浅谈智能视频分析在高速公路监控系统中的应用

    本文从集成商的角度探讨当前高速公路监控系统对智能视频分析的需求，智能视频分析在高速公路交通领域的应用情况，存在的问题以及将来应用的前景。

    视频监控在高速公路机电工程的应用 

    高速公路机电系统主要有常规三大系统：收费系统、通信系统、监控系统。视频监控在高速公路监控系统中的应用非常广泛，主要应用在收费系统、道路监控系统、隧道监控系统以及管理用房的监控当中。

    在收费系统中的应用 

   收费系统中的视频监控主要包括对收费车道、收费亭、收费广场、收费站房监控。在日常业务管理上，视频监控系统用于收费管理人员对收费广场的交通流，收费员对车型、车种判别情况（收费信息叠加在视频图像上）以及收费员与司机交流进行直观的监视，是一个重要的管理手段；在突发意外事件的处理上，视频监控系统既能尽早提供预警信号，也是事后稽查突发事件的重要依据。

    在道路监控系统中的应用 

    在道路监控系统中，通常在匝道的出入口立交、桥梁、长下坡等重要地点设置动态监控点，现在一些重要主干高速路段，全程每2公里设置一个监控点，配置高倍数变焦镜头和云台，实现整条道路的全程监控。

    隧道监控系统中的应用 

    在高速公路中，由于隧道环境特殊，且在一定距离内空间封闭，一旦在其中发生交通事故，救援以及疏散等问题难度非常大，因此，对于保证隧道安全运营的隧道监控系统，越来越得到工程建设者和管理者的重视。隧道机电系统主要由五大系统：隧道监控系统、隧道通风系统、隧道照明系统、隧道供配电系统及消防系统。这些系统不独立存在，通过软件组态形成后台控制系统，各系统是有机结合在一起的，相互联动。

    而在隧道监控系统中，通常隧道内每150米设置一个固定监控点，在人行横洞、车行横洞、隧道口设置云台或快球，实现动态监控。

    通过视频监控系统，将隧道互通枢纽的交通状况、道路状况、能见度状况传到监控中心或隧道管理站，在监控中心或隧道管理站监控室闭路电视监视器或大屏幕投影系统上显示，结合视频事件检测系统，为选择正确的交通控制策略提供依据，并可对视频图像进行实时分析和录像，以便分析及取证。

    应用现状 

    以往受视频分析处理技术条件所限制，对视频信号的分析判断主要依靠人的决策，随着视频智能分析技术的进步，在高速公路监控系统的应用上，视频信息处理正从一种辅助决策工具逐渐向自动决策系统方式过渡。当前智能视频分析技术在高速公路监控系统中成熟的应用是车牌识别系统、事件检测分析系统以及视频交通状态检测系统。车牌识别系统已经基本取代了人工录入车牌这一原始方式；事件检测分析系统当前已经被高速公路管理者逐步接受，在高速公路监控系统中已经广泛应用；车辆检测系统与线圈车检系统、微波车检系统三种车辆检测系统，已经成为高速公路机电系统最主流的车辆检测方式，交通状态检测系统也逐步成熟，已显示出独特的优势，正获得道路管理者尤其是交警部门的青睐。

    车牌识别 

    车牌识别系统是智能交通最基本的组成构件之一，目前应用已经非常成熟，是高速公路收费系统的一个重要组成部分，识别系统以自动车牌号码识别为基础，可以对通过的车辆进行自动登记、验证、监控、报警。通过车牌识别系统，高速公路入口收费系统可以在通行卡（票）上保存系统识别车牌号码及车牌图片二值化信息，在高速公路出口利用车牌识别系统对车牌号码或车牌图片二值化信息进行匹配，判断通行卡（票）代表的入口车辆是否为出口车辆，可以有效地发现和避免换卡行为。同时系统所定位出的车牌图片和识别出的车牌号码成为管理、查询通行车辆的重要途径，可以有效地加强收费管理，限制和发现舞弊行为。

    事件检测分析 

    高速公路用视频监控路段运行，监控人员不可能长时间不间断盯着屏幕监视，如果依赖于回放检索，会导致时间处理滞后。因而，事件检测分析系统在高速公路监控系统中得到广泛的应用。事件检测分析系统在图像覆盖范围内，能够进行各种交通车辆、事故进行自动检测。系统在每个类型车道（超车道、行车道、紧急行车道、紧急停车带、三角地带）和一般交通状况下能自动检测下列状况：车辆停驶、车辆减速、车辆超速、车辆低速、车辆逆行、车辆排队长度超过阈值、交通拥堵、行人、车龙、遗撒遗弃物、烟雾和火灾等。并且提供相应的交通数据实时测量：流量、速度、占有率、车头间距、队列长度、车辆分型等。当发生交通车辆事故时系统能够快速自动报警和录像，为道路的交通安全管理和道路运营提供帮助。

    而在隧道监控中，事件检测分析系统检测到有烟雾超过警戒报警，系统启动应急预案，指挥通风系统、照明系统和消防系统立刻联动，对监控信息自动采集，通过智能视频分析技术分析、判断并输出结果。

   交通状态检测 

     当前在一些交通流量很大的高速公路中，尤其在许多大城市的绕城高速公路中，出入口匝道经常发生堵车，如何有效疏导交通是一个亟需解决的问题，视频交通状态检测系统结合交通诱导系统提供了解决办法。

    交通状态检测系统通过对道路沿线的监控摄像机传回的视频信号进行分析和处理，自动识别出路段的交通状态（交通状态分为：畅通、拥挤、堵塞三种状态）；当检测到道路交通发生拥挤或堵塞时，系统通过语音报读、文字闪烁等方式进行报警，提示交通管理员及时对交通拥堵事件进行交通疏导处理，并可通过对交通拥堵数据的统计分析，为交通管理提供决策依据，把过去的被动式交通管理上升为主动式的交通管理，从而保证道路交通的畅通运行，提高交通管理水平提供有力的技术手段。同时，与交通诱导等系统进行联动，在事件发生时，通过交通诱导系统发布交通信息，实现智能化的交通管理。

    针对性开发智能视频分析技术 

    当今全国主要省份均实现了高速公路全省联网或区域联网收费监控，对于监控中心或片区监控中心来说，均需要面对海量数据，如何从海量数据中挖掘出有用信息，实现实时智能监控和“查看”视频，进行自动化的监控，提高监控效率，是当前一个值得挖掘的课题。针对高速公路应用特点，开发专用的、解决特定需求的智能分析产品，将会在高速公路监控领域得到很好的应用。目前业内也有一些结合本行业特点的系统，主要有以下三种。

    ·硬盘录像资料的稽查检索：目前高速公路联网监控已经实现了全省或区域硬盘录像的联网，高速公路稽查人员目前主要是通过人工快速浏览方式检索视频录像，审查收费员收费过程或其他人员在岗位工作过程中有无违规，在实际稽查过程中显然无法浏览所有海量的图像资料，只能通过抽查的方式实现，费时费力，效率低下，需要一套智能视频分析检索系统来提高工作效率，目前这一方面已经在做有益的尝试，已有初步的产品；

    ·基于视频的路径识别系统：联网收费在全国许多省份如火如荼的展开，随着联网收费的深入，高速公路路网规模不断扩大、加密，收费车辆的精确路径识别问题是人们迫切解决的一个问题，因而基于视频的路径识别系统开始出现并与与其他路径识别方式互补；

    ·基于视频的火灾检测系统：基于普通视频或红外热成像在火灾检测中的应用正在尝试，虽然目前不能取代当前光纤感温、光纤光栅或双波长的火灾探测系统，但也对视频分析的应用提供了一个很好的思路。

    结语 

   智能视频分析技术很早在高速公路监控系统有局部的应用，现阶段车牌识别技术已经非常成熟应用广泛，交通事件检测分析和交通状态检测应用也正在快速扩大，但是其进一步发展还是面临着重重困难。

    从使用上来说，最理想的状况当然是所有对交通视频的监看都可以由视频分析技术来完成，但现实并不能达成此种程度。当前视频分析技术应用还停留在实验阶段，不能很好地发挥作用。

    除了受自身技术因素制约，高速公路监控系统中，分中心、区域中心及省中心的监控图像从前端数字化后经过多级编码，尤其经过不同厂家不同标准的设备后，图像质量不能保证，影响了智能视频分析结果的准确性。并且高速公路管理者对图像的实时性一直有要求，虽然有些并不是视频分析处理系统自身的原因，如编解码延迟、网络延迟造成，但综合实际效果有时让人难以接受。 

    虽然智能化在应用上还有许多挑战，但是智能化是视频监控不可阻挡的潮流与方向，随着智能视频技术的日趋成熟与业主管理方式及管理理念的转变，必然会产生广阔的应用前景。 

    作者：广州海特天高公司系统方案部经理：王平