基于視覺傳感的動態(tài)高危區(qū)域檢測與系統(tǒng)構(gòu)建

安明偉　鄭少華

摘 要： 動態(tài)高危區(qū)域的檢測、決策發(fā)布是智能道路、智能基礎(chǔ)設(shè)施研究的重要內(nèi)容。為提高交通實時監(jiān)控、安全預(yù)警及應(yīng)急疏導(dǎo)，確保交通安全穩(wěn)定，提出融合寬帶無線接入，以拓展現(xiàn)有固網(wǎng)視頻接入方式。通過視頻圖像處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實現(xiàn)道路災(zāi)害氣象檢測、通數(shù)據(jù)采集和事件檢測，對高危區(qū)域的交通運行狀況和短時交通流量進行預(yù)測，進而給出路網(wǎng)狀況評測和交通路網(wǎng)的穩(wěn)定性分析。通過在高速公路搭建系統(tǒng)進行實驗與測試表明，系統(tǒng)實時性好，檢測準確度高、誤差小，且具有較好的魯棒性，提高了實現(xiàn)高速公路的智能化管理。

關(guān)鍵詞： 視頻圖像處理； 事件檢測； 實時監(jiān)控； 動態(tài)高危區(qū)域

中圖分類號： TN911?34； TP391.41 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）05?0155?04

Detection and construction of dynamic dangerous area monitoring

system based on video sensing

AN Ming?wei， ZHENG Shao?hua

（Department of Communication and Scout， Armored Force Institute， Bengbu 233050， China）

Abstract： The detection and decision release of the dynamic dangerous area are the important research contents of intelligence road and intelligence infrastructure. To improve real?time supervise， safety early warning and emergency evacuation for transportation， and ensure a traffic safety stability， the broadband wireless connection is put forward to expand the way of the exis?ting fixed network video connection. The road disaster weather detection， data acquisition and event detection are carried out with video image processing and data mining technique to predict the traffic condition and the short time traffic flow in the dynamic dangerous area， and then release the road net condition and the stability analysis. Through the experiment and testing results of the system built in the expressway show that the system has good real?time performance， high detection accuracy， small error and better robustness. It improved the intelligence management of expressway.

Keywords： video image processing； event detection； real?time monitoring； dynamic dangerous area

0 引 言

動態(tài)高危區(qū)域主要是指在道路行駛過程中發(fā)生的與交通安全有關(guān)的事件，即可能產(chǎn)生交通安全威脅或風(fēng)險所有事件和因素。如環(huán)境因素，或在路上的障礙，也可能是因之前一些事件產(chǎn)生的不穩(wěn)定的交通環(huán)境，或者突然的交通飽和等。我國發(fā)生的交通事故主要就是在這些動態(tài)高危區(qū)域區(qū)，所以，對于動態(tài)高危區(qū)域的研究和檢測具有重要意義。本文提出融合寬帶無線接入以拓展現(xiàn)有固網(wǎng)視頻接入方式，通過視頻圖像處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實現(xiàn)道路災(zāi)害氣象檢測，交通數(shù)據(jù)采集和事件檢測，并對預(yù)測視頻盲區(qū)的交通運行狀況和短時交通流量，進而給出路網(wǎng)狀況評測和交通路網(wǎng)的穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)實時監(jiān)控、安全預(yù)警及應(yīng)急疏導(dǎo)，確保交通安全穩(wěn)定[1]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模塊設(shè)計

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，以中心服務(wù)器為中心，建立基于3G，WiMAX，WiFi的無線網(wǎng)絡(luò)的信息采集、傳輸、發(fā)布、控制的交通動態(tài)高危區(qū)域或盲區(qū)應(yīng)急監(jiān)控系統(tǒng)，兼容原有傳統(tǒng)固網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)計車載系統(tǒng)、中心訪問控制、并發(fā)處理、應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)，并提供兼容多種終端的Web信息訪問模式[2]。

系統(tǒng)在動態(tài)高危區(qū)域盲區(qū)信息采集系統(tǒng)，即車載系統(tǒng)模塊中，涵蓋了信息采集、兼容RFID等傳感網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)備、信息壓縮編碼和信息的預(yù)處理，包括信息過濾、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)傳輸QoS保障等功能，通過3G，WiMAX，WiFi等無線網(wǎng)絡(luò)將信息回傳中心，在公網(wǎng)上架設(shè)中心服務(wù)器，兼容原有交通固網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，在中心提供安全訪問控制、網(wǎng)絡(luò)固態(tài)檢測及反饋、信息多路并發(fā)訪問和應(yīng)急輔助決策等功能，并提供基于Web的信息發(fā)布，客戶端提供基于B/S+C/S兼容多種異構(gòu)終端的訪問模式通過用戶認證，對交通信息進行訪問和相應(yīng)的控制[3]。系統(tǒng)總體模塊如圖2所示。

1.1 車載信息采集

其主要功能為：視頻采集、編碼、網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、發(fā)送、回顯，RFID等傳感網(wǎng)絡(luò)信息采集等等，車載系統(tǒng)以UPS電源或車載逆變器供電，主要包括車載攝像機、視頻采集服務(wù)器、無線路由設(shè)備、天線、觸摸屏、RDIF射頻等其他信息采集采集設(shè)備。車載攝像機負責(zé)視頻采集，視頻模擬信號通過視頻采集卡輸入到視頻采集服務(wù)器經(jīng)過視頻編碼（H.264，MPEG4）、封裝（TS、3GPP，AVI，RTP），RDIF射頻等其他信息采集設(shè)備通過其相應(yīng)的射頻采集技術(shù)對應(yīng)急事件中的物體、貨物、路面、設(shè)施進行信息采集和處理，通過路由器向中心服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，并根據(jù)當時網(wǎng)絡(luò)的情況，動態(tài)調(diào)節(jié)緩沖和發(fā)送頻率，同時在視頻采集服務(wù)器內(nèi)提供基于Web的配置調(diào)整界面，通過觸摸屏用戶可以在車上現(xiàn)場實時調(diào)節(jié)信息采集配置；移動設(shè)備通過蓄電池供電，其設(shè)備與車載設(shè)備相比更具備便攜性，可以由功能較強的3G手機代替或者由便攜式攝像機+便攜式視頻采集發(fā)送服務(wù)器組成，可以很方便用戶隨身攜帶，并且功能上與車載設(shè)備一致[4]。

1.2 中心服務(wù)器

中心服務(wù)器必須具有公網(wǎng)接口，架設(shè)在具有高帶寬的公網(wǎng)上，同時在硬件要求上由于需滿足200路并發(fā)；以公網(wǎng)發(fā)布為依托，擺脫專網(wǎng)范圍的限制，跨網(wǎng)絡(luò)、跨區(qū)域，實時性高、靈活性強、架設(shè)方便、成本低；并且不需要考慮覆蓋問題、信號送達問題、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)炔捎脤＞W(wǎng)必須考慮的問題。視頻采集端不需要考慮中心服務(wù)器的位置和方式，只需將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到公網(wǎng)中某個固定IP上就可很好地完成視頻傳輸目的地問題。

服務(wù)器由3個子服務(wù)器組成，包括：文件服務(wù)器、中心并發(fā)訪問服務(wù)器、目錄管理服務(wù)器，分別應(yīng)對不同的應(yīng)用需求，其中目錄服務(wù)器是對各個接入系統(tǒng)的客戶端I/O進行安全訪問控制管理、對信息的輸入輸出進行登記和配置、提供基于Web的信息訪問模式、對中心服務(wù)器各類事件進行記錄和反饋；文件服務(wù)器對各類輸入信息及其相應(yīng)的輸入管理者進行登記和存儲，并在目錄服務(wù)器上進行登記，提供相應(yīng)的調(diào)看訪問；中心并發(fā)服務(wù)器負責(zé)對各類接入的客戶端進行基于并發(fā)復(fù)用的處理，優(yōu)化系統(tǒng)負載性能及實時訪問保障。

1.3 再現(xiàn)終端

客戶瀏覽視頻只需要具有Web瀏覽器的手機、PDA、PC、監(jiān)控大屏等設(shè)備，并且需要接入公網(wǎng)，無論是通過WiFi、WiMAX、固網(wǎng)、3G等網(wǎng)絡(luò)接入模式；安裝相應(yīng)的視頻播放查看管理軟件即可查看圖像，用戶通過登錄相應(yīng)的公網(wǎng)網(wǎng)頁，并點擊相應(yīng)需要查看的視頻即可，并可融入B/S+C/S模式，在瀏覽器加入控制反饋機制，實現(xiàn)對視頻的實時調(diào)度指揮[5]。

2 系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 總體結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程

路網(wǎng)動態(tài)高危區(qū)域檢測系統(tǒng)旨在利用路況監(jiān)控視頻圖像，采用圖象處理、計算機視覺以及模式識別技術(shù)，從中發(fā)現(xiàn)路況車輛異常，統(tǒng)計路段交通流信息，提取能見度變化的圖像特征，對路況進行全面的綜合分析，并通過高速公路千兆監(jiān)控以太網(wǎng)發(fā)布警報，同時將請求人工干預(yù)，以實現(xiàn)高速公路的智能化管理，其總體結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程如圖3所示[6]。

可以看出，本系統(tǒng)獨立組網(wǎng)，各視頻綜合服務(wù)器從以太網(wǎng)獲取視頻數(shù)據(jù)，并進行分析，檢測其中的車輛、交通流信息，并計算氣象能見度值。當檢測到能見度異常情況時，通知視頻存儲服務(wù)器進行預(yù)前存儲。

C/S模式的前臺監(jiān)控終端可實時從視頻綜合服務(wù)器獲取監(jiān)控視頻，獲取異常報警、實時交通流參數(shù)以及能見度情況[7]。對于興趣區(qū)域可以通過球機控制模塊控制攝像機進行位置調(diào)整；并可從存儲服務(wù)器調(diào)看事故預(yù)前錄像和歷史統(tǒng)計參數(shù)。當發(fā)生異常事件時，在系統(tǒng)終端界面上發(fā)出警報，以提醒監(jiān)控人員。B/S模式的前臺監(jiān)控可配置各視頻服務(wù)器的工作狀態(tài)，并從存儲服務(wù)器獲取歷史數(shù)據(jù)，并報表輸出。

設(shè)置基于Web的配置管理B/S模式和實時流控制的C/S模式兩種界面模式，分別由兩臺終端實現(xiàn)和使用：

視頻查看模式（C/S模式）： C/S終端用于實時觀看視頻、能見度圖像，并調(diào)看歷史視頻和數(shù)據(jù)查看，進行攝像機控制，預(yù)置位設(shè)定等操作控制，在公路發(fā)生異常行為的情況下，主動提醒監(jiān)控員采取措施，以防患于未然。系統(tǒng)的操作基本分布在工具欄和菜單上。

設(shè)備配置和報表模式（B/S模式）：用于對視頻服務(wù)器設(shè)備進行配置，包括其圖像輸入端口，工作狀態(tài)等，同時對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，給出統(tǒng)一的報表輸出。

2.2 中心服務(wù)器模塊間的通信流程

中心服務(wù)器模塊間的通信流程，如圖4所示，告警服務(wù)器主程序是一個守護進程，啟動后就一直在運行，監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的控制命令組播端口，等待告警終端的指令；在收到告警終端指令后，判斷指令類型，如果是對指定視頻進行告警，對系統(tǒng)進行檢測，如果符合系統(tǒng)運行要求，啟動子進程視頻檢測程序檢測指定視頻，然后返回到等待網(wǎng)絡(luò)命令狀態(tài)；如果指令為關(guān)閉指定視頻，對告警列表進行檢查，關(guān)閉已經(jīng)啟動的檢測進程。

告警進程在啟動后，按照告警終端的所指定的圖像地址，接受網(wǎng)絡(luò)組播圖像，進行分析處理，將處理后疊加字符、異常標識、告警提示等附件信息的視頻通過組播網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，并針對異常事件給出觸發(fā)信令，提示監(jiān)控終端及時進行處理。

3 系統(tǒng)特點

3.1 實時監(jiān)控

提供覆蓋廣泛，成本低廉的監(jiān)控覆蓋范圍，構(gòu)建基于三網(wǎng)融合乃至多網(wǎng)融合的實時監(jiān)控體系，構(gòu)建基于電信運營商3G及寬帶網(wǎng)絡(luò)和交通專網(wǎng)為主體的大網(wǎng)架構(gòu)，兼容基于WLAN、WiMAX的無線網(wǎng)絡(luò)，基于802.11P的無線車聯(lián)網(wǎng)等協(xié)議，在無線、有線、IPv4、IPv6等多種協(xié)議上，兼容合并現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，采用以固網(wǎng)為主導(dǎo)、移動網(wǎng)絡(luò)為補充，在原有的固定監(jiān)控的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于范圍更加廣泛、實時性更加高效的移動實時監(jiān)控。

3.2 安全預(yù)警

針對交通狀態(tài)的實時分析、模型構(gòu)建、車輛跟蹤、事故預(yù)警、災(zāi)害天氣預(yù)警、預(yù)警信息發(fā)布等方面，構(gòu)建以視覺傳感為主的，基于交通流分析的交通實時安全預(yù)警，采用多元傳感為信息采集單位，針對實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)的分析、挖掘和融合，實時給出對交通實時態(tài)勢的評估，同時對交通敏感信息，包括：災(zāi)害天氣、路面黑冰、特殊車輛的軌跡跟蹤、交通流量估計等多種交通應(yīng)急情況的實時檢測和預(yù)警。

3.3 應(yīng)急疏導(dǎo)

針對已發(fā)生或可能發(fā)生的交通事故、交通擁堵、交通突發(fā)情況，為管理者和出行者做出實時高效的應(yīng)對策略，構(gòu)建以路由誘導(dǎo)、交通信號燈控制、匝道控制為手段的，以交通流控制、分流、疏導(dǎo)和應(yīng)急救援為目的，城市交通和高速公路交通為服務(wù)對象的交通應(yīng)急疏導(dǎo)機動處理響應(yīng)機制和方式。

4 結(jié) 語

基于視頻傳感的動態(tài)高危區(qū)域檢測系統(tǒng)采用路況現(xiàn)有的攝像數(shù)據(jù)為統(tǒng)一的分析對象，其建設(shè)和維護均無需破壞路面，成本低，密度高，覆蓋面廣，反應(yīng)快，促使交通基礎(chǔ)設(shè)施能發(fā)揮出更大的效能。同時，動態(tài)高危區(qū)域分析系統(tǒng)的應(yīng)用，將大步提升事件檢測的反應(yīng)速度快，定位精準，縮短事故發(fā)現(xiàn)時間，可及時發(fā)現(xiàn)高危區(qū)域車輛異常行為，統(tǒng)計路況交通流參數(shù)，實時計算路況帶狀能見度分布，并進行報警和錄像，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)效率，有利于減少交通事故過程中的傷亡以及傷害程度，并可極大減少由此引發(fā)的二次事故。系統(tǒng)以其豐富的數(shù)據(jù)為高速公路管理和決策提供了便捷、全面的信息。并以此開展進一步的交通數(shù)據(jù)分析，給出行者提供實時有效的信息，提高服務(wù)質(zhì)量，從而獲得巨大的社會經(jīng)濟效益。

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