摘 ?要：為解決城市高架橋交通運(yùn)行擁堵的痛點(diǎn)，對(duì)違規(guī)駛?cè)氤鞘懈呒軜虻能囕v實(shí)施管控和追蹤，通過(guò)對(duì)橋面過(guò)往的每一輛機(jī)動(dòng)車的物征圖像和車輛全景圖像進(jìn)行連續(xù)全天候?qū)崟r(shí)記錄，運(yùn)用圖像處理、模式識(shí)別、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于卡口的違限車輛分揀系統(tǒng)，以合肥市包河大道高架橋交通流數(shù)據(jù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證分析，結(jié)果表明該系統(tǒng)能快速處理大量卡口數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分揀上傳以及報(bào)警信息，為高架橋的安全運(yùn)行和交通管理提供了方法和保障。

關(guān)鍵詞：城市高架橋;卡口大數(shù)據(jù);圖像識(shí)別;違限車輛;分揀

中圖分類號(hào)：TP273 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）12-0025-03

Abstract：In order to solve the pain points of traffic congestion in urban viaducts，the vehicles that illegally enter the urban viaducts are controlled and tracked，and the real-time continuous 24/7 real-time recording of the physical feature images and vehicle panoramic images of each motor vehicle passing on the bridge deck，Using image processing，pattern recognition，remote data access and other technologies，a sort of illegal vehicle sorting system based on bayonet was designed. The system was verified and analyzed with the traffic flow data of Baohe Avenue Viaduct in Hefei City. The results showed that the system can quickly process a large amount of bayonet data，real-time sorting and uploading and alarm information，providing a method and guarantee for the safe operation and traffic management of the viaduct.

Keywords：urban viaduct;bayonet big data;image recognition;illegal vehicles;sorting

0 ?引 ?言

高架道路是城市交通運(yùn)行的骨架，承擔(dān)了巨大的交通負(fù)荷，目前許多黃牌車突破交通管制違規(guī)在城市高架橋上行駛，對(duì)城市高架橋的交通造成了不良影響，也對(duì)交通管理提出了新的要求。為發(fā)揮城市高架橋道路快速的功能，實(shí)現(xiàn)違限車輛的查處，筆者基于圖像識(shí)別和大數(shù)據(jù)技術(shù)，從前端交通卡口獲取的信息出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套對(duì)城市交通出行車輛的分揀和上傳系統(tǒng)，深層次地分解了系統(tǒng)的功能架構(gòu)，并探究設(shè)計(jì)了車輛分揀流程。

本文選取合肥包河大道高架橋作為研究對(duì)象，通過(guò)前端交通卡口相機(jī)對(duì)高架橋主線及出入口匝道的車輛進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，提取交通狀態(tài)特征參數(shù)和圖片，建立了違限車輛分揀模型，為交通管理部門提供了自動(dòng)監(jiān)測(cè)高架橋交通狀態(tài)和動(dòng)態(tài)緩解交通擁堵的解決方案。

1 ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

違限車輛分揀系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)從前端各類設(shè)備采集數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線生成消息隊(duì)列，然后分揀服務(wù)將揀出的數(shù)據(jù)存入大數(shù)據(jù)集群中，其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)調(diào)用Web服務(wù)器的接口進(jìn)入用戶操作界面，呈現(xiàn)用戶調(diào)閱的非結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，用戶也可與大數(shù)據(jù)集群和FTP集群進(jìn)行通訊，上傳或下載相關(guān)文件，并調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)。其具體的業(yè)務(wù)流程為如下五個(gè)部分。

1.1 ?黃標(biāo)車黑名單導(dǎo)入

中心管理平臺(tái)支持從外界批量導(dǎo)入黑名單，可以從黃標(biāo)車數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)應(yīng)用軟件導(dǎo)出XLS文件，或直接通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接同步，將黃標(biāo)車名單導(dǎo)入中心管理平臺(tái)。

1.2 ?前端過(guò)車數(shù)據(jù)采集

通過(guò)前端抓拍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)過(guò)車數(shù)據(jù)的采集、過(guò)車信息的提取，前端所采集的過(guò)車信息至少應(yīng)該包括車牌號(hào)碼、車牌種類、點(diǎn)位信息、過(guò)車圖片等。抓拍單元通過(guò)內(nèi)置的視頻分析機(jī)制，觸發(fā)并抓拍目標(biāo)車輛，能夠生成過(guò)車時(shí)間、車道編號(hào)、點(diǎn)位信息等固有數(shù)據(jù);同時(shí)，抓拍單元內(nèi)置模式識(shí)別提取機(jī)制，能夠識(shí)別車牌號(hào)碼、車牌顏色、車身顏色、車型等車輛屬性信息。

1.3 ?前端過(guò)車信息上傳

交通控制主機(jī)可將上述數(shù)據(jù)信息連同過(guò)車圖片加以整合，整合后的數(shù)據(jù)由控制主機(jī)統(tǒng)一向中心管理平臺(tái)傳輸。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包括車輛號(hào)牌信息、時(shí)間、地理屬性等必要信息。

1.4 ?實(shí)時(shí)過(guò)車數(shù)據(jù)比對(duì)

系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)過(guò)車信息，可通過(guò)中心管理平臺(tái)的實(shí)時(shí)過(guò)車數(shù)據(jù)比對(duì)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)黃標(biāo)車的布控、報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)所采集的某過(guò)車信息與黑名單庫(kù)中某車輛信息相同時(shí)，會(huì)將該實(shí)時(shí)過(guò)車屬性設(shè)置為違章，形成疑似違章數(shù)據(jù)，并送入違法數(shù)據(jù)庫(kù)中保存、管理。

1.5 ?違章數(shù)據(jù)審核上傳

中心管理平臺(tái)違法數(shù)據(jù)庫(kù)接收到疑似違章數(shù)據(jù)后，可通過(guò)違法管理模塊對(duì)該過(guò)車信息、抓拍圖片進(jìn)行人工審核，審核無(wú)誤后可通過(guò)與違法數(shù)據(jù)處理平臺(tái)連通的接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。用戶可根據(jù)需要，設(shè)置某車輛在某最小時(shí)間段內(nèi)重復(fù)發(fā)生違法行為時(shí)不予記錄或上傳。

2 ?系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)包括資源層、硬件層、存儲(chǔ)層、接口層和業(yè)務(wù)層，如圖2所示。通過(guò)前端的卡口相機(jī)、雷達(dá)、視頻監(jiān)控、電子警察等硬件資源，系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)以及行業(yè)信息等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到資源層中，并通過(guò)提供的接口調(diào)用數(shù)據(jù)為用戶提供各類業(yè)務(wù)。其具體的功能實(shí)現(xiàn)，本文從前端信息采集、車輛信息分揀、資源管理和統(tǒng)計(jì)分析四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

2.1 ?前端信息采集

2.1.1 ?車輛信息捕獲

系統(tǒng)通過(guò)前端卡口對(duì)過(guò)往車輛信息進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。結(jié)合背景重建和背景差，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通行車輛的車牌號(hào)碼、車燈信息，判定車輛經(jīng)過(guò)與否，在檢測(cè)算法中建立外界環(huán)境干擾過(guò)濾模型，將外界的干擾源，如雨、雪、樹(shù)影等干擾因素剔除。

經(jīng)過(guò)對(duì)高架橋面某點(diǎn)連續(xù)24小時(shí)的交通流檢測(cè)，通行車輛的圖像識(shí)別率能達(dá)到95%以上。由于機(jī)動(dòng)車違反禁令指示標(biāo)志行駛的圖片取證特點(diǎn)（圖片中包含清晰可辨的機(jī)動(dòng)車后部或前部全貌的全景特征、明確的標(biāo)志指示特征），系統(tǒng)主要捕獲機(jī)動(dòng)車尾部，并在取證圖片中拍到禁令標(biāo)志。

2.1.2 ?信息高清記錄

前端卡口對(duì)通行車輛采集1張高清圖片以提取其路況和車輛特征信息，圖片應(yīng)疊加車輛的車牌號(hào)碼、車牌顏色、速度、道路限速值、抓拍時(shí)間、抓拍地點(diǎn)、通行方向、車身顏色及車標(biāo)等信息。通過(guò)測(cè)光控制單元，在強(qiáng)光、逆光、夜間或者光線不足和車輛擋風(fēng)玻璃鍍膜等情況下，能夠自動(dòng)補(bǔ)光，以保障在各種環(huán)境下拍出清晰的圖片。

2.1.3 ?車型判別

本系統(tǒng)的車型識(shí)別功能主要是對(duì)藍(lán)牌車和黃牌車的分類，通過(guò)車牌顏色和圖像識(shí)別技術(shù)建立分類模型。當(dāng)無(wú)法根據(jù)車牌顏色判別車型或者無(wú)法判斷車牌顏色時(shí)，利用圖像分析技術(shù)來(lái)區(qū)分轎車、客車、大貨車、小貨車等各類類型。

2.1.4 ?車牌識(shí)別

通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法和高性能處理設(shè)備，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)卡口車牌數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。車牌號(hào)碼識(shí)別功能主要包括圖像灰度拉伸、牌照定位分割、二值化、字元切割、字元識(shí)別5個(gè)模塊。識(shí)別模型主要通過(guò)對(duì)采集的車牌圖片進(jìn)行分析提取出有效元素，對(duì)于采集的處于通行狀態(tài)的車輛圖片可進(jìn)行幀處理，對(duì)每個(gè)有效幀進(jìn)行識(shí)別和預(yù)處理，對(duì)分割的字符單元進(jìn)行分類識(shí)別，并對(duì)識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行內(nèi)部審核和評(píng)判。

2.1.5 ?數(shù)據(jù)斷點(diǎn)傳續(xù)

系統(tǒng)支持前端緩存和斷點(diǎn)續(xù)傳。在前端數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障、電量不足等情況導(dǎo)致下載中斷，就需要使用到斷點(diǎn)續(xù)傳功能。通過(guò)前端卡口相機(jī)配備的存儲(chǔ)硬件，將抓拍圖片緩存到存儲(chǔ)硬件中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后再將網(wǎng)絡(luò)中斷期間的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，防止數(shù)據(jù)丟失。

2.1.6 ?數(shù)據(jù)管理和檢索

系統(tǒng)存儲(chǔ)采用3級(jí)存儲(chǔ)、2級(jí)緩存的架構(gòu)策略，保證整個(gè)存儲(chǔ)集群無(wú)單點(diǎn)故障，存儲(chǔ)空間可以水平擴(kuò)展，數(shù)據(jù)接入和處理速度在每秒上萬(wàn)次的級(jí)別，數(shù)據(jù)高可用性且可恢復(fù)，完全滿足系統(tǒng)需求且為以后擴(kuò)展留下余地。數(shù)據(jù)管理是對(duì)進(jìn)入存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)預(yù)覽、數(shù)據(jù)處理速度展示等。數(shù)據(jù)檢索是對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢?yōu)g覽，支持模糊查詢功能，并可以在多個(gè)維度進(jìn)行聚合查詢，同時(shí)支持按用戶輸入的查詢條件進(jìn)行查詢。數(shù)據(jù)瀏覽支持分頁(yè)查詢，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)查詢。

2.2 ?車輛信息分揀

車輛信息分揀模塊獲取已經(jīng)識(shí)別出結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的信息，實(shí)時(shí)和市貨車庫(kù)、公交底庫(kù)和合法營(yíng)運(yùn)底庫(kù)以及用戶自定義黑白名單庫(kù)進(jìn)行比較，車輛信息分揀模塊把底庫(kù)數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中處理，使用二分算法進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)匹配比對(duì)。將不在合法庫(kù)中的車輛判斷為違章車輛，并生成違章告警消息推入消息告警隊(duì)列;合法車輛直接存入大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。系統(tǒng)同時(shí)能夠?qū)S標(biāo)車的行駛軌跡進(jìn)行研判分析，對(duì)黃標(biāo)車輛落腳點(diǎn)進(jìn)行追蹤。

2.2.1 ?黃標(biāo)車數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入功能

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗和轉(zhuǎn)換將各類底庫(kù)數(shù)據(jù)加載到黃標(biāo)車車輛布控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，車輛布控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容至少需包含車輛號(hào)牌、號(hào)牌顏色、布控級(jí)別、布控人、布控原因、布控有效期、布控單位等字段。環(huán)保部門可將已經(jīng)發(fā)送的黃標(biāo)車數(shù)據(jù)表一次性導(dǎo)給交警部門，也可以通過(guò)將違限車輛分揀系統(tǒng)與環(huán)保部門的機(jī)動(dòng)車環(huán)保檢測(cè)信息管理系統(tǒng)對(duì)接，通過(guò)FTP、Web Service等數(shù)據(jù)交互方式，自動(dòng)導(dǎo)入黃標(biāo)車數(shù)據(jù)，定期更新。

2.2.2 ?黃標(biāo)車黑名單布控功能

系統(tǒng)支持分時(shí)間段和區(qū)域進(jìn)行布控，具體可分為全局布控和限時(shí)限區(qū)布控。全局布控即在任意時(shí)間及任意區(qū)域發(fā)現(xiàn)黃標(biāo)車通行，立即記錄報(bào)警。限時(shí)限區(qū)布控即黃標(biāo)車在限行時(shí)段、限行區(qū)域內(nèi)通行，會(huì)被記錄報(bào)警;在非限定時(shí)間或區(qū)域內(nèi)通行，則不記錄。

2.2.3 ?黃標(biāo)車闖禁行事件報(bào)警功能

系統(tǒng)對(duì)于判斷為闖禁行的黃標(biāo)車輛會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)出告警信息，提醒執(zhí)勤人員。系統(tǒng)支持多種報(bào)警聯(lián)動(dòng)方式，包括平臺(tái)客戶端聲光報(bào)警、報(bào)警錄像或圖片上墻顯示、報(bào)警事件短信通知等，并且針對(duì)不同報(bào)警類型可設(shè)置不同的報(bào)警聲音。同時(shí)，系統(tǒng)還提供紅名單和白名單功能，可自動(dòng)過(guò)濾紅名單和白名單中的車輛，針對(duì)特種車輛（如：軍用車輛、警用車輛、醫(yī)用車輛、消防車輛、路政車輛、政府車輛等）進(jìn)行過(guò)濾處理，不上報(bào)報(bào)警信息。所有黃標(biāo)車闖禁行行為均會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)記錄，系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)計(jì)算架構(gòu)建立索引機(jī)制，可快速查詢報(bào)警記錄。

2.2.4 ?黃標(biāo)車闖禁行違法分揀功能

對(duì)于黃標(biāo)車闖禁行違法記錄，系統(tǒng)提供違法分揀審核處理頁(yè)面，可進(jìn)行人工校對(duì)確認(rèn)。核對(duì)正確后可將違法記錄寫(xiě)入平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，為交通違法處罰提供有效證據(jù)。也可以根據(jù)需要進(jìn)行圖片關(guān)聯(lián)、錄像回放等操作。如果一輛黃標(biāo)車多次闖入禁行區(qū)域，24小時(shí)之內(nèi)被前端多次抓拍記錄，平臺(tái)提供智能分揀機(jī)制，自動(dòng)過(guò)濾重復(fù)記錄，只審核上報(bào)1次處罰記錄。

2.3 ?資源管理

資源管理主要對(duì)接口、數(shù)據(jù)抽取和底庫(kù)進(jìn)行管理。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)接入方式和接口調(diào)用進(jìn)行統(tǒng)一管理，管理內(nèi)容包括接口數(shù)據(jù)緩存、接口輪詢等，同時(shí)提供接口擴(kuò)展。系統(tǒng)對(duì)對(duì)提供數(shù)據(jù)交互功能費(fèi)的中間庫(kù)進(jìn)行管理，包括中間庫(kù)抽取、中間庫(kù)同步、動(dòng)態(tài)配置抽取方案。

2.4 ?統(tǒng)計(jì)分析

系統(tǒng)對(duì)過(guò)車信息的統(tǒng)計(jì)分析功能包括基于卡口的過(guò)車統(tǒng)計(jì)分析、基于時(shí)間的高架實(shí)時(shí)過(guò)車流量統(tǒng)計(jì)分析、黃藍(lán)牌車輛統(tǒng)計(jì)分析、車輛分類統(tǒng)計(jì)分析等，并采用多種動(dòng)態(tài)圖表對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行展示。系統(tǒng)支持對(duì)黃標(biāo)車的違法行駛路線進(jìn)行實(shí)時(shí)及歷史規(guī)律分析，便于分析其行進(jìn)方向、落腳點(diǎn)，方便對(duì)其追捕攔截。系統(tǒng)根據(jù)黃標(biāo)車抓拍記錄的總體數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)計(jì)算理論，建立黃標(biāo)車熱點(diǎn)分布模型，形成可視化的動(dòng)態(tài)分布圖，并提供統(tǒng)計(jì)報(bào)表以供決策分析。

3 ?系統(tǒng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

3.1 ?稽查車輛類型多

在滿足黃標(biāo)車區(qū)域限行電子抓拍與處罰業(yè)務(wù)的同時(shí)，基于此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他車輛類型的機(jī)動(dòng)車緝查，如嫌疑車輛、盜搶車輛、套牌車輛、高危人員車輛等;可以臨時(shí)緊急布控車輛，比如肇事逃逸車輛、治安逃逸車輛、重點(diǎn)管控車輛（工程、客運(yùn)、出租、?；愤\(yùn)輸車輛等）、交通違法車輛（多次違法未處理、未年檢）等。

3.2 ?布控追蹤

通過(guò)前端卡口相機(jī)和高清監(jiān)控實(shí)時(shí)追蹤和調(diào)用，可對(duì)每一輛通行車輛進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別的標(biāo)志如車牌號(hào)與布控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，一旦識(shí)別為實(shí)施布控的違限車輛，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。

3.3 ?多級(jí)聯(lián)網(wǎng)

系統(tǒng)部署模式靈活、多樣，支持分權(quán)、分級(jí)和分域部署，支持平滑擴(kuò)容，為未來(lái)業(yè)務(wù)長(zhǎng)期的快速發(fā)展打下了堅(jiān)固的基礎(chǔ)。

3.4 ?業(yè)務(wù)融合

系統(tǒng)能夠融合前端卡口相機(jī)、視頻監(jiān)控、電子警察、雷達(dá)設(shè)備等多種數(shù)據(jù)采集源，通過(guò)建立統(tǒng)一的指揮中心，將多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合，通過(guò)多屏幕組合的顯示方式，協(xié)同指揮調(diào)度，極大地提高了指揮中心和各相關(guān)警種等人員的工作效率，同時(shí)也發(fā)揮全網(wǎng)統(tǒng)籌的資源優(yōu)勢(shì)。

4 ?結(jié) ?論

本文設(shè)計(jì)的基于卡口的違限車輛分揀系統(tǒng)，從任務(wù)需求出發(fā)，為解決城市高架橋的違限車輛的管理問(wèn)題提供了解決思路和方法，為維護(hù)治安提供有力保障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置為社會(huì)治安和交通安全帶來(lái)各種隱患的違限車輛，也是城市高架橋交通安全和運(yùn)行通暢的保障，同時(shí)能夠很好地減輕交通管理部門的壓力和工作強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝毅能.基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的卡口平臺(tái)設(shè)計(jì) [J].通訊世界，2018（4）：14-15.

[2] 張杰，王山東，徐志遠(yuǎn)，等.基于車牌識(shí)別系統(tǒng)的卡口可達(dá)性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 [J].地理空間信息，2018，16（4）：40-42+9.

[3] 徐艦.高清視頻監(jiān)控卡口系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)淺析 [J].城市道橋與防洪，2011（6）：270-274+328.

[4] 耿征.智能化視頻分析技術(shù)探討 [J].中國(guó)安防，2007（3）：37-49+7.

作者簡(jiǎn)介：鄒倩（1990.01—），女，漢族，湖北荊州人，碩士，研究方向：交通雷達(dá)研發(fā)。