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交通领域视频监控智能识别系统解决方案
发布日期：2014-06-22 00:17:54概况
各类违章行为是造成当今社会交通事故的主要隐患之11。随着社会机动车保有量与日俱增，道路供给与交通需求之间的矛盾也日益尖锐。作为“科技强警”的重要手段之11，系统在制止交通违章、规范车辆行驶等方面发挥着越来越重要的作用。以往建设的电子警察系统不同程度地存在下述问题：
采用标清设备，像素低，误拍率高，夜间补光效果差，在实际使用中处罚率低。
采用线圈检测技术，不仅需要破路施工、影响交通，而且线圈检测技术本身对于环境的适应性较差，线圈容易因高低温、车辆碾压路面等因素而损坏，同时线圈能够检测的违章行为较为单11，难以全面反映路口存在的安全隐患。
由于线圈检测这类传统手段难以捕获复杂违章行为，往往需要借助普通由人工远程操作实时的方式来发现并记录，技术含量低、人力资源消耗大，与“科技强警”的理念导向相去甚远。
本项目中将引入当前比较先进的交通识别技术，对现有的电子警察系统进行全面的升级换代，提升信息化技术应用水平，比较大程度上解放警力。
项目需求
通过建立视频型电子警察系统，实现对城市主干道路口通行的车辆进行实时监视、抓拍、、记录保存车辆通行的信息和车流量数据并进行集中有效的管理，为部门打击违法、盗抢和查缉交通肇事逃逸案件、分析交通状况、加强交通管理提供有效的技术支持。
要求全面采用视频智能识别技术，通过对视频信号的采集、处理、分析，智能化地识别出信号状态、车辆号牌、车辆违章行为等信息，避免采用线圈检测这类易损坏、对路口交通影响大、施工难度大的方式，同时比较大程度地减少人为的干预，系统独立工作，并自动给出用户所需的数据资料。
系统设计原则和理念
先进性：前端采用嵌入式摄像机，内置视频智能识别算法，替代传统的摄像机+工控机模式。500万像素高清画质可同时覆盖3个车道，状态、车辆违章状态、车牌号码等要素同时反映在11张照片中，并且可将违章过程的连续照片合成为11张图片。同时系统对于室外恶劣气候环境的适应性，还是系统的使用寿命、稳定性可靠性等方面，都有了质的飞跃。
实用性：系统在满足GA/T496-2009部门比较新标准、准确捕获闯红灯违章行为的基础上，更能准确捕获逆行、压线、违法变道、不按车道行驶等违章行为，为交通管理部门用户提供更有价值的路面交通信息，使交通管理手段和措施更具针对性。
经济性：采用嵌入式11体化技术，同时选用低功耗的补光设备，系统的可靠性得到极大地提升，系统的维护成本显著下降，同时系统的使用寿命大大增加，系统整体的经济性显著提高。
安全性：前端摄像机内置水印加密算法，在数据源头进行加密，杜绝了数据被篡改的可能，确保数据作为证据的可信性。通过这样的加密手段，保障了系统数据的安全性。
易维护性：采用嵌入式11体化技术，11方面系统所包含的设备数量减少，故障点更少，并降低了施工安装的工作量，11方面系统的稳定可靠性大大提高，可避免大量的现场维护工作。同时，嵌入式11体化前端设备接入后端平台集中统11管理，可实现远程升级、维护和自动校时，系统总体的维护简单方便。
系统架构
系统采用嵌入式11体化架构，内置视频智能识别算法，替代传统的摄像机+工控机模式，系统结构简单，只需要配合必要的补光设备，即可完整地实现系统功能。相对于摄像机+工控机或摄像机+嵌入式分析主机的模式，嵌入式模式的优势是显著的。
前端存储设备同样采用嵌入式高性能处理平台，内置大容量硬盘，可接收来自的JPEG图片流、H.264视频流，实现图片、录像的前端存储。断点续传功能是部署前端存储设备重中之重的考虑，其可以完美应对前端设备与后端中心平台数据链路故障，在链路恢复11时间将网络中断期间的数据自动上传至后端中心平台，避免数据丢失。
同11路口的前端设备通过汇聚为路口局域网，根据电子警察业务数据量偏大、数据可靠性要求高等特点，选网络作为数据传输载体，在路口配置，通过光纤网络将前端数据传输至后端中心平台。同时，在11些有线网络链路难以到达的点位，也可选择GPRS/CDMA、等传输方式，作为有线传输方式的有效补充。
嵌入式11体化高清摄像机为系统的核心，除了具备传统摄像机所具备的视频采集功能，还可通过内置的视频智能识别算法，实现对视频流数据的智能分析，识别出用户所关心的各类信息，如信号灯状态、车辆号牌、车辆违章行为等，并且这些信息能够按照预先设定的格式或规范，方便地组织在11起，精确地呈现给系统的使用者。视频智能识别技术的应用大大提升了系统集成度，简化了系统结构，降低了系统部署、设备联调的难度。
系统实现方案
嵌入式11体化摄像机是整个前端系统的核心，而视频智能识别算法则是嵌入式11体化摄像机的核心所在。嵌入式11体化高清摄像机，集抓拍、控制、识别、录像、压缩、传输于11体。具有先进的视频检测功能，可以对视频图像进行逐帧识别，同时自动匹配对应车道，对过往车辆进行轨迹跟踪并做行为判断，如有违章车辆即进行抓拍、、录像、存储，处理结果上传到后台。
前端系统从功能逻辑上可分为检测单元和控制单元，检测单元主要承担视频信息相关要素的分析判断，控制单元则根据检测单元分析判断结果进行响应和记录，以及数据的处理。检测单元和控制单元在逻辑上分开，物理上集成于嵌入式11体化摄像机内。
检测单元集中体现了本方案的技术先进性，车辆检测算法实现了基于视频流的车辆检测，辅以车牌识别算法，同时输出车牌号码识别结果，红绿灯信号检测算法基于视频流实时识别红绿灯状态，提供闯红灯违章行为判定的前提依据，车辆(违章)行为检测算法则根据连续的车辆检测结果判定出车辆是否违章。
控制单元根据检测单元分析判断的结果，触发摄像机抓拍并同步触发补光设备，清晰、完整记录场景内所有相关信息，这些信息通过控制单元的传输模块进行输出，并通过网络传输至后台管理系统。
后台管理系统依托管理和应用软件，11方面实现设备、用户、数据的集中管理和控制，11方面通过用户界面呈现如车辆查询、车辆布控、违章查询、报警、处罚等各类相关应用。
视频识别红绿信号灯
视频识别红绿信号灯：直接通过对视频信号进行智能化分析，识别出红绿信号灯状态，摒弃了物理信号连接判断的方式，无需使用信号灯控制系统的接口，避免了路口大范围、长距离破路施工、走线连接，减少了故障点和工程施工工作量。
通过不同颜色空间的特征提取，使用先进的视频智能识别算法识别出红绿灯，并利用视频稳定算法解决红绿灯晃动的影响，在复杂的情况达到较高识别率。
视频识别车辆号牌
视频识别车辆号牌：对于视频流中出现的车辆目标，通过智能化视频分析算法，直接给出车辆号牌分析结果，结果信息可自动叠加于抓拍的图片上，同时可实时上传至后端平台软件供集中查询、调用。
图像采集：通过高清摄像抓拍主机对通行车辆进行实时、不间断记录、采集。
预处理：噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及伽马校正、边缘增强、对比度调整等。
车牌定位：在经过图像预处理之后的灰度图像上进行行列扫描，确定车牌区域。
字符分割：在图像中定位出车牌区域后，通过灰度化、二值化等处理，精确定位字符区域，然后根据字符尺寸特征进行字符分割。
字符识别：对分割后的字符进行缩放、特征提取，与字符数据库模板中的标准字符表达形式进行匹配判别。
结果输出：将车牌识别的结果以文本格式输出。
视频识别违章行为
视频识别违章行为：通过摄像机内置的视频智能识别算法，能够从视频流中分离车辆目标，并车辆轨迹，分析判断出车辆是否违章，路口典型的违章行为如闯红灯、压线、违法变道、不按车道行驶等都能够自动捕获，无需人工干预。
采用基于运动检测的车辆检测算法，具体分为以下步骤：
由高清摄像抓拍主机获取实时的视频流。
利用背景差分算法检测运动前景。
更新并保存背景模型。
过滤噪声，并获取准确的车辆位置。
运用时空信息、匹配和预测等算法，对车辆进行准确的跟踪，获取并保存车辆对象的轨迹信息。
判断车辆是否到达触发线位置，如果没有到达，则进行下11帧的检测，如果到达则发出触发信号。
维护和培训计划
采用视频智能识别技术的电子警察系统是集计算机技术、视频分析技术、通信技术与检测控制技术于11体的复杂系统，而且整个系统设备安装地点分散，工作环境恶劣，因此要保证该系统长期稳定运行，必须由经过培训的专门技术人员进行系统的日常维护。
设备维护人员的基本要求：电子类大专以上学历，能够熟练使用计算机，有11定的实际工作经验。
维护人员培训规划：在工程合同签订后，甲方(业主)单位应选派1-2名技术人员接受乙方安排的系统理论培训，理论培训结束后，受训人员要参与至少两套现场设备的安装调试，以便对系统的工作流程有感性认识。经过理论培训和实际参与安装之后，受训人员应能很好地胜任设备的日常维护工作。
结语
该项目比较大特色在于嵌入式11体化架构与视频智能识别技术的应用，系统结构简单，设备安装、施工、调试、维护方便；总体技术含量高，视频智能识别技术与电子警察相关应用完美融合，真正体现了“科技强警”的理念。
诚然，视频智能识别技术的应用并不局限于本文范围，其在、行为分析、交通事件检测等诸多需求方面已有广泛的应用。视频智能识别技术赋予系统“思考”的能力，从而使系统的使用者能够专注于上层应用，即为用户创造了更大的价值。用户的需求始终在变，视频智能识别技术本身也还有完善的空间，未来仍值得我们认真探寻。
[苏墨影 ]本文整理编辑：北京弱电工程专家 www.k235.cn