智能交通与视频分析技术

2013-08-15北京汉邦高科数字技术股份有限公司

智能建筑与智慧城市 2013年3期

文｜北京汉邦高科数字技术股份有限公司张营

智能交通与视频分析技术

文｜北京汉邦高科数字技术股份有限公司张营

1 智能交通系统的由来

社会生产力的发展推动着交通运输现代化的进程，然而在享受着现代化交通带来的巨大便利的同时，人们也面临着道路拥挤堵塞、交通事故频发等问题带来的严重困扰。交通需求不断增长、交通系统日益复杂，单独从车辆方面或道路方面考虑，均很难有效地解决交通问题。于是，近年来把道路、车辆乃至凡与交通有关的一切事物都涵盖其中的智能交通系统（Intelligem Transportation System，ITS）的研究开发应运而生。

2 智能交通系统概述

智能交通系统是一种实时、高效、全方位的综合交通运输管理系统；是将先进的信息技术、定位导航技术、数据通信传输技术、自动控制技术、图像分析技术以及计算机网络和信息处理技术等有效地综合运用于整个交通管理体系，实现人、车、路三者的紧密协调、和谐统一的，大范围内全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输管理系统。

智能交通系统可以为交通部门及时、准确地提供诸如车流量、道路拥塞度和事故监控等交通信息，使交通部门能有效地获取有关交通状况的信息并进行处理，从而提高交通管理系统在交通监视、交通控制、出入控制、救援管理等方面的准确性和调控作用。

目前得益于人工智能计算机视觉技术和硬件技术的飞速发展，图像和视频技术已经广泛应用于新一代智能交通系统中。计算机视觉就是利用各种成像系统代替视觉器官作为视觉信息输入手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉不仅能使机器感知环境中的几何信息，包括位置、大小、形状、运动等，还能对它们进行描述、解释和理解。计算机视觉技术为交通系统提供了直观方便的分析手段。交通环境中的大量信息，如车辆、交通标志和路面标识等都源于视觉；用计算机视觉来处理和理解这些信息可以说是一种必然的选择。

3 智能交通系统的主要内容

智能交通系统的核心大体包括五部分：

（1）交通管理系统

交通管理系统是一种主动控制的综合管理系统，包括智能交通管理系统、交通信息系统、路径诱导系统、车辆运行管理系统、公共交通运行系统、交通公害减轻系统六个子系统。

（2）交通信息系统

交通信息系统由无线数据、交通信息通道、车载移动电话接收信息系统、路由引导系统及选择最佳路由的电子地图所组成。

（3）车辆控制系统

车辆控制系统主要包括行车安全警报系统与行车自控和自动驾驶系统两部分。

（4）公共交通系统

公共交通系统由公共交通车辆定位系统、客运量自动检测系统、行驶信息诱导系统、自动调度系统、公交计费系统、视野支持系统和旅客服务系统等组成。

（5）电子收费系统

电子收费系统包括电子自动收费设备、不停车自动收费系统、停车引导和收费系统几部分；使用电子卡、电子标签实现行驶或进出停车场车辆的计算机自动收费，实现地面交通费用收缴的自动化，从而减少停车延误，提高交通动态、静态化能力和运营效率。

4 国内智能交通系统现状

目前国内智能交通系统的主要应用还是集中在智能视频监控功能上，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成；在很多情况下，视频监控系统所提供的信息是没有经过任何解释的视频的裸数据，不能充分发挥其应有的实时机动的监督作用。另一方面，为了防止一些车辆和行人的违章、违法行为，对无人值守的视频监控系统的需求量日益上升。建设这类系统的主要作用是减少对人工的依赖，自动完成复杂环境中对人和车辆的实时观测以及对感兴趣目标的行为分析和描述。这些任务涉及到计算机视觉领域中的许多核心技术，基于视频场景分析、行为理解等诸多后续处理的，对感兴趣目标的持续跟踪是其中之一。

5 智能视频分析技术概述

智能视频分析技术起源于计算机视觉技术；它通过综合应用图像增强处理等技术，在实现目标与背景分离的基础上，进行目标特征信息与预先设置的模板或规则的比对，从而自动识别感兴趣的目标、行为、事件或数据并产生报警，必要时可驱动对异常目标的自动跟踪并联动其他安防设施，可显著提高安全防控整体效率和能力。同时，利用安防智能视频分析技术实现基于时间、地点以及语义特征描述的历史视频信息智能化查询搜索，可以为公安机关侦察办案提供高效的查证手段。

6 智能视频分析应用系统的基本架构

智能视频分析应用系统总体架构主要有以下三种模式：

（1）前端嵌入式

前端嵌入式架构即将智能分析功能模块前置于视频采集前端设备中，共享摄像机图像处理芯片或专用高性能DSP为智能分析引擎，实现对异常目标、行为、事件的智能分析的架构。这种架构不受图像传输环节影响，可缓解视频传输及后台存储压力；同时由于是利用非压缩原始图像进行智能分析，因而实时性好，针对性强，便于大规模部署。不足之处是难以支撑复杂的智能分析应用；且由于前端处理压力大，对前端设备集成散热工艺和稳定性的要求较高，比较容易受环境因素制约。另外，前端嵌入式智能分析软件升级困难，这会在一定程度上增加安装调试与运行维护的难度与成本。

（2）后台服务器式

后台服务器式架构即将智能分析应用部署在安防监控中心的专用服务器（群）或专用客户端中的架构。这种架构能够有效地解决前端处理能力不足的问题，可以利用强大的后台处理能力实现复杂目标、行为、事件的智能分析；与其他专业应用系统的融合方便，有助于拓展智能分析应用范围；由于智能分析引擎处于后台运行环境下，系统工作稳定性较前端嵌入式架构大幅提高，且智能分析软件升级方便，系统运行维护压力得以有效降低。这种架构比较适用于阶段性固定监控场景（如大型活动）的智能分析应用，但对后台服务器性能配置要求较高，智能分析水平容易受图像传输链路带宽限制，实时性能不够理想，应对大规模智能分析应用显得力不从心。

（3）分布式混合式

分布式混合式架构即将部分相对简单的视频预处理功能前置于摄像机（或前端视频服务器）中，完成目标特征数据的提取、打包、发送，后台智能分析引擎接收目标特征数据，完成其与预设规则或模块的比较分析并自动产生报警的架构。这种架构可使前端智能分析压力得以降低，令后台服务器只需要对目标数据进行分析；与其他专业应用系统融合方便，能够提高智能分析的效率和能力，比较适用于大规模、高性能的智能分析应用；但系统部署整体代价及运行维护压力不容低估。

7 智能交通系统与视频分析技术应用

目前在北京，京藏、京承、京港澳三条高速公路已经实现了视频的智能监控；地铁回龙观站、天通苑站、西单站、国贸站、东单站也将利用先进的智能视频监控系统得到轨道路网客流实时状态信息，为乘客提供轨道拥堵信息服务；同时在19个公共汽车换乘车站和大客流车站的出入口、站台、换乘通道、列车两端安装了178套客流感知和图像监控设备，实现客流流量和密度的实时检测和预警、预报。