基于视觉传感的动态高危区域检测与系统构建

安明伟　郑少华

摘 要： 动态高危区域的检测、决策发布是智能道路、智能基础设施研究的重要内容。为提高交通实时监控、安全预警及应急疏导，确保交通安全稳定，提出融合宽带无线接入，以拓展现有固网视频接入方式。通过视频图像处理和数据挖掘技术，实现道路灾害气象检测、通数据采集和事件检测，对高危区域的交通运行状况和短时交通流量进行预测，进而给出路网状况评测和交通路网的稳定性分析。通过在高速公路搭建系统进行实验与测试表明，系统实时性好，检测准确度高、误差小，且具有较好的鲁棒性，提高了实现高速公路的智能化管理。

关键词： 视频图像处理； 事件检测； 实时监控； 动态高危区域

中图分类号： TN911?34； TP391.41 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）05?0155?04

Detection and construction of dynamic dangerous area monitoring

system based on video sensing

AN Ming?wei， ZHENG Shao?hua

（Department of Communication and Scout， Armored Force Institute， Bengbu 233050， China）

Abstract： The detection and decision release of the dynamic dangerous area are the important research contents of intelligence road and intelligence infrastructure. To improve real?time supervise， safety early warning and emergency evacuation for transportation， and ensure a traffic safety stability， the broadband wireless connection is put forward to expand the way of the exis?ting fixed network video connection. The road disaster weather detection， data acquisition and event detection are carried out with video image processing and data mining technique to predict the traffic condition and the short time traffic flow in the dynamic dangerous area， and then release the road net condition and the stability analysis. Through the experiment and testing results of the system built in the expressway show that the system has good real?time performance， high detection accuracy， small error and better robustness. It improved the intelligence management of expressway.

Keywords： video image processing； event detection； real?time monitoring； dynamic dangerous area

0 引 言

动态高危区域主要是指在道路行驶过程中发生的与交通安全有关的事件，即可能产生交通安全威胁或风险所有事件和因素。如环境因素，或在路上的障碍，也可能是因之前一些事件产生的不稳定的交通环境，或者突然的交通饱和等。我国发生的交通事故主要就是在这些动态高危区域区，所以，对于动态高危区域的研究和检测具有重要意义。本文提出融合宽带无线接入以拓展现有固网视频接入方式，通过视频图像处理和数据挖掘技术，实现道路灾害气象检测，交通数据采集和事件检测，并对预测视频盲区的交通运行状况和短时交通流量，进而给出路网状况评测和交通路网的稳定性分析，实现实时监控、安全预警及应急疏导，确保交通安全稳定[1]。

1 系统结构与模块设计

系统整体结构如图1所示，以中心服务器为中心，建立基于3G，WiMAX，WiFi的无线网络的信息采集、传输、发布、控制的交通动态高危区域或盲区应急监控系统，兼容原有传统固网系统，设计车载系统、中心访问控制、并发处理、应急辅助决策系统，并提供兼容多种终端的Web信息访问模式[2]。

系统在动态高危区域盲区信息采集系统，即车载系统模块中，涵盖了信息采集、兼容RFID等传感网络采集设备、信息压缩编码和信息的预处理，包括信息过滤、数据挖掘、网络传输QoS保障等功能，通过3G，WiMAX，WiFi等无线网络将信息回传中心，在公网上架设中心服务器，兼容原有交通固网监控系统，在中心提供安全访问控制、网络固态检测及反馈、信息多路并发访问和应急辅助决策等功能，并提供基于Web的信息发布，客户端提供基于B/S+C/S兼容多种异构终端的访问模式通过用户认证，对交通信息进行访问和相应的控制[3]。系统总体模块如图2所示。

1.1 车载信息采集

其主要功能为：视频采集、编码、网络自适应、发送、回显，RFID等传感网络信息采集等等，车载系统以UPS电源或车载逆变器供电，主要包括车载摄像机、视频采集服务器、无线路由设备、天线、触摸屏、RDIF射频等其他信息采集采集设备。车载摄像机负责视频采集，视频模拟信号通过视频采集卡输入到视频采集服务器经过视频编码（H.264，MPEG4）、封装（TS、3GPP，AVI，RTP），RDIF射频等其他信息采集设备通过其相应的射频采集技术对应急事件中的物体、货物、路面、设施进行信息采集和处理，通过路由器向中心服务器发送数据，并根据当时网络的情况，动态调节缓冲和发送频率，同时在视频采集服务器内提供基于Web的配置调整界面，通过触摸屏用户可以在车上现场实时调节信息采集配置；移动设备通过蓄电池供电，其设备与车载设备相比更具备便携性，可以由功能较强的3G手机代替或者由便携式摄像机+便携式视频采集发送服务器组成，可以很方便用户随身携带，并且功能上与车载设备一致[4]。

1.2 中心服务器

中心服务器必须具有公网接口，架设在具有高带宽的公网上，同时在硬件要求上由于需满足200路并发；以公网发布为依托，摆脱专网范围的限制，跨网络、跨区域，实时性高、灵活性强、架设方便、成本低；并且不需要考虑覆盖问题、信号送达问题、异构网络传输等采用专网必须考虑的问题。视频采集端不需要考虑中心服务器的位置和方式，只需将视频数据发送到公网中某个固定IP上就可很好地完成视频传输目的地问题。

服务器由3个子服务器组成，包括：文件服务器、中心并发访问服务器、目录管理服务器，分别应对不同的应用需求，其中目录服务器是对各个接入系统的客户端I/O进行安全访问控制管理、对信息的输入输出进行登记和配置、提供基于Web的信息访问模式、对中心服务器各类事件进行记录和反馈；文件服务器对各类输入信息及其相应的输入管理者进行登记和存储，并在目录服务器上进行登记，提供相应的调看访问；中心并发服务器负责对各类接入的客户端进行基于并发复用的处理，优化系统负载性能及实时访问保障。

1.3 再现终端

客户浏览视频只需要具有Web浏览器的手机、PDA、PC、监控大屏等设备，并且需要接入公网，无论是通过WiFi、WiMAX、固网、3G等网络接入模式；安装相应的视频播放查看管理软件即可查看图像，用户通过登录相应的公网网页，并点击相应需要查看的视频即可，并可融入B/S+C/S模式，在浏览器加入控制反馈机制，实现对视频的实时调度指挥[5]。

2 系统构建

2.1 总体结构及数据流程

路网动态高危区域检测系统旨在利用路况监控视频图像，采用图象处理、计算机视觉以及模式识别技术，从中发现路况车辆异常，统计路段交通流信息，提取能见度变化的图像特征，对路况进行全面的综合分析，并通过高速公路千兆监控以太网发布警报，同时将请求人工干预，以实现高速公路的智能化管理，其总体结构及数据流程如图3所示[6]。

可以看出，本系统独立组网，各视频综合服务器从以太网获取视频数据，并进行分析，检测其中的车辆、交通流信息，并计算气象能见度值。当检测到能见度异常情况时，通知视频存储服务器进行预前存储。

C/S模式的前台监控终端可实时从视频综合服务器获取监控视频，获取异常报警、实时交通流参数以及能见度情况[7]。对于兴趣区域可以通过球机控制模块控制摄像机进行位置调整；并可从存储服务器调看事故预前录像和历史统计参数。当发生异常事件时，在系统终端界面上发出警报，以提醒监控人员。B/S模式的前台监控可配置各视频服务器的工作状态，并从存储服务器获取历史数据，并报表输出。

设置基于Web的配置管理B/S模式和实时流控制的C/S模式两种界面模式，分别由两台终端实现和使用：

视频查看模式（C/S模式）： C/S终端用于实时观看视频、能见度图像，并调看历史视频和数据查看，进行摄像机控制，预置位设定等操作控制，在公路发生异常行为的情况下，主动提醒监控员采取措施，以防患于未然。系统的操作基本分布在工具栏和菜单上。

设备配置和报表模式（B/S模式）：用于对视频服务器设备进行配置，包括其图像输入端口，工作状态等，同时对历史数据进行统计分析，给出统一的报表输出。

2.2 中心服务器模块间的通信流程

中心服务器模块间的通信流程，如图4所示，告警服务器主程序是一个守护进程，启动后就一直在运行，监听网络上的控制命令组播端口，等待告警终端的指令；在收到告警终端指令后，判断指令类型，如果是对指定视频进行告警，对系统进行检测，如果符合系统运行要求，启动子进程视频检测程序检测指定视频，然后返回到等待网络命令状态；如果指令为关闭指定视频，对告警列表进行检查，关闭已经启动的检测进程。

告警进程在启动后，按照告警终端的所指定的图像地址，接受网络组播图像，进行分析处理，将处理后叠加字符、异常标识、告警提示等附件信息的视频通过组播网络发送，并针对异常事件给出触发信令，提示监控终端及时进行处理。

3 系统特点

3.1 实时监控

提供覆盖广泛，成本低廉的监控覆盖范围，构建基于三网融合乃至多网融合的实时监控体系，构建基于电信运营商3G及宽带网络和交通专网为主体的大网架构，兼容基于WLAN、WiMAX的无线网络，基于802.11P的无线车联网等协议，在无线、有线、IPv4、IPv6等多种协议上，兼容合并现有网络，采用以固网为主导、移动网络为补充，在原有的固定监控的基础上，构建基于范围更加广泛、实时性更加高效的移动实时监控。

3.2 安全预警

针对交通状态的实时分析、模型构建、车辆跟踪、事故预警、灾害天气预警、预警信息发布等方面，构建以视觉传感为主的，基于交通流分析的交通实时安全预警，采用多元传感为信息采集单位，针对实时监控的数据的分析、挖掘和融合，实时给出对交通实时态势的评估，同时对交通敏感信息，包括：灾害天气、路面黑冰、特殊车辆的轨迹跟踪、交通流量估计等多种交通应急情况的实时检测和预警。

3.3 应急疏导

针对已发生或可能发生的交通事故、交通拥堵、交通突发情况，为管理者和出行者做出实时高效的应对策略，构建以路由诱导、交通信号灯控制、匝道控制为手段的，以交通流控制、分流、疏导和应急救援为目的，城市交通和高速公路交通为服务对象的交通应急疏导机动处理响应机制和方式。

4 结 语

基于视频传感的动态高危区域检测系统采用路况现有的摄像数据为统一的分析对象，其建设和维护均无需破坏路面，成本低，密度高，覆盖面广，反应快，促使交通基础设施能发挥出更大的效能。同时，动态高危区域分析系统的应用，将大步提升事件检测的反应速度快，定位精准，缩短事故发现时间，可及时发现高危区域车辆异常行为，统计路况交通流参数，实时计算路况带状能见度分布，并进行报警和录像，大大提高了监控系统效率，有利于减少交通事故过程中的伤亡以及伤害程度，并可极大减少由此引发的二次事故。系统以其丰富的数据为高速公路管理和决策提供了便捷、全面的信息。并以此开展进一步的交通数据分析，给出行者提供实时有效的信息，提高服务质量，从而获得巨大的社会经济效益。

参考文献

[1] 安明伟，赵霖，陈启美.基于IP融合的公路监控视频编码选择研究[J].电视技术，2007，31（3）：88?90.

[2] 李勃，董蓉，陈启美.无需人工标记的视频对比度道路能见度检测[J].计算机辅助设计与图形学学报，2009，21（11）：1575?1582.

[3] 郭凡，陈启美，李勃.基于云台摄像的实时车速检测算法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2006，18（9）：1337?1344.

[4] VLAHOGIANNI E I， KARLAFTIS M G. Comparing traffic flow time series under fine and adverse weather conditions using recurrence?based complexity measures [J]. Nonl Dyn， 2012， 69（4）： 1949?1963.

[5] 范泳文，官洪运，蒋静学，等.基于3G网络的智能交通视频监控系统[J].电视技术，2012，36（5）：103?105.

[6] 李勃，陈启美，王颖健.路况监控图像预警处理算法实现[J].公路交通科技，2004，21（12）：123?126.

[7] MA Lin， LI Song?nan， ZHANG Fan， et al. Reduced reference image quality assessment using reorganized DCT?based image representation [J]. IEEE Transactions on Multimedia， 2011， 13（4）： 824?829.