區(qū)間測(cè)速與自動(dòng)提醒系統(tǒng)在邢衡高速中的應(yīng)用

文/河北省高速公路邢衡籌建處 陳翔

區(qū)間測(cè)速與自動(dòng)提醒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

區(qū)間測(cè)速即利用車輛經(jīng)過(guò)兩個(gè)抓拍點(diǎn)的時(shí)間，計(jì)算區(qū)間內(nèi)車輛行駛的平均速度，來(lái)檢測(cè)超速違法車輛。自動(dòng)提醒即通過(guò)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)可變信息標(biāo)志設(shè)備來(lái)提醒、警示駕駛員及時(shí)糾正錯(cuò)誤避免事故發(fā)生。近年來(lái)，區(qū)間測(cè)速已越來(lái)越多地被實(shí)際應(yīng)用，自動(dòng)提醒功能是智能化監(jiān)控的一個(gè)體現(xiàn)，它的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

測(cè)量的范圍加大，全程無(wú)盲點(diǎn)測(cè)速。與定點(diǎn)測(cè)速相比，由于區(qū)間測(cè)速計(jì)算的是區(qū)間內(nèi)的平均速度，測(cè)量范圍更大，能夠?qū)崿F(xiàn)抓拍、全程無(wú)盲點(diǎn)超速檢測(cè)。

測(cè)速精度高，穩(wěn)定可靠。定點(diǎn)測(cè)速受車輛、氣候和元器件漂移等影響，導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性差。而區(qū)間測(cè)速，利用兩個(gè)檢測(cè)斷面之間的距離，并通過(guò)激光測(cè)量標(biāo)定，距離誤差幾乎為零；測(cè)算時(shí)間為兩個(gè)抓拍點(diǎn)的時(shí)間差，只需保證抓拍點(diǎn)設(shè)備的時(shí)間同步即可，因此，測(cè)量的準(zhǔn)確性更高，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性為優(yōu)。

“反監(jiān)控”能力強(qiáng)，監(jiān)控效果提升。通過(guò)電子地圖等高科技設(shè)備，駕駛員會(huì)在單點(diǎn)測(cè)速或監(jiān)控點(diǎn)周邊地段剎車減速，經(jīng)過(guò)監(jiān)控點(diǎn)后繼續(xù)超速行駛，這類具有反監(jiān)控能力的違法超速車，在區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)監(jiān)控下將無(wú)所遁形。

另外，剎車減速規(guī)避監(jiān)控，很容易造成追尾事故。采用區(qū)間測(cè)速后，可間接地減少交通事故的發(fā)生。

說(shuō)服力強(qiáng)，更容易被理解和接受。區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)測(cè)速原理簡(jiǎn)單，精準(zhǔn)度高，更容易被駕駛?cè)私邮埽瑺?zhēng)議性較小。

測(cè)速效率高。傳統(tǒng)超速抓拍設(shè)備取證系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)多輛車將無(wú)法采集圖像數(shù)據(jù)。區(qū)間測(cè)速提供的是兩個(gè)抓拍點(diǎn)針對(duì)同一車輛的抓拍圖像，與其他車輛是否出現(xiàn)無(wú)關(guān)，一定程度上提高了檢測(cè)效率。

信息反饋及時(shí)，實(shí)用性強(qiáng)。區(qū)間超速自動(dòng)提醒功能，自動(dòng)與道路上的可變信息標(biāo)志聯(lián)動(dòng)，及時(shí)提醒超速車輛糾正違法行為，警示其他駕駛?cè)俗⒁饪刂栖囁?。另外，系統(tǒng)還具有語(yǔ)音提醒監(jiān)控人員記錄違章車輛信息、黑名單報(bào)警等功能，從而減輕了監(jiān)控人員的工作負(fù)擔(dān)?？傮w來(lái)說(shuō)，實(shí)用效果顯著，也提升了監(jiān)控管理中心的監(jiān)管力度和服務(wù)水平。

提高設(shè)備資源利用率。自動(dòng)提醒功能利用現(xiàn)有的設(shè)備資源和綜合監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)的SOA架構(gòu)特點(diǎn)，在發(fā)布提醒信息時(shí)，插播一條信息后，將自動(dòng)恢復(fù)，完全不影響原來(lái)的播放內(nèi)容。

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

通過(guò)全程信息化綜合監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)（軟件處理模塊，如圖1所示）將高速抓拍子系統(tǒng)與信息發(fā)布子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。系統(tǒng)的主要組成包括：

硬件組成：海康威視DS-2CD9131-S高速抓拍攝像機(jī)，深圳同鑫TXCMS-DC32-A22超節(jié)能門架式可變信息標(biāo)志；

軟件組成：?？礗VMSIVMS智能交通管控平臺(tái)，基于WebService的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)/接收模塊，可變情報(bào)板CMS通訊服務(wù)軟件，基于SOA架構(gòu)的綜合監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)，Oracle_v3.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)，MS SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫(kù)。

邢衡高速公路（衡水段）項(xiàng)目全線架設(shè)22套高速抓拍攝像機(jī)（含攝像機(jī)和車牌識(shí)別單元），平均每6.6公里1套。每套高速抓拍攝像機(jī)，配置一套頻閃補(bǔ)光燈，均安裝在道路門架式可變信息標(biāo)志上方（如圖2所示）。

綜合監(jiān)控平臺(tái)是結(jié)合該項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行研究定制的監(jiān)控系統(tǒng)，集成了路段上所有機(jī)電設(shè)備和子系統(tǒng)功能，其中，包括區(qū)間測(cè)速與自動(dòng)提醒技術(shù)（如圖3所示）。

圖2 外場(chǎng)設(shè)備

圖3 綜合監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)界面

實(shí)現(xiàn)原理及流程

視頻檢測(cè)原理。視頻檢測(cè)是采用基于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的車輛檢測(cè)方法，其核心原理為自學(xué)習(xí)建立道路背景模型，將當(dāng)前幀圖像與背景模型差分后，得到運(yùn)動(dòng)前景像素點(diǎn)，這些運(yùn)動(dòng)前景像素得到車輛信息。該方法的優(yōu)劣依賴于背景建模算法的性能。

整個(gè)檢測(cè)過(guò)程分為以下幾個(gè)步驟：

由高清攝像抓拍主機(jī)，獲取實(shí)時(shí)的視頻流。

利用背景差分算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)前景。首先通過(guò)初始多幀視頻圖像的自學(xué)習(xí)建立背景模型，然后差分運(yùn)算當(dāng)前幀圖像與背景模型，消除背景影響，從而獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的前景區(qū)域；

根據(jù)背景差分運(yùn)算中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的結(jié)果，有選擇性地更新背景模型并保存。

過(guò)濾噪聲并獲取準(zhǔn)確的車輛位置。

運(yùn)用時(shí)空信息、匹配和預(yù)測(cè)等算法，準(zhǔn)確跟蹤車輛，得到車輛對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡并保存。

判斷車輛是否到達(dá)觸發(fā)線位置，如是沒(méi)有到達(dá)，則進(jìn)行下一幀檢測(cè)，如果到達(dá)則發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。

車輛的抓拍觸發(fā)綜合運(yùn)用了車牌檢測(cè)算法和車輛檢測(cè)算法：首先采用車牌檢測(cè)算法，當(dāng)車輛到達(dá)觸發(fā)線時(shí)，若系統(tǒng)檢測(cè)到圖像中存在車牌，則觸發(fā)抓拍，并進(jìn)行車牌識(shí)別；若系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到車牌，將啟用車輛檢測(cè)算法，若運(yùn)動(dòng)對(duì)象與系統(tǒng)內(nèi)建立的車輛模型相匹配，則觸發(fā)抓拍，并記錄為無(wú)牌車輛（如圖4所示）。

區(qū)間測(cè)速原理。設(shè)檢測(cè)區(qū)間起始點(diǎn)為A和結(jié)束點(diǎn)為B，根據(jù)樁號(hào)預(yù)先計(jì)算AB間的區(qū)間距離，由A、B兩點(diǎn)的抓拍及識(shí)別系統(tǒng)，檢測(cè)、識(shí)別過(guò)往車輛，并將通過(guò)兩點(diǎn)的時(shí)間、識(shí)別結(jié)果及全景圖片發(fā)回監(jiān)控平臺(tái)，計(jì)算同一車輛由A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間差，用距離除以時(shí)間獲得車輛的平均速度（如圖5所示）。

自動(dòng)提醒功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到超速違法行為時(shí)，預(yù)估車輛到達(dá)下一個(gè)信息發(fā)布設(shè)備的時(shí)間，并自動(dòng)向該信息發(fā)布設(shè)備插入臨時(shí)任務(wù)，提醒該車輛已被檢測(cè)到超速行駛，及時(shí)糾正，警示其他車輛注意控制車速，并將信息發(fā)布設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)至原始狀態(tài)。功能實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)包括對(duì)大量過(guò)車數(shù)據(jù)的管理、分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和對(duì)信息發(fā)布設(shè)備的精確控制。

實(shí)際測(cè)試中，過(guò)往的車輛數(shù)量非常龐大，為了提高效率，將數(shù)據(jù)分為歷史過(guò)車數(shù)據(jù)和當(dāng)日過(guò)車數(shù)據(jù)，并分別統(tǒng)計(jì)查詢。

圖4 車輛抓拍觸發(fā)原理示意圖

圖5 區(qū)間測(cè)速原理圖

由于區(qū)間測(cè)速須計(jì)算分析每條數(shù)據(jù)，但超速車輛的出現(xiàn)又較為偶然，頻繁查詢數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)影響系統(tǒng)的工作效率，甚至影響其他功能模塊。因此，在軟件中采用臨時(shí)數(shù)據(jù)能較好地解決此問(wèn)題。另外，考慮到漏拍的可能性，在排除無(wú)效數(shù)據(jù)的同時(shí)，還應(yīng)及時(shí)清理已過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)更新。

提醒信息下發(fā)預(yù)估時(shí)間，由下一區(qū)間的距離除以當(dāng)前區(qū)間的平均速度計(jì)算得出。提醒信息下發(fā)時(shí)，應(yīng)先保存信息發(fā)布設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，制定臨時(shí)插播任務(wù)，待提醒信息到達(dá)終止時(shí)間時(shí)，恢復(fù)設(shè)備至原來(lái)狀態(tài)。

顯示狀態(tài)下，超速車輛并不會(huì)大量集中出現(xiàn)，預(yù)估時(shí)間也不可能完全準(zhǔn)確無(wú)誤，所以保守采用30s的提醒持續(xù)時(shí)間，若期間有新的超速違章發(fā)生，則用新的提醒信息代替并更新定時(shí)器。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程。整個(gè)實(shí)現(xiàn)流程可分為以下幾個(gè)步驟（如圖6所示)：

對(duì)路段上的所有高清卡口抓拍點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，區(qū)分左右線；

實(shí)時(shí)抓拍提取過(guò)往車輛信息，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)上傳至卡口管理平臺(tái)和綜合監(jiān)控平臺(tái)；

圖6 區(qū)間測(cè)速與自動(dòng)提醒流程圖

綜合監(jiān)控平臺(tái)每接收一條數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)過(guò)往車輛流量，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢分析計(jì)算該車輛是否超速違法；

若已超速違法，則計(jì)算預(yù)計(jì)到達(dá)下一個(gè)信息發(fā)布設(shè)備的時(shí)間，并制定可變情報(bào)板定時(shí)任務(wù)發(fā)布，提醒違法車輛；

超速提醒信息下發(fā)持續(xù)一定時(shí)間后（30s至60s），自動(dòng)將信息發(fā)布設(shè)備恢復(fù)至常態(tài)運(yùn)行狀態(tài)；

將超速車輛信息（抓拍圖片、車牌號(hào)、過(guò)車時(shí)間、區(qū)間位置名稱、區(qū)間速度、超速百分比、車型、車身顏色等）存入違章車輛查詢表，對(duì)比黑名單，并分析統(tǒng)計(jì)。

系統(tǒng)可靠性要求

為使系統(tǒng)的判別、計(jì)算、命令下發(fā)更加準(zhǔn)確、可靠，必須注意以下幾點(diǎn)：

車牌識(shí)別率的保證。為使區(qū)間測(cè)速達(dá)到最大的效用，對(duì)通過(guò)該區(qū)間的車輛，在號(hào)牌完整、清晰、安裝規(guī)范，且無(wú)遮擋、無(wú)污損的情況下，號(hào)牌識(shí)別準(zhǔn)確率越高，區(qū)間內(nèi)的有效測(cè)速越高。

系統(tǒng)時(shí)間同步的保證。測(cè)量區(qū)間平均速度的準(zhǔn)確性在于過(guò)車時(shí)間的準(zhǔn)確性，因此，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的同步是保證系統(tǒng)準(zhǔn)確性、可靠性的關(guān)鍵。

系統(tǒng)通訊的保證。各個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸必須依靠網(wǎng)絡(luò)，所以設(shè)備通訊的穩(wěn)定可靠是保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的條件。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將全程區(qū)間測(cè)速與自動(dòng)提醒技術(shù)在邢衡高速（衡水段）的實(shí)施應(yīng)用，得出該技術(shù)能夠?qū)Ω咚俟烦龠`法車輛起到良好的提醒警示作用，同時(shí)也減輕了監(jiān)控負(fù)擔(dān)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了該技術(shù)的及時(shí)性和有效性。但在超速車輛大量集中出現(xiàn)時(shí)，自動(dòng)提醒信息會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用信息發(fā)布設(shè)備，考慮到這種可能性很小，本文暫且忽略此種情況，今后將通過(guò)優(yōu)先級(jí)的控制加以改進(jìn)，尤其在應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)暫停自動(dòng)提醒功能。