视频流进行采集，然后利用计算机视频图像处理和模式识别技术对连续的交通视频流进行处理和分析，从而达到监测交通流的目的。这种方式具有安装简便，不破坏路面，不受天气影响，设置灵活，监测项目多，覆盖范围广，检测精度高等优势。但是，它对计算机硬件的性能要求较高。随着计算机软硬件技术的发展，视频图像检测方式必将成为智能交通管控系统中的主流技术。

　　视频行为检测技术不仅仅是单纯的一种安防监控新技术，对于智能交通领域也有极为重要的意义，它的本质是对视频内容的提取和分析，却并没有规定应用行业领域的限制，只要能根据实际需求巧妙设计检测规则，就能让这一新兴的技术在智能交通领域发挥越来越重要的作用。

　　三、系统平台建设

　　1、平台建设原则

　　智能交通管控平台的建设应充分考虑其可靠性、先进性、开放统一性和安全性，对于后建设的系统平台应考虑原有的已建系统，充分考虑兼容性和可扩展性。

　　（1）可靠性原则：选用高可靠性的设备和设计建设方案，系统平台中的关键设备应具备较高兼容性和较好的可扩展能力。

　　（2）先进性原则：在保证可靠性的基础上选用新技术及设备，确保系统的先进性。

　　（3）开放统一性原则：系统平台的整体设计建设，应充分考虑与其他系统的数据接口，技术方案和设备应具有良好的互联、互操作能力及升级能力，遵循统一与开放相结合的原则。

　　（4）兼容性和可扩展性：后建系统平台应基于当前已建系统基础，进行系统的设计、建设，并要同时保证系统的可扩展性，确保系统易于扩展；系统能提供多路与其他应用系统的数据接口。

　　（5）安全性原则：平台接入的所有设备以及平台自身必须有相应的防护措施，符合公安交通管理业务的有关规定和安全性要求。

　　2、平台建设目标

　　（1）以交通综合监测为主要建设内容，初步建成适合城市道路交通特点的、具有高效快捷的交通数据采集处理能力、决策能力和组织协调指挥能力的智能交通管控平台。

　　（2）平台以采用视频作为系统的主要信息源，以城市电子地图信息为整合平台，结合警力分布、交通管控设置及其它专业化的信息系统，综合显示拟建视频监控、交通信号控制、交通违法监测、交通诱导等系统的运行情况。

　　（3）平台通过简单直观的界面，除提供基本的空间数据浏览、查询功能外，还可以在电子地图上直观提供实时的城市各主要道路的交通流量、区间车速、突发事件等动态交通信息，车辆行驶轨迹，旅行时间等以便交通管理人员做出快速响应。

　　四、系统平台设计

　　平台基于视频综合监测建立一整套综合交通信息采集、处理和应用分析系统，对前端视频采集设备采集到的视频图像进行综合复用。中心进行集成处理，以此为基础构建整个城市道路交通智能管理系统集成的基础数据源。系统总共包括七个业务子系统和一个GIS集成平台：实时视频监控子系统、卡口车牌识别子系统、交通违法检测子系统、交通信息统计分析系统、交通信号控制系统、交通诱导系统、智能研判子系统及GIS平台集成系统。平台核心子系统及功能具体如下：

　　1、交通视频监控子系统

　　交通视频监控系统是了解一个城市交通状况的窗口，是交通管控平台不可缺少的子系统。建立视频图像监控系统目的是及时准确地掌握所监视路口、路段周围的车辆、行人的流量情况等，为指挥人员提供迅速直观的信息从而对交通事故和交通堵塞做出准确判断并及时响应。

　　根据现在交通监控的实际需要，一般都会在交通路口、车站、商业区、高速公路收费口等重点部位安装可控摄像机或固定摄像机。

　　重要地带配置枪式云台摄像前端，由高清晰度低照度摄像机、大变焦镜头和云台组成；主要路段配置高速球形摄像前端；主要路口配置枪式固定摄像前端。这些前端摄像机的视频信号通过非压缩的视频光端机回传以后通过视频分配器。分别进入矩阵、嵌入式硬盘录像机、交通事件检测集成处理单元和交通违法集成处理单元。

　　利用智能交通监控系统，可以方便地实现网络平台的全网视频监控。

　　2、卡口车牌识别子系统

　　卡口车牌识别子系统是智能交通管控平台中的一个重要组成部分，其主要任务是对经过卡口的车辆全天候自动监控、抓拍、储存。该系统能够提供现场车辆的全景图像信息，以及辨别车辆的详细特征的特写图像信息。对出入车辆，能识别并清晰地记录车辆号牌、日期、时间、地点等信息。在指挥中心可对卡口进行统一或选择性的布（撤）控管理，与输入的可疑车辆信息或被盗抢车辆库（黑名单）进行比对，通过传输网络，及时把图像信息传送到指挥中心，发现可疑车辆将实时报警。该系统是城市公安和交通管理部门对通过卡口的车辆进行身份鉴别的一种重要手段。

　　车辆牌照的识别是卡口车牌识别子系统的技术核心，整个识别过程可分为三个步骤，首先对通过摄像机摄入的视频抓拍图像作预处理；接下来在一个含有汽车的复杂背景中确定车牌的位置；最后对车牌上的文字进行切割、特征提取和识别。

　　3、交通违法检测子系统

　　基于视频分析的交通违法行为检测技术作为一种新型、有效的鉴定交通违法行为的手段目前越来越成为一种趋势。交通违法行为检测中，视频分析技术的流行主要基于两大原因：

　　（1）基于视频分析的检测技术可以解决原有方法无法解决的问题。新型的交通违法行为一般涉及到复杂的交通指示信号与机动车之间的行为交互或者行人与机动车之间的行为交互。机动车的违法行为是一个比较复杂的行为过程，同时取证上需要做到证据完整。原有的各种检测技术很难做到对这种机动车与交通指示信号/行人之间的复杂行为的分析，所以无法实现对机动车违法行为的鉴定；而视频分析技术可以通过目标检测、目标跟踪和识别等技术完成对视频场景中交通指示信息、机动车以及对其行为进行分析，从而实现对交通违法行为的鉴定和取证。

　　（2）前期安装和后期维护方便、成本低等优势。原有的违法行为检测技术前期安装和后期维护需要挖开路面，安装和维护不方便。而基于视频行为分析技术安装和维护无需挖开路面，而且只需安装取证所用的高清摄像机便可以完成违法行为鉴定，成本比较低。

　　交通违法自动检测系统的使用，实现了对城市道路交叉口全天候、大范围的管理要求，为交警执法提供了清晰的图像证据，减少执法纠纷，提高了管理水平，可以大大降低因交通事故造成的人员伤亡和财产损失。该系统的社会效益非常明显，它所形成的强大威慑力促使广大驾驶员不敢随意违法，从而既保障了交通安全，减轻了民警的劳动强度，又解放了大量的警力用于处置突发事件。

　　4、交通信息统计分析子系统

　　交通信息统计分析系统是智能交通管控平台重要的子系统之一，系统功能是接收传感器采集到的海量信息，对之分析、统计和整合，形成系统的、整体的以及有效的车辆交通信息，为城市交通管控、决策提供支持。而实时数据可反馈给控制系统，使之能够正确合理的控制交通，从而改善交通状况，保障交通畅通。

　　交通信息统计分析系统的主要功能有:

　　（1）统计处理全部监测点监测的原始信息，分析城市道路系统的通行状况，并将统计信息保存在数据库中。

　　（2）根据城市道路系统当前通行状况，系统经过智能分析，为交管部门提供交通控制信息，以提醒交管人员处理突发事件并解决交通拥塞，同时实时控制智能交通控制系统进行相应处理，以便有效利用现有道路，保障道路通畅。

　　（3）提供友好的客户程序，以便交管人员分析查询交通信息，为交管部门制定决策提供信息依据。

　　5、交通诱导子系统

　　智能交通诱导系统主要通过为出行车辆提供参考信息来优化交通流的分布，可以为交通指挥调度提供可视化的统一平台，提供交通指挥调度、决策科学依据和手段。城市车辆诱导系统的成功应用可以疏导交通、缓解拥堵，进一步提高城市道路交通管理的水平，并为公众出行提供全方位的信息发布服务，驾驶员出发前或途中可以根据系统发布的信息，优化选择行车路线和停车地点，从而节省时间、费用，减少由于停车位紧张、道路拥挤带来的交通、环保以及交通安全等问题。

　　智能交通诱导系统由交通信息采集子系统、交通信息中心处理子系统、交通信息发布子系统和通讯子系统四个部分组成。

　　（1）交通信息采集子系统：主要功能为实时检测系统覆盖范围内道路的交通流信息，通过通讯子系统上传到指挥中心。

　　（2）交通信息中心处理子系统：主要功能是将采集到的实时交通流信息按照设定的交通模型进行计算，自动生成交通诱导信息并实时发布到相关设备上。

　　（3）交通信息发布子系统：主要功能是通过设置在道路沿线的交通诱导室外显示屏和相关网站，向公众提供实时路况信息和其它交通宣传信息。

　　（4）通讯子系统：主要承担检测设备与指挥中心以及中心与诱导显示屏的数据传输工作。

　　6、交通信号控制子系统

　　交通信号控制子系统是智能交通管理系统的重要子系统，其主要功能是自动协调和控制整个控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。必要时，可通过控制中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。

　　（1）具备多种控制模式：多时段多方案、手动控制、定周期控制、感应控制、指挥中心步进控制、干线协调控制（绿波带）、自适应协调控制。

　　（2）公交优先控制策略：公交车辆优先策略和非公交车辆优化策略。

　　（3）具备很好的扩展性:可根据工程要求，增加三色倒计时的实时显示，VMS交通信息发布，路口语言提示等功能。

　　（4）支持多种通讯方式:包括网络、光纤、无线专网等联网方式。

　　（5）具备多种设置方式：指挥中心设置、手提电脑或者专用调试工具进行现场设置。

　　（6）支持远程监视：路口灯组状态可在指挥中心实时显示。

　　（7）检测器管理及交通数据采集功能：可对与信号机相连的流量检测器进行配置管理，同时把信号机采集的交通数据信息上传至交通管理系统。

　　7、智能研判子系统

　　智能研判子系统围绕视频监控技术的深度应用，服务交管部门，目前对监控建设应用的要求，已从以硬件建设为主的第一阶段，向以智能应用为主要特征的第二阶段过渡，解决了视频调阅慢、分析难的问题，从海量视频中发现重要而有价值的线索，快速识别定位目标，挖掘其行动轨迹，从而缩短管控时间，降低操作人员的工作强度，提高各部门联合作战效率。该系统能进行海量视频的智能视频分析、信息检索、特征识别、图像增强、报警与监控。

　　智能研判具体包括：特定时间段车辆研判、频繁出入车辆研判、短时通过车辆研判、区域碰撞车辆研判、行车轨迹研判、跟车关联性研判、套牌车辆研判、违法多发时间段研判、违法多发地点研判。

　　8、GIS平台集成子系统

　　GIS平台集成子系统是智能交通管控平台的核心系统。该系统支持交通网络分析功能的地理信息系统平台，能够提供强大的网络分析功能，如最短路径选择、网络流量、网络追踪等分析功能，从而能够方便地与交通控制系统共享实时的各路段交通信息数据，实现在电子地图上以不同的颜色反映出交通状况，并能够计算出地图上任意两点的最短道路路径、最短行程时间路径等可供进行交通诱导服务的功能。同时GIS平台能提供基于B/S的地理信息服务，支持Web方式进行交通信息发布。

　　五、结束语

　　目前，交管部门越来越迫切需要一种具有布线简便、访问灵活、扩展性强等优越性的监控系统来辅助交通指挥管理，提升交通服务水平、提高交通管控效率。

　　通过视频对车辆、道路的状态进行自动分析、处理是近年智能交通管控平台发展的最新趋势。基于视频技术的智能交通管控平台正是为交通指挥系统服务的统一信息平台，实现信息交换与共享、快速反应决策与统一调度指挥。通过视频技术对采集到的交通数据分析、加工处理，来实施交通控制、管理、决策和指挥。该平台是集合了高科技前端采集技术与后端智能化分析决策软件的整合系统，具有极强的兼容性和扩展性，所以拥有良好的发展和应用前景。

　　（作者单位：杭州海康威视系统技术有限公司）

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