基于智能視頻和ETC技術(shù)的軍車運行管控系統(tǒng)

黃達青，吳會博，肖學福，張揚奇

(軍事交通運輸研究所，天津 300161)

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● 軍事運輸Military Transportation

基于智能視頻和ETC技術(shù)的軍車運行管控系統(tǒng)

黃達青，吳會博，肖學福，張揚奇

(軍事交通運輸研究所，天津 300161)

為適應(yīng)新時期軍車運行管控系統(tǒng)建設(shè)的需要，分析了軍車運行管控信息化建設(shè)面臨的形勢，在充分考慮信息安全保密的基礎(chǔ)上，提出以國家智能交通領(lǐng)域現(xiàn)有的智能視頻和ETC系統(tǒng)為前端信息采集手段，建設(shè)軍車運行管控系統(tǒng)的構(gòu)想，設(shè)計系統(tǒng)總體架構(gòu)，并對系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。

智能視頻；ETC；軍車運行管控系統(tǒng)

隨著新一輪國防和軍隊調(diào)整改革的推進，運輸投送部門以“能打仗、打勝仗”為聚焦點，以統(tǒng)籌戰(zhàn)略投送為核心，堅持投送牽引、體系建設(shè)、融合發(fā)展、一體保障[1]。軍車運行管控系統(tǒng)作為運輸投送體系的重要組成部分，緊緊圍繞“軍民融合、平戰(zhàn)結(jié)合、諸軍種聯(lián)合、陸水空綜合、境內(nèi)外統(tǒng)合、用建管耦合”這一目標啟動了新的建設(shè)步伐。在民用智能交通領(lǐng)域，公安和交通運輸部門針對高速公路、國道、省道和城市道路，利用智能視頻和ETC技術(shù)，部署了大量的視頻監(jiān)控、智能卡口、電子停車收費等管控節(jié)點，并正開展這些基礎(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)的擴建和核心數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)共享融合工作，在車輛運行監(jiān)控領(lǐng)域取得了一定的應(yīng)用實效。這些民用智能交通技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，為軍車運行管控系統(tǒng)建設(shè)提供了新的思路和抓手。通過充分利用國家和地方在車輛運行管控方面已有的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，基于智能視頻和ETC兩種車輛自動識別技術(shù)，構(gòu)建軍民融合式的軍車運行管控系統(tǒng)，為軍車自動識別和智能管控提供一種新的技術(shù)手段。

1　軍車運行管控信息化建設(shè)面臨的形勢

1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，為軍車運行信息化管控提供了新的應(yīng)用模式

傳統(tǒng)的軍車運行管控是基于改造車輛來實現(xiàn)的?！笆晃濉焙汀笆濉逼陂g，科研單位在汽車運輸部(分)隊和公務(wù)用車上做了大量的探索研究和建設(shè)實施。基于北斗導航定位、行車記錄和軍用衛(wèi)星通信技術(shù)，開展了汽車運輸部(分)隊動態(tài)監(jiān)控指揮的研究建設(shè)[2]；基于北斗導航定位和ETC技術(shù)，開展了軍隊公務(wù)用車管理和高速公路通行管理。

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)的發(fā)展，各種智能感知手段越來越成熟，特別是智能視頻技術(shù)的發(fā)展非常迅猛，可為基于改造路網(wǎng)的軍車運行管控提供新的補充技術(shù)。智能視頻是在圖像處理、視頻分析與識別等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是為了讓計算機能夠通過特定的核心算法程序提取視頻信號中所包含的內(nèi)容信息和運動信息，以實現(xiàn)計算機對于視頻的“理解”，讓計算機能“明白”視頻中所展現(xiàn)的是什么內(nèi)容或者發(fā)生的是什么樣的“事件”。

基于改造車輛和基于改造路網(wǎng)是軍車運行管控兩種不同的手段，相互協(xié)同，互為補充，共同完成軍車運行管控這一任務(wù)。前者具有主動位置推送、實時化、精確化的特點，車輛一方加裝定位和通信裝置，可精確定位到車輛的位置，并實時上報到數(shù)據(jù)中心。后者具有被動檢測、區(qū)域化管控、防漏報等特點，車輛一端不需要額外改造，即使車輛一方不主動上報位置信息，也不會逃脫路網(wǎng)的“法眼”，便于車輛的臨時征用和接管使用。

1.2智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，為軍車運行動態(tài)信息采集提供了先進技術(shù)手段

近幾年來，國家和地方在智能交通領(lǐng)域發(fā)展迅速，智能視頻技術(shù)和ETC技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。智能視頻技術(shù)應(yīng)用最多的是交通視頻監(jiān)控、交通卡口、機動車稽查布控和交通流量采集匯聚系統(tǒng)。據(jù)不完全統(tǒng)計，各地城市道路共安裝智能視頻監(jiān)控設(shè)備5萬多個，各類公路安裝智能視頻監(jiān)控設(shè)備1.3萬多個，建設(shè)應(yīng)用了各類卡口1.8萬多個，實現(xiàn)了國家主干公路全程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、交通違法行為監(jiān)測查處和交通流量統(tǒng)計監(jiān)測。ETC系統(tǒng)主要布設(shè)在高速公路出入口收費站，截至2015年8月底，全國已建成ETC專用車道1.2萬余條，發(fā)展ETC用戶超過2 000萬，建成自營服務(wù)網(wǎng)點1 100多個、合作代理網(wǎng)點約1.6萬個，各類服務(wù)終端約2.7萬個，全國29個省份高速公路ETC系統(tǒng)已實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，縱貫?zāi)媳?、互通東西的聯(lián)網(wǎng)格局已然形成，主線收費站ETC覆蓋率達到100%，全國收費公路聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)初步建立，軍車、武警車輛使用ETC已實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)通行。

國家和地方在軍車運行管控方面建設(shè)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施遍布高速公路、國道、省道和城市道路，以及重點港口、碼頭、鐵路貨場和航空貨站等關(guān)鍵節(jié)點，并在交通違章、車輛稽查、交通量統(tǒng)計、交通誘導等方面發(fā)揮著重要的作用，隨著這些數(shù)據(jù)的不斷積累和融合匯聚，軍隊可以以此為基礎(chǔ)，僅需少量的投入，做適量建設(shè)和信息引接，完成利用民用基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)車輛在高速公路、國道、省道和城市道路范圍內(nèi)的運行管控。

1.3信息安全保密技術(shù)的進步，為軍車運行大數(shù)據(jù)融合應(yīng)用提供了安全保證

近年來，國家認識到信息安全已經(jīng)成為國家安全的重要組成部分，將信息技術(shù)自主可控能力與維護國家安全緊密聯(lián)系在一起，已建立起信息安全標準化體系、信息安全產(chǎn)品的認證認可體系和信息安全等級保護體系，并出臺了一系列信息安全方面的法律法規(guī)和標準規(guī)范，在IT基礎(chǔ)設(shè)施、平臺軟件、信息安全、關(guān)鍵行業(yè)應(yīng)用軟件、專業(yè)IT服務(wù)和安全體系方面已基本具備自主可控的條件和能力。

在安全保密方面，我軍全面推開信息安全等級保護和風險評估，強力推進國產(chǎn)自主化建設(shè)應(yīng)用，創(chuàng)新發(fā)展信息安全技術(shù)防護體系，有效提升信息安全綜合防御能力。

在運輸投送信息化工程建設(shè)過程中，已對信息安全保密專門立項研究，針對智能感知層、網(wǎng)絡(luò)支撐層、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用支撐層和應(yīng)用服務(wù)層等信息安全保密體系，提出了體系化的解決方案，研制了系列化的信息安全保密設(shè)備，解決了移動網(wǎng)絡(luò)、無線通信、跨網(wǎng)系數(shù)據(jù)交換、不同等級網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的核心安全問題，為開展利用民用車輛管控數(shù)據(jù)實施軍車運行管控提供了安全保證。

2　軍車運行管控系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)統(tǒng)籌推進運輸投送信息化建設(shè)的總體思路，基于智能視頻和ETC技術(shù)的軍車運行管控系統(tǒng)采用“五層兩面”結(jié)構(gòu)，在技術(shù)體系架構(gòu)上自底向上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、支撐層和應(yīng)用層，另外遵循相應(yīng)的安全保密和標準規(guī)范體系(如圖1所示)。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)

這一系統(tǒng)架構(gòu)的提出，主要考慮以下幾個因素：一是參照基于物聯(lián)網(wǎng)概念模型的現(xiàn)代信息系統(tǒng)建設(shè)的基本要素構(gòu)成和一般結(jié)構(gòu)特征，全面系統(tǒng)地涵蓋了系統(tǒng)建設(shè)所涉及到的信息智能感知、網(wǎng)絡(luò)通信傳輸、數(shù)據(jù)綜合處理和業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)等內(nèi)容；二是遵循后勤信息化建設(shè)和運輸投送信息化建設(shè)的統(tǒng)一技術(shù)體制，上層信息系統(tǒng)的設(shè)計采用了面向服務(wù)的體系架構(gòu)，體現(xiàn)了中心化集中部署、構(gòu)件化綜合集成、定制化組裝應(yīng)用的模式；三是便于形成規(guī)?；瘧?yīng)用，確保遵循相應(yīng)的標準規(guī)范體系和信息安全體系。

2.2感知層設(shè)計

感知層主要任務(wù)是完成軍車自動識別，并將前端處理后數(shù)據(jù)上傳至后臺，主要包括智能視頻監(jiān)控模塊、ETC讀寫單元和網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。智能感知層主要設(shè)備是各類視頻采集以及ETC卡和讀寫器等設(shè)備。主要來源有3個部分：一是大量利用公安部門已在高速公路、國道、省道、關(guān)鍵卡口已經(jīng)建成的高清視頻采集設(shè)備和前端數(shù)據(jù)處理設(shè)備；二是大量利用交通部門在高速公路、隧道橋梁等關(guān)鍵節(jié)點建成的ETC信息采集系統(tǒng)和配套車輛上的ETC終端系統(tǒng)；三是適當在汽車部(分)隊車場出入口建設(shè)ETC讀寫器，在自建道路和重點區(qū)域部署智能視頻前端采集設(shè)備。

智能視頻監(jiān)控模塊主要包括一體化高清網(wǎng)絡(luò)攝像機、車輛檢測器、智能分析終端等，具有視頻采集、智能分析、圖像抓拍等功能。該模塊采用前端嵌入式視頻分析架構(gòu)，將智能分析終端嵌入到前端攝像機，在攝像機前端實現(xiàn)對異常目標、行為、事件的智能分析[4]，被識別的信息會同時形成視頻、照片、文本數(shù)據(jù)提交給后端管理系統(tǒng)，開展深度的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用。采用這種方式不受圖像傳輸環(huán)節(jié)影響，緩解了視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬及后臺存儲壓力。

智能視頻前端分析系統(tǒng)運行在前端硬件設(shè)備上，嵌入智能分析算法，主要完成視頻分析、視頻編解碼、視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。通過分析視頻內(nèi)容，準確找出移動目標，并給出當前視頻中車輛位置、速度、顏色、尺寸等。

ETC讀寫單元主要包括讀寫控制器、微波天線、電池、數(shù)據(jù)存儲卡、安全模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。該單元遵循GB/T 20851—2007《電子收費專用短程通信》標準，通信頻率為5.8 GHz，采用專用短程通信技術(shù)(DSRC)[4]，與安裝在軍車擋風玻璃上的車載電子標簽進行通信，快速識讀車載電子標簽中的有效信息，后臺系統(tǒng)自動核對，實現(xiàn)車輛身份識別。

2.3網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)層主要完成前端采集設(shè)備與后臺管理系統(tǒng)之間的通信，完成視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、電子標簽信息和命令信息的傳遞和接收。主要分為軍隊骨干網(wǎng)絡(luò)和各類接入網(wǎng)絡(luò)，軍隊骨干網(wǎng)絡(luò)主要負責信息的高速傳輸，智能視頻安全接入網(wǎng)絡(luò)主要負責地方智能視頻信息的安全接入，ETC網(wǎng)絡(luò)安全接入主要負責地方ETC系統(tǒng)信息的安全接入。

2.4數(shù)據(jù)層設(shè)計

數(shù)據(jù)層統(tǒng)一匯聚、存儲、管理和共享高速公路、國道、省道、城市道路、隧道、橋梁、車站、港口、碼頭等各類視頻和ETC數(shù)據(jù)，為上層提供軍車運行管控數(shù)據(jù)倉庫(如圖2所示)。主要分為動態(tài)數(shù)據(jù)平臺和統(tǒng)計數(shù)據(jù)平臺，分別用于存儲基礎(chǔ)動態(tài)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

圖2　數(shù)據(jù)融合共享示意

2.5支撐層設(shè)計

支撐層以通用處理平臺為基礎(chǔ)，針對軍車運行管控業(yè)務(wù)特點，為軍車運行管控系統(tǒng)提供運行支撐的服務(wù)化軟件中間件，可按需部署于軍用網(wǎng)絡(luò)，為車輛運行管控信息系統(tǒng)提供應(yīng)用與服務(wù)支撐環(huán)境。

2.6應(yīng)用層設(shè)計

應(yīng)用層主要運行車輛運行管控的軟件系統(tǒng)，主負責整個軟硬件系統(tǒng)的設(shè)備管理、數(shù)據(jù)通信管理、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)應(yīng)用等工作。主要包括車輛位置追蹤、車輛位置報警、單車行駛統(tǒng)計、車群態(tài)勢分析和區(qū)域車輛統(tǒng)計等功能構(gòu)件。

3　系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

3.1基于智能視頻的軍車自動識別技術(shù)

智能視頻是采用計算機視覺分析相關(guān)方法，在無需人為干預(yù)的情況下，能自動分析和提取視頻源中關(guān)鍵信息，并根據(jù)事先定義的報警觸發(fā)條件實現(xiàn)自動報警。系統(tǒng)中利用智能視頻技術(shù)實現(xiàn)軍車的自動識別，首先建立軍車特征數(shù)據(jù)庫，利用檢測算法經(jīng)過軍車特征分析、軍車特征提取以及圖像分割等技術(shù)手段將軍車所在區(qū)域從視頻序列中分離出來，從而確定軍車的數(shù)量、狀態(tài)以及位置，然后在邊緣、區(qū)域?qū)哟紊喜捎密娷嚨膸缀翁卣鲄?shù)等特征量來對軍車進行解釋和處理，實現(xiàn)對軍車的識別、跟蹤和監(jiān)控。在軍車號牌識別上，首先對采集的車輛圖像進行預(yù)處理，進行圖像的灰度變換，應(yīng)用投影法在變換后的灰度圖像中精確地找到車牌所在的位置，然后從提取出來的車牌圖像中將每個字符分割開來，對單個字符進行降噪處理，最后對分割后的車牌上的單個字符圖像準確識別為對應(yīng)的文字、數(shù)字、字母信息，并將識別出的字符按照對應(yīng)的次序排列，從而實現(xiàn)對軍車號牌的識別。

3.2基于ETC的軍車運行信息提取技術(shù)

ETC技術(shù)通過遠距離、非接觸方式采集車載電子標簽的信息，實現(xiàn)車輛在快速移動狀態(tài)下的自動識別，是一種能有效對車輛進行自動識別和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的重要技術(shù)手段。我軍軍車已全面應(yīng)用ETC技術(shù)實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)運行，在各高速公路收費系統(tǒng)中包含大量具有潛在價值的軍車通行數(shù)據(jù)。通過對軍車ETC通行數(shù)據(jù)進行初步優(yōu)化，確定數(shù)據(jù)篩選規(guī)則，對各類數(shù)據(jù)進行分類，確定數(shù)據(jù)剔除規(guī)則，鑒別不合格數(shù)據(jù)，采用有價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)處理精度，然后整合相關(guān)數(shù)據(jù)表格，建立對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的處理和篩選。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)軍車運行管控需要，構(gòu)建基于ETC數(shù)據(jù)的高速公路軍車運行信息分析模型，根據(jù)計算得出的結(jié)果，直觀地為運輸投送決策者提供決策依據(jù)。

3.3基于大數(shù)據(jù)的智能分析技術(shù)

軍車運行管控系統(tǒng)引入民用智能視頻和ETC數(shù)據(jù)后，將形成軍車運行大數(shù)據(jù)，為運輸投送數(shù)據(jù)融合、信息共享和輔助決策奠定基礎(chǔ)。首先，建立混合大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)，具備承載應(yīng)用上線運行快、超強計算和協(xié)同交換的能力，能夠有效支撐大數(shù)據(jù)深度挖掘和分布式計算，可直接為運輸投送部門在車輛視頻監(jiān)控、卡口監(jiān)控、信息共享、案件分析、調(diào)度指揮等方面提供強有力的技術(shù)信息支撐；其次，建立車輛運輸歷史庫，實現(xiàn)車輛頻次分析、運行軌跡分析、路徑關(guān)聯(lián)性分析、疑似套牌車檢測分析、卡口車輛視頻交互追蹤、視頻車輛卡口快速關(guān)聯(lián)檢索、視頻車輛駛?cè)霑r刻快速定位、視頻車輛駛離時刻快速定位；最后，通過采集車輛的信息、車主信息、圖像信息、主要的事件與任務(wù)信息，抽取、裝載、清洗相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對道路車輛通行現(xiàn)狀與運輸任務(wù)進行大數(shù)據(jù)對比分析，了解掌握影響車輛運輸?shù)闹饕蛩?，制訂合理的車輛管理制度，規(guī)劃運輸路線，動態(tài)調(diào)整運輸路線，預(yù)防事件的發(fā)生。

4　結(jié)　語

本文在研究軍車運行管控信息化建設(shè)面臨的新形勢基礎(chǔ)上，采用“五層兩面”技術(shù)架構(gòu)，運用大數(shù)據(jù)、云計算、柵格網(wǎng)、智能視頻和ETC為代表的智能感知等技術(shù)，優(yōu)化整合軍隊、公安、交通運輸部門等軍地車輛管控信息資源，構(gòu)建綜合的軍車運行管控系統(tǒng)，全面掌控軍車運行動態(tài)信息，為精確指揮調(diào)度車輛，按層級和權(quán)限面向全軍提供信息服務(wù)提供了一種的解決方案。

[1]張偉.圍繞現(xiàn)代后勤“三大建設(shè)任務(wù)”全面推進軍交運輸工作科學發(fā)展[J]．后勤學術(shù)，2013(12)：4-7．

[2]郭成源.新形勢下深化軍車運行管理創(chuàng)新發(fā)展的思考[J].后勤學術(shù)，2013(12)：20-22.

[3]左雄偉.智能視頻監(jiān)控技術(shù)的架構(gòu)與特征[J].中國公共安全，2011(11)：131-134.

[4]楊會彩，樊延虎，梁巧艷，等.RFID技術(shù)及其在ETC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008(15)：42-45.

(編輯：閆曉楓)

Construction of Military Vehicle Operation Management System by Using Intelligent Video and ETC Technology

HUANG Daqing， WU Huibo， XIAO Xuefu， ZHANG Yangqi

(Institute of Military Transportation, Tianjin 300161, China)

To meet the needs of current military vehicle operation management system construction, this paper analyzes the present situation of the information construction in this field, and presents a systematic overall plan: construct a military operation management system by collecting the latest information through intelligent video and ETC system available now in our country. The key technologies to be involved are studied. This study provides a new technological approach to military-civilian integration in the intelligentization of military vehicle operation management.

intelligent video; ETC; military vehicle operation management system

2016-03-06；

2016-04-16．

國家發(fā)改委重大工程建設(shè)項目；原總后軍交運輸部科研計劃項目(BJJ13L119)．

黃達青(1966—)，男，碩士，所長．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.05.004

E234

A

1674-2192(2016)05- 0015- 05