基于视频的高速公路测速系统

闫洪彬 YAN Hong-bin

（中铁二十二局集团电气化工程有限公司，北京 100141）

（China Railway 22nd Bureau Group Electrification Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100141，China）

0 引言

国家发展离不开道路建设，伴随着高速公路的大规模建设，车辆的超速现象也频繁发生。为了查处违规车辆，车辆的测速成为交管部门越来越重视的问题。而基于高速公路的智能管理，机动车辆的测速管理也是其中一个重要的组成[1]。

1 车辆测速技术简述

目前，智能交通系统中对车辆测速主要有线圈测速、激光测速、雷达测速、视频测速等。线圈测速一般采用埋设式，车辆通过线圈会引起线圈磁场变化。但线圈须埋入车道安装，使路面受损，当车流量过大时检测精度也会降低。

雷达测速是利用多普勒效应，利用频变的特点计算车辆的速度。但雷达和激光测速系统对测量角度都有很高的要求。为解决车牌识别不清问题，提出利用高速存储数码相机对车牌进行识别。此系统测速具有准确、速度快等优点，但成本较高不能用于多车测速，抗电子干扰能力弱。视频测速主要需解决的问题是从图像中找到两帧图像中车辆位置的匹配关系。其优点是系统结构简单、稳定性强、成本低，抗电子干扰，可用于移动和固定场合。

由于视频处理的独特优势，在交通智能管理系统中已被广泛使用，能够在实时环境下对车辆进行测速。

2 视频测速管理系统介绍

视频测速系统应用环境如图1所示。

视频测速系统主要有监控、数据传输、中心管理三部分如图2所示。前段监控单元包括闪关灯、摄像等，负责采集信息；数据传输单元包括CDMA传输模块，负责前段监控单元到中心管理单元的信息传输；中心管理单元主要包括系统的管理软件及其存储设备，负责对传回的数据进行处理并将其存入数据库，便于以后车辆信息的汇总调取。

图1 场景图

图2 测速系统结构图

当车辆驶入监控区域，前端监控单元采集车辆通过的时间、速度等信息。当检测到车辆超速时，将启动抓拍模块，对违法车辆进行拍摄，并将违章车辆违章时间、违章地点、车牌号码和车牌图像存入工业控制计算机的本机数据库中。

前端监控单元获取的车辆行驶记录以及违法车辆图片通过CDMA无线网络发送给中心服务器进行保存。CDMA无线网络单元作为该系统的自动传输单元，当网络堵塞或故障时，自动传输单元循环等待网络的恢复，当恢复后，自动传输单元自动启动数据传输。

中心服务器负责处理前端传回的车辆记录和图片信息。服务器中的车牌识别模块首先识别违法车辆图片中的车牌，然后由图片处理模块采用特定技术附加车辆时间、地点、行驶速度，并将该车辆违章信息发送给终端服务器，作为交警执法依据。测速系统测速流程如图3所示。

图3 测速流程图

3 测速原理

在视频测速管理系统中首要实现的就是对车辆行驶速度的测量，此节提出了一种测速系统，本系统使用视频检测车辆车速，依据以下公式：

在此系统中，通过视频信号的固定帧间时间可直接得到Δt，再通过其他方法间接的得到Δd，我们采用公式：

f（s）是表示路程的函数，s表示位置，设已知函数f（s）表达式，则通过f（s），有s1、s0计算得到d1、d0值，相减即得Δd，实际测量可得到t1和t0值，从而可由（2）式计算v值。

在两帧图像中找到车辆的对应点，由于摄像机是固定不动的，对应点分别对应到图像中s1（t1时刻帧图像）和s0（t0时刻帧图像）位置如图4所示，相减即可得到对应点Δt（t1-t0）时刻在图像中移动的像素距离Δs（s1-s0），从而得到车辆在图像中的移动速度，单位为“像素/秒”。

图4 车辆像素位置比较图

图5 测速原理图

我们要获得的是行驶速度，单位是“公里/小时”，我们要找到Δs与实际距离Δd的关系。

考虑到摄像机安装的安全性和效果的视觉俯仰角，θ一般不小于60°，我们选取60°，此时的视距c和检测点距摄像机的距离d较大，当Δt很小时，Δd相对于d非常小，因此可以忽略图变化量Δθ。

假设视频信号中截取的图像高宽分别为1920像素和1080像素，车辆监控视频视野宽刚好为一个车道宽为3.5米，如图6所示。

图6 车牌在两帧图像中移动的位图

设视野范围内可以看到xm路面长度，也就是图像高度所对应的路面长度为xm，此时有，

而此刻我们不考虑视觉透视效果，则有，

此时，Δt为获取的两帧图像时间差，Δs为车辆在两幅图像的像素距离，而由公式（1），即可得出车辆的移动速度v。

4 总结

文章的最终目的是对高速公路车辆速度的监控及其测量，设计了高速公路车速监控系统，并提出了一种车速的测量方法，通过与图像识别技术相结合，进行模拟实验。实验结果表明，此测速方法已初步实现了视频测速的基本要求。

[1]袁河洋.基于视频的车辆速度检测方法研究[D].大连：大连海事大学,2013,6.

[2]陈媛媛,柴治.基于视频检测的车辆测速方法[J].现代电子技术,2009,23:185-187.

[3]袁丁.基于视频和DSP的车辆识别测速系统[D].浙江：浙江大学,2004,2.

[4]王命延,朱明峰,王昊.机动车视频测速中关键技术的研究与实现[J].计算机工程,2006,32(5):198-200.

[5]张重德,张崇薇.一种提高视频车速检测精度的方法[J].上海交通大学学报,2010,44(10):1440-1442.

[6]童剑军,邹明福.基于监控视频图像的车辆测速[J].中国图像图形学报,2005,10(2):192-193.