視頻圖像在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的多模分析應(yīng)用探討

陳新浩

中圖分類號：F407.47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-0226（2021）12-0079-04

隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，視頻監(jiān)控技術(shù)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并且對交通運(yùn)輸領(lǐng)域的監(jiān)測發(fā)揮了巨大的作用。但是。當(dāng)前的視頻監(jiān)控技術(shù)還存在較大的問題：首先，大量的視頻數(shù)據(jù)是通過人員進(jìn)行觀看，導(dǎo)致當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生之后，工作人員需要通過較長時(shí)間去調(diào)閱事件視頻，方能確認(rèn)事件發(fā)生的地點(diǎn)和類型，這對于處理重要事件來說較為遲緩;其次，當(dāng)前視頻數(shù)據(jù)還普遍存在著檢索速度不高、儲存成本大的缺點(diǎn)。

視頻分析技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)圖像視覺分析將場景中的背景、目標(biāo)分離，進(jìn)而分析并追蹤在攝像機(jī)場景內(nèi)出現(xiàn)的目標(biāo)。對公路水路的視頻圖像，主要進(jìn)行車（船）牌識別、圖像分析、交通狀態(tài)等監(jiān)測，從視頻數(shù)據(jù)中提取結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。針對上述存在的問題，將視頻數(shù)據(jù)通過智能分析處理為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，從而節(jié)約成本，提升管理部門的工作效率。

1視頻識別分析的應(yīng)用需求

1.1公路應(yīng)用

公路部門管理主要對車輛信息識別、交通流特征監(jiān)測、道路交通安全等進(jìn)行監(jiān)測。

a.車輛信息識別。主要通過識別視頻圖像中的車輛，分析出車牌號，通過與公安等部門進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的方式，獲取更多的車輛相關(guān)信息。

b.交通流特征監(jiān)測。主要監(jiān)測交通狀況，對擁堵路段及時(shí)進(jìn)行調(diào)整并交通誘導(dǎo)，通過信息發(fā)布以減少到達(dá)擁堵處的車輛，并加快擁堵消散。

c.道路交通安全監(jiān)測。主要維護(hù)道路交通安全，對異常道路進(jìn)行監(jiān)測并分類。

1.2水路應(yīng)用

水路部門管理主要對船舶信息、航道通行、交通安全等進(jìn)行監(jiān)測。

a.船舶信息監(jiān)測。主要分析水上航行船舶銘牌、方向、噸位、大小、載重。

b.航道通行監(jiān)測。主要分析航道實(shí)時(shí)水位以及監(jiān)控范圍內(nèi)船舶數(shù)量。

c.水路交通安全監(jiān)測。主要用于維護(hù)水路交通安全，對水路上的異常、非法闖入、橋梁限高以及極端天氣進(jìn)行監(jiān)測。

2視頻識別分析的評價(jià)體系構(gòu)建原則

構(gòu)建多模式視頻分析的評價(jià)體系，可以滿足使用人員對視頻圖像場景和決策應(yīng)用的要求，并輔助管理部門選擇視頻分析技術(shù)，該評價(jià)體系構(gòu)建原則如下：

a.客觀性。為了保證評價(jià)體系的客觀性，在選取評價(jià)指標(biāo)時(shí)必須要充分了解各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的功能和作用，反映指標(biāo)的數(shù)據(jù)來源要可靠、準(zhǔn)確。要全面、準(zhǔn)確地體現(xiàn)公路水路固定攝像機(jī)的布置情況及性能。

b.全面性。評價(jià)體系要考慮到公路水路固定攝像機(jī)監(jiān)控視頻中的各個(gè)應(yīng)用場景，通過多模視頻分析獲得結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并服務(wù)好交通運(yùn)輸部門。

c.可比性。體系要求各項(xiàng)指標(biāo)采用國際標(biāo)準(zhǔn)名稱、計(jì)算方法等，能與同類不同城市的公路、水路監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行比較。

d.層次性。公路水路監(jiān)測系統(tǒng)評價(jià)目的清晰，有利于多模式視頻分析指標(biāo)的選取和評價(jià)框架的描述。

3視頻分析在公路水路管理中的應(yīng)用場景

3.1公路應(yīng)用場景

公路固定攝像機(jī)視頻識別主要包括車輛信息、交通流特征以及道路交通安全等，具體內(nèi)容如下：車輛信息用于對車輛在不同時(shí)間段出現(xiàn)的位置進(jìn)行追蹤，對兩客一危、重載普貨等車輛進(jìn)行監(jiān)測：交通流特征用于監(jiān)控范圍內(nèi)的交通運(yùn)行情況，根據(jù)當(dāng)前情況分析交通流特征中的車速、車流量;道路交通安全用于對道路當(dāng)前情況進(jìn)行預(yù)警，包括道路異常、實(shí)時(shí)天氣情況、應(yīng)急車道異常、交叉路口監(jiān)測、橋梁限高監(jiān)測等。

a.車牌識別。根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的各類車牌信息。

b.各車道平均車速。根據(jù)視頻圖像，對各車道行駛車輛的平均車速進(jìn)行監(jiān)測。

c.各車道車輛流量。各車道車輛流量是根據(jù)視頻圖像，對單位時(shí)間內(nèi)各車道行駛車輛的總數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

d.各類型車輛流量。各類型車輛流量是根據(jù)視頻圖像，對單位時(shí)間內(nèi)各種類型車輛的總數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

e.道路異常。根據(jù)視頻圖像，對車道是否有異常行為預(yù)警（如異常?？俊④囕v故障、車禍、拋錨、道路坍塌等）。

f.車輛違停監(jiān)測。車輛違停檢測是根據(jù)視頻圖像，對禁區(qū)范圍內(nèi)是否有車輛長時(shí)間滯留或停靠進(jìn)行監(jiān)測。

g.行人監(jiān)測。行人監(jiān)測是根據(jù)視頻圖像，對監(jiān)控范圍內(nèi)是否有行人出現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測。

h，拋灑物監(jiān)測。拋灑監(jiān)測是根據(jù)視頻圖像，對監(jiān)控范圍內(nèi)是否有拋灑物品出現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測。

i.逆行監(jiān)測。逆行監(jiān)測是根據(jù)視頻圖像，對監(jiān)控范圍內(nèi)各車道行駛車輛行駛方向是否與行駛車道方向異常進(jìn)行監(jiān)測。

j.天氣監(jiān)測。天氣監(jiān)測是根據(jù)視頻圖像，對監(jiān)控范圍內(nèi)實(shí)時(shí)天氣情況進(jìn)行監(jiān)測。

k.應(yīng)急車道異常監(jiān)測。應(yīng)急車道異常監(jiān)測是根據(jù)視頻圖像，對指定區(qū)域內(nèi)車輛行駛特征進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)與預(yù)設(shè)特征相悖車輛。

l.交叉口監(jiān)測。交叉口監(jiān)測是根據(jù)視頻圖像，對路口車輛異常闖入（如機(jī)動車闖入非機(jī)動車道）、車禍、擁堵時(shí)間過長等異常進(jìn)行監(jiān)測。

m.橋梁限高監(jiān)測。橋梁限高監(jiān)測是根據(jù)視頻中的內(nèi)容，在不同天氣情況下。對監(jiān)控范圍內(nèi)橋梁是否有異常及判車輛是否能夠安全通過橋梁進(jìn)行監(jiān)測。

以上識別內(nèi)容的評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

3.2水路應(yīng)用場景

水路固定攝像機(jī)視頻識別主要包括船舶信息、航道運(yùn)行特征以及水路交通安全等。a.船舶信息用于對船舶的基礎(chǔ)信息進(jìn)行監(jiān)測，包括識別船舶銘牌、噸位、大小、載重、方向等。b.航道運(yùn)行特征用于所監(jiān)控范圍內(nèi)的交通運(yùn)行情況，根據(jù)實(shí)時(shí)情況獲取實(shí)時(shí)水位和船舶數(shù)量。c.水路交通安全用于對水路當(dāng)前情況進(jìn)行預(yù)警，包括異常行均為檢測、實(shí)時(shí)天氣情況、非法闖入、橋梁識別等，如圖1所示。

a.船舶銘牌識別。船舶銘牌會出現(xiàn)在船頂、船側(cè)等方位，且大小、字體不一。根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的船舶銘牌，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

b.船舶噸位識別。船舶噸位識別是根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的船舶噸位，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

c.船舶大小識別。船舶大小識別是根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的各船舶大小，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

d.船舶載重識別。船舶載重識別是根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的各船舶載重，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

e.船舶方向識別。船舶方向識別是根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的各船舶方向，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

f.實(shí)時(shí)水位。實(shí)時(shí)水位是根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的各實(shí)時(shí)水位。評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

g.船舶數(shù)量。船舶數(shù)量是根據(jù)視頻圖像，識別視頻區(qū)域的各船舶數(shù)量，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

h.異常行為檢測。異常行為檢測是根據(jù)視頻圖像，識別指定區(qū)域內(nèi)船上人員異常情況及行為的檢測（如船甲板行走、未穿救生衣、傾倒垃圾等），評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

i.實(shí)時(shí)天氣情況。實(shí)時(shí)天氣情況是根據(jù)視頻圖像，對監(jiān)控范圍內(nèi)實(shí)時(shí)天氣情況及其程度進(jìn)行監(jiān)測，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

j.非法闖入。非法闖入是根據(jù)視頻圖像，識男U指定區(qū)域內(nèi)是否有船舶異常闖入或者?？?，評估標(biāo)準(zhǔn)為識別的精確度。

k.橋梁限高識別。橋梁限高識別是根據(jù)視頻圖像，監(jiān)測監(jiān)控范圍內(nèi)橋梁是否有異常及橋梁的基本屬性，并判斷船是否能夠安全通過。

4視頻數(shù)據(jù)試驗(yàn)方案

多模式視頻分析允許使用人員能夠輸入不同的視頻分析方案，對視頻分析方案中獲得的視頻分析結(jié)果進(jìn)行評估，其內(nèi)容具體可以分為基本要求、試驗(yàn)方案邏輯和視頻分析資源庫。

4.1基本要求

基本要求主要包括視頻識別的準(zhǔn)確率參數(shù)和分析效率參數(shù)。a.準(zhǔn)確率參數(shù)。多模式視頻分析方案的分析功能、分析結(jié)果需要與現(xiàn)實(shí)結(jié)果相匹配。多模式視頻分析結(jié)果與目標(biāo)值直接的準(zhǔn)確率應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。b.分析效率參數(shù)。在分析的過程中，多模式視頻分析方案的分析功能需要消耗對應(yīng)的計(jì)算資源和時(shí)間資源。多模式視頻分析方案評估需要對其中所消耗的資源進(jìn)行控制，以匹配當(dāng)前情況。

4.2試驗(yàn)方案邏輯

試驗(yàn)方案邏輯主要是通過把若干組測試視頻、測試時(shí)間范圍、測試項(xiàng)目和測試目標(biāo)結(jié)果帶入測試方案，對測試方案評估的過程。

a.試驗(yàn)輸入。包括測試的視頻、時(shí)間范圍、項(xiàng)目、目標(biāo)結(jié)果、方案。

b.試驗(yàn)方案實(shí)行。通過選定的計(jì)算機(jī)硬件，在環(huán)境內(nèi)放入測試視頻，提供測試的時(shí)間范圍、項(xiàng)目，隔離運(yùn)行測試方案。測試方案在啟動、接收數(shù)據(jù)后，需在測試方規(guī)定時(shí)間內(nèi)提供試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果為與測試目標(biāo)結(jié)果格式相同的數(shù)值或數(shù)值序列，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與目標(biāo)結(jié)果進(jìn)行比對。

c.試驗(yàn)結(jié)果評估。試驗(yàn)結(jié)果評估是測試方根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目輸出結(jié)果的連續(xù)或者離散性質(zhì)，進(jìn)行不同的評估。多組試驗(yàn)方案的評估結(jié)果可以根據(jù)不同方案進(jìn)行加權(quán)評估。

4.3視頻分析資源庫

視頻分析資源庫用于為多模式視頻分析的分析方案提供訓(xùn)練和評估的數(shù)據(jù)集。因?yàn)樾枰罁?jù)固定攝像機(jī)的現(xiàn)實(shí)情況獲得多模式視頻分析方案，因此需要為分析方案的獲取提供一定的數(shù)據(jù)。a.基礎(chǔ)視頻數(shù)據(jù)，需提供需要分析的視頻;b.需要識別的內(nèi)容，應(yīng)提供視頻需要識別的對應(yīng)項(xiàng)目;c.視頻目標(biāo)提取數(shù)據(jù)，為提供的視頻提供分析結(jié)果參考。

5結(jié)語

面對不同的公路水路的視頻圖像分析處理結(jié)果和不同的使用環(huán)境，本文通過探討建立視頻分析算法的分類研究，篩選出適用的算法。通過各類指標(biāo)對所需分析的視頻片段及目標(biāo)結(jié)果進(jìn)行分析，為提高視頻技術(shù)的精準(zhǔn)率，后期還需結(jié)合技術(shù)的發(fā)展對視頻技術(shù)分析深入研究。