高清與智能在高速公路視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

黃亮

高清與智能在高速公路視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

黃亮

目前，我國以高速公路為骨架、國省干線公路為主體、縣鄉(xiāng)村公路為基礎(chǔ)的公路交通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本形成?；谛滦蝿菹碌墓芾砗瓦\營目標(biāo)，各種新的需求應(yīng)運而生，加快建立健全公路網(wǎng)運行監(jiān)測、協(xié)調(diào)管理和應(yīng)急處置平臺，保障國家高速公路和重點干線公路以及重要站點的穩(wěn)定運行，提高公路網(wǎng)安全性能和服務(wù)水平以及應(yīng)急處置能力，為人民群眾提供安全、便捷的出行服務(wù)等等。顯而易見，高速公路信息化建設(shè)已經(jīng)從收費、通信、監(jiān)控三大系統(tǒng)獨立建設(shè)與運行向資源整合、信息共享、平急結(jié)合、服務(wù)公眾全面過渡。

現(xiàn)狀分析：現(xiàn)有技術(shù)亟待提升

總體來看，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展和更新，已經(jīng)取得了一定的進展，但限于原有技術(shù)/系統(tǒng)的制約以及階段性需求的變化，現(xiàn)有的系統(tǒng)在很多方面仍存在明顯不足：

監(jiān)控圖像清晰度不夠

在大多數(shù)高速公路現(xiàn)有的系統(tǒng)中，圖像清晰度只有4CIF，這樣的清晰度很難看清過往車輛車牌號碼與細部特征，尤其對于大型橋梁、長大隧道、大型互通式立交橋、收費站、治超站、服務(wù)區(qū)、事故多發(fā)地等重點監(jiān)控目標(biāo)而言，清晰度已遠遠達不到高速交警或高速公路管理處的應(yīng)用要求。

引入先進的高清視頻監(jiān)控技術(shù)將有效地解決此問題。

單點測速容易被逃避

多年來，6F測速儀廣泛應(yīng)用在事故多發(fā)地治理超速行為，取得了顯著的效果。但隨著駕駛員對6F測速儀工作原理的了解，以及對安裝位置的輕易辨識，很多駕駛員會經(jīng)常采用提前剎車減速穿過測速儀的捕捉范圍，然后再加速行駛，這使得治超效果大幅降低。

引入基于車牌識別的區(qū)間測速技術(shù)，與單點測速配合使用，勢必能提升治超效果。

路網(wǎng)運行監(jiān)測體系智能化程度不高

視頻監(jiān)控作為路網(wǎng)運行監(jiān)測體系的重要組成部分，現(xiàn)階段主要依靠傳感器報警與視頻聯(lián)動方式，由人工實時監(jiān)測路網(wǎng)運行狀況。隨著高速全程監(jiān)控需求的出現(xiàn)，視頻源數(shù)量龐大，依靠人工來實時監(jiān)測的難度越來越大。

引入交通事件智能視頻檢測技術(shù)，與其它傳感系統(tǒng)（天氣、報警）共同構(gòu)成路網(wǎng)運行（自動化、智能化）監(jiān)測體系，將有助于及時發(fā)現(xiàn)隱患，防范于未然。

路網(wǎng)級應(yīng)急處置平臺方興未艾

建設(shè)具有監(jiān)測監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警、綜合研判、輔助決策、路網(wǎng)協(xié)調(diào)、輔助調(diào)度于一體的路網(wǎng)級應(yīng)急處置平臺，是目前路網(wǎng)級視頻監(jiān)控的趨勢與迫切需要。

基于高清和智能應(yīng)用的綜合解決方案

現(xiàn)針對目前高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題，提出一套基于高清、智能應(yīng)用的綜合解決方案。

設(shè)計思想

1、分級別監(jiān)控，標(biāo)清與高清相結(jié)合

將全程監(jiān)控點按監(jiān)控級別分層，監(jiān)控級別高的位置采用高清監(jiān)控（1600×1200或1280×720），反之采用標(biāo)清監(jiān)控（704×576）。由于聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、資源共享的需要，建議采用網(wǎng)絡(luò)前端，即網(wǎng)絡(luò)攝像機或網(wǎng)絡(luò)球機。

2、采用基于高清牌識的區(qū)間測速系統(tǒng)

調(diào)研選取超速現(xiàn)象頻繁、危害大的路段，在路段兩端安裝高清牌識系統(tǒng)，利用S/(t1-t2)計算路段平均車速，與限速值比對，判斷超速行為并進行處罰。區(qū)間測速的精確程度主要取決于車輛捕獲率、車牌識別率和校時精度，尤其以車牌識別的技術(shù)難度最大，建議選取長期專注于車牌識別算法研究、車牌識別率達到95%以上的廠家提供技術(shù)支持。

3、利用交通事件檢測技術(shù)實現(xiàn)視頻自動監(jiān)測

采用智能檢測技術(shù)，對拋灑物、逆行、交通參數(shù)（車速、占道率、流量）進行智能檢測。其中，路面拋灑物和岔口逆行對交通安全產(chǎn)生的威脅較大，通過智能檢測技術(shù)將其列入重點分析對象，有助于提前預(yù)警、主動防洪。交通參數(shù)采集有助于中心分析路網(wǎng)運行狀態(tài)，優(yōu)化通行效率。

4、借助路網(wǎng)級應(yīng)急處置平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理與上層應(yīng)用

將視頻監(jiān)控、超速抓拍、智能分析、聯(lián)網(wǎng)共享、綜合研判納入應(yīng)急處置平臺統(tǒng)一管理與應(yīng)用。

系統(tǒng)設(shè)計

1、三級結(jié)構(gòu)

在路面因地制宜地安裝標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)球、高清網(wǎng)絡(luò)球，在測速區(qū)間兩端安裝高清車牌識別前端，均采用RJ45以太網(wǎng)口接入沿線傳輸單元，有效傳輸帶寬達到4M以上。傳輸網(wǎng)依托高速公路SDH環(huán)網(wǎng)或監(jiān)控專網(wǎng)。

路段分控中心部署二級平臺、視頻綜合平臺、交通事件檢測器、IP SAN存儲和中心控制系統(tǒng)。

路網(wǎng)總控中心部署一級平臺、視頻綜合平臺、IP SAN存儲和中心控制系統(tǒng)。

傳輸網(wǎng)借助高速公路SDH環(huán)網(wǎng)或自建視頻監(jiān)控專網(wǎng)。路面至分控中心宜采用鏈狀通信方式以節(jié)省光纖，分控與總控之間宜采用冗余環(huán)狀鏈路以確保通信的可靠性。

2、系統(tǒng)主要功能

1）混合視頻監(jiān)控

標(biāo)清視頻、高清視頻經(jīng)過視頻綜合平臺交換顯示輸出至電視墻，標(biāo)清顯示接口為BNC，高清顯示接口為HDMI或DVI。視頻綜合平臺支持手動切換、自動輪巡、混合視頻交換等等。

除此以外，視頻綜合平臺還具備模擬視頻通過視頻光端機直接接入的方式，故可無縫兼容用戶已建的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能保護用戶的已有投資。

2）分布式集中存儲

采用IP SAN分布式集中存儲策略，統(tǒng)一存儲、管理、調(diào)度標(biāo)清視頻和高清視頻。路段分控中心保存錄像，總控中心遠程調(diào)用分控中心錄像，實現(xiàn)資源共享。

3）兩套傳輸鏈路

路段分控中心和路網(wǎng)總控中心的視頻綜合平臺之間可借助裸光纖直接互聯(lián)，形成除IP專網(wǎng)以外的獨立傳輸線路。實現(xiàn)跨級跨區(qū)的視頻調(diào)用與信息共享。

4）交通事件檢測

CIF至200萬圖像尺寸與清晰度對比

200萬圖片拍攝1KM位置時所能捕獲的清晰度

路段分控中心部署交通事件檢測器，實時分析路面視頻圖像，主要執(zhí)行拋灑物檢測、逆行檢測和交通參數(shù)采集。檢測到拋灑物和逆行時，發(fā)出報警信號，并聯(lián)動前端的LED發(fā)布屏警告駕駛員。獲取的交通參數(shù)則發(fā)給一級軟件平臺，由軟件平臺統(tǒng)計分析整個路網(wǎng)的交通流量、車速和占道率，為優(yōu)化通行效率、保障通行安全提供技術(shù)支撐。

5）區(qū)間測速抓拍

采用200萬像素CCD高清網(wǎng)絡(luò)攝像機加LED補光燈的方式對區(qū)間兩端通行車輛進行捕獲與車牌識別。在確保設(shè)備運行時間一致的基礎(chǔ)上，利用S/(t1-t2)來計算車輛平均車速，與平臺中預(yù)設(shè)的限速值對比，對違章車輛進行處罰。系統(tǒng)平臺與高速交警非現(xiàn)場處罰系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，按協(xié)議對接數(shù)據(jù)傳輸。

6）報警聯(lián)動

通過IP網(wǎng)或串口服務(wù)器將煙霧探測、天氣檢測、人工報警等信號匯集至軟件平臺，實現(xiàn)視頻報警聯(lián)動。解脫人工肉眼輪巡掃描各視頻圖像。

系統(tǒng)核心技術(shù)

系統(tǒng)能識別黑、白、藍、黃四種車牌顏色。系統(tǒng)識別車牌類型示意圖

1）高清成像技術(shù)

?？低曂ㄟ^多年在視頻處理及分析技術(shù)上的積累，在ISP（圖像信號處理）核心技術(shù)上獲得重要突破。為此，海康威視自主研發(fā)的高清攝像機在圖像成像、視頻穩(wěn)定（抖動、晃動）、噪聲過濾、邊緣增強、3A控制（自動曝光、自動對焦和自動白平衡）、像素瑕疵矯正、強光抑制等方面可以進行更加精細化的調(diào)節(jié)與控制，從而針對高速公路監(jiān)控的環(huán)境，推出更加適應(yīng)的產(chǎn)品和方案。

2）車牌識別技術(shù)

海康威視車牌識別技術(shù)具備對民用車牌、警用車牌、軍用車牌、武警車牌的車牌自動識別能力，包括2002式號牌。所能識別的字符包括：

車輛牌照自動識別算法（號牌識別、車牌顏色識別）集成在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機中，識別結(jié)果由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機直接輸出，全天候平均識別率大于95%。使得前端建設(shè)盡量簡單、施工維護更加便捷。

3）交通事件檢測技術(shù)

?？低暯煌ㄊ录z測技術(shù)，可對進入視頻畫面中的活動物體進行檢測識別，對其活動軌跡進行分析判斷，進而確定可疑事件后發(fā)出相應(yīng)警報。主要的檢測事件有以下幾種：

車輛擁堵檢測

車輛逆行檢測

非法停車檢測

拋灑物檢測

行人闖入檢測

報警中心管理

多畫面視頻預(yù)覽

交通規(guī)則配置管理

交通事件回放

設(shè)備管理

報警聯(lián)動

電子地圖

設(shè)備遠程維護

支持各種報警規(guī)則的設(shè)置

支持各種報警聯(lián)動配置

支持?jǐn)z像機標(biāo)定

關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)獲得突破

上文中就高速公路監(jiān)控現(xiàn)狀及迫切需要解決的問題做了簡要分析，并提出了解決相關(guān)問題所需要的關(guān)鍵技術(shù)，如高清、智能等。目前，在這些技術(shù)的研發(fā)上，?？低曇呀?jīng)獲得了突破，希望這些可以為高速公路“新”視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供更加適宜的整體解決方案，為高速公路綜合監(jiān)控的發(fā)展貢獻出一已之力。

作者單位：杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司