視頻分析技術(shù)在城市交通體系中的應用
圍繞整個城市交通體系，視頻分析技術(shù)大致可以應用在三個道路區(qū)域：十字路口、道路路段、以及移動行駛的公交車，這種設計可以實現(xiàn)對整個道路交通體系的全方位覆蓋。通過對城市路口、路段和移動式三種覆蓋方式的綜合違法監(jiān)測，使建立城市無縫覆蓋的交通違法監(jiān)測網(wǎng)、交通流量采集網(wǎng)與智能感知信號控制系統(tǒng)成為可能，這在直接為交通信息發(fā)布、交通誘導和交通執(zhí)法提供有力技術(shù)手段的同時，必然將更好的提高交警執(zhí)法效率和城市交通整體管理水平。
圖1 基于視頻分析技術(shù)的城市交通體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)的核心概念是物品的自動識別和信息的互聯(lián)共享、并實現(xiàn)實時管理和控制。這一特點非常符合交通違法監(jiān)測、交通流量監(jiān)測與誘導、交通信號控制等智能交通應用的特征。
感知層：一般安裝在實際的道路現(xiàn)場，感知層設備主要是對道路交通信息進行實時監(jiān)測采集,是智能視頻分析技術(shù)的主要應用場合；
傳輸層：只要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，負責將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇还苤行?。在實際應用中可以選用光纖、網(wǎng)絡、無線等方式；
應用層：應用層主要涉及到同交管人員的交互，如果將前端獲取的交通信息顯示給交管人員。對于違法信息，需要將數(shù)據(jù)寫違法管理平臺。方便對違法車輛進行違法后處理。對于交通流量信息需要通過電子地圖的方式顯示給客戶，另一方面可自動的將信息反饋給道路交通誘導系統(tǒng)，方便交通信息的發(fā)布。
城市路口綜合違法監(jiān)測
城市道路路口作為城市交通的重要節(jié)點，是影響整個城市交通的關(guān)鍵。在十字路口安裝電子警察系統(tǒng)對整個道路交通治理具有重要的意義。目前，大部分的電子警察系統(tǒng)是基于地感線圈進行車輛檢測的，由于技術(shù)限制只能抓拍闖紅燈這一種車輛違法行為。對不按車道行駛、車輛逆行、異常停車等車輛違法行為無法進行檢測。而在實際統(tǒng)計的數(shù)據(jù)表明，不按車道行駛、異常停車等違法行為在路口違法行為中所占比重并不低，甚至超過了傳統(tǒng)闖紅燈行為的數(shù)量。在這種背景下，基于視頻分析技術(shù)高清電子警察系統(tǒng)，將得到大規(guī)模的應用。首先，系統(tǒng)可以檢測出道路交通流量、車道占有率、排隊長度、平均車速等交通參數(shù)信息，通過與路口信號控制機相聯(lián)可以更加有效的進行道路信號控制，使得紅綠燈時長更加合理，減少車輛等待時間；其次，系統(tǒng)可以對路口車輛違法行為進行監(jiān)測，從而起到規(guī)范駕駛員駕駛行為的目的。這不但可以減少路口突發(fā)事件，進一步減輕道路的擁堵情況，還能增加駕駛員的安全系數(shù)。
闖紅燈違法檢測：系統(tǒng)可直接對路口車輛進行檢查，當紅燈狀態(tài)時如果有車輛經(jīng)過便對其進行捕獲抓拍；
不按車道行駛違法檢測：直行車道左右拐、右拐車道直行與左拐、左拐車道直行與右拐等違法行為；
治安卡口：在進行路口違法行為檢測的同時，系統(tǒng)還能起到綠燈卡口的作用；
車牌識別：對于違法車輛的車牌，系統(tǒng)可自動進行號牌識別，識別結(jié)果可以直接寫入數(shù)據(jù)庫；
交通參數(shù)統(tǒng)計功能：系統(tǒng)可以對路口過往車輛實時進行統(tǒng)計，得到的數(shù)據(jù)實時發(fā)送交通控制信號機，信號機可以根據(jù)實時的車輛信息對紅路燈進行合理控制；
數(shù)據(jù)上傳：通過IP網(wǎng)絡系統(tǒng)可將違法數(shù)據(jù)以及交通參數(shù)數(shù)據(jù)實時上傳到交通指揮中心。對于違法數(shù)據(jù)交管中心可以對違法數(shù)據(jù)進行下一步處理，而交通流量信息可實時在指揮調(diào)度平臺上顯現(xiàn)，通過交通信息發(fā)布系統(tǒng)可以實時的發(fā)布出去。
路段綜合違法監(jiān)測
相比于路口的交通狀況，路段中的情況要好一些，需要的功能也比路口簡單。同樣也是交通參數(shù)統(tǒng)計、道路違法檢測兩個方面。其中主要的違法行為是不按車道行駛，例如“加塞”、占用應急車道、壓實線等。這些違法很容易造成路段中的交通事故，從而加重道路的擁堵情況。針對這一情況，之前的解決辦法是采用固定式違法檢測設備。即在相關(guān)的路段安裝固定式違法監(jiān)測設備，對違法行為進行檢測。然而這種設備一般安裝復雜、成本高，不容易實現(xiàn)大規(guī)模的部署。安裝設備的地點時間長了，司機很容易辨識以繞道行駛，逃避處罰。
基于智能視頻分析技術(shù)的道路綜合違法檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對路段交通的實時監(jiān)測。另外，采用嵌入式智能一體機作為成像以及控制設備的系統(tǒng)，可以采用太陽能方式供電、3G無線數(shù)據(jù)傳輸，可方便地進行遷移，從而達到了可以在路段靈活布控的目的。這將大大增加電子警察系統(tǒng)的覆蓋范圍，無論是從成本還是工程角度考慮都是系統(tǒng)的應用變得更加合理。
不按車道行駛違法檢測：路段中的車輛違法行為主要包括：壓實線違法、車輛逆向行駛、占用應急車道違法等。系統(tǒng)可直接分析出各種路段車輛違法行為對其進行抓拍，抓拍之后可對違法車輛號牌實時進行車牌識別；
交通流量參數(shù)統(tǒng)計功能：通過實時的圖像分析，系統(tǒng)可以得到路段中的交通參數(shù)信息，包含車道占有率、平均車速等；
同路口綜合違法監(jiān)測系統(tǒng)一樣，路段系統(tǒng)得到的交通參數(shù)信息和車輛違法信息可以實時通過IP網(wǎng)絡上傳到中心交管平臺。
移動式綜合違法監(jiān)測
大力發(fā)展公共交通體系，已經(jīng)成為緩解城市道路擁堵問題的有效解決方式之一。而公交專用道因其投資省、見效快、技術(shù)要求低等特點，已經(jīng)被各大城市所采用。然而，在實際中公交專用道經(jīng)常有被社會車輛占用的情況，這種情況下建立一套占用公交車道違法監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤其必要。
對于公交占道行為，目前的解決辦法同路段的解決方式相同，主要是安裝固定式違法監(jiān)測設備。由于成本、施工等方面無法對整個路段進行大規(guī)模覆蓋安裝，從而不能對整個公交行駛?cè)踢M行監(jiān)測。這種情況下，最好的解決辦法是使用高集成化設備。將設備安裝到公交車上，隨公交車一起對整個行駛過程進行全程監(jiān)控。真正保障公交車在公交專用道上順暢行駛。
基于智能視頻分析技術(shù)的移動式綜合違法檢測系統(tǒng)利用高清智能設備對占用公交車道的車輛進行檢測，一旦檢測到有公共車輛進入便對其抓拍。系統(tǒng)采用GPS車輛定位已經(jīng)3G無線傳輸，可方便的安裝在公交車的車頭或車尾，對車輛運行全程進行監(jiān)控實時得到車輛的位置信息，并將車輛的違法數(shù)據(jù)以及位置信息一同上傳到交管中心。
獲取車輛位置信息：通過GPS定位系統(tǒng)可實時得知車輛的位置信息，只有到規(guī)定的公交專用路段才對占到車輛進行抓拍；
占到車輛捕獲抓拍：系統(tǒng)可以直接通過視頻分析的方式檢測占道車輛，一旦有車輛進入公交專用道便對其進行抓拍；
車牌識別：系統(tǒng)可直接對違法車輛進行號牌識別，可識別多種號牌并具有號牌過濾功能；
違法數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)可通過3G無線網(wǎng)絡將抓拍到的違法數(shù)據(jù)實施上傳到交通管理中心。
結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡傳輸基礎設施的完善(無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng))，和移動信息發(fā)布平臺(智能手機)的飛速發(fā)展，以及圖像和視頻采集設備的廣泛應用，對圖像識別應用的需求將進入快速增長期。
通過高清嵌入式智能攝像機技術(shù)和核心視頻識別算法，實現(xiàn)高清相機和智能分析軟件的一體化已然成為現(xiàn)實，特別是高性能、低功耗、低成本的視頻感知產(chǎn)品的推出，使得組建大規(guī)模甚至全覆蓋智能交通違章監(jiān)測網(wǎng)與大規(guī)模交通流量監(jiān)測網(wǎng)成為可能，而這其中智能視頻分析技術(shù)扮演的角色也越來越重要。未來城市交通視頻智能化技術(shù)的廣泛使用，可以使我們確信其在緩解城市交通擁堵，提高交警執(zhí)法效率和城市交通管理水平方面發(fā)揮更加積極的作用。
圍繞整個城市交通體系，視頻分析技術(shù)大致可以應用在三個道路區(qū)域：十字路口、道路路段、以及移動行駛的公交車，這種設計可以實現(xiàn)對整個道路交通體系的全方位覆蓋。通過對城市路口、路段和移動式三種覆蓋方式的綜合違法監(jiān)測，使建立城市無縫覆蓋的交通違法監(jiān)測網(wǎng)、交通流量采集網(wǎng)與智能感知信號控制系統(tǒng)成為可能，這在直接為交通信息發(fā)布、交通誘導和交通執(zhí)法提供有力技術(shù)手段的同時，必然將更好的提高交警執(zhí)法效率和城市交通整體管理水平。
圖1 基于視頻分析技術(shù)的城市交通體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)的核心概念是物品的自動識別和信息的互聯(lián)共享、并實現(xiàn)實時管理和控制。這一特點非常符合交通違法監(jiān)測、交通流量監(jiān)測與誘導、交通信號控制等智能交通應用的特征。
感知層：一般安裝在實際的道路現(xiàn)場，感知層設備主要是對道路交通信息進行實時監(jiān)測采集,是智能視頻分析技術(shù)的主要應用場合；
傳輸層：只要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，負責將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇还苤行?。在實際應用中可以選用光纖、網(wǎng)絡、無線等方式；
應用層：應用層主要涉及到同交管人員的交互，如果將前端獲取的交通信息顯示給交管人員。對于違法信息，需要將數(shù)據(jù)寫違法管理平臺。方便對違法車輛進行違法后處理。對于交通流量信息需要通過電子地圖的方式顯示給客戶，另一方面可自動的將信息反饋給道路交通誘導系統(tǒng)，方便交通信息的發(fā)布。
城市路口綜合違法監(jiān)測
城市道路路口作為城市交通的重要節(jié)點，是影響整個城市交通的關(guān)鍵。在十字路口安裝電子警察系統(tǒng)對整個道路交通治理具有重要的意義。目前，大部分的電子警察系統(tǒng)是基于地感線圈進行車輛檢測的，由于技術(shù)限制只能抓拍闖紅燈這一種車輛違法行為。對不按車道行駛、車輛逆行、異常停車等車輛違法行為無法進行檢測。而在實際統(tǒng)計的數(shù)據(jù)表明，不按車道行駛、異常停車等違法行為在路口違法行為中所占比重并不低，甚至超過了傳統(tǒng)闖紅燈行為的數(shù)量。在這種背景下，基于視頻分析技術(shù)高清電子警察系統(tǒng)，將得到大規(guī)模的應用。首先，系統(tǒng)可以檢測出道路交通流量、車道占有率、排隊長度、平均車速等交通參數(shù)信息，通過與路口信號控制機相聯(lián)可以更加有效的進行道路信號控制，使得紅綠燈時長更加合理，減少車輛等待時間；其次，系統(tǒng)可以對路口車輛違法行為進行監(jiān)測，從而起到規(guī)范駕駛員駕駛行為的目的。這不但可以減少路口突發(fā)事件，進一步減輕道路的擁堵情況，還能增加駕駛員的安全系數(shù)。
闖紅燈違法檢測：系統(tǒng)可直接對路口車輛進行檢查，當紅燈狀態(tài)時如果有車輛經(jīng)過便對其進行捕獲抓拍；
不按車道行駛違法檢測：直行車道左右拐、右拐車道直行與左拐、左拐車道直行與右拐等違法行為；
治安卡口：在進行路口違法行為檢測的同時，系統(tǒng)還能起到綠燈卡口的作用；
車牌識別：對于違法車輛的車牌，系統(tǒng)可自動進行號牌識別，識別結(jié)果可以直接寫入數(shù)據(jù)庫；
交通參數(shù)統(tǒng)計功能：系統(tǒng)可以對路口過往車輛實時進行統(tǒng)計，得到的數(shù)據(jù)實時發(fā)送交通控制信號機，信號機可以根據(jù)實時的車輛信息對紅路燈進行合理控制；
數(shù)據(jù)上傳：通過IP網(wǎng)絡系統(tǒng)可將違法數(shù)據(jù)以及交通參數(shù)數(shù)據(jù)實時上傳到交通指揮中心。對于違法數(shù)據(jù)交管中心可以對違法數(shù)據(jù)進行下一步處理，而交通流量信息可實時在指揮調(diào)度平臺上顯現(xiàn)，通過交通信息發(fā)布系統(tǒng)可以實時的發(fā)布出去。
路段綜合違法監(jiān)測
相比于路口的交通狀況，路段中的情況要好一些，需要的功能也比路口簡單。同樣也是交通參數(shù)統(tǒng)計、道路違法檢測兩個方面。其中主要的違法行為是不按車道行駛，例如“加塞”、占用應急車道、壓實線等。這些違法很容易造成路段中的交通事故，從而加重道路的擁堵情況。針對這一情況，之前的解決辦法是采用固定式違法檢測設備。即在相關(guān)的路段安裝固定式違法監(jiān)測設備，對違法行為進行檢測。然而這種設備一般安裝復雜、成本高，不容易實現(xiàn)大規(guī)模的部署。安裝設備的地點時間長了，司機很容易辨識以繞道行駛，逃避處罰。
基于智能視頻分析技術(shù)的道路綜合違法檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對路段交通的實時監(jiān)測。另外，采用嵌入式智能一體機作為成像以及控制設備的系統(tǒng)，可以采用太陽能方式供電、3G無線數(shù)據(jù)傳輸，可方便地進行遷移，從而達到了可以在路段靈活布控的目的。這將大大增加電子警察系統(tǒng)的覆蓋范圍，無論是從成本還是工程角度考慮都是系統(tǒng)的應用變得更加合理。
不按車道行駛違法檢測：路段中的車輛違法行為主要包括：壓實線違法、車輛逆向行駛、占用應急車道違法等。系統(tǒng)可直接分析出各種路段車輛違法行為對其進行抓拍，抓拍之后可對違法車輛號牌實時進行車牌識別；
交通流量參數(shù)統(tǒng)計功能：通過實時的圖像分析，系統(tǒng)可以得到路段中的交通參數(shù)信息，包含車道占有率、平均車速等；
同路口綜合違法監(jiān)測系統(tǒng)一樣，路段系統(tǒng)得到的交通參數(shù)信息和車輛違法信息可以實時通過IP網(wǎng)絡上傳到中心交管平臺。
移動式綜合違法監(jiān)測
大力發(fā)展公共交通體系，已經(jīng)成為緩解城市道路擁堵問題的有效解決方式之一。而公交專用道因其投資省、見效快、技術(shù)要求低等特點，已經(jīng)被各大城市所采用。然而，在實際中公交專用道經(jīng)常有被社會車輛占用的情況，這種情況下建立一套占用公交車道違法監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤其必要。
對于公交占道行為，目前的解決辦法同路段的解決方式相同，主要是安裝固定式違法監(jiān)測設備。由于成本、施工等方面無法對整個路段進行大規(guī)模覆蓋安裝，從而不能對整個公交行駛?cè)踢M行監(jiān)測。這種情況下，最好的解決辦法是使用高集成化設備。將設備安裝到公交車上，隨公交車一起對整個行駛過程進行全程監(jiān)控。真正保障公交車在公交專用道上順暢行駛。
基于智能視頻分析技術(shù)的移動式綜合違法檢測系統(tǒng)利用高清智能設備對占用公交車道的車輛進行檢測，一旦檢測到有公共車輛進入便對其抓拍。系統(tǒng)采用GPS車輛定位已經(jīng)3G無線傳輸，可方便的安裝在公交車的車頭或車尾，對車輛運行全程進行監(jiān)控實時得到車輛的位置信息，并將車輛的違法數(shù)據(jù)以及位置信息一同上傳到交管中心。
獲取車輛位置信息：通過GPS定位系統(tǒng)可實時得知車輛的位置信息，只有到規(guī)定的公交專用路段才對占到車輛進行抓拍；
占到車輛捕獲抓拍：系統(tǒng)可以直接通過視頻分析的方式檢測占道車輛，一旦有車輛進入公交專用道便對其進行抓拍；
車牌識別：系統(tǒng)可直接對違法車輛進行號牌識別，可識別多種號牌并具有號牌過濾功能；
違法數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)可通過3G無線網(wǎng)絡將抓拍到的違法數(shù)據(jù)實施上傳到交通管理中心。
結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡傳輸基礎設施的完善(無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng))，和移動信息發(fā)布平臺(智能手機)的飛速發(fā)展，以及圖像和視頻采集設備的廣泛應用，對圖像識別應用的需求將進入快速增長期。
通過高清嵌入式智能攝像機技術(shù)和核心視頻識別算法，實現(xiàn)高清相機和智能分析軟件的一體化已然成為現(xiàn)實，特別是高性能、低功耗、低成本的視頻感知產(chǎn)品的推出，使得組建大規(guī)模甚至全覆蓋智能交通違章監(jiān)測網(wǎng)與大規(guī)模交通流量監(jiān)測網(wǎng)成為可能，而這其中智能視頻分析技術(shù)扮演的角色也越來越重要。未來城市交通視頻智能化技術(shù)的廣泛使用，可以使我們確信其在緩解城市交通擁堵，提高交警執(zhí)法效率和城市交通管理水平方面發(fā)揮更加積極的作用。
