淺析視頻分析技術在智能交通中的應用

文/張營

ITS是一種實時、高效、全方位的綜合交通運輸管理系統。它是將先進的信息技術、定位導航技術、數據通信傳輸技術、自動控制技術、圖像分析技術以及計算機網絡和信息處理技術等有效地綜合運用于整個交通管理體系，將人、車、路三者緊密協調、和諧統一，從而建立起大范圍內、全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸管理系統。

智能交通系統可以為交通部門及時、準確地提供諸如車流量、道路擁塞度和事故監控等交通信息，使交通部門能有效地獲取有關交通狀況的信息，并進行處理，從而更好地發揮交通管理系統在交通監視、交通控制、出入控制、救援管理等方面的準確性和調控性。

目前得益于人工智能計算機視覺技術和硬件技術的飛速發展，圖像和視頻技術已經廣泛應用于新一代智能交通系統中。計算機視覺就是利用各種成像系統代替視覺器官作為視覺信息輸入手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺不僅能使機器感知環境中的幾何信息，包括位置、大小、形狀、運動等，還能對它們進行描述、解釋和理解。計算機視覺技術為交通系統提供了直觀方便的分析手段，交通環境中的大量信息，如車輛、交通標志和路面標識等都源于視覺。用計算機視覺來處理和理解這些信息成為一種必然的選擇。

國內智能交通系統現狀

目前國內的智能交通系統的主要應用還是集中在智能視頻監控功能，但實際的監控任務仍需要較多的人工完成，在很多情況下，視頻監控系統所提供的信息是沒有經過任何解釋的視頻的裸數據，這就不能充分發揮監控系統應有的實時機動的監督作用；另一方面，為了防止一些車輛和行人的違章、違法行為，對無人值守的視頻監控系統的需求量日益上升，這類系統主要目標是減少對繁瑣人工的依賴，自動完成對復雜環境中人和車輛進行實時觀測以及對感興趣目標的行為進行分析和描述。要完成這些任務，需要涉及到計算機視覺領域中許多核心技術，對感興趣目標的持續跟蹤是其中的核心技術之一，是基于視頻場景分析、行為理解等諸多后續處理的基礎。

智能視頻分析技術概述

智能視頻分析技術起源于計算機視覺技術，它綜合應用圖像增強處理等技術，在實現目標與背景分離的基礎上，通過將目標特征信息與預先設置的模板或規則進行比對，自動識別感興趣的目標、行為、事件或數據并產生報警，必要時可自動跟蹤異常目標并聯動其他安防設施，顯著提高了安全防控整體效率和能力。同時利用安防智能視頻分析技術在海量歷史視頻信息中實現基于時間、地點以及語義特征描述的智能化查詢搜索，可以為公安機關偵察辦案提供高效的查證手段。

智能視頻分析應用系統基本架構

智能視頻分析應用系統總體架構主要有以下三種模式：

前端嵌入式部署模式

將智能分析功能模塊前置于視頻采集前端設備，共享攝像機圖像處理芯片或專用高性能DSP作為智能分析引擎，實現對異常目標、行為、事件的智能分析。這種架構不受圖像傳輸環節影響，緩解了視頻傳輸及后臺存儲壓力，同時利用非壓縮原始圖像進行智能分析，實時性好，針對性強，便于大規模部署。不足之處是難以支撐復雜智能分析應用，且由于前端處理壓力大，對前端設備集成散熱工藝和穩定性提出較高要求，比較容易受環境因素制約。另外，前端嵌入式智能分析軟件升級困難，在一定程度上增加安裝調試與運行維護的難度與成本。

后臺服務器部署模式

通過部署在安防監控中心的專用服務器或專用客戶端實現智能分析應用。這種架構有效解決了前端處理能力不足的矛盾，可以通過強大的后臺處理能力實現復雜目標、行為、事件智能分析；方便與其他專業應用系統融合，拓展智能分析應用范圍；智能分析引擎后臺運行環境有保證，系統工作穩定性大大提高，且方便智能分析軟件升級，有效降低系統運行維護壓力。總之，這種架構比較適用階段性固定監控場景智能分析應用（如大型活動安保），但對后臺服務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，實時性能不夠理想，應對大規模智能分析應用顯得力不從心。

分布式混合部署模式

將部分相對簡單的視頻預處理功能前置于攝像機（或視頻服務器），完成目標特征數據提取、打包、發送；后臺智能分析引擎負責接收目標特征數據，完成與預設規則或模塊進行分析比較并且自動產生報警。這種架構降低了前端智能分析壓力，后臺服務器只需要對目標數據進行分析，同時方便與其他專業應用系統融合，提高了智能分析效率和能力，比較適合大規模、高性能智能分析應用，但系統部署整體代價及運行維護壓力不容低估。

智能交通系統與視頻分析技術應用

目前在北京，京藏、京承、京港澳三條高速公路上已經實現了視頻的智能監控。地鐵回龍觀站、天通苑站、西單站、國貿站、東單站5個站點也將利用先進的智能視頻監控系統得到軌道路網客流實時狀態信息，為乘客提供軌道擁堵信息服務。同時在19個公共汽車換乘車站和大客流車站的出入口、站臺、換乘通道、列車兩端，安裝了178套客流感知和圖像監控設備，實現客流流量和密度的實時檢測和預警預報。

結束語

在公路交通智能化飛速發展的21世紀，智能交通技術將多項技術結合在一起，以人工智能控制交通領域的方方面面，它的普及有效的減少了交通事故的發生，對于資源的有效合理利用在降低環境污染的同時也有助于最大限度的發揮交通基礎設施的優勢效能，提高交通運輸系統的運行效率和服務水平，為公眾帶來出行的方便。數種因素結合下，ITS必然會成為未來城市交通的主角，人們的交通出行也將逐漸走向“智能化”。