区间测速与自动提醒系统在邢衡高速中的应用

文/河北省高速公路邢衡筹建处 陈翔

区间测速与自动提醒技术的优点

区间测速即利用车辆经过两个抓拍点的时间，计算区间内车辆行驶的平均速度，来检测超速违法车辆。自动提醒即通过自动联动可变信息标志设备来提醒、警示驾驶员及时纠正错误避免事故发生。近年来，区间测速已越来越多地被实际应用，自动提醒功能是智能化监控的一个体现，它的优势与特点主要表现在以下几个方面：

测量的范围加大，全程无盲点测速。与定点测速相比，由于区间测速计算的是区间内的平均速度，测量范围更大，能够实现抓拍、全程无盲点超速检测。

测速精度高，稳定可靠。定点测速受车辆、气候和元器件漂移等影响，导致系统长时间稳定性差。而区间测速，利用两个检测断面之间的距离，并通过激光测量标定，距离误差几乎为零；测算时间为两个抓拍点的时间差，只需保证抓拍点设备的时间同步即可，因此，测量的准确性更高，系统长时间稳定性为优。

“反监控”能力强，监控效果提升。通过电子地图等高科技设备，驾驶员会在单点测速或监控点周边地段刹车减速，经过监控点后继续超速行驶，这类具有反监控能力的违法超速车，在区间测速系统监控下将无所遁形。

另外，刹车减速规避监控，很容易造成追尾事故。采用区间测速后，可间接地减少交通事故的发生。

说服力强，更容易被理解和接受。区间测速系统测速原理简单，精准度高，更容易被驾驶人接受，争议性较小。

测速效率高。传统超速抓拍设备取证系统中，如果出现多辆车将无法采集图像数据。区间测速提供的是两个抓拍点针对同一车辆的抓拍图像，与其他车辆是否出现无关，一定程度上提高了检测效率。

信息反馈及时，实用性强。区间超速自动提醒功能，自动与道路上的可变信息标志联动，及时提醒超速车辆纠正违法行为，警示其他驾驶人注意控制车速。另外，系统还具有语音提醒监控人员记录违章车辆信息、黑名单报警等功能，从而减轻了监控人员的工作负担。总体来说，实用效果显著，也提升了监控管理中心的监管力度和服务水平。

提高设备资源利用率。自动提醒功能利用现有的设备资源和综合监控平台系统的SOA架构特点，在发布提醒信息时，插播一条信息后，将自动恢复，完全不影响原来的播放内容。

系统的实现与应用

系统构成

图1 系统构成图

通过全程信息化综合监控平台系统（软件处理模块，如图1所示）将高速抓拍子系统与信息发布子系统有机结合，实现联动控制。系统的主要组成包括：

硬件组成：海康威视DS-2CD9131-S高速抓拍摄像机，深圳同鑫TXCMS-DC32-A22超节能门架式可变信息标志；

软件组成：海康IVMSIVMS智能交通管控平台，基于WebService的数据转发/接收模块，可变情报板CMS通讯服务软件，基于SOA架构的综合监控平台系统，Oracle_v3.2.3数据库，MS SQL Server 2008 R2数据库。

邢衡高速公路（衡水段）项目全线架设22套高速抓拍摄像机（含摄像机和车牌识别单元），平均每6.6公里1套。每套高速抓拍摄像机，配置一套频闪补光灯，均安装在道路门架式可变信息标志上方（如图2所示）。

综合监控平台是结合该项目的特点进行研究定制的监控系统，集成了路段上所有机电设备和子系统功能，其中，包括区间测速与自动提醒技术（如图3所示）。

图2 外场设备

图3 综合监控平台系统界面

实现原理及流程

视频检测原理。视频检测是采用基于运动检测的车辆检测方法，其核心原理为自学习建立道路背景模型，将当前帧图像与背景模型差分后，得到运动前景像素点，这些运动前景像素得到车辆信息。该方法的优劣依赖于背景建模算法的性能。

整个检测过程分为以下几个步骤：

由高清摄像抓拍主机，获取实时的视频流。

利用背景差分算法检测运动前景。首先通过初始多帧视频图像的自学习建立背景模型，然后差分运算当前帧图像与背景模型，消除背景影响，从而获取运动目标的前景区域；

根据背景差分运算中运动目标检测的结果，有选择性地更新背景模型并保存。

过滤噪声并获取准确的车辆位置。

运用时空信息、匹配和预测等算法，准确跟踪车辆，得到车辆对象的运动轨迹并保存。

判断车辆是否到达触发线位置，如是没有到达，则进行下一帧检测，如果到达则发出触发信号。

车辆的抓拍触发综合运用了车牌检测算法和车辆检测算法：首先采用车牌检测算法，当车辆到达触发线时，若系统检测到图像中存在车牌，则触发抓拍，并进行车牌识别；若系统无法检测到车牌，将启用车辆检测算法，若运动对象与系统内建立的车辆模型相匹配，则触发抓拍，并记录为无牌车辆（如图4所示）。

区间测速原理。设检测区间起始点为A和结束点为B，根据桩号预先计算AB间的区间距离，由A、B两点的抓拍及识别系统，检测、识别过往车辆，并将通过两点的时间、识别结果及全景图片发回监控平台，计算同一车辆由A点到B点的时间差，用距离除以时间获得车辆的平均速度（如图5所示）。

自动提醒功能。当系统检测到超速违法行为时，预估车辆到达下一个信息发布设备的时间，并自动向该信息发布设备插入临时任务，提醒该车辆已被检测到超速行驶，及时纠正，警示其他车辆注意控制车速，并将信息发布设备自动恢复至原始状态。功能实现难点包括对大量过车数据的管理、分析、计算、统计和对信息发布设备的精确控制。

实际测试中，过往的车辆数量非常庞大，为了提高效率，将数据分为历史过车数据和当日过车数据，并分别统计查询。

图4 车辆抓拍触发原理示意图

图5 区间测速原理图

由于区间测速须计算分析每条数据，但超速车辆的出现又较为偶然，频繁查询数据库会影响系统的工作效率，甚至影响其他功能模块。因此，在软件中采用临时数据能较好地解决此问题。另外，考虑到漏拍的可能性，在排除无效数据的同时，还应及时清理已过时的数据，保证数据的及时更新。

提醒信息下发预估时间，由下一区间的距离除以当前区间的平均速度计算得出。提醒信息下发时，应先保存信息发布设备的当前状态，制定临时插播任务，待提醒信息到达终止时间时，恢复设备至原来状态。

显示状态下，超速车辆并不会大量集中出现，预估时间也不可能完全准确无误，所以保守采用30s的提醒持续时间，若期间有新的超速违章发生，则用新的提醒信息代替并更新定时器。

系统实现流程。整个实现流程可分为以下几个步骤（如图6所示)：

对路段上的所有高清卡口抓拍点进行编号，区分左右线；

实时抓拍提取过往车辆信息，并将实时数据通过以太网上传至卡口管理平台和综合监控平台；

图6 区间测速与自动提醒流程图

综合监控平台每接收一条数据，统计实时过往车辆流量，并通过数据库查询分析计算该车辆是否超速违法；

若已超速违法，则计算预计到达下一个信息发布设备的时间，并制定可变情报板定时任务发布，提醒违法车辆；

超速提醒信息下发持续一定时间后（30s至60s），自动将信息发布设备恢复至常态运行状态；

将超速车辆信息（抓拍图片、车牌号、过车时间、区间位置名称、区间速度、超速百分比、车型、车身颜色等）存入违章车辆查询表，对比黑名单，并分析统计。

系统可靠性要求

为使系统的判别、计算、命令下发更加准确、可靠，必须注意以下几点：

车牌识别率的保证。为使区间测速达到最大的效用，对通过该区间的车辆，在号牌完整、清晰、安装规范，且无遮挡、无污损的情况下，号牌识别准确率越高，区间内的有效测速越高。

系统时间同步的保证。测量区间平均速度的准确性在于过车时间的准确性，因此，整个系统运行时间的同步是保证系统准确性、可靠性的关键。

系统通讯的保证。各个采集点的数据传输必须依靠网络，所以设备通讯的稳定可靠是保证系统正常运转必不可少的条件。

结语

通过将全程区间测速与自动提醒技术在邢衡高速（衡水段）的实施应用，得出该技术能够对高速公路超速违法车辆起到良好的提醒警示作用，同时也减轻了监控负担，具有较好的应用价值。通过实际测试验证了该技术的及时性和有效性。但在超速车辆大量集中出现时，自动提醒信息会长时间占用信息发布设备，考虑到这种可能性很小，本文暂且忽略此种情况，今后将通过优先级的控制加以改进，尤其在应急事件发生时，应暂停自动提醒功能。