1、高速公路交通视频监控及事件检测技术方案高速公路交通视频监控及事件检测技术方案第1章 前言高速公路是一个国家现代化水平的重要标志之一，而高速公路的信息化建设则是实现高速公路现代化管理最重要的基础支撑。随着我国高速公路里程的增加，人们对高速公路的通行能力和服务质量提出了越来越高的要求。尤其是国际化大都市，随着城市化区域的扩张，路网建设的日益完善，高速公路不仅承担了远距离对外交通辐射的功能，它已与城市道路、快速路等紧密相连，成为人们日常出行不可缺少的一部分。其城市交通功能在不断加强，正在朝着与城市交通一体化的方向发展。长期以来，由于各种原因，联接市与周边地区的主要交通快速路和高速路并没有纳入交管部门
2、的统一管理。一些早期建设的高速路，由于与城区道路紧密相联，交管局陆续建设了一些电视监控点位。其它大部分高速路除某些单位自建的监控信息点外，基本处于交通监控和监测盲区，高速公路的智能交通信息管理水平远远落后于城市道路交通管理。尤其是近年来，随着高速公路里程的增长和机动车流量不断增大，因超速行驶引发的交通事故也迅速增加，此外，高速公路上诸如大货车占用小型机动车车道、行驶车辆占用紧急车道等交通违法行为也日益增多，严重扰乱了高速公路的交通秩序，甚至直接导致拥堵事件的发生，给广大市民的出行带来了极大的不便。因此，为保证高速公路交通安全，及时遏制违法行为，避免引发交通事故。拟从高速路着手，充分利用已有的城
3、市道路智通交通系统建设经验，并结合高速路的特点，统一规划、系统建设，通过建立集多种业务应用于一体的交通综合信息监测系统，不仅可以为交管部门高速公路交通管理工作提供技术支撑；为郊区县的大型活动交通科技保障提供技术支撑；为预防高速公路重特大事故的发生提供技术支撑；为高速公路行车通畅提供技术支撑，更主要的目标是逐步将高速公路交通信息管理全面纳入交管局的智能交通管理体系中。 第2章 技术背景在城市交通道路、高速公路上，各种交通事故如果得不到及时处理，会带来许多不良后果：如城市交通道路、高速公路的管理部门不能尽快获取事故信息，无法及时赶到现场处理；紧急救护部门不能及时获取事故信息，无法及时实施救援工作等
4、。若事故或交通堵塞不能及时检测和处理，必然会引起车辆的绕行、甚至是二次事故的发生，降低了交通道路运营效率，给城市交通道路、高速公路运营公司带来巨大的经济损失。目前，我国道路交通事故死亡人数高居世界第一，事故死亡率比欧洲发达国家要高出10倍以上，经济损失更加惊人。因此，应用城市交通道路、高速公路交通事件检测与管理具有重要意义。 交通异常事件是产生交通阻塞和延误的主要原因，交通阻塞和延误导致巨大的财产损失。为了预防或减少交通事故带来的损失，及时有效地进行交通事故救援和处理，有效减少因交通事故而产生的交通延误及避免二次事故的发生，我们就必须认真考虑如何才能减少交通阻塞。减少交通阻塞和车辆延误的一个方
5、法就是降低各种交通事件对交通流的影响。因此必须迅速获取事件信息，迅速分析处理。交通事件自动检测系统是利用现有的和新增的图像资源，建立视频事件自动检测系统，使交通管理部门及时、准确、直观地获取准确的交通事件信息，以便科学、合理、快捷的处置交通事件，确保交通畅通。交通事件视频检测系统就是对城市交通道路、高速公路交通信息图像进行的应用和挖掘的。交通管理部门建设很多的电视监控等图像监控系统虽然为我们提供大量的交通事件等交通信息，但由于受到技术条件的限制，这些海量的交通信息只能靠人工的进行检测、识别、统计，其结果不但是效率低下，而且造成大量的交通信息资源浪费，根本就不能很好的为交通管理者提供各种辅助决策
6、。而现在交通事件检测系统是利用图像监控系统的图像数字化处理后，经过分析判断路面上的一些事故、故障或则一些突发情况，以协助指挥人员部署调动警力进行相应处理的智能系统。它的主要目的有以下几点：把交通事故从被动跟踪改变成主动报警，可以使交通事件及时、准确、直观，让交通管理部门获取准确的交通事件信息，以便科学、合理、快捷的处理交通，确保交通的畅通，同时可以对交通事故进行统计分析，达到预测和防范作用。因此它不仅只是一个交通事件检测系统，还能就各路段检测到的数据为该路段提供一个针对性的优化方案。及时发现意外事件，便于指挥疏导交通。由安装道路上的上百台交通事件检测器等组成的交通事件检测系统，可在第一时间发现
7、交通事故、路面积水等各种意外事件，自动报警并对事件过程全程录像。如遇有交通意外，交通事件检测系统可第一时间自动报警，指挥人员应用无线通信等系统随时了解警力具体方位，与执勤民警实时互动、精确调度，在现场处置的同时，综合利用各种科技手段对周边交通实施宏观调控，及时有效地进行交通事故救援和处理，有效减少因交通事故而产生的交通延误及避免二次事故的发生。自动采集各种交通参数，检测内容包括：车道流量; 平均车速；平均车道占有率；队列长度；平均车头间距；车辆类型。流量和平均车速的输出的时间间隔为5分钟，可以调整，最小间隔为1秒。系统可以对得到的数据进行简单的统计分析。可以通过计算给出下列交通参数：平均车道占
8、有率；平均车头间距；如果出现下列交通参数超过阈值时,系统可以自动报警。 队列长度超过阈值；占有率超过阈值；通过这些交通参数的采集，系统可以为搜集交通管理部门提供准确的交通参数信息，为交通道理的科学管理提供可靠的交通信息数据。便于事后查证和交通安全教育。将事件录像存储一段时间，其中的交通事故录像可以长期保存，既方便事后查证事故发生原因，也可以编辑整理用于交通安全教育。从实战案例上看，交通事件视频检测系统投入使用以来，对交通异常事件的处置时间平均减少3至5分钟，同时二次事故的发生率也大大减小了。能让这套系统发出报警的，包括事故、道路拥堵、道路遗撒、路面积水、道路违法停车、道路上出现行人，以及逆行、
9、火灾等多种情况。其中事故类报警最快，只需要30秒。第3章 系统设计思想和设计原则3.1. 系统设计思想高速公路是专供汽车行驶的汽车专用公路。在高速公路上严格限制出入，往返车辆在分隔的车道上快速行驶，全部交叉口采用立体交叉以及采用较高的技术指标和完善的交通设施，从而为汽车的大量、快速、安全、舒适、连续地运行提供了条件和保证。与一般公路相比，高速公路具有如下功能特征：1实行交通限制，规定汽车专用。交通限制主要指对车辆和车速限制。凡非机动车辆和由于车速限制可能形成危险和妨碍交通的车辆均不得使用高速公路。车速限制主要是对最高和最低车速的限制以使高速公路上的车速差减少，超车次数减少，确保行车安全。2实行
10、分隔行驶。分隔行驶包括两方面的内容：一是对向车用中间隔离带分离，以避免对向车辆行车干扰；二是每一行车方向设置两个或两个以上用划线办法分隔的行车道，将同向行驶的快车、慢车和超车分离，以减少同向行车间的干扰。3严格控制出入，实行全“封闭”。是指对进出高速公路的车辆加以严格控制，禁止非机动车和行人上路。车辆出入的控制方法是在交叉口处设置立体交叉，使相交车流在空间上分离，通过立交的进出口来控制车辆出入。高速公路沿线还通过设置高路堤、高架桥、护栏、分隔网等“封闭”措施，使汽车与非机动车 和行人分离。通过控制和“封闭”，减少行车的侧向干扰，以保证快速车辆的安全。针对上述高速路的建设及行车特点，本系统设计首
11、先要考虑对高速路的全程监控。一方面充分利用“图像”这一最直观、快捷的信息，及时获取高速公路实时交通状况，为指挥决策者提供真实、可靠的依据。另一方面，由于高速路的全“封闭”特点，单点交通事故，极容易引发由点到线的长距离、长时间交通拥堵，如果不及时进行疏导清理，有可能造成更严重不良后果。设计高速公路全程监控，通过视频图像撑控高速路全线交通状况，是最基本也是最有必要的技术手段之一。其次，由于高速公路行车里程长、车流量大，车速快，系统设计应考虑利用更先进的技术手段，统一获取行驶在高速公路上的车辆信息和实时交通流量信息，自动检测交通事件和交通违法行为。通过监测和采集这些基础交通信息和数据，在交管局指挥中
12、心实现对高速公路交通状况的实时监测、对交通流量的实时监测和统计分析，对违法行为进行非现场执法等应用，减少交通事故，规范交通秩序，用科技手段预防高速公路交通事故，提高高速路的通行能力。3.2. 系统设计原则3.2.1 先进性本次系统设计采用高清视频与标清视频相结合的设计理念，将高清视频技术、光纤通讯技术和计算机机器视觉技术有机地结合在一起，采用 “综合信息采集、接入、监测、应用”的设计理念，可以有效地保证信息采集的完整性、提高接入平台的效率和利用率；提升高速路交通监测与管理的力度。系统的设计具有行业先进性，并能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务智能化发展的需要。3.2.2 实时性本系统是一个
13、集多种交通信息监测于一体的综合应用系统，所选用的信息采集设备、传输设备和中心应用系统均支持实时视频的应用，能够满足交通监控和监测对信息实时性的要求。3.2.3 高可靠性本系统所使用的关键设备，均已在北京、上海等地的现有业务系统中成功应用并稳定运行，整个系统具有较高的可靠性。3.2.4 兼容性本系统所采用的关键技术和关键设备，均与现有电视监控、高清监控、事件检测等系统一致，能够实现无缝接入或兼容。3.2.5 安全性系统采用集成化设计，从前端设备到中心设备之间的传输路由基于专用光纤链路，与外界设备物理充分隔离，保证系统内的信息在传输过程中安全可靠，不被非法攻击。系统与外部的连接，均通过系统中心管理
14、平台接口。具有严格的身份验证机制和授权功能保证系统的安全。能够进入系统的用户在功能使用和数据访问权限上是有等级之分的，系统建立身份与数据、身份与功能的访问和使用权限描述矩阵，对所有合法用户进行分类，并确定其对功能的使用权限和对数据的访问权限，充分杜绝了可能发生的非法侵入。3.2.6 可扩展性系统具有良好的可扩展性，不仅在系统规模上具有可扩展性，同时系统功能也具备扩展性。前端接入设备具有丰富的接口资源，可以方便接入多种信息。中心汇聚设备采用模块化设计，只需根据实际的需求，配置相应数量的功能模块即可达到系统扩展功能要求。一旦需求变化只需增减相应的功能模块。中心综合应用系统基于TCP/IP网络设计，
15、具有较好的扩展性。只要网络带宽允许，对底层设备和用户数量没有限制；系统采用标准化的物理接口设计，使用开放的软件接口协议，可以方便地实现与各种外部系统联接，并具备可集成性。3.3. 系统设计依据道路交通安全违法行为图像取证技术规范（GAT832-2009）安防视频监控系统技术要求GA/T 367-2001以太网10BASE-T标准（IEEE802.3）以太网100BASE-T标准（IEEE802.3u）以太网1000BASE-X标准（IEEE802.3z）以太网1000BASE-T标准（IEEE802.3ab）电视视频通道测试方法GB3659-83彩色电视图像质量主观评价方法GB7401-198
16、7工业电视系统工程设计规范GBJ115-87中华人民共和国公共安全行业标准GA38-92中国电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-90.92 质量体系设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式(中华人民共和国国家标准 GB/T 19001-1994)质量管理和质量保证标准-第三部分-在软件开发、供应和维护中的使用指南(中华人民共和国国家标准 GB/T 19000.3-1994)计算机软件质量保证计划规范(中华人民共和国国家标准 GB/T 12504-1990)计算机软件配置管理计划规范(中华人民共和国国家标准 GB/T 12505-1990)民用闭路监视电视系统工程技术规范(中华人民共和
17、国国家标准 GB50198-94)电气装置安装工程 电缆线路施工及验收规范(中华人民共和国国家标准 GB50168-92)机动车安全检测设备(中华人民共和国国家标准 GB/T11798-89)中华人民共和国道路交通安全法实施条例(国务院2004年5月1日施行)中华人民共和国道路交通安全法道路交通标志和标线GB5768机动车、驾驶员及违法管理等相关数据库规范2004版建筑物防雷设计规范 中华人民共和国国家标准GB50074-94雷电电磁脉冲的防护国际电工委员会IEC1312-13电子计算机机房设计规范 中华人民共和国国家标准GB50174-93公路交通安全设施设计技术规范（JTJ 074-200
18、3）第4章 系统主要功能及性能本次系统建设采用电视监控和交通事件检测相结合的设计模式。应用奥运交通综合信息监测系统的建设经验，实现视频监控、事件检测、流量检测等多种功能综合应用，并能够向违法监测系统提供相邻监测段面车辆通行信息，实现区间测速功能。整个系统在保证交通实时监控的基础上，可以全面提升高速公路综合监测图像质量和综合应用能力。其主要功能及性能如下：4.1. 道路交通监控系统设计按照平均2-3公里等间距覆盖的原则，在互通立交桥、危险路段等位置建设道路监控点，实现对较大场景范围的监控应用，每个点位安装1台活动摄像机和1台固定摄像机，实现从宏观到细节的全程实时监控。在重要出入口和重点路段，设置
19、固定监控点，实现对重要场所实时监控。4.2. 交通事件检测系统在事故多发地段的监控点上增加事件检测功能。系统可以自动检测的事件包括车辆逆行、车辆停驶、车辆慢行/超速、遗撒物、行人、交通拥堵、违章变道、不按规定车道行驶、交通拥堵等。当事件发生时，系统在事件发生前几分钟与后几分钟的时间范围内（时间范围可调）自动进行数字录像进行保存，保存时间为3天。系统还可以针对车道对所需检测的事件进行设置，可以检测全部事件，也可以检测其中某些事件。每种事件都可以通过设置来改变参数。车辆逆行：车辆违反规定行驶方向所造成的事件。车辆停驶：系统能够自定义并区分不同的道路交通环境下的停车现象。如车辆在交通状况较好的情况下
20、发生的停车行为即流畅中停止，车辆在交通拥堵状态下的停车行为即拥堵中的停止等。 车辆慢行/超速：被检测区域中的车辆行驶速度低于/高于设定的报警阀值。遗撒物：被检测区域中突然出现的非正常遗落物体。行人：被检测区域中有行人出现在行车道。交通拥堵：车辆排队长度超过设定值；违章变道：车辆在不能变道的区域变道。对于连续发生的事件能够区分事件类型和事件优先级。对于相近时间内的同一事件不重复报警。能够灵活设置检测区域，能够对检测区域分车道设定报警阀值。能够正确区分车辆停止事件，并分别报警。事件检测率大于85%。事件平均检测时间小于10s。4.3. 交通流量检测系统可以检测通过监测断面的平均车流量、平均车速、平
21、均占有率、平均车头间距等信息。对上述信息进行统计和分析，生成日、周、月流量统计报表和图形 。4.4. 数据存储前端视频检测器具有本地存储功能，如果通信中断，可记录被检测事件图片与识别数据，本地滚动保存2天，并支持3小时的事件录像。等系统通信恢复后，将数据传回中心系统。记录交通统计数据不少于360天。记录交通事件记录数据不少于20000条，及相应含事件指针录像。事件录像保存7天。记录日志数据不少于20000条。4.5. 综合业务管理系统建有统一的综合监测管理平台，负责内部和外部数据接口，系统管理和设备管理，并提供图形化的人机界面和直观、快捷的操作。授权用户通过登陆综合监测管理平台，可以实现对实时
22、高清视频、录像视频文件、各类检测数据以及事件录像的调用、查询和访问，实现综合业务应用。第5章 系统设计方案5.1. 系统总体架构交通事件视频检测系统的建设目的是利用现有的和新增的图像资源，建立视频事件自动检测系统，使城市交通道路、高速公路交通管理部门及时、准确、直观地获取准确的交通事件信息，以便科学、合理、快捷的处置交通事件，确保交通畅通。通过对图像的视频分析，进一步获取更多的基础交通信息，在一个平台上实现对交通事件检测、事件定位和报警提示，交通流信息采集及相关统计分析，事件过程的视频录像保存和调用，视频监控等应用业务功能，并在此基础上挖掘和开发出更多的基于基础交通信息和数据的综合业务应用，提
23、升系统的效率和综合应用能力。系统总体框架如下图所示：视频事件检测系统主要用于完成交通事件检测和交通参数检测，并实现各种事件信息的记录、录像、报警等。交通事件管理系统主要完成事件处理，录像点播，联动控制，协议输出，数据存储，事件应用，统计分析，GIS应用等功能，在现有大屏幕或其它显示设备上提供本系统图像视频显示功能。系统物理结构可分为两部分，一部分是以标清视频为基础的道路交通监控及事件检测系统，另一部分是以高清视频为基础的监控及事件检测系统。其中道路交通监控系统的前端图像按就近原则，分别接入不同的分中心和中心。系统的高清图像（含标清图像）和事件检测数据及报警信息全部接入指挥中心。道路交通监控系统
24、的设计延续现有交通电视监控系统的结构，前端采用模拟摄像机，进行较大场景的视频监控。视频信号和控制信号通过综合接入设备统一接入分中心或中心机房，与现有电视监控系统完美融合。高清视频监控及事件检测测系统则采用了全高清视频压缩编码结构设计，在前端对图像进行编码压缩和检测，将占用视频带宽较小的高清视频流和事件检测数据，通过以太网光端机传回中心机房。中心的各类应用服务器分别接收上传的视频图像和检测数据，并进行控制、存储、转发、分类、统计、比对以及更高级的智能分析等应用。整个系统是一个集高清视频监控、交通事件检测、交通流量检测、图像搜索、查询等多种功能于一体的高端综合应用系统。5.2. 前端采集系统（根据
25、具体项目编制）5.2.1 线路规划线路规划如下表所示，全线共计公里。序号高速公路名称起 点终 点里 程（公里）123合 计5.2.2 点位设计1)点位设计原则2)点位统计表5.2.3 功能及性能设计1)前端系统前端设备较多，除高清摄像机外，还有检测设备和编码设备，主要实现实时视频图像采集、检测和编码以及数据存储。前端选用200万像素高清摄像机，一台200万摄像机可以覆盖单向1-4条车道。每台摄像机配置一台编码设备和一台检测设备。分别用于对原始高清视频图像进行编码和检测，高清视频编码设备输出占用带宽较小的高清H.264实时监控视频流，通过传输设备上传中心用于高清视频监控应用。高清视频检测设备通过
26、对原始高清图像进行自动分析识别，采集如交通流量、事件等信息，通过传输设备上传到中心用于综合检测应用。为了得到最好的图像质量，获取最完整的信息资源，提高系统检测识别率。前端高清摄像机需选用数字无压缩视频输出格式的产品，同时摄像机有效像素应达到200万，分辨率为1600*1200或1920*1080，方能满足系统总体功能需求。高清摄像机配置了专用百万像素手动变焦镜头，不仅可以根据不同场景的实际情况进行设置，同时镜头还具有自动光圈控制功能，能够最大限度保证摄像机在不同光照环境下抓拍到清晰的图片，提高系统检测性能。一个单向事件检测断面设备安装示意图如下所示：系统采用视频触发方式，对交通事件进行自动检测
27、和报警。高清视频检测设备可以对车辆牌照、车型、交通事件、交通流量等基础交通数据和信息进行采集，并对行驶过该断面的每一辆车辆进行抓拍。可以采集的车辆信息包括以下内容 ：对象基本信息采集单元信息构成获取程度所属信息集机动车号牌号码GA36-92/GA36.1-2001图片信息、识别数据信息车辆基础特征信息号牌结构单排/双排字符结构号牌颜色黑、白、黄、蓝车身颜色10种车身颜色车辆类型4种车型（大、中、小、其他）地点车速实时记录数据信息经过地点行驶方向经过时间对经过监测断面的车辆实时记录并保存记录信息：系统可对途经的车辆进行24小时捕获，能提供高清晰的图片。所提供的图片能够清晰辨认车辆类型、车身颜色、
28、和所处位置，还可提供完整的牌照，清晰可辨的牌照颜色。所捕获车辆的信息包括车辆的图片、车牌号码、车辆经过时的时间、经过的地点等，并通过传输设备上传中心。如果通信中断，所有数据可本地滚动保存2天，等系统通信恢复后，将数据传回中心。图片信息提供：可提供车道图片。每经过一辆机动车提供2幅不同时间或者不同位置的机动车全景特征图片，拍摄两幅机动车特征图片的间隔时间可依据机动车实际行驶速度来设置。通常为机动车在两幅图片上的对应行驶位移1.0m所需的时间。车辆基础特征信息提取：可从机动车图片中自动获取机动车号牌号码、号牌颜色、号牌结构、车身颜色、车辆类型等信息。其中号牌识别功能为系统能够通过对机动车号牌定位、
29、字符切分、字符匹配和图像预处理实现号牌自动识别，可识别“92式”“02式”民用车牌和军车、警车等特殊号牌，可以识别车牌颜色。车辆动态信息：实时记录车辆通过监测断面的时间、地点、行驶方向。可以检测的交通事件主要包括以下内容：车辆逆行：车辆违反规定行驶方向所造成的事件。车辆停驶：系统能够自定义并区分不同的道路交通环境下的停车现象。如车辆在交通状况较好的情况下发生的停车行为即流畅中停止，车辆在交通拥堵状态下的停车行为即拥堵中的停止等。 车辆慢行：被检测区域中的车辆行驶速度低于设定的报警阀值。遗撒物：被检测区域中突然出现的非正常遗落物体。行人：被检测区域中有行人出现在行车道。交通拥堵：车辆排队长度超过
30、设定值；违章变道：车辆在不能变道的区域变道。对于连续发生的事件能够区分事件类型和事件优先级。对于相近时间内的同一事件不重复报警。能够灵活设置检测区域，检测区域可以包括多条车道和多个方向，基本覆盖摄像机的整个监控范围。能够对检测区域分车道设定报警阀值。能够正确区分车辆停止事件，并分别报警。能够向中心系统提供交通事件的发生时间、地点、类型、录像调用的路径，交通流量、车速、占有率等统计信息，以及设备运行状态等信息。支持本地3小时事件录像存储。交通流参数检测：获取断面车流量、车速、时间占有率等基本交通参数。设备状态信息及故障报警能够提供视频检测设备实时运行状态信息与故障报警信息，采集范围包括触发单元、
31、抓拍单元、传输单元与预处理单元等设备。5.3. 传输系统前端系统信息传输，采用具有交换功能的以太网光端机。一个断面的数据信息包括视频和检测数据。每路高清视频带宽为6-12Mbps，检测数据带宽随车流量变化以及发生事件数量而不同，选用100M以太网光端机可以满足信息传输需求。一个单向断面的数据量为双向断面的一半。断面设备连接示意图如下所示：所有高清视频和检测数据在中心统一接入系统专用TCP/IP网络，实现实时监控、存储和检测应用。5.4. 中心应用系统中心应用系统设计主要包括高清视频显示、高清视频流媒体浏览、监控管理、事件检测应用和监测管理平台等功能。5.4.1.1高清视频显示高清视频显示主要指在显示设备上，显示高分辨率视频图像，显示设备包括DLP大屏幕和高分辨率的操作终端。由于系统采用全编码压缩方式，需要在中心需配置高清视频解码器，将在网络上传输的高清视频流解码输出为DVI接口（或RGB接口）信号，接入显示设备。系统共设计N路高清视频解码器，可同时解码输
