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智能交通中视频检测的电子警察系统

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在智能交通(ITS)中,目前最新型的电子警察系统是一种比其他检测系统性价比高的视频检测系统。这种视频检测系统,能克服天气、行人与环境的背景变化等干扰,从而能较好地实现交通警察所具有的功能。本文介绍视频检测的电子警察系统中的机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线等违章视频检测系统,道路治安卡口视频检测系统,车牌号自动识别、车辆异常行为以及交通拥堵与自动疏导等8种视频检测系统的组成、原理与功能,并展望其发展前景。

    在智能交通(ITS)中,目前有各种各样的检测车辆行驶行为与交通信息的电子警察系统,如有利用磁感应线圈、微波雷达、超声波、红外线、激光、视频等检测技术的系统等。但最新型的电子警察系统是一种视频检测系统,它是通过高清晰度摄像机对动态的交通视频图像实时采集,并输入到计算机进行视频图像的实时检测与处理。这种视频检测技术能克服天气、行人与环境的背景变化等干扰,从而能较好地实现道路交通信息采集、车辆行驶行为检测、路况图像实时监控等功能。

    经实际使用证实,这种视频检测的电子警察系统,所检测的交通参数最为齐全,且所采集视频图像的摄像机,又能与道路监控的摄像机兼容,因而比其他检测系统的性价比高。下面就具体介绍这种利用视频检测技术的电子警察系统中的机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线等违章视频检测系统,道路治安卡口视频检测系统,车牌号自动识别、车辆异常行为以及交通拥堵与自动疏导等8种视频检测系统的组成、原理与功能,并展望其发展前景。

机动车冲红灯违章视频检测系统
    机动车冲红灯违章视频检测系统的组成与原理框图如图1所示。

    由图1看出,机动车冲红灯违章视频检测系统由前端A向与B向的视频组件、检测工控主机、与机动车冲红灯违章管理软件等组成。

    系统的工作原理是,由交通信号控制系统输出路口红绿灯信号,确定放行车道和禁行车道。当禁行车道的视频信号送到工控主机(同时红灯信号送入检测控制单元),由视频车辆检测单元检测到有车辆通过禁行车道时,视频检测工控主机即控制冲红灯违章检测控制单元控制闪光灯驱动单元,使闪光灯闪光,由近景摄像机拍摄违章车辆的车牌号相片,该方向的远景摄像机拍摄该方向的全景相片。

    为确保所摄的相片能作为交管部门的执法依据,一般系统抓拍二幅连续全景相片和一幅能看清车牌号的特写相片,以反映该车辆的运行轨迹。并且,将该结果存贮起来,也可通过人工控制下载到相关存贮媒介,同时通过光纤网络自动传输到交通管理部门作为执法依据。[nextpage]

机动车超速、逆行、压黄线违章视频检测系统
    机动车超速、逆行、压黄线违章视频检测系统的组成与原理框图如图2所示。

    由图2看出,机动车超速、逆行、压黄线违章视频检测系统由前端视频组件、检测工控主机、与机动车超速违章管理软件等组成。

机动车超速违章视频检测系统
    机动车超速违章视频检测系统的工作原理是,系统对特定的地点路面(即划定的检测区域)的车辆的速度与图像进行视频监控与检测(有的可采用微波雷达测速),当系统检测到机动车超过限速值(高速行驶车速大于120km/h)时,即通过视频检测工控主机控制违章检测控制单元,控制闪光灯驱动单元,使闪光灯闪光,由近景摄像机拍摄违章车辆的车牌号相片,远景摄像机拍摄该方向的全景相片。

    为确保所摄的相片能作为交管部门的执法依据,一般系统也抓拍二幅连续全景相片和一幅能看清车牌号的特写相片,并在超速车辆的图像上,记录车辆违章的时间、地点以及车速。同时,将该结果存贮起来,生成违法图像和速度信息数据库,并根据实际要求生成违法处罚通知单,通过光纤网络自动传输到交通管理部门作为执法依据。

机动车逆行违章视频检测系统
    机动车逆行违章视频检测系统的工作原理是,系统对特定的地点路面(即划定的检测区域)的车辆的图像进行视频监控与检测,当系统检测到机动车的行驶方向违反工控机设定的行驶方向时,即通过视频检测工控主机控制违章检测控制单元控制闪光灯驱动单元,使闪光灯闪光,由近景摄像机拍摄违章车辆的车牌号相片,该方向的远景摄像机拍摄该方向的全景相片。

    为确保所摄的相片能作为交管部门的执法依据,一般系统也抓拍二幅连续全景相片和一幅能看清车牌号的特写相片,并在逆行车辆的图像上,记录车辆违章的时间、地点、行驶方向与车速。同时,将该结果存贮起来,生成违法图像信息数据库,并根据实际要求生成违法处罚通知单,通过光纤网络自动传输到交通管理部门作为执法依据,以规范司机遵章驾驶,提高道路的通畅能力,保障人民生命财产安全。

机动车压黄线违章视频检测系统
    机动车超速压黄线违章视频检测系统的工作原理是,系统对特定的地点路面(即划定的检测区域)的黄线区域的图像进行视频监控与检测,当系统检测到机动车辆压黄线时,即通过视频检测工控主机控制违章检测控制单元控制闪光灯驱动单元,使闪光灯闪光,由近景摄像机拍摄违章车辆的车牌号相片,远景摄像机拍摄其全景相片。

    为确保所摄的相片能作为交管部门的执法依据,一般系统也抓拍二幅连续全景相片和一幅能看清车牌号的特写相片,并在压黄线车辆的图像上,记录车辆违章的时间、地点、行驶方向、车型与颜色。同时,将该结果存贮起来,生成违法图像信息数据库,并根据实际要求生成违法处罚通知单,通过光纤网络自动传输到交通管理部门作为执法依据,以规范司机遵章驾驶,减少交通事故,保障人民生命财产安全。[nextpage]

道路治安卡口机动车视频检测系统
    道路治安卡口机动车视频检测系统一般用于城市道路或高速公路出入口、收费站及重点治安地段的治安卡口,其组成与工作原理框图如图3所示。

    该系统可自动识别过往卡口的车辆牌号与车辆特征,自动核对黑名单库,验证出车辆的合法身份。此外,还可对路口情况进行监控和管理,包含出入口车辆的采集、统计、存贮数据和系统工作状态,以便交通管理人员对道路交通安全进行监控、统计、查询和打印报表等工作。

    道路治安卡口机动车视频检测系统的工作原理是,根据每一车辆对应唯一的车牌号,通过近景与远景摄像机对路口过往的每一车辆车牌号图像和车辆全景图像进行连续全天候实时记录,并进行车牌号自动识别。通常,系统是通过高清晰摄像机及高倍率自动光圈镜头,对路口交通状况实施监视的。在监控室,还可通过系统遥控前端的摄像机转动、控制镜头的调焦、变倍;在晚上,为保证系统得到高清晰度的图像,由光控开关自动开启道路上所配置的路灯设施。

    在与对应地区的车管库相连接的情况下,可对比分析当前过往车辆是否为合法车辆,若为违法车辆即自动报警。并且,还要及时准确地为系统提供相应车辆的车型、颜色、车牌号、行驶方向、车速、经过时间等各种参数,以保存到数据库,且数据具备联网查询功能。

车牌号自动识别系统
    由上面介绍的电子警察中的几个分系统可以看出,它们都需要近景摄像机拍摄机动车辆的车牌号。因此,能自动检测识别车牌号,在电子警察系统中是非常重要的。它不仅能作为机动车违章的依据,而且如识别是数据库中的被盗或逃犯的车牌号,还可立即报警抓捕。

    车牌号自动识别系统,能将所采集的汽车及车牌号图像进行处理与识别,并输出为几个字节大小的车牌字符串,它无论在存储空间的占用上还是与管理数据库相连方面,都有无可比拟的优越性。该识别系统,广泛地应用在大型停车场,交通部门的违章监测、高速公路及桥梁的收费站管理等方面。

    车牌号自动识别系统的工作原理框图,如图4所示。

    在CCD摄像机对好汽车牌照的最佳视频位置处,虚拟设置有汽车位置传感器。因此,当汽车驶入所设计的视频位置时,视频车辆检测部分就可检测到汽车在该位置的信号,并同时发送一个触发信号给图像采集部分;图像采集部分将采集的汽车车牌图像信号送入图像处理与识别部分,以对图像进行予处理,二值化、字符切分、特征提取,然后再经字符识别程序,将识别结果最后写入数据库,供查询部分使用。[nextpage]

    为尽量减少成像模糊度,使汽车车牌能较好地识别,需要合理地选择CCD摄像机的快门速度;为使车牌图像保持矩形,必须使CCD摄像机安装的角度要适中。若CCD摄像机与车辆的行驶方向成θ角,则车速υ(选取40km/h)可矢量分解为相对于CCD摄像机的方向υy及与υy垂直方向的υx两个分量。由此引起的模糊度M分解为横向模糊度Mx和纵向模糊度My。而My的影响较小,主要考虑Mx,于是可得


    式中,Δt为CCD摄像机的快门时间;H为所照实际场景的宽度(取4m);h为图像的宽度(取640个像素点)。

    为使得横向模糊度小于2个像素,可计算出Δt·sinθ<1/1000,若θ=30°,则CCD摄像机的快门时间Δt要取1/500s。显然,此时图像采集部分的图像采集卡也要在1/500s采集完成一幅图像。

    通常,采用计算机视觉技术进行视频检测识别车牌的流程,一般都包括车辆图像采集,车牌定位,字符分割,光学字符识别,输出识别结果等5个步骤。

交通拥堵视频检测及自动疏导系统
    在电子警察系统中,还应有交通拥堵检测及自动疏导系统。该项智能化功能,能统计通过的车辆数、检测交通拥堵,并能在十字路口根据视频拥堵检测情况,自适应地控制红绿灯的转换时间,同时还可通过交通信息牌和无线台对交通进行自动疏导。

    一般,为了及时有效地发现交通拥挤,在视频检测系统上端软件中加入了“常发性拥挤自动检测及警告”模块。当交通拥挤发生时,由于行程速度参数反映交通流变化上最敏感,交通量次之,因而利用视频检测技术和拥挤检测算法,就可以准确及时地得到交通流量、行程速度及车道占有率和交通延误等交通参数(这后3个参数是传统检测方法无法准确得到的)。因此,可实现对道路拥挤程度的直接测量。如果测得拥挤,就发出警告信息,并且还可根据具体的拥堵情况自适应地控制红绿灯的转换时间,使交通畅通。

    此外,交通管理中心还可以利用这些数据,在发生交通堵塞或交通事故时迅速采取措施。并且,交通管理中心还可把采集的交通数据处理后,通过道路上的电子显示屏或交通电台等途径传给司机。这样,有助于疏通车流、减缓交通拥挤,并可使司机提高警惕,防止事故发生,以优化行车路线。

车辆异常行为的视频检测系统
    车辆异常行为视频检测系统,能检测识别车辆的异常行为。如车辆驶入绿化草地、人行道,车辆左右乱窜,车辆快速行驶突然停下,并从车上冲出人实施抡劫与绑架等时,均可被视频检测系统的摄像头捕捉到,经系统快速处理与识别为车辆异常行为时,立即进行跟踪与预/报警。

    该视频检测系统,主要用来检测车辆的行驶行为是否异常。通常,系统首先通过摄像头采集视频图像,然后系统进行背景减除提取运动图像,并进行目标类型的处理、识别与跟踪。如有一辆汽车驶入人行道时,系统会自动在该车周围打出两个红色问号,表示其行驶异常,并同时发出警报声,以引起监控室工作人员的注意。当车辆退出人行道后,红色问号消失,警报解除。又如有一辆小汽车快速在停车场或高速公路收费广场逆行等,这时系统会在其周围打出两个红色惊叹号,并发出警报声,表示其行驶行为已经发生异常。再如,当有左右乱窜频繁超越在车道上正常行驶车辆的被劫或逃窜的超速行驶车辆,或快速行驶突然停下从车上冲出人实施抡劫与绑架等的车辆时,也属行驶行为异常车辆,这时系统会发出急促的警报声并自动通知后面的道路治安卡口进行阻拦等。因此,这种车辆异常行为的视频检测系统,在城市道路监控中有着非常大的作用。

    显然,这种车辆异常行为的视频检测系统,可以在无人巡视的条件下,自动检测车辆的异常行驶,自动跟踪与预/报警,从而可实现高效智能化的交通管理。

结语
    由上面的介绍可以看出,这8种视频检测系统均是目前最先进的电子警察系统,有的在国内己被采用,有的即将采用。由于这种系统可通过监控摄像头采集视频图像,然后经计算机通过视频检测软件进行处理、识别,当属车辆异常行驶或违章等时,可立即录像保存与方便自动生成违章等报告,并同时自动进行跟踪与预/报警。因此,这种视频检测的电子警察系统,优越于其他方法的车辆检测系统,它真正能代替交通警察,实现高效智能化的交通管理,从而有着美好而广阔的应用前景。

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