ITS高速公路事件检测系统解读.docx
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ITS高速公路事件检测系统解读
ITS-高速公路事件检测系统
技
术
方
案
浙江捷尚视觉科技有限公司
2010年3月
一、概述
随着我国经济建设的发展，国力的增强，交通事业迅猛发展，机动车数量以每年15%速度快速增长，道路建设不断加快。
日益发达的公路网络虽然给人们带来了越来越多的快捷与便利；但在交通现代化的同时也带来了日益繁重的管理负担，为此有关部门为了提高交通管理水平向科技要警力，对能够代替人工进行监视的智能化监视系统的需求日益迫切。
随着各类公路的交通量不断增加，交通事故明显上升，事故或交通堵塞得不到及时检测和处理，必然会降低高速公路运营效率，给高速公路运营公司带来巨大的经济损失。
因此，应用高速公路事件检测与管理具有重要意义。
尤其是在高速公路、城市高架、城际快速路、BRT专用车道管理系统中显的尤为重要，在现有的道路监控系统中，大都采用DVR对各监控点进行全天候录像或人工控PTZ对各个路面进行巡检的方式进行监控，采用DVR全天候录像方式，如果出现异常事故工作人员再将视频监控录像调出进行核对，这种方式只能做到事后补救无法做到“即时”发现“即时”处理，而如果对道路上发生的异常情况不能及时排除的话，很容易引发更大的交通事故及车辆大堵塞等问题，存在道路信息处理“滞后”、安全隐患突出的问题；而人工控制PTZ巡检的方式需要消耗大量的人力资源，并且由于人类的视觉疲劳缺陷，即便是一路视频，人眼也很难做到对关键信息完全获取。
ITS-智能交通监控系统是结合智能视觉分析，模式识别、信息传输等技术对路面上所发生的各类事件进行自动检测、自动报警的真正智能化解决方案，系统能实时检测出道路上发生的交通事故、异常停车、异物抛撒、车辆拥堵、车辆逆行、非法变道、道路塌陷等异常状况，并对发生的事件实时进行报警提示。
二、系统特点
智能交通监控系统是针对我国各类道路中普遍存在的各种危害社会安全的交通事故、异常停车、异物抛撒、车辆拥堵、车辆逆行、非法变道、道路塌陷等问题所设计，系统结合最前沿的智能视觉分析技术与模式识别技术，能够通过纯视频的方式对路面上发生的各类异常事件进行检测，不仅可对各类异常事件及时检测与报警，将异常事件的检测与发现由“事后”转为“实时”，并可对通行车辆进行自动记录、提取基本的车流量、车辆速度、密度、车道占有率等信息。
2.1设计原则
Ø先进性：
系统采用先进的技术和产品，一方面要能反映系统的先进水平，另一方面要有一定的前瞻性和发展潜力，以便在尽量长的时间内满足社会发展的需要。
Ø实用性：
产品选择要适应建设单位的功能需求和投资预算，能有效解决用户实际问题，给用户带来实际价值。
Ø可靠性：
系统工作稳定，能满足用户7*24监控的严格要求；维护和检修方便。
Ø经济性：
可作为基于现有监控平台的有效补充和升级，不必更换原有监控摄像机等设备，有效保护投资；降低人力需求，有效节约系统运作成本。
Ø扩展性：
技术不断发展，需求也在不断改变，系统设计要充分考虑今后发展的需要，满足系统扩容的需要，能灵活部署，并与现有系统整合。
2.2设计依据
“公安计算机信息系统九五规划”；
“道路交通科技发展九五计划和2010年规划”；
公安部“2002年全国公安交通管理工作要点”；
公安部《交通管理信息系统建设框架》；
国家技术监督局《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》；
国家技术监督局《信息技术设备的安全》；
行业标准GA308-2001《安全防范系统验收规则》；
《车辆自动记录系统通用技术条件》GA/T497-2004；
《民用闭路电视系统工程技术规范》GB50198-94；
《民用闭路监控电视系统工程技术规范》GB02198-94；
《计算机软件开发规范》GB8566-88；
《电子计算机机房设计规范》GB50174-93；
《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94；
《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；
《以太网100BASE-T标准》IEEE802.3U；
《安防系统工程质量检验实施细则（试行稿）》；
2.3系统应用
Ø实时在线检测道路交通秩序、状态，对停车、拥堵等异常事件即时报警，为ITS的实施提供真实准确、及时的信息；
Ø交通事故检测（撞车、撞人及灾难性事故）；
Ø交通违章检测（违章停车、非法变道、车辆逆行等）；
Ø快速、高效自动检测，减轻交通监管人员的工作强度；
Ø报警信息共享、高速公路、城市报警联动122、120、119；
Ø提升CCTV系统真正发挥出巨大的作用，提高管理水平。
2.4可靠的检测算法
本系统在需要监视的路面安装场景监控相机，提供实时的路面场景给智能视觉分析设备；设备上运行视觉分析算法，算法可对路面场景进行区域定位将行驶路面设置为热点区域、路边的建筑田地等设置为无关区域，当热点区域有异常事件发生时，系统会马上进行相应的动作，并对该异常事件发生的过程建立时间索引。
目前对视频检测算法性能影响较大的干扰主要有光线变化、车辆的阴影等因素，对于这些干扰的影响我们采用了特殊算进行了补偿、处理，大大提高了系统检测的准确性：
Ø背景更新补偿算法：
采用独具特色的背景自动学习、补偿的算法，能对夜间光线不足、路面积水反光、车辆阴影、摄像机抖动等干扰因素有效的过滤，减少误报率。
Ø自适应阴影过滤算法：
采用独特的前景、背景、阴影分类算法，能够有效的区分建筑物、车辆的阴影，并随阴影倾斜角度、长短，光线亮度的变化动态调整滤除参数，无论因应如何变化都能够有效的将其滤除。
Ø多目标跟踪算法：
设备可选择是对的设定区域进行事件检测或对全场景进行检测,在进行事件检测时可同时对视频场景内多个地点、多个位置发生的事件进行报警、提示，有效的保证了对异常事件的及时发现、及时解决。
Ø动态区域设置技术（DRS）：
在需要设置检测区域的场景下,DRS技术允许在任何时刻对一个检测区域进行编辑修改，随后便立即按照新的检测区域设置规则进行检测,无需重新进行背景学习。
Ø场景自适应技术：
如果摄像机角度发生变化后、监视区域发生变化后，系统可以自动学习、适应新的背景画面，1分钟内即可适应新的背景，并重新开始进行事件事故检测。
2.5事件分级报警
该产品能够对车辆停驶，逆行，抛撒物，撞车事故进行检测，摄像机异常进行检测，并且系统能够对警报的优先级进行分级，如在进行车辆拥堵检测时，设备会自动对拥堵的等级进行区分（单车道拥度、两车道拥堵、三车道拥堵），可灵活控制只对等级较为严重的事件进行报警。
2.6嵌入式设计
本系统所有设备均采用嵌入式设计，设备体积小巧，可方便的部署在前端，而采用工控机+图像采集卡方式进行检测，不仅设备体积较大，不方便部署，且工控主板本身的温度适应性、湿度适应性都无法与嵌入式设备相比，此外工控机本身由于采用了Window等操作系统，受操作系统、软件稳定性等因素的影响，其稳定性大打折扣，极易出现死机等现象，需要专门的人员进行维护；嵌入式产品本身采用了TI高性能DSP芯片，其温度适应范围可达-70摄氏度~160摄氏度，并且由于嵌入式设备本身内置了“看门狗”等硬件电路，相当于有人在前端进行24小时不间断值守，有效的保证了系统长期、稳定、连续运行。
2.7国产本土化服务优势
本系统采用的相关软硬件产品90%以上为本土生产，可以提供更加人性化、专业的售后服务（维修、版本升级等），还可以根据客户具体需要提供“定制服务”。
具有国外产品不可比拟的价格优势，具有优异的性能价格比。
Ø可扩展性好：
根据需要，多台设备可任意增加，联级工作，易集成到已有的交通管理系统中，该系统易于升级，易于联网扩展。
Ø灵活性：
根据不同客户、不同路段需求，可以修改定制软件。
Ø经济性：
系统设计可充分利用原有设备，避免重复投资和人力、物力的浪费。
Ø开放性：
此系统提供了标准网络接口、USB接口等连接方式，接口协议公开。
2.8远程集中管理
可通过网络通路远程查看路口动态视频，并可对联网路口设备进行远程参数配置，操作简单易用。
三、系统组成
智能交通监控系统由分布在主干道路、十字路口、快速路上的路口视频采集单元、数据传输系统、智能视频分析服务器、视频车辆检测器、中心信息管理系统等部分组成，路口视频采集单元通过光纤LAN与公安内部网连接，完成数据传输，在中心将接收的视频连接到智能视频分析服务器、视频车辆检测器上，对视频实时进行智能分析，拓扑结构如图所示：
系统拓扑图
Ø前端视频采集单元
前端视频采集单元安装监控路面附近，在无人值守环境下24小时全天候自动完成图像的采集工作，路口记录单元主要视频检测摄像机、系统配电机箱等组成。
Ø数据传输系统
数据传输系统主要由光纤收发器，网络交换机等通讯链路共同组成，负者将前端数据采集设备采集的视频信号产送到管理中心，供管理中心的视觉分析设备进行分析。
Ø智能视频分析器
同时支持4路交通视频分析，异常停车检测、车辆拥堵检测、交通事故停车检测、异物抛洒检测及过程记录，支持事件查询及关联视频回放。
Ø中心信息管理系统
设在道路交通智能监控管理部门的监控机房，主要由连接在通讯链路上的智能视频分析服务器、中心服务器、报警计算机、客户端作业计算机及相应的彩色打印机、网络设备和管理软件共同组成，智能视觉分析模块完成异常事件的检测、记录、报警并通过公安网与中心客户机及相应的输出设备连接。
数据收集服务器收集所有智能终端所记录的异常事件记录，并根据过期时间等参数将未过期的数据保存在中心服务器，过期的数据自动清理掉。
不同的授权用户通过客户端计算机，可分别完成对异常事件信息的访问、统计、分类、检索、查询、提取、核对、等操作，产生并打印相应报表。
四、系统功能
4.1全面的事件检测功能
鉴于现在的高速公路和隧道一般每150m/200m都安装了电视监控摄像机，我们将利用现有的监控系统中存在的摄像机、通讯传输等相关设备已增加其附加功能，这就是高速公路、隧道运营管理新技术——来自iCare的视频交通事件自动检测系统。
iCare视频交通事件检测系统具有强大的检测功能，通过每150m-200m间隔设置的摄像机的视频信号，iCare视频交通事件检测系统能自动进行各种交通事件检测，包括车辆停驶、交通拥堵、车辆逆行、车速超过极限、抛洒物、交通事故等各种事件，特别是通过对火苗和烟雾的检测能在10秒内及时发现火灾，较之传统火灾检测系统检测时间大大缩短，从而能在火灾发生后的10分钟的黄金抢救时间内进行判断和确定抢救方案，避免造成更大的损失；此外，本系统还可以进行交通参数的采集。
4.1.1撞车事故检测
撞车事故检测示意图
4.1.2车辆抛锚检测
十字路口违章停车检测示意图
4.1.3异物抛撒检测
运行在城际快速路、高架桥上的车辆中会有很多运送煤炭、砂石的货运车辆，系统可对这些货运车辆在行驶过程中因车辆颠簸、变速等原因造成煤块、砂石的滑落、遗留在现场的事件进行检测、报警，以避免二次事故的发生。
异物抛撒检测示意图
4.1.4车辆拥堵检测
本系统可对在城市道路、高架、快速路等道路上因交通事故、雨、雪、大雾等天气造成车辆长时间滞留、排队、无法通行的情况进行实时报警、提示，提前告知交通、警察等管理部门，以便采取提前分流、诱导提示等手段进行调控。
交通拥堵检测示意图
4.1.5逆行检测
车辆不按规定方向行驶的行为，极易造成撞车、追尾等交通事故，其行为异常恶劣，本系统采用运动跟踪技术可对车辆的运行轨迹、方向进行判定，当系统发现车辆的行驶方向与规定的方向不同时，可及时进行报警提示。
车辆逆行检测
4.1.6交通信息采集
交通信息采集作为智能交通系统的重中之重来优先发展，基础交通信息主要包括车流量、车速、车间距、车辆类型、道路占有率等，采集交通流数据信息检测采用虚拟线圈技术，自动对通过虚拟线圈的车辆进行测速、计数并将统计的信息自动上传到中心分析服务器分析服务器实时显示交通信息量的动态曲线图，这些基础数据可为交通诱导系统、自适应信号机控制系统提供必要的数据信息。
交通信息采集示意图
4.2系统自诊断报警功能
系统具备自诊断报警功能：
如摄像机视频信号的丢失、网络通讯出现故障、视频分析器出现故障等，针对以上故障系统有报警日志记录，并且提供报表打印功能。
4.3智能化的报警中心
4.3.1动态视频查看
即时车辆信息查看：
用鼠标单击IP地址列表项，双击界面中的四个动态视频窗口可任意连接到指定IP的视频车辆检测器，用于查看该设备监控的车道的动态视频。
4.3.2交通信息量采集
点击流量监控按钮对系统界面进行切换，如图所示，选择要查看的路口，软件会自动显示该路口的流量曲线、速度曲线、占有率曲线。
报表统计
4.3.3事件提示
当前端设备检测到道路出现拥堵状况时，设备会自动进行报警，并将报警信息上传给平台，在平台软件窗口的左下角弹出报警提示窗口对拥堵现象发生在某个路口某个车道进行提示，用户双击其中任意一条记录，可调出该报经记录对应的道报警图片和动态视频。
报警提示窗口
报警信息查看示意图
4.3.4信息查询
Ø交通信息量查询
交通信息量查询界面
Ø报警记录查询
系统可对之前发生的异常事件按路口名、年月日、车道等属性进行查询，以便事后进行分析。
4.4关联视频
本系统对交通事件自动记录事件发生的时间标签，通过软件平台可对视频存储服务器/DVR所记录的录像文件进行关联，查询事件发生前后一定时长（时间可设）的视频录像，方便管理人员对事件发生的原因进行分析。
4.5交通诱导信息发布
可变情报板安装于公路路面上方，为驾驶人员提示目前的道路路况信息，如前方施工、车祸地点、强风、浓雾等警示标语；还可显示简单的图形、限速值等，以便驾驶人员能更好的掌握目前的路况情况，避免交通阻塞，减少交通事故的发生；可变情报板是以交通部颁布的《高速公路LED可变信息标志技术条件》为蓝本而设计。
由显示屏、控制器及内置控制软件、机箱、框架、电器保护和防雷装置、基础、安装连接件、成对调制解调器、安装所需的电力电缆及信号电缆工程等组成。
应用拓扑图
LED情报板系统应用拓扑图说明：
在高速公路上屏控制距离大于2km，我们选用光纤以太网传输通讯信号，小于2km使用RS485总线连接方式
工作流程图
现场效果图
4.6远程访问
管理中心网络计算机上的授权用户，可通过网络对各监控主机进行远程访问，查看和下载车辆记录的数据及图像，设置报警条件，修改系统参数，实行远程维护和远程操作。
4.7用户管理
为了保证系统安全，本系统采用分级口令管理设置，有系统管理员、系统操作员和一般查询用户三种登录身份，分别授予不同的操作权限，以确保系统的安全。
五、关键设备介绍
5.1交通信息分析器
iCare-Box1000-TEA
iCare-Box4000-TEA
功能
技术指标
参数
交通信息分析器
视频处理芯片
DM6437
视频分辨率
704*576
视频帧率
25帧/S
视频输入路数
1路
4路
视频输入接口
BNC
检测响应速度
<0.1s
是否具有自动抓图功能
是
图像抓拍格式
JPEG
接口
以太网接口
1个RJ45
1个RJ45
RS-232/485
有/有
有/有
输入
0路或2路或4路
4路
输出
6路或4路或2路
（输入、输出共6路）
4路
内置交换机
无
有
I/O信号输出
光藕隔离开关量
继电器输出
I/O输出保持时间
<2S可调
I/O通过电流
<150mA
2A
I/O阻抗
导通时：
26Ω～35Ω断开时：
1000MΩ
导通时：
100mΩ
断开时：
1000MΩ
尺寸
及
重量
外形尺寸（mm）
105*116*51（带支架）
442*190*43.6
重量
<130g
<600g
最大功耗
4W
16W
电压
DC12V±20%
AC220V（±10%）
环境条件
工作温度
-20度~70度
湿度
<90%
5.1检测摄像机
Ø图像传感器隔行转移CCD，1/3英寸格式有效画面像素
ØPAL752水平x582垂直
Ø最低照度0.010lux
Ø水平清晰度540电视线
Ø信噪比>50dB
Ø视频输出1Vpp，75欧姆
ØY/C输出Y：
1Vpp/C：
0.3Vpp
Ø同步可以选择内部锁定、线路锁定、HV锁定和同步锁定（脉冲锁定）
Ø电子快门自动（1/60（1/50）至1/500000），固定，无频闪，缺省
Ø灵敏度提升关闭，自动累积最高提升10倍
Ø自动黑电平可以选择打开或关闭
Ø动态降噪可以选择自动或关闭
Ø逆光补偿可以选择关闭、防区和电平
Ø增益可以选择自动（可选最大电平28dB）或固定电平
5.2摄像机镜头
Ø型号：
TG10Z0513FCS日本COMPUTAR
Ø技术参数：
Ø规格（"）：
1/3
Ø接口方式：
CS
Ø焦距（f：
mm）：
5-50
Ø光圈（F）：
F1.3-360C
Ø视角（水平）：
51.8-5.6
Ø最近物像距离（m）：
0.8
Ø有效口径前（φmm）：
29.5
Ø有效口径后（φmm）：
8.7
Ø前置滤光镜螺纹（mm）（φM*P=）：
37.5×0.5
Ø外形尺寸（mm）：
φ47×57.7
Ø重量（g）：
140
Ø特征：
自动光圈及调焦带螺丝锁
六、注意事项
Ø视频源的要求：
红外图像及可见光图像都可以检测，建议相机快门速度设为1/500（S）,目前市场上模拟相机有420TVLine、480TVLine、540TVLine、黑白580TVLine、黑白600TVLine，本设备在420TVLine时车道覆盖范围将减少为2个车道，建议采用480TVLine以上的摄像机。
Ø图像偏移角度范围：
左右摇摆<5度、上下摆动<10度。
Ø流量检测摄像机安装角度：
摄像机要安装在整个检测断面的正上方，即如果检测区域是三车道，那么摄像机最佳位置就要安装在中间车道的正上方，且要有一定的安装高度（三车道时高速公路10－12米，城市8-10米），看车头的方向更好，相机俯角>35度，相机的俯冲角度越大，因车辆遮挡所造成的漏检率就越低。
Ø事件检测摄像机安装角度：
同上。
Ø车辆记录摄像机安装角度：
摄像机要安装在要记录车道的正上方，普通模拟摄像机须每车道安装一台，为了保证车牌识别的准确率，要求车辆牌照区域应在图像中达120~240个像素点（一般占整幅图像的1/6~1/5比例）。
隧道安装图：
高速公路安装：
升级会员 