高速公路视频检测系统解决方案.doc

仅供个人参考
第一章 视频检测方案概述
1.1 视频检测产品概述
GDW-VD-2002型视频检测器是上海高德威智能交通系统有限公司在多年视频检测技术研发及应用经验的基础上推出的新型视频检测产品。由于采用了先进的模式识别、图像处理等先进技术，该产品能够对车辆运行过程的动态跟踪，获取全面实时的交通信息。除具有检测区域广、安装运行无干扰、施工维护方便低耗及可视性等一般视频检测产品的优势外，GDW-VD-2002型视频检测器还加强了车辆跟踪技术、硬件设计、检测数据处理软件等方面的功能，并从解决方案、安装与调试、售后服务等角度进行了设计与反复验证，希望能够针对山西的实际需要，通过视频检测这一先进的智能交通信息采集处理技术，为整个高速公路管理系统的建立与完善提供良好的基础。
1.2 工程范围
本次工程包括视频检测系统以下各项设备的生产、运输、安装、调试、试运行及缺陷责任期运行：
（1）视频检测摄像机
（2）2路视频复用光端机
（3）视频检测视频处理器
（4）视频处理器机架
（5）视频检测站处理机（收费站）
（6）视频检测服务器（监控中心）
（7）安装摄像机的架杆
（8）所需的电力电缆和信号电缆（包括电缆及电缆从路边手孔到设备的敷设与连接）
（9）规范中没有规定，但对于完成工程所必须的材料及工作
1.3 视频检测系统的总体目标与意义
作为高速公路监控系统实时交通流信息的供应者，上海高德威智能交通系统有限公司的视频检测系统所要实现的总体目标是：通过采集、处理、显示及发布交通流参数、事件、拥挤等动态交通流信息，为高速公路现代化监控系统的建立提供一流的交通信息支持与技术服务。
其主要意义与价值在于：
率先在全国高速公路系统中采用了视频检测这一先进的智能交通技术，是高速公路监控系统信息化、智能化进程中的一次大胆尝试，具有很高的理论价值与实践意义；
视频检测系统除具备施工运行无干扰、维护费用低的特点外，还能兼顾用户“图像监视功能”与“数据检测功能”的双重要求，从而实现了“经济效益”与“使用效果”的双赢；
系统提供的可靠的产品、面向用户需求的解决方案、完善的服务等保证了系统在运行、升级过程中的可持续性发展，从而有助于整个高速公路监控系统信息采集技术与水平的不断提高。
第二章 方案设计的基本原则
详细分析高速公路用户需求，提供完善的视频检测系统和可操作性强的解决方案
建立视频检测系统，实现交通流信息采集的动态化
不仅要提供视频检测设备，还要提供包括硬件、应用软件及解决方案在内的视频检测系统，使采集到的动态交通流信息能够方便地让用户使用。
确保系统运行的稳定性、可靠性
无论从设备的选型、不同气候、光照条件下的检测算法，还是到具体的实施方案，都要考虑到系统可靠性问题，确保系统正常、稳定、可靠、连续地运行。
确保安装、使用、维护过程的无干扰与方便性
本系统除选择合适的安装地点与方式、保证安装过程对交通流运行的无干扰外，还设置了远程添加删除虚拟线圈和远程诊断维护功能，为日常的运行和维护工作提供最方便的工具与服务。
确保系统运行的经济性
在满足用户总体需求的前提下，充分体现设备资源的共享性，最大程度地降低系统造价和安装成本。
保证系统的可扩展性
系统可扩展性主要体现在系统设备的兼容性和功能的可扩展性。系统设备的兼容性反映在：能够不受系统硬件、软件及通信线路的限制，在检测设备、各收费站与监控中心间进行数据传输与处理。视频检测系统功能的可扩展性是指可以根据监控系统集成的要求，从硬件、软件上提供升级服务，针对近中远期的不同要求及交通流量的变化趋势，逐渐实现从参数动态采集与处理、事件检测、拥挤检测到主线控制等方面功能的过渡，分层次地为用户提供全方位的信息服务。
保证系统的易用性及安全性
除提供详尽的用户手册和操作手册外，从人机界面设计、应用软件参数变更、系统设备自动检测、拒绝非授权访问、系统恢复能力等方面，保证系统操作的便捷、安全。
第三章 系统的构成
3.1 系统结构及工作原理
3.1.1 系统构成
为了方便数据的传输与处理、节约通信设备成本，高速公路视频检测系统采用了分级处理的方式，主要由信息采集子系统、收费站视频检测分站和监控中心视频检测总站三个部分组成，共同完成交通流信息的采集、传输、处理、显示与发布等功能。系统的构成如图1所示。

图1 高速公路视频检测系统的总体结构
3.1.2 工作原理
各检测断面的视频摄像机录下交通流实时图像并将其通过光端机、光纤等通信设备传送到最近的“收费站视频检测分站”。收费站内的视频处理器通过模式识别等算法将图像信息转化为交通流量等实时的交通流数据，并将交通流数据及配有虚拟检测线圈的图像一起传给站处理机，由站处理机内部的视频检测上位软件完成对数据的处理和图像的存储；同时，站处理机将图像传到收费站内的监视屏幕上，方便管理人员的监视。此外，所有的站处理机将检测获得的数据与图像资料传送到“监控中心视频检测总站”内的视频检测服务器上，完成所有数据与图像的汇总、处理工作；各收费站的图像通过监控系统矩阵的处理，能够在监控中心的监视屏上切换显示，以供人工监视及录像；监控中心的管理人员还可以根据实际工作的需要，从视频检测服务器中调取交通流量、事件等信息，通过可变情报板实现检测信息的动态发布。
3.2 组成部分及其主要作用
3.2.1 信息采集子系统
信息采集子系统的主要任务是全天候拍摄检测范围内的车道运行图像。其主要的设备是视频摄像机。安装在高速公路车道上方的视频摄像机录下检测视线范围内各车道的交通流运行状况，同时将获得的图像通过光端机、光纤等通信线路传送到视频处理器进行处理。
摄像机的安装
在高速公路段上将选择了重要的断面作为视频摄像头的安装点，每个断面上安装2个摄像机，分别拍摄高速公路主线两个流向的交通流运行情况。摄像机的安装位置如图2（缺省，视具体情况而定）所示。
摄像机的工作原理
摄像机的安装位置如图3和图4所示。每个检测点上，摄像机安装在高速公路中央分隔带或路侧的高杆上。摄像机的安装高度为10米，高杆悬臂长度为2米。每个摄像机负责观测高速公路主线上单向三车道200米范围内车流的运行状况。

图2 视频检测摄像机工作原理图（高杆架设在中央分隔带）

图3 视频检测摄像机工作原理图（高杆架设在路侧）
3.2.2 收费站视频检测分站
高速公路全线上，视频检测分站是整个视频检测系统的中转站，主要任务包括：（1）处理图像、获得并处理实时的交通流运行参数；（2）通过监视屏幕显示设有虚拟检测线圈的图像，使收费中心也能够监视交通流的运行状况，实现分级监视。其核心设备包括：视频处理器和安装在站处理机上的视频检测上位软件。
视频处理器
（1） 视频处理器的安装
视频处理器放在各收费站处，负责处理摄像机传送的图像。由于每个收费站至少需要放置2台视频处理器，考虑到以后可能增加摄像机和视频处理器，因此，每个收费站需要1台机架来统一放置视频处理器。视频处理器的设置情况及对应的摄像机如表1（缺省，视具体情况确定）所示。
（2） 视频处理器的工作原理
视频处理器是整个系统的核心内容，其工作原理如图4所示。
摄像机拍摄的图像信号通过通信网络传入视频处理器，经过特征提取、背景估计、车辆分割、车辆跟踪等图像识别算法完成由图像到交通流参数的转变。本系统中视频处理技术的先进性保证了检测参数种类的丰富性、检测的准确性及不同气候、光线条件下的可靠性等。

图4 视频图像处理的基本过程
视频检测上位软件
视频检测上位软件是展示检测成果、与监控系统进行数据交换、与用户进行交流的最有效手段。硬件与软件的结合使视频检测技术形成了应用系统，更有利于视频检测数据的应用。它主要由两个部分组成：视频检测应用软件和视频检测设置软件。
（1）视频检测应用软件（主界面如图5所示）
主要任务：
接收并处理由视频处理器传来的检测数据
检测参数处理功能：
显示检测范围内所有车道的车流情况
显示设定时间段内的车辆平均速度、时间占有率、平均车间距等
显示即时车头时距
显示总车流量、对应车道的车流量、小型车流量、中型车流量、大型车流量
绘制交通流量、速度、占有率等检测参数的日变、周变、月变、年变统计图
设置统计图的统计周期、车道等系统参数
检测参数的统计报表、查询、存储、打印等功能

图5 视频检测应用软件主界面
附加功能：
警告/纪录检测摄像机、视频处理器或通讯线路的故障
（2）视频检测设置软件（主界面如图6所示）
主要任务：
l 方便用户调整视频检测的范围
l 方便用户调整虚拟检测线圈的数量及位置
调整检测范围的功能：
l 显示/调整检测区域的水平/垂直距离
l 界定各车道的边界
l 添加/删除检测的车道
调整虚拟检测线圈的功能：
l 显示/调整虚拟检测线圈的位置、高度、宽度等指标；
l 添加/删除虚拟检测线圈
附加功能：
l 确定全天不同时段车辆阴影的方向
l 纪录每次检测参数调整的时间、取值等信息

图6 视频检测设置软件主界面
3.2.3 监控中心视频检测总站
视频检测总站设置在高速公路监控中心内，主要任务是汇总、处理五个检测分站（收费站）传来的检测数据及图像资料，并实现检测图像在监控大屏幕上的切换显示。其核心部分是安装在视频检测服务器上的视频检测上位软件。
服务器上位软件的主要任务是汇总各收费站传来的交通流参数、事件等信息，实现检测参数处理和事件自动检测及报警功能（具体可参见收费站视频检测上位软件的各项功能）。主要功能如下：
视频检测应用软件各项功能（见
视频检测设置软件各项功能（见
事件自动检测及报警功能：
为了使检测的事件类型更广、精度更高，本系统采用了车辆跟踪检测与事件算法检测相结合的方法。事件检测的基本原理如图8所示。停车、排队与逆向行驶是高速公路发生频率较高的几种事件。当视频处理器得到的检测信息中包含停车、排队与逆向行驶信息时，上位软件除记录事件的发生及位置外，还将发出警告信号；这些事件都是由视频处理器根据车辆跟踪技术直接检测到的，因此称为“车辆跟踪事件检测”。此外，上位软件中还加入了事件检测算法，只要以某时段内检测的交通流量、车辆速度及时间占有率作为输入，在分析其是否发生异常变化的基础上，就能判断是否发生了事件，如果有事件，就发出警告；由于这种事件的判断是由上位软件中的事件检测算法完成的，因此称为“事件算法检测”。除检测事件外，该软件还能对每次事件的发生、地点、类型等进行纪录，方便以后的查询。通过这些功能，监控中心可以及时发现并处理各路段的事件.

图7 事件检测的基本原理
第四章 系统的主要特点
交通流运行状况、事件等信息是否反映高速公路运行状况最直观的指标，也是高速公路管理工作的主要对象。要建立先进的高速公路监控系统，就必须有交通信息采集子系统作为基础。但是，并不是所有的信息都是有益的，“交通信息的迟滞与静态化”是造成我国许多高速公路管理效率低下的主要原因。因此，高速公路监控系统的建立过程中，在交通信息的采集方面所面临的重要问题就是：（1）如何及时的获得交通流运行信息；（2）如何将这些信息真正用于监控工作中去。高德威公司提供的视频检测系统恰好解决了以上两方面的问题：不但实现了交通信息的动态采集，还给出了具体的参数应用方案。系统的特点及主要性能如下所示。
4.1 检测范围
检测区域广是本视频检测系统的一大特点，它能对摄像机视线范围以内的车辆进行跟踪，并得出各种交通流信息。根据目前的摄像机安装方案，在摄像机架设高度为10米的条件下，摄像机的检测范围为200米。
4.2 交通流信息的动态检测与实时更新
为满足高速公路监控系统智能化、信息化的要求，好的视频检测系统必须能够提供及时的、广泛的、准确的交通流信息。本系统在信息检测上的主要优势在于：
4.2.1 检测信息的更新速度快
（1）视频处理器处理速度为：20ms/帧
（2）上位软件参数更新速度：≤30秒（可根据用户要求调整）
4.2.2 检测信息的种类丰富
所检测的交通流信息包括：交通流运行参数、车型、事件及用于监视的图像四类。其中：
4.2.3 参数检测的精度高
参数检测的准确性指标：
1交通流量≥95%
l时间占有率≥90%
l平均速度≥90%
l车头时距≥90%
l车头间距≥90%
l正确触发率≥90%
4.3 事件的检测与警告
事件既是决定高速公路运行效果的主要因素之一，又是最难以实现实时检测的交通信息。本系统利用“车辆跟踪事件检测” 与“事件算法检测”双重检测的方法，保证了事件信息的准确性。
检测的事件信息包括：
（1） 排队
（2） 停车
（3） 逆向行驶
（4） 事件自动检测算法判断的事件信息
4.4 检测信息的处理、显示与界面化设计
整个检测信息的传输流程如图9所示。视频检测系统得到的交通流运行参数、车型、事件、图像等信息由收费站传到监控中心后，监控中心通过对这些数据进行分析，将用于以下管理功能的实现：
（1） 接受视频检测信息发送的事件警告，通过视频图像或闭路电视图像进一步确认事件是否发生及其地点、严重性等，而后采取相应的紧急救援或处理措施；
（2） 由监视屏的动态视频图像监视各条路段上的交通流状况；
（3） 将视频检测获得的流量、速度、事件等信息通过可变情报板向驾驶员发布；
（4） 通过更改视频检测系统的设置参数，控制视频检测系统的工作进程。

图8 检测信息的传输流程
4.4.1 检测信息的处理
建立完善的视频检测数据库，完成：
动态交通流信息的存储与管理；
历史数据的存储与统计，形成各种交通流运行参数的时变、日变、周变、月变、年变统计数据库；
检测图像的存储与管理；
事件的算法判断，事件信息的存储与管理；
视频检测设备运行状态的存储与管理。
4.4.2 检测信息的显示
主要包括以下显示功能：
由视频检测站处理机（安装在各收费点）、视频检测服务器（安装在监控中心）的用户界面显示各车道交通流的动态变化，各交通流参数的时变、日变、周变、月变、年变统计图；
以服务水平或红、黄、绿色彩的变化在高速公路监控中心控制板上显示各检测站交通流的运行状况；
带有虚拟线圈设置情况的检测图像可以在各收费点及高速公路监控中心的监视屏幕上显示，用于监视实时的交通流运行状况；
事件发生的警告；
视频检测设备故障的警告。
4.4.3 检测信息的界面化设计
建立便捷的人机交互界面，用户可以通过视频检测站处理机、视频检测服务器的视频检测数据库界面完成文件管理、系统参数设置、查询、统计报表、打印等功能，方便用户对检测信息的管理。
4.5 交通信息的发布
交通信息主要是面向两类用户进行发布的，即高速公路管理者和高速公路驾驶员。
（1） 面向高速公路管理者的信息发布
主要是在各收费点和监控中心，通过站处理机和视频检测服务器的数据库界面向高速公路管理者显示检测到的交通流信息。
（2） 面向高速公路驾驶员的信息发布
检测到的交通流信息在传到监控中心视频检测服务器后，由监控中心负责向路段上的可变情报板发布交通流量、事件、拥挤、服务水平等信息。
4.6 虚拟检测线圈的灵活设置
用户可以通过视频检测上位软件方便地调整检测区域的大小、增加或删除检测的车道、调整虚拟检测线圈的位置及数量等，从而使整个检测过程更具有实用性和灵活性。

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