交通车辆违章行为智能监控系统设计分析

2017-09-06赵成强王文斌刘明哲王宇李嘉

海峡科技与产业 2017年8期

赵成强+王文斌+刘明哲+王宇+李嘉

摘要：近年来，各类交通安全事故时有发生，造成了人民财产损失和人员伤亡，通过对事故关键问题进行技术分析，发现加强交通车辆违章行为监控，能够为提高驾驶人员安全意识和法律意识提供有力帮助。因此，加强车辆违章行为智能监控，能够为交通违章处罚提供有力证据，辅助交通安全管理。

关键词：机器视觉；车辆违章行为；智能监控

0 前言

当前，随着国民生活水平的提高，交通车辆也变得越来越多，随之而来的是交通事故也频繁发生，加强交通安全监控管理势在必行。在现有交通车辆违章行为智能监控中，许多监控检测仍釆用物理检测技术的地下感应线圈方法检测，地感线圈不仅会破坏路面，而且还需高成本的长期维护。

通过对现有交通监控检测分析发现[1]，几乎采用的是触发抓拍的方式，其原理是通过相关检测技术检测到车辆违章再触发进行拍照留证，其中采用的检测有红外线检测、磁力计检测、感应线圈检测等，而这些检测要么得破坏公路埋线圈，要么得安装相关发射和接收设备，同时受环境影响较大，这大大的提高了成本和影响了效果[2]。因此通过多方调研论证，优劣特点比较析，设计基于机器视觉、计算机视觉等相关高度智能化的交通车辆违章行为监控系统，也是当前智能交通监控发展的重要方向[3]。

1 基本思路和研究方法

根据所需监控车辆规章行为内容出发，所需实现的功能包括对违规占用非机动车道、逆向行驶、随意变更车道、压线、违法停车、违规使用远光灯等违章行为进行实时监控，需应用到机器视觉、图像处理和智能视频分析技术等相关技术，且在具体交通应用场景中还需硬件设备配合才能完成，其基本研究思路和技术路线如图1所示。

2 软件程序实现

针对所要进行的违规占用非机动车道、逆向行驶、随意变更车道、压线、违法停车、违规使用远光灯等违章行为进行功能实现时，都需通过机器视觉、图像处理和智能视频分析技术等相关技术进行程序编程开发实现，对所监控的视频图像中出现的违章行为进行检测分析，判断是不是违章行为，结合相关整个硬件设备完成交通车辆违章行为的智能监控。

3 硬件设备系统

硬件系统实现主要通过两种方式，一是对现有交通硬件设备进行实现功能需示进行改造，二是针对项目功能实现自行研究实现设备仪器。于此下面介绍的是自行研究交通车辆违章行为智能监控系统设备仪器介绍。

系统包括视频图像采集设备、机器视觉设备和信息存储和传输设备。图像采集设备与机器视觉设备通过数据传输线相连，机器视觉设备通过信号传输设备以有线网络进与监控中心连接。其硬件结构图如图2。

4 系统研究重点难点分析

本文所设计思路分析，从当前研究现状优劣分析，所实施的对象车辆日常情况下许多是运动目标，如违规占用非机动车道、逆向行驶、随意变更车道、压线等都涉及到运动车辆目标跟踪问题，在本文所提监控系统在实际应用中由于场景中各种不确定的外界干扰因素，导致目标跟踪领域仍然有几项关键技术有待改进和完善[4]。

（1）运动车辆目标检测

要想把运动目标实时准确的检测出来，需要克服各种外界因素的干扰[5]。这些外界因素包括：目标和背景同色干扰、光照变化的干扰、运动目标阴影、遮挡问题以及天气变化等。一个好的目标检测算法必须兼顾到这些外界因素的干扰。如目标阴影可能会误判为场景中的另一个目标，这时可以采用对称的帧间差分算法来提取目标轮廓来滤除阴影的干扰。

（2）车辆间遮挡问题

运动车辆目标跟踪过程中遮挡是一个不可遇见的过程。遮挡处理的好坏直接影响跟踪的效果，特别是车辆进行违规变道时[6]。一个鲁棒性能好的跟踪算法应该满足：能够准确的判断目标被遮挡；遮挡发生时能够利用剩余的目标特征信息和先验知识识别目标；在完全遮挡的情况下不会出现目标车辆被跟丢的现象；遮挡结束后，能够实时的恢复跟踪。

（3）交通场景的复杂性

因为大多数视频监控都安装在繁忙的交通路口，这种场景中，对象众多，除了我们要检测的运动车辆目标外，还有行人、小型车辆：摩托车、电动车等。而且多个对象间又会出现相互干扰。这时如何排除行人及小型车辆等不必要的干扰而成功的检测出运动的机动车辆也是整个系统能够实现跟踪的关键。比如我们可以通过目标外界矩形的长宽比来排除行人和小型车辆。因为通常情况下，行人和小型车辆的长宽比要比一般的普通车辆要大，这时可以预先设置一个阀值，当外接矩形的长宽比大于这个阀值时，就认为其为行人或目标并将其成功滤除。

5 系统优势创新点分析

目前，触发抓拍式电子眼系统的缺点如：1.检测机动车违章行为需安装的相关触发设备受环境影响较大。2.监控范围小效率低。3.硬件成本高。

这些缺点严重的影响对机动车违章行为监控的效果。针对这些缺点，本文将机器视觉技术、图像处理等技术与智能交通相结合，发挥了机器视觉技术实时性好、鲁棒性好的特点，克服了触发设备受环境影响较大的缺点。

通过各种调研和对现有交通车辆违章行为监控的方式相比，本文所提出的交通车辆违章行为智能监控系统至少可总结有以下三个创新点：

（1）监控模式上创新，革新了传统监控模式，克服了传统监控模式中所存在的破坏公路埋线圈，抗干扰性干扰性弱等问题，是当前城市智能交通的重要分去发展方向。

（2）监控实现方式和系统软件开发灵活创新，根据监控目标内容和在不同的监控场景下，利用不同的监控系统。且具体可根据监控目标需要，在特殊路段只进行应急车道等方面单一功能实现专项监控，另一方面，在一些特殊交通路段，也可以实现多种交通违章行为同时监控。

（3）实现功能路经上创新，在硬件系统实现中，可根据实现系统功能不同，监控内容的复杂性不同，进行相应核心设备开发。同时，也可在现在有监控设备条件下进行改造，对能够适合监控视频内容采集、传输的设备直接加以利用。能够降低监控系统实现成本。

综上所述，这些优势都有效的提高监控效率并降低了硬件设备的复杂度、监控系统硬件成本，有利于推广监控系统，增强对违章行为的监控力度。这些都为城市智能交通发展，交通车辆违章行为监控等都有重要的应用价值和研究意义。

基金项目：2017年国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201710616039）

参考文献

[1] 陆梦进.基于机器视觉的智能交通监控系统研究[J]. 软件工程师， 2016， 19（3）：9-11.

[2] 尹航.基于DSP的嵌入式智能交通监控系统前端设备设计与实现[D]. 哈尔滨工程大学， 2011.