公路交通事故預警系統研究

郭銀寶

（張家口市高速公路路政執法大隊 河北 張家口 075000）

0 背景

近幾年隨著汽車的普及度越來越高，我國汽車保有量也增長迅速，交通事故所造成的影響和損失也越來越大，交通事故頻發成為世界關注的重要問題之一。據統計，2001-2005年中國交通事故死亡人數均在每年10萬人左右，位居世界第一，并且呈現增長態勢。中國普通公路的事故率為0.238起/km，死亡率為0.059起/km，而高速公路的事故率和死亡率數據更高，分別達到1.894起/km和0.248起/km，道路交通安全形勢極其嚴峻，因此采用交通預警的主動安全方式就勢在必行。這種方式在國外建設比較早，一些較為先進的車載GPS定位技術也較為成熟，而在我國則起步較晚，大部分公路僅為人工監控，很難做到面面俱到。而隨著我國3G網絡的普及以及網絡機房建設的日趨成熟，由計算機監測評判交通違章成為一種趨勢。

1 交通事故預警系統

交通事故預警系統網絡拓撲圖如圖1所示：利用高速公路上的攝像頭，針對高速公路上的違章如：非法倒車、超速、車距過近等進行遠程判斷和報警，由網絡中心人員進行分析發布，由最近的公路巡警找到違章車輛并加以制止，從而對可能發生的交通事故做出預警，從而大大降低交通事故發生的可能性。

本系統是一種軟硬結合的自動化網絡式管理系統。采用了高速攝像、圖像數據實時處理、和模式識別等手段，以先進的窄帶圖像壓縮技術來處理圖像，以2G/3G網絡作為數據傳輸方式，通過現場終端和監控中心的信息交互，實現對遠程路面的有效實時圖像監控。通過高速公路上的高速相機陣列拍攝車輛轉向架、基礎制動裝置、車鉤緩沖裝置等車輛關鍵部位的圖像，經計算機分析處理后傳輸到室內分析室，然后對抓拍到的圖像進行判別，從而達到動態檢測車輛違章的主要目的。

圖1 網絡拓撲結構

2 圖像動態偵測原理

本系統通過視頻幀的比較來檢測圖像的變化。其中MPEG視頻流由三類編碼幀組成，它們分別是：內幀（I幀），預測幀（P幀）和內插雙向幀（B幀）。I幀按JPEG標準編碼，獨立于其他編碼幀，它是MPEG視頻流中唯一可存取的幀，每12幀出現一次。可以截取連續的I幀，來作為檢測比較材料。另外，也可以利用視頻采集卡附帶的驅動程序中的函數來截取進行的幀。在一些公司設計的數碼監控系統中，視頻流經過解碼運算，以幀為單位連續存放在內存的緩沖區中，利用函數在緩沖區中將連續兩幀轉化為位圖形式存放在另外的內存空間并作比較。在PAL的制式下，每秒刷新25幀，不必對每一幀都作出比較，只需按固定的間隔采樣緩沖區中的幀即可。視頻幀的比較有多種方法：

2.1 圖像減法

用幀差分可以檢測場景變化，一個簡單幀差分可通過計算兩個連續幀的象素獲得。對幀內每個象素點（x，y），T時刻與 T－1 時刻象素值之差為 Dx，y(T)=||Sx，y(T)－Sx，y(T-1)||。 設定內幀差分系數 IDsum=ΣL ， IF||Sx，y(T)－Sx，y(T-1)||≥Ta THEN L=TRUE，實際決定是否報警，可以通過計算三幀以上IDsum數量。

程序每隔一定時間間隔，會重復上述同樣的操作，截取屏幕上同一監測區域的位圖，并會將這一幅位圖與上一幅位圖的象素值進行比較，如果超出一定數量的象素點的值不同，就發出報警信號。如正常進行車輛應向前位移，但是在檢測過程中發現不能倒車的區域有車輛發生向后位移，則程序自動截取圖像或視頻發回到數據處理中心進行觀看分析。

2.2 直方圖法

幀間差分對照明變化和鏡頭移動是非常敏感的，而視頻幀的直方圖是用于在視頻序列中可鑒別變化的多種樣條，它可以避免這類敏感性，而就有關圖像的外形提供一個總體描述。直方圖可通過度量全部圖像中象素的概率分布來計算。假設圖像中有N個象素，則象素值為i的標準化直方圖數量Hi計算如下：

由于錄像背景一般是固定不變的，而我們感興趣的往往不是整個畫面的比較，而是畫面中特定區域的比較，因此以上的幀比較方法含有一些不必要的計算。利用捕捉的位圖來比較則可以較好的解決這個問題：我們可以在屛畫面中上畫出一個小矩形作為要檢測的地方，然后求得矩形的坐標和大小，最后與屏幕直接截取的位圖進行比較。

3 網絡機房的架設

采用統一的可以兼容各種硬件監控設施的監控管理方式。對于系統的改造和升級，要在保證實際效果的同時充分利用現有的監控設備的硬件設施；對于本地監控和遠程監控系統設備要進行有機融合以節省資金投入；系統平臺的建設可以分步實施：在建立中心監控平臺的前提下，可以先行建縣市級平臺試點。在系統功能方面，可逐步接入其他功能模塊以降低投入和實施的風險。一個統一的監控管理平臺的建立，可為未來系統平滑升級全省和全國統一監控管理平臺奠定基礎。 另外，還要對系統的重要信息進行多重備份管理以保證錄像數據等資料的安全性。

服務器可安裝數據庫軟件，通過數據庫技術對整個系統進行用戶權限配置與管理，從而使得監控系統的管理與維護變得更加容易。數據庫技術的特點是通過建立數據模型來存放相互間具有一定關系的數據，這樣的數據模型也可稱之為關系數據庫。可以把系統中所有可以用數據方式來表示的內容均存放在關系數據庫中，如監控點的分布情況，攝像機的分布情況及與監控點的關系，用戶的名稱、密碼、權限及其他相關屬性，日志信息，以及其他需要管理的數據等。要對整個網絡監控系統的信息進行統一處理，包括信息的設置、信息的記錄、信息的轉發及信息的查詢等。

在需要做事故預警的路段要加設網絡機房，偏遠路段上傳方式可采用2G/3G。然后截取重要路段監控探頭圖像進行分析,由服務器將數據模糊篩選后發回各市的交通指揮中心，由專人篩選疑似違章信息上傳給最近的交通巡警以進行處理。這種處理方式既節省了人工又加大了對違章車輛的監控力度。

機房服務器主要功能如下：

■對監控地點及信息的編輯，包括新建、修改、刪除。

■對來自報警管理主機的報警信息進行轉發，同時生成報警日志，不同DVR產生的報警信息可設成轉發到不同的客戶端主機（分控）。

■操作日志、報警日志的維護與查詢。

■巡檢與校時功能：定時檢查DVR工作狀態，巡視DVR工作是否正常（如硬盤錄像是否正常、網絡是否正常及報警信息能否正常上傳等工作狀態）。

4 結論

4.1 對公路違章檢測預警系統的建立進行了分析和簡介。

4.2 對圖像動態偵測以及網絡架設做了簡要說明。

4.3 對預警系統的作用以及效果做了預測。

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