文｜ 北京漢邦高科數(shù)字技術(shù)股份有限公司 張 營(yíng)

智能交通與視頻分析技術(shù)

文｜ 北京漢邦高科數(shù)字技術(shù)股份有限公司 張 營(yíng)

1 智能交通系統(tǒng)的由來

社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展推動(dòng)著交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的進(jìn)程，然而在享受著現(xiàn)代化交通帶來的巨大便利的同時(shí)，人們也面臨著道路擁擠堵塞、交通事故頻發(fā)等問題帶來的嚴(yán)重困擾。交通需求不斷增長(zhǎng)、交通系統(tǒng)日益復(fù)雜，單獨(dú)從車輛方面或道路方面考慮，均很難有效地解決交通問題。于是，近年來把道路、車輛乃至凡與交通有關(guān)的一切事物都涵蓋其中的智能交通系統(tǒng)（Intelligem Transportation System，ITS）的研究開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。

2 智能交通系統(tǒng)概述

智能交通系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)、高效、全方位的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)；是將先進(jìn)的信息技術(shù)、定位導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、圖像分析技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息處理技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)交通管理體系，實(shí)現(xiàn)人、車、路三者的緊密協(xié)調(diào)、和諧統(tǒng)一的，大范圍內(nèi)全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸管理系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)可以為交通部門及時(shí)、準(zhǔn)確地提供諸如車流量、道路擁塞度和事故監(jiān)控等交通信息，使交通部門能有效地獲取有關(guān)交通狀況的信息并進(jìn)行處理，從而提高交通管理系統(tǒng)在交通監(jiān)視、交通控制、出入控制、救援管理等方面的準(zhǔn)確性和調(diào)控作用。

目前得益于人工智能計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像和視頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于新一代智能交通系統(tǒng)中。計(jì)算機(jī)視覺就是利用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為視覺信息輸入手段，由計(jì)算機(jī)來代替大腦完成處理和解釋。計(jì)算機(jī)視覺不僅能使機(jī)器感知環(huán)境中的幾何信息，包括位置、大小、形狀、運(yùn)動(dòng)等，還能對(duì)它們進(jìn)行描述、解釋和理解。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)為交通系統(tǒng)提供了直觀方便的分析手段。交通環(huán)境中的大量信息，如車輛、交通標(biāo)志和路面標(biāo)識(shí)等都源于視覺；用計(jì)算機(jī)視覺來處理和理解這些信息可以說是一種必然的選擇。

3 智能交通系統(tǒng)的主要內(nèi)容

智能交通系統(tǒng)的核心大體包括五部分：

（1）交通管理系統(tǒng)

交通管理系統(tǒng)是一種主動(dòng)控制的綜合管理系統(tǒng)，包括智能交通管理系統(tǒng)、交通信息系統(tǒng)、路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)、車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)、公共交通運(yùn)行系統(tǒng)、交通公害減輕系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)。

（2）交通信息系統(tǒng)

交通信息系統(tǒng)由無線數(shù)據(jù)、交通信息通道、車載移動(dòng)電話接收信息系統(tǒng)、路由引導(dǎo)系統(tǒng)及選擇最佳路由的電子地圖所組成。

（3）車輛控制系統(tǒng)

車輛控制系統(tǒng)主要包括行車安全警報(bào)系統(tǒng)與行車自控和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)兩部分。

（4）公共交通系統(tǒng)

公共交通系統(tǒng)由公共交通車輛定位系統(tǒng)、客運(yùn)量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、行駛信息誘導(dǎo)系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、公交計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、視野支持系統(tǒng)和旅客服務(wù)系統(tǒng)等組成。

（5）電子收費(fèi)系統(tǒng)

電子收費(fèi)系統(tǒng)包括電子自動(dòng)收費(fèi)設(shè)備、不停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、停車引導(dǎo)和收費(fèi)系統(tǒng)幾部分；使用電子卡、電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)行駛或進(jìn)出停車場(chǎng)車輛的計(jì)算機(jī)自動(dòng)收費(fèi)，實(shí)現(xiàn)地面交通費(fèi)用收繳的自動(dòng)化，從而減少停車延誤，提高交通動(dòng)態(tài)、靜態(tài)化能力和運(yùn)營(yíng)效率。

4 國(guó)內(nèi)智能交通系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)智能交通系統(tǒng)的主要應(yīng)用還是集中在智能視頻監(jiān)控功能上，但實(shí)際的監(jiān)控任務(wù)仍需要較多的人工完成；在很多情況下，視頻監(jiān)控系統(tǒng)所提供的信息是沒有經(jīng)過任何解釋的視頻的裸數(shù)據(jù)，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的實(shí)時(shí)機(jī)動(dòng)的監(jiān)督作用。另一方面，為了防止一些車輛和行人的違章、違法行為，對(duì)無人值守的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求量日益上升。建設(shè)這類系統(tǒng)的主要作用是減少對(duì)人工的依賴，自動(dòng)完成復(fù)雜環(huán)境中對(duì)人和車輛的實(shí)時(shí)觀測(cè)以及對(duì)感興趣目標(biāo)的行為分析和描述。這些任務(wù)涉及到計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中的許多核心技術(shù)，基于視頻場(chǎng)景分析、行為理解等諸多后續(xù)處理的，對(duì)感興趣目標(biāo)的持續(xù)跟蹤是其中之一。

5 智能視頻分析技術(shù)概述

智能視頻分析技術(shù)起源于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)；它通過綜合應(yīng)用圖像增強(qiáng)處理等技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與背景分離的基礎(chǔ)上，進(jìn)行目標(biāo)特征信息與預(yù)先設(shè)置的模板或規(guī)則的比對(duì)，從而自動(dòng)識(shí)別感興趣的目標(biāo)、行為、事件或數(shù)據(jù)并產(chǎn)生報(bào)警，必要時(shí)可驅(qū)動(dòng)對(duì)異常目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤并聯(lián)動(dòng)其他安防設(shè)施，可顯著提高安全防控整體效率和能力。同時(shí)，利用安防智能視頻分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間、地點(diǎn)以及語(yǔ)義特征描述的歷史視頻信息智能化查詢搜索，可以為公安機(jī)關(guān)偵察辦案提供高效的查證手段。

6 智能視頻分析應(yīng)用系統(tǒng)的基本架構(gòu)

智能視頻分析應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)主要有以下三種模式：

（1）前端嵌入式

前端嵌入式架構(gòu)即將智能分析功能模塊前置于視頻采集前端設(shè)備中，共享攝像機(jī)圖像處理芯片或?qū)Ｓ酶咝阅蹹SP為智能分析引擎，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常目標(biāo)、行為、事件的智能分析的架構(gòu)。這種架構(gòu)不受圖像傳輸環(huán)節(jié)影響，可緩解視頻傳輸及后臺(tái)存儲(chǔ)壓力；同時(shí)由于是利用非壓縮原始圖像進(jìn)行智能分析，因而實(shí)時(shí)性好，針對(duì)性強(qiáng)，便于大規(guī)模部署。不足之處是難以支撐復(fù)雜的智能分析應(yīng)用；且由于前端處理壓力大，對(duì)前端設(shè)備集成散熱工藝和穩(wěn)定性的要求較高，比較容易受環(huán)境因素制約。另外，前端嵌入式智能分析軟件升級(jí)困難，這會(huì)在一定程度上增加安裝調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)的難度與成本。

（2）后臺(tái)服務(wù)器式

后臺(tái)服務(wù)器式架構(gòu)即將智能分析應(yīng)用部署在安防監(jiān)控中心的專用服務(wù)器（群）或?qū)Ｓ每蛻舳酥械募軜?gòu)。這種架構(gòu)能夠有效地解決前端處理能力不足的問題，可以利用強(qiáng)大的后臺(tái)處理能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜目標(biāo)、行為、事件的智能分析；與其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的融合方便，有助于拓展智能分析應(yīng)用范圍；由于智能分析引擎處于后臺(tái)運(yùn)行環(huán)境下，系統(tǒng)工作穩(wěn)定性較前端嵌入式架構(gòu)大幅提高，且智能分析軟件升級(jí)方便，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)壓力得以有效降低。這種架構(gòu)比較適用于階段性固定監(jiān)控場(chǎng)景（如大型活動(dòng)）的智能分析應(yīng)用，但對(duì)后臺(tái)服務(wù)器性能配置要求較高，智能分析水平容易受圖像傳輸鏈路帶寬限制，實(shí)時(shí)性能不夠理想，應(yīng)對(duì)大規(guī)模智能分析應(yīng)用顯得力不從心。

（3）分布式混合式

分布式混合式架構(gòu)即將部分相對(duì)簡(jiǎn)單的視頻預(yù)處理功能前置于攝像機(jī)（或前端視頻服務(wù)器）中，完成目標(biāo)特征數(shù)據(jù)的提取、打包、發(fā)送，后臺(tái)智能分析引擎接收目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，完成其與預(yù)設(shè)規(guī)則或模塊的比較分析并自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警的架構(gòu)。這種架構(gòu)可使前端智能分析壓力得以降低，令后臺(tái)服務(wù)器只需要對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；與其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)融合方便，能夠提高智能分析的效率和能力，比較適用于大規(guī)模、高性能的智能分析應(yīng)用；但系統(tǒng)部署整體代價(jià)及運(yùn)行維護(hù)壓力不容低估。

7 智能交通系統(tǒng)與視頻分析技術(shù)應(yīng)用

目前在北京，京藏、京承、京港澳三條高速公路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了視頻的智能監(jiān)控；地鐵回龍觀站、天通苑站、西單站、國(guó)貿(mào)站、東單站也將利用先進(jìn)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到軌道路網(wǎng)客流實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，為乘客提供軌道擁堵信息服務(wù)；同時(shí)在19個(gè)公共汽車換乘車站和大客流車站的出入口、站臺(tái)、換乘通道、列車兩端安裝了178套客流感知和圖像監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)客流流量和密度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警、預(yù)報(bào)。

8 結(jié)束語(yǔ)

在公路交通智能化飛速發(fā)展的21世紀(jì)，智能交通技術(shù)的普及將有效地減少交通事故的發(fā)生，促進(jìn)對(duì)交通資源的有效合理利用——這在降低環(huán)境污染的同時(shí)也有助于最大限度地發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)效能，提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率和服務(wù)水平，為公眾的出行帶來方便。