視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路收費站中的應(yīng)用

楊睿

【摘 要】高速公路機電設(shè)備是保證高速公路正常運行的關(guān)鍵，其主要分布于高速公路收費站出入口，若采用傳統(tǒng)的人工管理，不僅會增加管理人員的工作量，還不便于各種表單的修改，從而影響設(shè)備管理人員的工作效率。而視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效確保高速公路的正常通行，特別是在收費站的應(yīng)用，可以提高車輛出站通行的能力，確保高速公路的高效運行。

【關(guān)鍵詞】高速公路;視頻監(jiān)控系統(tǒng);原則

中圖分類號： U495;U418.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）08-0099-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.041

【Abstract】The highway electromechanical equipment is the key to ensure the normal operation of the expressway. It is mainly distributed at the entrance and exit of the highway toll station. If traditional manual management is adopted， it will not only increase the workload of the management personnel， but also facilitate the modification of various forms. This affects the efficiency of equipment management personnel. The application of the video surveillance system can effectively ensure the normal passage of the expressway， especially in the toll station application， which can improve the ability of the vehicle to travel out of the station and ensure the efficient operation of the expressway.

【Key words】Highway; Video surveillance system; Principle

0 前言

我國的高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)是由街道的交通管制系統(tǒng)發(fā)展而來，在20世紀(jì)末，我國首次在津塘疏港公路上應(yīng)用了計算機、通信及信息處理、自動控制等先進(jìn)技術(shù)，從1986年到現(xiàn)在，我國對高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)投入了相當(dāng)大的精力去研究，發(fā)明了很多先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備，對收費監(jiān)控系統(tǒng)也進(jìn)行了改善，并制定了相關(guān)的管理機制和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為高速公路的正常運行提供了保障。而視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，對于進(jìn)一步提升高速公路的運營能力可以起到重要的作用，特別是智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路收費站的應(yīng)用，對于車輛進(jìn)出入高速公路的通行能力可以起到有效的提升作用。

1 視頻監(jiān)控技術(shù)的含義

視頻監(jiān)控技術(shù)是指運用計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，對高速公路收費站及周圍的情況進(jìn)行觀察和管理，對危險的活動及時報警，通過各種措施保證高速公路收費站的正常運行。智能化系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)有很重要的作用，要想實現(xiàn)監(jiān)控功能，要借助各種傳感器進(jìn)行信息采集，運用電纜將采集信息傳送到監(jiān)控器中，方便保安人員進(jìn)行全面監(jiān)控。另外，利用警燈、遠(yuǎn)紅外線探測儀和攝像頭等設(shè)備進(jìn)行高速公路收費站實時的監(jiān)控是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的原理。高速公路視頻監(jiān)控相關(guān)人員要做好門禁工作，對高速公路收費站出入的人員信息系統(tǒng)錄入，做好外界人員的登記和檢查。

2 高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1 可升級性原則

可升級性原則就是設(shè)計人員利用各種方法進(jìn)行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，升級系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)運行速度和監(jiān)控清晰度逐漸提升，提高高速公路收費站監(jiān)控的有效性。如果技術(shù)人員不能對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新和改造，就要利用其它方法重新設(shè)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這種方法會造成人力資源浪費和成本的增加，影響高速公路運營企業(yè)的正常發(fā)展。所以，工作人員進(jìn)行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計時要按照可升級性原則，不斷的提升監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 智能化設(shè)計原則

智能化設(shè)計原則主要是相關(guān)的設(shè)計人員符合設(shè)計要求情況下，深入研究智能化設(shè)計編程技術(shù)，運用智能儲存等方式對相關(guān)信息技術(shù)進(jìn)行整理儲存，運用這種方式保證監(jiān)控設(shè)備的合理性和可靠性。另外，視頻監(jiān)控使用過程中會發(fā)現(xiàn)其中的問題，通過智能化確定故障類別，并運用科學(xué)的方式采取措施解決，出現(xiàn)細(xì)小的故障也可通過設(shè)備自行修復(fù)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化原則

高速公路收費站視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)有緊密的關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)化原則需要技術(shù)的支持，所以高速公路收費站視頻監(jiān)控技術(shù)有先進(jìn)性，設(shè)計人員要充分運用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。

3 高速公路智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

下面以某高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，通過對高速公路收費站等周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，了解車輛出入收費站的情況。而高速公路智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要是通過圖像處理技術(shù)、去除陰影技術(shù)、檢測目標(biāo)的判斷技術(shù)等功能來實現(xiàn)。

3.1 圖像處理技術(shù)

高速公路收費站智能視頻監(jiān)控技術(shù)是運用模擬攝像機對高速公路收費站進(jìn)行圖像的拍攝，但是攝像機中視頻圖像的采集受到系統(tǒng)檢測終端設(shè)備自身的缺陷和周邊環(huán)境因素的影響，會出現(xiàn)圖像的畸變或者噪聲干擾，降低圖像的清晰度。因此，技術(shù)人員進(jìn)行視頻的分析前要進(jìn)行視頻圖像的處理，對其中圖像的轉(zhuǎn)換和濾波等，降低視頻中的噪聲，加強運動目標(biāo)在視頻中的清晰度，并對其進(jìn)行分析。同時，由于高速公路收費站現(xiàn)場環(huán)境的特殊性，經(jīng)常將攝像機置于收費站值班間的側(cè)面頂上，架設(shè)的位置很高，攝像機拍攝角度受限。設(shè)計人員為了截取更多的視頻圖像，可能視頻圖像的尺寸獲取較大。不但加大了差異化算法的計算量，還令視頻圖像接受圖片受麻點、噪聲的污染。所以為了降低工作量，提升圖像處理水平，所以要對視頻圖像中的重點監(jiān)控地域進(jìn)行視頻差異化的分析。

3.2 去除陰影技術(shù)

高速公路收費站室外的監(jiān)控中，運動目標(biāo)檢測的陰影對監(jiān)控效果影響是不容小覷的。所以，技術(shù)人員在視頻圖像的處理基礎(chǔ)上運用先進(jìn)的目標(biāo)檢測算法，對監(jiān)控區(qū)域目標(biāo)進(jìn)行去除陰影處理。運用NCC的陰影檢測法，即歸一化互相關(guān)函數(shù)。該陰影檢測法是在灰度空間進(jìn)行檢測，設(shè)置陰影檢測區(qū)來提升檢測效果。

3.3 檢測目標(biāo)的判斷技術(shù)

高速公路收費站智能視頻監(jiān)控經(jīng)過視頻圖像的處理、運用目標(biāo)檢測和消除陰影法技術(shù)后得到目標(biāo)圖像的二值圖像，清除干擾和噪聲，連接小的間隙來填充孔洞，但是仍然有消除不了的噪聲，例如較大黑色區(qū)域和相對較大的白色孔洞。噪聲點的分布會很凌亂，一旦視頻圖像中目標(biāo)位置出現(xiàn)密集的噪聲點，就運用連通部位檢測算法，這種方法先是利用連通部分檢測方法，得到相同連通部分的所有圖像點，并對不相同的連通部分進(jìn)行記錄，然后計算連通區(qū)域的面積。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，預(yù)設(shè)建立一個面積閾值T，一旦目標(biāo)部位的連通區(qū)域面積大于T，該區(qū)域即為前景目標(biāo)。一旦小于T，則應(yīng)濾除目標(biāo)部分中的像素點。一般情況下，噪聲和斑點的面積小于前景目標(biāo)的面積，所以，這種方法很大程度上的減少噪聲區(qū)域，保障準(zhǔn)確的檢測到目標(biāo)。另外，高速公路視頻監(jiān)控技術(shù)主要是針對高速公路收費站中的運動物體，包括人、動物和各種運動的物體。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此運動物體的面積和高度比有很大差異。主要觀察高速公路收費站附近重點監(jiān)控區(qū)域中有可疑人員活動和是否有大型機械運動，根據(jù)檢測目標(biāo)中的面積閾值和區(qū)域外接矩形長和寬比例的差異選擇不同的報警目標(biāo)類型。

4 結(jié)果

通過本文提出的智能視頻監(jiān)控算法對某地區(qū)高速公路收費站現(xiàn)場的視頻進(jìn)行分析研究。首先，技術(shù)人員對現(xiàn)場視頻進(jìn)行圖像預(yù)處理，主要內(nèi)容有監(jiān)控區(qū)域的劃分，視頻圖像的轉(zhuǎn)換和增強、噪聲的濾波等，有利于后期目標(biāo)檢測的完成。運用三幀差分法和基于Kalman背景減除法的結(jié)合，提出目標(biāo)前景區(qū)域，運用形態(tài)學(xué)法和基于NCC目標(biāo)檢測算法，對運動前景區(qū)域?qū)嵤┤コ曨l圖像噪聲和陰影去除法進(jìn)行處理。最后運用區(qū)域連通法，根據(jù)運動目標(biāo)的面積判斷運動目標(biāo)種類。這種算法對現(xiàn)場行人和大型機械檢測準(zhǔn)確度增加，可以精準(zhǔn)的識別需要報警的信息。

5 結(jié)論

綜上所述，為了實現(xiàn)高速公路視頻監(jiān)控的廣泛運用，相關(guān)技術(shù)人員要加深對國家科技的創(chuàng)新，利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新監(jiān)控系統(tǒng)，通過圖像處理技術(shù)、去除陰影技術(shù)、檢測目標(biāo)的判斷技術(shù)和實例分析的探討，既節(jié)省了人力和物力，又彌補了傳統(tǒng)監(jiān)控中的不足，促進(jìn)了高速公路收費站的安全發(fā)展。

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