劉佳月

【摘 要】近年來(lái)，隨著數(shù)字化終端設(shè)備的普及，交通數(shù)據(jù)量不斷膨脹，現(xiàn)有智能交通管理水平面臨著更高的挑戰(zhàn)?！爸悄芙煌ā币殉蔀槲覈?guó)交通領(lǐng)域建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，本文將結(jié)合我國(guó)智慧城市發(fā)展路線，從智慧交通角度出發(fā)，分析智慧交通監(jiān)控系統(tǒng)的搭建過(guò)程，以及所應(yīng)用到的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，重點(diǎn)闡述智慧交通監(jiān)理的工作內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】智慧交通 信息化監(jiān)理 監(jiān)控系統(tǒng)

1 城市交通監(jiān)控系統(tǒng)概述

城市交通監(jiān)控系統(tǒng)是采用先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)等高新技術(shù)手段形成的一個(gè)特殊系統(tǒng)。城市交通監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)通過(guò)位于感知層的前端監(jiān)控設(shè)備對(duì)視頻圖像進(jìn)行采集和初步的分析，然后利用有線通信網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將各監(jiān)控點(diǎn)的交通實(shí)時(shí)情況快速、準(zhǔn)確地傳回后臺(tái)。后臺(tái)建設(shè)有綜合的交通管理和指揮平臺(tái)。在這個(gè)高度集成的平臺(tái)上，交通管理人員可以了解和掌控布設(shè)監(jiān)控區(qū)域的車輛通行狀況、流量等信息。同時(shí)可以對(duì)車輛違法、交通堵塞、突發(fā)事件等進(jìn)行視頻取證并及時(shí)處理，從而達(dá)到非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法的目的。城市交通監(jiān)控系統(tǒng)還貫穿于智慧交通體系之中，滿足了交通管理不同崗位上的工作者的業(yè)務(wù)需求。城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在交通信息的采集與處理，交通信息管理以及智能交通調(diào)控等幾個(gè)方面。

2 城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵—圖像識(shí)別技術(shù)

交通監(jiān)控系統(tǒng)的圖像識(shí)別技術(shù)是通過(guò)成像傳感器獲取道路交通圖像，然后利用前端設(shè)備的嵌入式芯片或中心機(jī)房的服務(wù)器對(duì)圖像進(jìn)行處理與識(shí)別，以模仿人的視覺(jué)功能，獲得智能交通系統(tǒng)所需的有用信息。圖像識(shí)別的處理過(guò)程如圖2所示。圖像識(shí)別技術(shù)主要應(yīng)用在車輛的檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤、違章報(bào)警、流量統(tǒng)計(jì)等。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中的機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，而受限于城市規(guī)劃和地理環(huán)境，城市的交通道路不可能無(wú)限制增加，擁堵成為大多數(shù)一線城市共同面對(duì)的難題。車輛與道路的矛盾除了導(dǎo)致?lián)矶?，隨之而來(lái)的是各種交通違章、交通事故的增多。交通部門的壓力與日俱增，由于警力有限，不可能純粹依靠人力對(duì)所有路段、路口實(shí)施全天候、全方位的監(jiān)控管理，所以只能依靠現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行交通協(xié)管。利用圖像識(shí)別技術(shù)可以完成自動(dòng)交通監(jiān)管功能，即建立所謂的“電子警察”。通過(guò)交通路口安裝攝像機(jī)，拍攝交通路口的視頻，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)的閥值比對(duì)和分析處理，完成自動(dòng)違章識(shí)別和自動(dòng)車牌識(shí)別的任務(wù)。

自動(dòng)違章識(shí)別是對(duì)動(dòng)態(tài)物體（如車輛）進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，然后依靠監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的道路標(biāo)志和路口信號(hào)燈狀態(tài)自動(dòng)判斷車輛違章情況。其中涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有：

2.1 對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)。

在這一環(huán)節(jié)主要采用的技術(shù)手段有背景圖像差分法、幀間差分法和光流法等圖像識(shí)別方法。這三種方法各自擁有自己的特點(diǎn)，結(jié)合不同實(shí)際情況使用可以取得很好的應(yīng)用效果。

2.1.1 背景圖像差分法

其基本原理是首先將監(jiān)控視野內(nèi)的靜態(tài)背景儲(chǔ)存起來(lái)。在實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)將拍攝到的實(shí)時(shí)圖片與靜態(tài)背景進(jìn)行減除，將所得差的每一像素的值和預(yù)定閾值相比較，若這個(gè)像素值大于閾值，則認(rèn)為這點(diǎn)是前景點(diǎn)，否則是背景點(diǎn)。利用這種技術(shù)解決方案時(shí)，受光線和天氣等外界條件的影響較大。因?yàn)樵诓煌鞖狻⒉煌庹盏那闆r下，背景圖像并不是一成不變的，因此很難構(gòu)造一個(gè)理想的靜態(tài)背景圖像作為基礎(chǔ)；另一個(gè)問(wèn)題在于預(yù)定閾值的確定，只有恰當(dāng)?shù)拈撝挡拍苷_分割出目標(biāo)所占的區(qū)域，而這也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和確定。

2.1.2 幀間差分法

這種解決方案是通過(guò)將記錄的視頻圖像中一系列的相鄰兩幀作差分運(yùn)算來(lái)獲得目標(biāo)輪廓。在多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別中該方案可以取得良好的效果。由于視頻中兩幀圖像間隔時(shí)間很短，所以背景的變化也非常小，對(duì)差分的影響很小。其缺點(diǎn)在于所差分的圖像并不是由理想封閉的輪廓區(qū)域組成，得出的目標(biāo)往往是局部的、不連續(xù)的，這對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別是不利的。

2.1.3 光流法

其基本原理是給視頻中的每一個(gè)像素都設(shè)定了一個(gè)速度矢量，形成一個(gè)整體的圖像運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，在運(yùn)動(dòng)的定格時(shí)刻，圖像上的點(diǎn)與三維物體上的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，再根據(jù)各像素點(diǎn)的速度矢量特征對(duì)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，根據(jù)圖像的光流矢量分析這一區(qū)域是否是連續(xù)變化，從而判斷是否有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。光流法方法規(guī)避了差分時(shí)基礎(chǔ)靜態(tài)背景和閥值的選取工作，但是對(duì)每個(gè)像素的矢量進(jìn)行分析，計(jì)算量大、易受視頻噪聲影響，依照現(xiàn)有的硬件處理能力，還不能做到圖像的實(shí)時(shí)處理，應(yīng)用范圍受到一定限制。

2.2 對(duì)多目標(biāo)的跟蹤

在視頻流中分割目標(biāo)，再將分割的目標(biāo)與上一幀圖像的目標(biāo)進(jìn)行匹配，從而達(dá)到跟蹤的目的。一些文獻(xiàn)介紹了利用目標(biāo)匹配的方法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)跟蹤，其基本原理是將當(dāng)前圖像幀中的區(qū)域和已知圖像的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行匹配，如果已知的目標(biāo)區(qū)域表示為一個(gè)目標(biāo)列表，將當(dāng)前圖像幀中的所有區(qū)域表示為一個(gè)測(cè)量列表，針對(duì)測(cè)量列表中的每一個(gè)元素，在目標(biāo)列表中找到與之最相似的元素，這類方法適用于目標(biāo)之間相互作用較小的情況，且與目標(biāo)特征的選取關(guān)系較大。

2.3 對(duì)車輛違章的判別

在車輛運(yùn)動(dòng)軌跡提取之后，根據(jù)紅綠燈信號(hào)和道路交通標(biāo)志線自動(dòng)判別車輛違章情況。在對(duì)交通違章行為進(jìn)行處理時(shí)必須記錄三個(gè)重要證據(jù)：違章畫面；違章車輛全景位置，表明該車當(dāng)時(shí)確實(shí)處在違章位置；清晰的車牌號(hào)碼，明確違章車輛身份。所以只有利用了基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)才能完成自動(dòng)監(jiān)控。

車輛自動(dòng)識(shí)別作為當(dāng)前智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，逐漸形成幾種成熟、有效的識(shí)別技術(shù)，如射頻識(shí)別、車牌識(shí)別以及條形碼識(shí)別。其中條形碼識(shí)別以及射頻識(shí)別都隸屬于間接識(shí)別，很難對(duì)車輛同其車牌信息是否相真實(shí)相符進(jìn)行有效識(shí)別。車牌識(shí)別是一種直接識(shí)別，不需要在車輛當(dāng)中安裝相應(yīng)的條形碼或者其他的射頻識(shí)別標(biāo)志，且維護(hù)和使用簡(jiǎn)便。

車牌自動(dòng)識(shí)別是以攝像機(jī)拍攝的車輛畫面作為輸入圖像，利用計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)識(shí)別車牌字符。目前的技術(shù)水平為字母和數(shù)字的識(shí)別率可達(dá)到96%，漢字的識(shí)別率可達(dá)到95%。中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心同時(shí)提供專業(yè)的第三方測(cè)試服務(wù)，為項(xiàng)目建設(shè)成果保駕護(hù)航。

車牌識(shí)別系統(tǒng)有兩種觸發(fā)方式，一種是外設(shè)觸發(fā)，另一種是視頻觸發(fā)。如圖3所示。

外設(shè)觸發(fā)工作方式是指采用線圈、紅外或其他檢測(cè)器檢測(cè)車輛通過(guò)信號(hào)，車牌識(shí)別系統(tǒng)接受到車輛觸發(fā)信號(hào)后，采集車輛圖像，自動(dòng)識(shí)別車牌，以及進(jìn)行后續(xù)處理。

視頻觸發(fā)方式是指車牌識(shí)別系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)序列圖像分析處理技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)車道上車輛移動(dòng)狀況，發(fā)現(xiàn)車輛通過(guò)時(shí)捕捉車輛圖像，識(shí)別車牌照，并進(jìn)行后續(xù)處理。視頻觸發(fā)方式不需借助線圈、紅外或其他硬件車輛檢測(cè)器。

3 城市交通信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用

城市交通信息管理系統(tǒng)包含車輛信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)集中管理以及信息存儲(chǔ)于一體的綜合系統(tǒng)，將采集的信息經(jīng)過(guò)分析、處理、提煉，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographical Information System）可以動(dòng)態(tài)查詢車輛信息、跟蹤車輛、自動(dòng)形成路況信息，通過(guò)現(xiàn)代通信手段向外實(shí)時(shí)發(fā)布相關(guān)信息，以及發(fā)送相關(guān)車輛的違章信息。

城市交通信息管理方式是以車牌號(hào)作為車輛的唯一身份，配合自動(dòng)車輛識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行半自動(dòng)或人工方式進(jìn)行管理。因此，有必要在城市交通信息管理系統(tǒng)中引入更先進(jìn)的身份標(biāo)識(shí)傳感器以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。

4 城市交通監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)監(jiān)理措施

北京賽迪工業(yè)和信息化工程賽迪監(jiān)理中心有限公司隸屬于國(guó)家工業(yè)和信息化部中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，依托工業(yè)和信息化部計(jì)算機(jī)與微電子發(fā)展研究中心（中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心）和賽迪信息產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司的優(yōu)質(zhì)資源，業(yè)務(wù)涵蓋信息工程、智能交通、智慧城市、涉密工程、運(yùn)維管理等類型。城市交通監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的監(jiān)理工作將重點(diǎn)放在感知系統(tǒng)設(shè)備安裝，軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)兩方面。本節(jié)主要對(duì)城市交通信息管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)整個(gè)賽迪監(jiān)理實(shí)施進(jìn)行闡述，對(duì)前端設(shè)備選型、監(jiān)控點(diǎn)位進(jìn)行描述，具體設(shè)備安裝工藝不再作具體介紹。

4.1 城市交通監(jiān)控系統(tǒng)感知設(shè)備選型監(jiān)理措施

前端監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)建設(shè)主要包括監(jiān)控點(diǎn)位確認(rèn)、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、立桿、設(shè)備安裝調(diào)試、纜線敷設(shè)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試、系統(tǒng)驗(yàn)收等施工工作。設(shè)備選型需從視頻采集、傳輸、控制、顯示、存儲(chǔ)等方面進(jìn)行考慮。同時(shí)還要考慮外圍因素，如存儲(chǔ)設(shè)備接入視頻流的最少節(jié)點(diǎn)、讀寫速度、網(wǎng)絡(luò)帶寬等。選擇符合本項(xiàng)目需求的設(shè)備不僅可以達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)的最終目的，也可以減少因設(shè)備問(wèn)題后續(xù)施工產(chǎn)生的不良后果。所以在設(shè)備選型上，賽迪監(jiān)理人員應(yīng)堅(jiān)持設(shè)備選型一致性、確保技術(shù)參數(shù)相同，減少設(shè)備與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗袉?wèn)題。保證了應(yīng)用效果的統(tǒng)一，為項(xiàng)目整體系統(tǒng)擴(kuò)充、更新?lián)Q代打好了基礎(chǔ)。項(xiàng)目所用產(chǎn)品必須滿足合同和規(guī)范要求，國(guó)家強(qiáng)制執(zhí)行第三方檢測(cè)的設(shè)備需提供檢測(cè)報(bào)告上交賽迪監(jiān)理人員審查。

4.2 城市交通監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控布點(diǎn)監(jiān)理措施

監(jiān)控點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)主要以道路、交通設(shè)施情況、人口分布程度等因素共同決定。對(duì)重點(diǎn)政府機(jī)構(gòu)、軍隊(duì)駐地、繁華商業(yè)街區(qū)、城市公共交通樞紐，人口稠密地區(qū)，易擁堵的道路周邊監(jiān)控點(diǎn)分布密度相對(duì)較大。對(duì)稀疏地區(qū)，山林等交通順暢地區(qū)，監(jiān)控點(diǎn)宜減少。

賽迪監(jiān)理應(yīng)參與監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備的到貨安裝全過(guò)程，因城市交通系統(tǒng)前端感知點(diǎn)位較多，賽迪監(jiān)理方可采取分批檢查或抽查的方式對(duì)承建方的工作進(jìn)行監(jiān)督和管理。在后期設(shè)備全部接入后，可要求承建單位提交監(jiān)控測(cè)試計(jì)劃，制定監(jiān)測(cè)攝像機(jī)檢查方案。

4.3 城市交通信息管理系統(tǒng)建設(shè)監(jiān)理措施

對(duì)交通信息管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需求內(nèi)容的確認(rèn)是整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)實(shí)施階段尤為重要的工作。此階段監(jiān)理人員應(yīng)對(duì)承建單位需求分析和設(shè)計(jì)階段工作成果進(jìn)行評(píng)審，保障軟件需求分析設(shè)計(jì)過(guò)程和產(chǎn)品符合規(guī)范和要求。

4.3.1 城市交通信息管理系統(tǒng)需求分析階段

賽迪監(jiān)理主要任務(wù)是聽(tīng)取業(yè)主單位從業(yè)務(wù)角度出發(fā)提出的對(duì)開(kāi)發(fā)方設(shè)計(jì)的意見(jiàn)，對(duì)軟件交通信息管理系統(tǒng)需求分析過(guò)程、需求分析活動(dòng)、概要設(shè)計(jì)內(nèi)容、詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容等進(jìn)行審查，確認(rèn)是否滿足要求：給出是否符合要求的結(jié)論；確定其可否作為軟件開(kāi)發(fā)的前提和相關(guān)依據(jù)。從文檔的規(guī)范性、可實(shí)施性出發(fā)，以國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，從軟件工程學(xué)的角度對(duì)承建單位提出意見(jiàn)與建議，配合業(yè)主單位工作，敦促承建單位做好工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)階段，賽迪監(jiān)理主要針對(duì)需求的覆蓋性及可跟蹤性、模塊劃分的合理性、接口的清晰性、技術(shù)適用性、技術(shù)清晰度、可維護(hù)性、約束與需求的一致性、可測(cè)試性、對(duì)軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量特性的評(píng)估、對(duì)軟件設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、對(duì)比情況、文檔格式的規(guī)范性等方面進(jìn)行評(píng)審。在此過(guò)程中，業(yè)主單位也需要對(duì)設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行檢查，主要在功能設(shè)計(jì)是否全面準(zhǔn)確地反映了需求、輸入項(xiàng)是否完全與正確并符合需求、輸出項(xiàng)是否符合需求、與外界的數(shù)據(jù)接口是否完全與正確并符合需求、各類編碼表是否完全與準(zhǔn)確并符合需求、界面設(shè)計(jì)是否符合需求、維護(hù)設(shè)計(jì)是否符合需求、各類數(shù)據(jù)表格式和內(nèi)容是否符合要求、是否存在其他有疑問(wèn)的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行核查。

4.3.2 城市交通信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段

在交通監(jiān)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，賽迪監(jiān)理應(yīng)監(jiān)督承建單位嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)階段所制定的進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量保證計(jì)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作，檢查承建單位是否按照設(shè)計(jì)中制定的規(guī)范與計(jì)劃進(jìn)行編碼與測(cè)試。同時(shí)注意軟件版本控制，檢查單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試。如有必要，宜進(jìn)行壓力測(cè)試、安全性測(cè)評(píng)等。確認(rèn)測(cè)試是否按計(jì)劃進(jìn)行并有測(cè)試與修改記錄、測(cè)試環(huán)節(jié)是否按計(jì)劃進(jìn)行，問(wèn)題發(fā)現(xiàn)與解決是否有文檔記錄。

本類系統(tǒng)涉及多個(gè)子系統(tǒng)，多類接口的接入，多種數(shù)據(jù)輸入，實(shí)現(xiàn)圖像處理、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。系統(tǒng)較為復(fù)雜，功能點(diǎn)多。賽迪監(jiān)理應(yīng)積極協(xié)助建設(shè)單位檢查違章車輛的抓拍能力，是否有漏拍情況，車牌拍攝質(zhì)量等合同中提及的內(nèi)容進(jìn)行主觀篩查。要求承建單位制定系統(tǒng)功能測(cè)試表，包括圖像接入情況、信息處理的真實(shí)性、違章環(huán)節(jié)的處理情況等，以便各方人員的檢查、問(wèn)題統(tǒng)計(jì)、解決情況等。賽迪監(jiān)理此時(shí)應(yīng)積極做好業(yè)主方和承建方之間的協(xié)調(diào)工作，在保證項(xiàng)目質(zhì)量前提下確保項(xiàng)目順利推進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境具有非常強(qiáng)的依賴，受到外來(lái)各種因素的干擾和影響較多，隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理、模式識(shí)別等技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，也從某種程度上促進(jìn)和完善了我國(guó)的智能交通系統(tǒng)。中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心，作為國(guó)內(nèi)權(quán)威的第三方軟、硬件產(chǎn)品及信息系統(tǒng)工程質(zhì)量安全與可靠性檢測(cè)機(jī)構(gòu)，全方位從咨詢、測(cè)試、監(jiān)理等方面提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。作為中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心的一員，賽迪監(jiān)理工程師將不斷學(xué)習(xí)新一代領(lǐng)先技術(shù)，憑借豐富的智慧交通項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，為業(yè)主單位提供強(qiáng)有力的支持和依靠。