視頻分析技術(shù)在城市交通體系中的應(yīng)用
圍繞整個(gè)城市交通體系，視頻分析技術(shù)大致可以應(yīng)用在三個(gè)道路區(qū)域：十字路口、道路路段、以及移動(dòng)行駛的公交車，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)道路交通體系的全方位覆蓋。通過對(duì)城市路口、路段和移動(dòng)式三種覆蓋方式的綜合違法監(jiān)測(cè)，使建立城市無縫覆蓋的交通違法監(jiān)測(cè)網(wǎng)、交通流量采集網(wǎng)與智能感知信號(hào)控制系統(tǒng)成為可能，這在直接為交通信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)和交通執(zhí)法提供有力技術(shù)手段的同時(shí)，必然將更好的提高交警執(zhí)法效率和城市交通整體管理水平。
圖1 基于視頻分析技術(shù)的城市交通體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)的核心概念是物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)共享、并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理和控制。這一特點(diǎn)非常符合交通違法監(jiān)測(cè)、交通流量監(jiān)測(cè)與誘導(dǎo)、交通信號(hào)控制等智能交通應(yīng)用的特征。
感知層：一般安裝在實(shí)際的道路現(xiàn)場(chǎng)，感知層設(shè)備主要是對(duì)道路交通信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集,是智能視頻分析技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)合；
傳輸層：只要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇还苤行摹Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中可以選用光纖、網(wǎng)絡(luò)、無線等方式；
應(yīng)用層：應(yīng)用層主要涉及到同交管人員的交互，如果將前端獲取的交通信息顯示給交管人員。對(duì)于違法信息，需要將數(shù)據(jù)寫違法管理平臺(tái)。方便對(duì)違法車輛進(jìn)行違法后處理。對(duì)于交通流量信息需要通過電子地圖的方式顯示給客戶，另一方面可自動(dòng)的將信息反饋給道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，方便交通信息的發(fā)布。
城市路口綜合違法監(jiān)測(cè)
城市道路路口作為城市交通的重要節(jié)點(diǎn)，是影響整個(gè)城市交通的關(guān)鍵。在十字路口安裝電子警察系統(tǒng)對(duì)整個(gè)道路交通治理具有重要的意義。目前，大部分的電子警察系統(tǒng)是基于地感線圈進(jìn)行車輛檢測(cè)的，由于技術(shù)限制只能抓拍闖紅燈這一種車輛違法行為。對(duì)不按車道行駛、車輛逆行、異常停車等車輛違法行為無法進(jìn)行檢測(cè)。而在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)表明，不按車道行駛、異常停車等違法行為在路口違法行為中所占比重并不低，甚至超過了傳統(tǒng)闖紅燈行為的數(shù)量。在這種背景下，基于視頻分析技術(shù)高清電子警察系統(tǒng)，將得到大規(guī)模的應(yīng)用。首先，系統(tǒng)可以檢測(cè)出道路交通流量、車道占有率、排隊(duì)長(zhǎng)度、平均車速等交通參數(shù)信息，通過與路口信號(hào)控制機(jī)相聯(lián)可以更加有效的進(jìn)行道路信號(hào)控制，使得紅綠燈時(shí)長(zhǎng)更加合理，減少車輛等待時(shí)間；其次，系統(tǒng)可以對(duì)路口車輛違法行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而起到規(guī)范駕駛員駕駛行為的目的。這不但可以減少路口突發(fā)事件，進(jìn)一步減輕道路的擁堵情況，還能增加駕駛員的安全系數(shù)。
闖紅燈違法檢測(cè)：系統(tǒng)可直接對(duì)路口車輛進(jìn)行檢查，當(dāng)紅燈狀態(tài)時(shí)如果有車輛經(jīng)過便對(duì)其進(jìn)行捕獲抓拍；
不按車道行駛違法檢測(cè)：直行車道左右拐、右拐車道直行與左拐、左拐車道直行與右拐等違法行為；
治安卡口：在進(jìn)行路口違法行為檢測(cè)的同時(shí)，系統(tǒng)還能起到綠燈卡口的作用；
車牌識(shí)別：對(duì)于違法車輛的車牌，系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行號(hào)牌識(shí)別，識(shí)別結(jié)果可以直接寫入數(shù)據(jù)庫；
交通參數(shù)統(tǒng)計(jì)功能：系統(tǒng)可以對(duì)路口過往車輛實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送交通控制信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)可以根據(jù)實(shí)時(shí)的車輛信息對(duì)紅路燈進(jìn)行合理控制；
數(shù)據(jù)上傳：通過IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可將違法數(shù)據(jù)以及交通參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到交通指揮中心。對(duì)于違法數(shù)據(jù)交管中心可以對(duì)違法數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步處理，而交通流量信息可實(shí)時(shí)在指揮調(diào)度平臺(tái)上顯現(xiàn)，通過交通信息發(fā)布系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的發(fā)布出去。
路段綜合違法監(jiān)測(cè)
相比于路口的交通狀況，路段中的情況要好一些，需要的功能也比路口簡(jiǎn)單。同樣也是交通參數(shù)統(tǒng)計(jì)、道路違法檢測(cè)兩個(gè)方面。其中主要的違法行為是不按車道行駛，例如“加塞”、占用應(yīng)急車道、壓實(shí)線等。這些違法很容易造成路段中的交通事故，從而加重道路的擁堵情況。針對(duì)這一情況，之前的解決辦法是采用固定式違法檢測(cè)設(shè)備。即在相關(guān)的路段安裝固定式違法監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)違法行為進(jìn)行檢測(cè)。然而這種設(shè)備一般安裝復(fù)雜、成本高，不容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的部署。安裝設(shè)備的地點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)了，司機(jī)很容易辨識(shí)以繞道行駛，逃避處罰。
基于智能視頻分析技術(shù)的道路綜合違法檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路段交通的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外，采用嵌入式智能一體機(jī)作為成像以及控制設(shè)備的系統(tǒng)，可以采用太陽能方式供電、3G無線數(shù)據(jù)傳輸，可方便地進(jìn)行遷移，從而達(dá)到了可以在路段靈活布控的目的。這將大大增加電子警察系統(tǒng)的覆蓋范圍，無論是從成本還是工程角度考慮都是系統(tǒng)的應(yīng)用變得更加合理。
不按車道行駛違法檢測(cè)：路段中的車輛違法行為主要包括：壓實(shí)線違法、車輛逆向行駛、占用應(yīng)急車道違法等。系統(tǒng)可直接分析出各種路段車輛違法行為對(duì)其進(jìn)行抓拍，抓拍之后可對(duì)違法車輛號(hào)牌實(shí)時(shí)進(jìn)行車牌識(shí)別；
交通流量參數(shù)統(tǒng)計(jì)功能：通過實(shí)時(shí)的圖像分析，系統(tǒng)可以得到路段中的交通參數(shù)信息，包含車道占有率、平均車速等；
同路口綜合違法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，路段系統(tǒng)得到的交通參數(shù)信息和車輛違法信息可以實(shí)時(shí)通過IP網(wǎng)絡(luò)上傳到中心交管平臺(tái)。
移動(dòng)式綜合違法監(jiān)測(cè)
大力發(fā)展公共交通體系，已經(jīng)成為緩解城市道路擁堵問題的有效解決方式之一。而公交專用道因其投資省、見效快、技術(shù)要求低等特點(diǎn)，已經(jīng)被各大城市所采用。然而，在實(shí)際中公交專用道經(jīng)常有被社會(huì)車輛占用的情況，這種情況下建立一套占用公交車道違法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤其必要。
對(duì)于公交占道行為，目前的解決辦法同路段的解決方式相同，主要是安裝固定式違法監(jiān)測(cè)設(shè)備。由于成本、施工等方面無法對(duì)整個(gè)路段進(jìn)行大規(guī)模覆蓋安裝，從而不能對(duì)整個(gè)公交行駛?cè)踢M(jìn)行監(jiān)測(cè)。這種情況下，最好的解決辦法是使用高集成化設(shè)備。將設(shè)備安裝到公交車上，隨公交車一起對(duì)整個(gè)行駛過程進(jìn)行全程監(jiān)控。真正保障公交車在公交專用道上順暢行駛。
基于智能視頻分析技術(shù)的移動(dòng)式綜合違法檢測(cè)系統(tǒng)利用高清智能設(shè)備對(duì)占用公交車道的車輛進(jìn)行檢測(cè)，一旦檢測(cè)到有公共車輛進(jìn)入便對(duì)其抓拍。系統(tǒng)采用GPS車輛定位已經(jīng)3G無線傳輸，可方便的安裝在公交車的車頭或車尾，對(duì)車輛運(yùn)行全程進(jìn)行監(jiān)控實(shí)時(shí)得到車輛的位置信息，并將車輛的違法數(shù)據(jù)以及位置信息一同上傳到交管中心。
獲取車輛位置信息：通過GPS定位系統(tǒng)可實(shí)時(shí)得知車輛的位置信息，只有到規(guī)定的公交專用路段才對(duì)占到車輛進(jìn)行抓拍；
占到車輛捕獲抓拍：系統(tǒng)可以直接通過視頻分析的方式檢測(cè)占道車輛，一旦有車輛進(jìn)入公交專用道便對(duì)其進(jìn)行抓拍；
車牌識(shí)別：系統(tǒng)可直接對(duì)違法車輛進(jìn)行號(hào)牌識(shí)別，可識(shí)別多種號(hào)牌并具有號(hào)牌過濾功能；
違法數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)可通過3G無線網(wǎng)絡(luò)將抓拍到的違法數(shù)據(jù)實(shí)施上傳到交通管理中心。
結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的完善(無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng))，和移動(dòng)信息發(fā)布平臺(tái)(智能手機(jī))的飛速發(fā)展，以及圖像和視頻采集設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對(duì)圖像識(shí)別應(yīng)用的需求將進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。
通過高清嵌入式智能攝像機(jī)技術(shù)和核心視頻識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)高清相機(jī)和智能分析軟件的一體化已然成為現(xiàn)實(shí)，特別是高性能、低功耗、低成本的視頻感知產(chǎn)品的推出，使得組建大規(guī)模甚至全覆蓋智能交通違章監(jiān)測(cè)網(wǎng)與大規(guī)模交通流量監(jiān)測(cè)網(wǎng)成為可能，而這其中智能視頻分析技術(shù)扮演的角色也越來越重要。未來城市交通視頻智能化技術(shù)的廣泛使用，可以使我們確信其在緩解城市交通擁堵，提高交警執(zhí)法效率和城市交通管理水平方面發(fā)揮更加積極的作用。
圍繞整個(gè)城市交通體系，視頻分析技術(shù)大致可以應(yīng)用在三個(gè)道路區(qū)域：十字路口、道路路段、以及移動(dòng)行駛的公交車，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)道路交通體系的全方位覆蓋。通過對(duì)城市路口、路段和移動(dòng)式三種覆蓋方式的綜合違法監(jiān)測(cè)，使建立城市無縫覆蓋的交通違法監(jiān)測(cè)網(wǎng)、交通流量采集網(wǎng)與智能感知信號(hào)控制系統(tǒng)成為可能，這在直接為交通信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)和交通執(zhí)法提供有力技術(shù)手段的同時(shí)，必然將更好的提高交警執(zhí)法效率和城市交通整體管理水平。
圖1 基于視頻分析技術(shù)的城市交通體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)的核心概念是物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)共享、并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理和控制。這一特點(diǎn)非常符合交通違法監(jiān)測(cè)、交通流量監(jiān)測(cè)與誘導(dǎo)、交通信號(hào)控制等智能交通應(yīng)用的特征。
感知層：一般安裝在實(shí)際的道路現(xiàn)場(chǎng)，感知層設(shè)備主要是對(duì)道路交通信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集,是智能視頻分析技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)合；
傳輸層：只要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇还苤行摹Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中可以選用光纖、網(wǎng)絡(luò)、無線等方式；
應(yīng)用層：應(yīng)用層主要涉及到同交管人員的交互，如果將前端獲取的交通信息顯示給交管人員。對(duì)于違法信息，需要將數(shù)據(jù)寫違法管理平臺(tái)。方便對(duì)違法車輛進(jìn)行違法后處理。對(duì)于交通流量信息需要通過電子地圖的方式顯示給客戶，另一方面可自動(dòng)的將信息反饋給道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，方便交通信息的發(fā)布。
城市路口綜合違法監(jiān)測(cè)
城市道路路口作為城市交通的重要節(jié)點(diǎn)，是影響整個(gè)城市交通的關(guān)鍵。在十字路口安裝電子警察系統(tǒng)對(duì)整個(gè)道路交通治理具有重要的意義。目前，大部分的電子警察系統(tǒng)是基于地感線圈進(jìn)行車輛檢測(cè)的，由于技術(shù)限制只能抓拍闖紅燈這一種車輛違法行為。對(duì)不按車道行駛、車輛逆行、異常停車等車輛違法行為無法進(jìn)行檢測(cè)。而在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)表明，不按車道行駛、異常停車等違法行為在路口違法行為中所占比重并不低，甚至超過了傳統(tǒng)闖紅燈行為的數(shù)量。在這種背景下，基于視頻分析技術(shù)高清電子警察系統(tǒng)，將得到大規(guī)模的應(yīng)用。首先，系統(tǒng)可以檢測(cè)出道路交通流量、車道占有率、排隊(duì)長(zhǎng)度、平均車速等交通參數(shù)信息，通過與路口信號(hào)控制機(jī)相聯(lián)可以更加有效的進(jìn)行道路信號(hào)控制，使得紅綠燈時(shí)長(zhǎng)更加合理，減少車輛等待時(shí)間；其次，系統(tǒng)可以對(duì)路口車輛違法行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而起到規(guī)范駕駛員駕駛行為的目的。這不但可以減少路口突發(fā)事件，進(jìn)一步減輕道路的擁堵情況，還能增加駕駛員的安全系數(shù)。
闖紅燈違法檢測(cè)：系統(tǒng)可直接對(duì)路口車輛進(jìn)行檢查，當(dāng)紅燈狀態(tài)時(shí)如果有車輛經(jīng)過便對(duì)其進(jìn)行捕獲抓拍；
不按車道行駛違法檢測(cè)：直行車道左右拐、右拐車道直行與左拐、左拐車道直行與右拐等違法行為；
治安卡口：在進(jìn)行路口違法行為檢測(cè)的同時(shí)，系統(tǒng)還能起到綠燈卡口的作用；
車牌識(shí)別：對(duì)于違法車輛的車牌，系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行號(hào)牌識(shí)別，識(shí)別結(jié)果可以直接寫入數(shù)據(jù)庫；
交通參數(shù)統(tǒng)計(jì)功能：系統(tǒng)可以對(duì)路口過往車輛實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送交通控制信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)可以根據(jù)實(shí)時(shí)的車輛信息對(duì)紅路燈進(jìn)行合理控制；
數(shù)據(jù)上傳：通過IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可將違法數(shù)據(jù)以及交通參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到交通指揮中心。對(duì)于違法數(shù)據(jù)交管中心可以對(duì)違法數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步處理，而交通流量信息可實(shí)時(shí)在指揮調(diào)度平臺(tái)上顯現(xiàn)，通過交通信息發(fā)布系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的發(fā)布出去。
路段綜合違法監(jiān)測(cè)
相比于路口的交通狀況，路段中的情況要好一些，需要的功能也比路口簡(jiǎn)單。同樣也是交通參數(shù)統(tǒng)計(jì)、道路違法檢測(cè)兩個(gè)方面。其中主要的違法行為是不按車道行駛，例如“加塞”、占用應(yīng)急車道、壓實(shí)線等。這些違法很容易造成路段中的交通事故，從而加重道路的擁堵情況。針對(duì)這一情況，之前的解決辦法是采用固定式違法檢測(cè)設(shè)備。即在相關(guān)的路段安裝固定式違法監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)違法行為進(jìn)行檢測(cè)。然而這種設(shè)備一般安裝復(fù)雜、成本高，不容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的部署。安裝設(shè)備的地點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)了，司機(jī)很容易辨識(shí)以繞道行駛，逃避處罰。
基于智能視頻分析技術(shù)的道路綜合違法檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路段交通的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外，采用嵌入式智能一體機(jī)作為成像以及控制設(shè)備的系統(tǒng)，可以采用太陽能方式供電、3G無線數(shù)據(jù)傳輸，可方便地進(jìn)行遷移，從而達(dá)到了可以在路段靈活布控的目的。這將大大增加電子警察系統(tǒng)的覆蓋范圍，無論是從成本還是工程角度考慮都是系統(tǒng)的應(yīng)用變得更加合理。
不按車道行駛違法檢測(cè)：路段中的車輛違法行為主要包括：壓實(shí)線違法、車輛逆向行駛、占用應(yīng)急車道違法等。系統(tǒng)可直接分析出各種路段車輛違法行為對(duì)其進(jìn)行抓拍，抓拍之后可對(duì)違法車輛號(hào)牌實(shí)時(shí)進(jìn)行車牌識(shí)別；
交通流量參數(shù)統(tǒng)計(jì)功能：通過實(shí)時(shí)的圖像分析，系統(tǒng)可以得到路段中的交通參數(shù)信息，包含車道占有率、平均車速等；
同路口綜合違法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，路段系統(tǒng)得到的交通參數(shù)信息和車輛違法信息可以實(shí)時(shí)通過IP網(wǎng)絡(luò)上傳到中心交管平臺(tái)。
移動(dòng)式綜合違法監(jiān)測(cè)
大力發(fā)展公共交通體系，已經(jīng)成為緩解城市道路擁堵問題的有效解決方式之一。而公交專用道因其投資省、見效快、技術(shù)要求低等特點(diǎn)，已經(jīng)被各大城市所采用。然而，在實(shí)際中公交專用道經(jīng)常有被社會(huì)車輛占用的情況，這種情況下建立一套占用公交車道違法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤其必要。
對(duì)于公交占道行為，目前的解決辦法同路段的解決方式相同，主要是安裝固定式違法監(jiān)測(cè)設(shè)備。由于成本、施工等方面無法對(duì)整個(gè)路段進(jìn)行大規(guī)模覆蓋安裝，從而不能對(duì)整個(gè)公交行駛?cè)踢M(jìn)行監(jiān)測(cè)。這種情況下，最好的解決辦法是使用高集成化設(shè)備。將設(shè)備安裝到公交車上，隨公交車一起對(duì)整個(gè)行駛過程進(jìn)行全程監(jiān)控。真正保障公交車在公交專用道上順暢行駛。
基于智能視頻分析技術(shù)的移動(dòng)式綜合違法檢測(cè)系統(tǒng)利用高清智能設(shè)備對(duì)占用公交車道的車輛進(jìn)行檢測(cè)，一旦檢測(cè)到有公共車輛進(jìn)入便對(duì)其抓拍。系統(tǒng)采用GPS車輛定位已經(jīng)3G無線傳輸，可方便的安裝在公交車的車頭或車尾，對(duì)車輛運(yùn)行全程進(jìn)行監(jiān)控實(shí)時(shí)得到車輛的位置信息，并將車輛的違法數(shù)據(jù)以及位置信息一同上傳到交管中心。
獲取車輛位置信息：通過GPS定位系統(tǒng)可實(shí)時(shí)得知車輛的位置信息，只有到規(guī)定的公交專用路段才對(duì)占到車輛進(jìn)行抓拍；
占到車輛捕獲抓拍：系統(tǒng)可以直接通過視頻分析的方式檢測(cè)占道車輛，一旦有車輛進(jìn)入公交專用道便對(duì)其進(jìn)行抓拍；
車牌識(shí)別：系統(tǒng)可直接對(duì)違法車輛進(jìn)行號(hào)牌識(shí)別，可識(shí)別多種號(hào)牌并具有號(hào)牌過濾功能；
違法數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)可通過3G無線網(wǎng)絡(luò)將抓拍到的違法數(shù)據(jù)實(shí)施上傳到交通管理中心。
結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的完善(無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng))，和移動(dòng)信息發(fā)布平臺(tái)(智能手機(jī))的飛速發(fā)展，以及圖像和視頻采集設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對(duì)圖像識(shí)別應(yīng)用的需求將進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。
通過高清嵌入式智能攝像機(jī)技術(shù)和核心視頻識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)高清相機(jī)和智能分析軟件的一體化已然成為現(xiàn)實(shí)，特別是高性能、低功耗、低成本的視頻感知產(chǎn)品的推出，使得組建大規(guī)模甚至全覆蓋智能交通違章監(jiān)測(cè)網(wǎng)與大規(guī)模交通流量監(jiān)測(cè)網(wǎng)成為可能，而這其中智能視頻分析技術(shù)扮演的角色也越來越重要。未來城市交通視頻智能化技術(shù)的廣泛使用，可以使我們確信其在緩解城市交通擁堵，提高交警執(zhí)法效率和城市交通管理水平方面發(fā)揮更加積極的作用。
