单位文秘网 2021-10-08 08:14:22 点击: 次
摘 要:分析了城市道路交通管理的现状,介绍了基于视频的城市道路交通管理系统的建设背景、建设目标和建设原则,阐述了整个系统的结构、功能,详细描述了建设过程中涉及的各个子系统并提出了相应的解决方案,最后对系统的未来发展作出了规划。
关键词:智能交通管理;视频;车牌识别;交通事件检测;交通诱导GIS
中图分类号:TP18 文献标识码:A
A Video-based Traffic Management System of Urban Road Construction
HUANG Cheng-tao
(Tianjin University of Finance and Economics, Tianjin 300222)
Key words: ITMS;Video;License Plate Recognition;Traffic Incident Detection;Traffic-induced;GIS
1 城市道路交通管理的必要性
随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快,如何解决城市交通问题已经成为城市可持续发展的一个重要课题,城市道路交通管理工作也面临着严峻的挑战。由于我国城市基础设施建设和道路交通管理没有相应匹配发展,使得道路交通常常成为在城市综合功能中一个较为突出的问题:道路拥挤、交通阻塞、乘车难、行车难等问题依然影响着市民的日常工作和生活,影响了整个城市的良性循环,改善道路交通,加强科学管理研究已显得十分迫切和重要。
目前我国城市交通发展的历程相当于西方国家的60~70年代,与发达国家相比,城市机动车密度还比较低。尽管如此,由机动车引发的环境污染问题和城市交通堵塞问题也很严重,这从另外一个角度说明了我国在道路交通管理方面还存在各种各样的问题。
2 智能化——提高城市道路交通管理的重要手段
为了解决城市的交通问题,改善城市道路交通系统的性能,首先需要通过改造路网系统、拓宽路面、增添交通设施以及道路建设等城市交通所必需的"硬件"建设来实现。但是,单纯提高硬件又是远远不够的,因为无论是哪个国家的大城市,可供修建道路的空间总是有限的,大量的建设资金筹措起来比较困难,尤其是交通拥堵情况比较严重的大城市;同时由于交通系统是一个相当复杂的大系统,单独从车辆方面考虑或者单独从道路方面考虑,都很难从根本上解决问题。此外,能源和环境问题的严重性也日益为人们所认识。
这时候需要通过采用科学的管理手段,把现代高新技术引入到交通管理中来,提高现有路网的交通性能,从而改善整个道路交通的管理效率,提高道路设施的利用率,实现城市交通管理的科学性和有效性。因此,运用先进的信息技术,建立一种大范围内、全方位发挥作用的,实时、准确、高效的智能化城市道路交通管理系统(ITMS)是提高管理水平的重要手段。
3 基于视频的智能化城市道路交通管理系统的定义
城市智能化交通管理系统(ITMS)是在具备一定条件的道路设施基础上,利用先进的电子、信息、传感、计算机网络、控制及系统工程等高新技术,使人、车、路一体化,形成实时、准确、高效的综合性交通运输管理系统,它是信息化社会经济和技术发展的必然要求,也是解决交通问题的根本途径。
智能化城市道路交通管理系统的基础是路面信息的采集,只有在获取足够路面信息的情况下才能做出正确的决策和分析。通过线圈、雷达等探测器是传统的感知方式,但是这两年来,视频技术得到了长足的发展,通过视频对行人、车辆、道路的状态自动的进行分析、处理、判断、报警是智能化交通管理系统发展的最新趋势。本文详细分析了基于视频的ITMS系统结构和组成,对其中应用的关键技术做出了简明扼要的相应的阐述。
4 基于视频的城市道路交通智能管理系统总体设计
4.1系统建设目标
以交通综合监测为主要建设内容,初步建成适合城市道路交通特点的、具有高效快捷的交通数据采集处理能力、决策能力和组织协调指挥能力的城市道路交通智能管理系统。
系统以采用视频作为系统的信息源,以城市电子地图信息为整合平台,结合警力分布、交通管理设施及其它专业化的信息系统,综合显示拟建视频监控、交通信号控制、交通违法监测等系统的运行情况。
系统通过简单直观的界面,除提供基本的空间数据浏览、查询功能外,还可以在电子地图上直观提供实时的城市各主要道路的交通流量、车速、突发事件等动态交通信息,车辆行驶轨迹,旅行时间等以便交通管理人员做出快速响应。
4.2系统结构与总体框架概述
系统基于视频综合监测建立一整套综合交通信息采集、处理和应用分析系统,对前端视频采集设备(包括视频监控、卡口、电子警察、超速抓拍等)采集到的视频图像进行综合复用,中心进行集成处理,以此为基础构建整个城市道路交通智能管理系统集成的基础数据源。系统总共包括十个业务支撑子系统和一个GIS集成平台:(1)视频监控系统;(2)事件检测与交通流自动检测系统;(3)交通违法监测系统;(4)旅行时间检测系统;(5)交通信号控制系统;(6)GPS车辆定位系统;(7)交通诱导屏系统;(8)交通移动指挥通信车系统;(9)通信系统;(10)无线调度系统。
视频监控系统,事件检测与交通流自动检测系统,交通违法监测系统又统称为视频综合监测系统,它作为整个交通智能管理系统的感知部分,在综合采集的视频基础上,通过不同的集成处理单元,配合GPS车辆定位系统,对交通事件、性质、流量、状态等信息做出完全智能的分析和判断。通过旅行时间检测系统、交通信号控制系统和交通诱导屏系统,对城市交通做出自动或者人工干预下的管理,同时通过数据仓库和交通辅助决策支持系统生成交通决策支持信息,提供给管理人员参考。
交通移动指挥通信车系统、通信系统、无线调度系统相对独立,属于通信和指挥调度系统,是作为系统中的行动执行部分。
4.3系统设计原则
(1)可靠性原则:选用高可靠性设备和设计方案,系统中关键设备具备兼容性和扩展能力。
(2)先进性原则:在保证可靠性的基础上选用最新的技术及设备,确保系统的先进性。
(3)开放统一性原则:系统整体设计,充分考虑与其它系统的数据接口,技术方案和设备具有良好的互联、互操作能力及升级能力,遵循统一与开放相结合的原则。
(4)兼容性和可扩展性原则:系统设计应基于当前系统基础上,进行系统的设计、建设,同时要保证系统的可扩展性,确保系统易于扩展;系统能提供多路与其他应用系统的数据接口。
(5)安全性原则:所有设备必须有相应的防护措施,符合公安交通管理业务的有关规定和安全性要求。
5 重点子系统建设和系统集成方案
5.1视频监控子系统
视频监控系统的摄像机主要安装在市中心城区的重点路段、重点地区,实现主要道路的实时监视。
中心重要地带(市政府、车站、广场等)配置枪式云台摄像前端,由高清晰度低照度摄像机、大变焦镜头(10-300mm以上)和云台组成;主要路段(交通流量最大的主街)配置高速球形摄像前端;主要路口(与交通违法监测系统全景摄像机复用)配置枪式固定摄像前端。这些前端摄像机的视频信号通过非压缩的视频光端机回传以后通过视频分配器,分别进入矩阵、嵌入式硬盘录像机、交通事件检测集成处理单元和交通违法集成处理单元。
系统具有以下功能:
(1)图像监控:通过单/多画面显示远程的图像,并能对动点摄像机进行远控。
(2)存储回放:通过多种方式对前端进行录像,并能进行多种参数的检索和回放。
(3)报警联动:除了处理前端直接回传的报警外,还能接收二次开发的其它子系统的报警,并通过预先设定的策略进行联动。
(4)管理功能:对用户、设备和权限进行管理。
5.2交通事件检测和交通流量监测系统
系统采用先进的智能图像分析、车辆跟踪技术和背景图像动态自动更新技术,不仅可及时检测出异常交通事件(如停车、逆行、拥堵和交通事故等),把交通事故从被动跟踪改变成主动报警,还可以实时监控道路上的交通状态(流量、速度、占有率等);通过对检测出的信息进行分析和处理,为交通管理者提供准确的道路实时交通状态、突发交通事件事故信息和第一时间现场图像信息。
交通事件检测:火灾(通过火光或者烟雾判断)、行人非常穿越或进入危险区、车辆非法停驶、违章区域停车、车辆突然减速、交通拥堵、车辆逆行、车辆抛洒物碎片、车辆排队超限、车辆间距过近……;
交通流量统计:实时区域车辆数、交通流量、车流平均速度、道路占有率、平均车头间距、平均车流长度、平均车辆等待时间……
一旦发生的时间和流量统计超过了预先设定的策略,系统就发出报警,并联动相关的视频切换和录像,从而实现了交通管理的被动向主动的跨越。
5.3交通违法检测系统
交通违法检测包括了三个部分:闯红灯电子警察子系统、卡口车牌识别子系统、雷达超速检测子系统;它又与视频监控系统和交通事件检测系统统称为基于视频的综合监控系统,他们的结果数据传送到系统统一显示和管理,统一与黑车牌库连接,对于黑车发现以后立刻自动报警。
这三个子系统都包括前端抓拍、传输和中心处理(后端)三部分:
前端抓拍:前端抓拍系统采用纯视频虚拟线圈或者测速雷达触发抓拍技术,负责完成在各种下,抓拍违章车辆,并将抓拍的图片和相关的识别信息(时间、地点、车辆信息、车牌图片等)及时通过网络送回指挥中心的后端服务器系统。同时可将现场的实时图像传送回中心控制室进行监控录像。
传输:前端系统通过传输系统实时将抓拍到的数据、图片、录像上传至后端系统。
中心处理:后端中心管理系统在收到前端系统采集的基本信息之后,根据不同的需求,对这些信息进行相应的处理,例如与黑车牌数据库中的数据进行比对并报警。他们统一的系统结构图如下:
5.3.1闯红灯自动记录子系统
闯红灯自动记录系统记录了机动车闯红灯过程中两至三个位置的信息以反映机动车闯红灯违法过程。第一个位置的信息能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和机动车压在停止线上或在停止线前的情况;第二和第三个位置的信息能清晰辨别闯红灯时间、车辆类型、红灯信号和整个车身已经越过停止线的情况;并且至少有一个位置的信息能够清晰辨别号牌号码。该系统也可以集成车牌识别功能。系统抓拍的图片按公安部标准采用JPEG格式,图片上叠加的信息包括:主机编号、违法地点、违法车道、行驶方向、违法时间、违法类型、红灯时间、车牌颜色、车牌号码、图片序号等内容。
5.3.2卡口车牌识别子系统
该子系统对卡口经过的车辆全天候自动监控、抓拍、储存。系统能够提供现场车辆的全景图像信息,以及辨别车辆的细目特征的特写图像信息。对出入车辆,能识别并清晰地记录车辆号牌、日期、时间、地点等信息。在指挥中心可对卡口进行统一或选择性的布(撤)控管理,与输入的可疑车辆信息或被盗抢车辆库(黑名单)进行比对,通过传输网络,及时把图像信息传送到指挥中心,发现可疑车辆将实时报警。
5.3.3雷达超速检测子系统
与卡口车牌识别系统相同,但是采用雷达测速作为系统的触发手段,同时能够在图片上叠加抓拍时刻的车速信息。
5.4旅行时间检测系统
系统利用基于视频综合监测系统上传的、已识别的所有经过监测点机动车辆牌照号码,建立路段旅行时间计算的数学模型,进行比对计算任意检测点之间的车辆行程时间,为信息发布提供可靠数据。数据存储管理模块、旅行时间计算模块、套牌车辆比对模块组成。
5.5交通信号控制系统
信号控制系统具有诸多控制功能:黄闪、全红、手动、遥控、单点定周期、单点多时段、单点全感应、单点半感应、单点方案选择、绿波控制、二次行人过街控制、实时自适应优化控制、感应式线协调控制、多时段定时控制、倒计时实时通信功能、公交优先控制功能、紧急车辆优先控制、强制控制、勤务预案控制等功能。指挥中心可监控道路交叉口信号机、信号灯状态,采集显示车道的交通参数,上传下载信号机控制方案,下达控制指令。信号机与控制服务器之间采用NTCIP标准通信协议。
5.6交通诱导系统
在市中心城区的重点路段新建带有诱导显示的指路标志,实现交通诱导信息和交通相关信息的实时发布。带有诱导显示的指路标志主要发布道路运行状况信息、为广大出行者提供在途信息,方便公众出行。系统可实时跟踪室外诱导标志的当前显示内容和工作状态并在计算机屏幕上显示,显示诱导设备的位置、状态,可以点击查看诱导标志的诱导内容等信息。
5.7基于GIS的中心集成平台
GIS地理信息系统是整个集成平台的基础平台。系统采用ArcGIS Server平台,并基于B/S方式,后台使用Oracle数据库系统。集成平台最基本的功能之一是实现各业务支撑子系统的集成控制与展示,本功能也是实现集成平台其它功能的基础。同时,中心集成平台还将整合已有的车驾管系统和已建相关系统的数据信息,构建完整的数据仓库平台。
(1)在GIS平台上展示路口或路段视频监控图像信息
(2)在GIS平台上展示指路标志实时信息,并且实现对交通诱导系统的控制
(3)在GIS平台上展示交通流实时路况信息
(4)在GIS平台上展示交通信号系统的控制方式、控制状态、信号灯色等信息,并可以通过平台控制信号机,实现步进、相位驻留等控制功能。
(5)在GIS平台上显示事件检测系统的检测信息
(6)在GIS平台上显示旅行时间检测分析系统提供的实时路况信息
(7)在GIS平台上显示GPS车辆定位信息
(8)在GIS平台上显示目标车辆的行驶轨迹
系统决策支持及数据综合分析模块通过对道路交通系统和交通环境的数据采集、数据分析处理和集成整合,进行交通数据分析处理和存储显示,实现交通流数据的综合集成来完成对整体交通状况的反映。交通业务数据库中的历史数据通过ETL工具加载到交通数据仓库中,通过特定的分析模型,生成交通决策支持信息,供交通管理人员参考。
6 结束语
根据国家未来的发展规划,城市道路智能交通管理系统的建设方面将继续加大力度发展,城市交通综合信息平台、全球定位与车载导航系统、城市公共交通车辆以及出租车的车辆指挥与调度系统、城市综合应急系统都将逐渐纳入或者接入以视频信息采集为基础,GIS为应用平台的城市道路交通智能管理系统,该系统以视频信息采集和分析为源头,强调兼容和整合多个业务系统,具有良好的发展前景。
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