基于北斗系統(tǒng)與視頻圖像技術(shù)的智能公交助手

王維

摘要：不同于以往的出行方式，智能公交的出現(xiàn)大大方便了人們的生活。你可以隨時了解自己周邊的公交動態(tài)，了解自己所在的公交路線，獲知線上的所有站點包括公交的前進(jìn)方向等。它大大提高了人們的出行效率，縮短了人們等車候車的時間。而數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實現(xiàn)則更好地輔助軟件實現(xiàn)了各種功能。

關(guān)鍵詞：基于北斗系統(tǒng)與視頻圖像技術(shù)；智能公交；助手

1、前言

公交車已經(jīng)是每個城市重要的細(xì)胞。伴隨著智能公交的應(yīng)用，城市的交通擁擠現(xiàn)狀有所改善，但依然出現(xiàn)特定線路公交車擠爆滿，而其他線路的公交車卻很少有人乘坐的現(xiàn)象。

2、方案設(shè)計

本文提出了一種智能公交車助手，即利用北斗系統(tǒng)定位、傳輸功能和視頻圖像檢測技術(shù)來幫助乘客更有效乘車。該助手通過公交車上和公交站的專用攝像頭采集的視頻信息，對公交車上和公交站人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，經(jīng)計算機(jī)信息處理中心分析處理，采用GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)與地圖疊加，形成一張具有公交車上和車站人數(shù)（密集度）的地圖，方便用戶選擇最合適的乘公交站地點以及乘坐公交車的時間。

3、工作模塊

3.1信息收集模塊

（1）公交智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)裝置包括：公交車上和公交站專用攝像機(jī)，視頻監(jiān)控服務(wù)器（可接收由北斗系統(tǒng)定位得到的位置信息），視頻存儲服務(wù)器。安裝在公交車上和公交車站的視頻終端裝置，將收集到的視頻圖像信息和由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)得到的精確位置信息暫存在視頻存儲服務(wù)器的信息存儲單元中，再經(jīng)4G通信技術(shù)發(fā)送到計算機(jī)信息處理中心，獲得信息發(fā)射點的地理位置信息，為緩解擁堵、選擇合適的上車地點與公交車提供依據(jù)。

（2）客戶端在申請服務(wù)的時候?qū)⑺奈恢煤托枨笪恢眯畔l(fā)送至計算機(jī)信息處理中心。

3.2通信模塊

（1）公交智能監(jiān)視系統(tǒng)支持最多4路實時視頻和4路視頻錄像；采用三層C/S架構(gòu)設(shè)計，可適應(yīng)不同的應(yīng)用需求和運營商的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，更加及時和快速處理各類數(shù)據(jù)。

（2）利用北斗的短報文傳通信功能，將定位得到的所有公交車和公交車站的位置信息發(fā)給計算機(jī)處理中心，以便能夠更好地匹配識別視頻終端發(fā)送的視頻和位置信息。

（3）客戶端（用戶）的地理位置和需求位置等信息通過4G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)信息處理中心。

（4）將經(jīng)過計算機(jī)信息處理中心處理后的結(jié)果信息（最合適的公交站和公交車以及全程路線、所需時間等信息）發(fā)送給客戶端。

3.3信息處理模塊

該模塊是計算機(jī)處理中心以GIS地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)接收來自公交智能監(jiān)視系統(tǒng)的視頻圖像、地理位置以及北斗系統(tǒng)精確的位置信息，匹配對應(yīng)位置后，采用運動目標(biāo)檢測和目標(biāo)跟蹤的方法進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計；將統(tǒng)計結(jié)果與GIS系統(tǒng)的地圖結(jié)合生成一張具有公交車和車站人數(shù)（密集度）的地圖。

3.4客戶端

通過手機(jī)客戶端的公交助手可以顯示實時公交車所在位置和所走的線路，可以查詢某一條特定線路的人數(shù)變化從而自主選擇自己需要乘坐的公交車，其獨特功能是和公交系統(tǒng)的流量對接，實時顯示公交車輛的調(diào)度，可到站提醒。

4、工作原理

4.1總體工作具體原理

安置的專用攝像頭對各個地點的視頻圖像進(jìn)行采集，通過視頻監(jiān)控服務(wù)器和視頻存儲服務(wù)器處理壓縮視頻圖像信息并存儲；視頻終端將視頻圖像信息和北斗系統(tǒng)定位得到的位置信息傳輸至計算機(jī)信息處理中心，處理生成具體的每輛公交車和公交車站的人數(shù)（密度集）信息，與短報通信技術(shù)發(fā)來的地理位置信息、GIS系統(tǒng)與地圖疊加后形成一張新的具有公交車和車站人數(shù)（密集度）的地圖。

4.2檢測密集程度具體工作原理

4.2.1運動目標(biāo)檢測

具體流程如右圖所示：

實現(xiàn)運動目標(biāo)檢測主要包括運動目標(biāo)檢測與乘客頭部目標(biāo)提取。其中運動目標(biāo)檢測的方法采用幀間差分法。這種方法是通過對連續(xù)兩幀或三幀圖像的差值計算信息的運動目標(biāo)檢測，它可以很好地適用于存在多個獲得運動物體位置和形狀等動目標(biāo)和攝像機(jī)移動的情況。通過對差分結(jié)果進(jìn)行二值化濾波，以準(zhǔn)確判斷運動目標(biāo)的存在，并獲取目標(biāo)所在區(qū)域。過程如圖：

乘客頭部目標(biāo)的提取通過灰度拉伸，增強(qiáng)了頭部目標(biāo)的辨識度，克服了光照不足、頭部陰影所帶來的影響；通過形態(tài)學(xué)處理和構(gòu)造頭部輪廓相似度目標(biāo)函數(shù)，實現(xiàn)了對頭部目標(biāo)的準(zhǔn)確提取。該方法計算簡單，檢測精度高，具有很好的實時性、準(zhǔn)確性和抗干擾能力。

4.2.2目標(biāo)跟蹤采用基于特征的跟蹤方法。

利用目標(biāo)的顏色直方圖的方法，可以有效解決由于乘客在運動的過程中與攝像機(jī)的相對位置發(fā)生改變，無法僅依靠圖像的輪廓特征準(zhǔn)確對頭部目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的問題，可克服頭部目標(biāo)的部分遮擋。合適采用Mean-shift方法，利用顏色直方圖建立目標(biāo)模板，進(jìn)行頭部目標(biāo)跟蹤。MeanShift算法是一種基于密度梯度的無參數(shù)估計方法，從空間任意一點，沿核密度的梯度上升方向，進(jìn)行迭代搜索，最終可以收斂于核密度估計函數(shù)的局部極大值處。

5、創(chuàng)新點及應(yīng)用

（1）該助手主要為公交出行設(shè)計，與計算機(jī)、智能公交系統(tǒng)以及北斗衛(wèi)星相結(jié)合，能有效地管理、調(diào)度、配置公交車，做到了科學(xué)規(guī)劃，合理安排。（2）該助手能夠快速分析各時間地點的人流，節(jié)約用戶的等候時間，提高人們的出行效率。（3）該助手工作的信息也將會得到保存，為改善交通現(xiàn)狀提供依據(jù)。同時也對公交出行的財產(chǎn)安全等起到了一定的保障。（4）該助手實現(xiàn)了雙向通信，不僅客戶可以查閱到車站以及公交車的詳細(xì)信息。同時司機(jī)也可以掌握站點以及附近車輛信息。（5）應(yīng)用北斗短報文通信，可以使計算機(jī)處理中心獲得更準(zhǔn)確的地理位置信息，減少誤差。

6、結(jié)語

通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)與智能公交的結(jié)合產(chǎn)生的智能公交助手，將有效的解決交通擁堵、乘車難等問題。即便是在上下班高峰期，乘客通過智能公交助手了解車輛的擁擠情況以及道路的交通狀況，配合車站工作室合理調(diào)度，用戶以此作為參考來選擇較為合理的線路，大大提高人們出行的效率，避免了公共資源的浪費。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢京學(xué)，甄杰，郭英. Android 手機(jī) GPS 和 A-GPS 定位精度分析[J] . 測繪通報，2016（ 7） ： 10-13.

（作者單位：中國交通通信信息中心 智慧交通事業(yè)部

交通運輸通信信息工程質(zhì)量檢測中心）