區間測速與自動提醒系統在邢衡高速中的應用

文/河北省高速公路邢衡籌建處 陳翔

區間測速與自動提醒技術的優點

區間測速即利用車輛經過兩個抓拍點的時間，計算區間內車輛行駛的平均速度，來檢測超速違法車輛。自動提醒即通過自動聯動可變信息標志設備來提醒、警示駕駛員及時糾正錯誤避免事故發生。近年來，區間測速已越來越多地被實際應用，自動提醒功能是智能化監控的一個體現，它的優勢與特點主要表現在以下幾個方面：

測量的范圍加大，全程無盲點測速。與定點測速相比，由于區間測速計算的是區間內的平均速度，測量范圍更大，能夠實現抓拍、全程無盲點超速檢測。

測速精度高，穩定可靠。定點測速受車輛、氣候和元器件漂移等影響，導致系統長時間穩定性差。而區間測速，利用兩個檢測斷面之間的距離，并通過激光測量標定，距離誤差幾乎為零；測算時間為兩個抓拍點的時間差，只需保證抓拍點設備的時間同步即可，因此，測量的準確性更高，系統長時間穩定性為優。

“反監控”能力強，監控效果提升。通過電子地圖等高科技設備，駕駛員會在單點測速或監控點周邊地段剎車減速，經過監控點后繼續超速行駛，這類具有反監控能力的違法超速車，在區間測速系統監控下將無所遁形。

另外，剎車減速規避監控，很容易造成追尾事故。采用區間測速后，可間接地減少交通事故的發生。

說服力強，更容易被理解和接受。區間測速系統測速原理簡單，精準度高，更容易被駕駛人接受，爭議性較小。

測速效率高。傳統超速抓拍設備取證系統中，如果出現多輛車將無法采集圖像數據。區間測速提供的是兩個抓拍點針對同一車輛的抓拍圖像，與其他車輛是否出現無關，一定程度上提高了檢測效率。

信息反饋及時，實用性強。區間超速自動提醒功能，自動與道路上的可變信息標志聯動，及時提醒超速車輛糾正違法行為，警示其他駕駛人注意控制車速。另外，系統還具有語音提醒監控人員記錄違章車輛信息、黑名單報警等功能，從而減輕了監控人員的工作負擔。總體來說，實用效果顯著，也提升了監控管理中心的監管力度和服務水平。

提高設備資源利用率。自動提醒功能利用現有的設備資源和綜合監控平臺系統的SOA架構特點，在發布提醒信息時，插播一條信息后，將自動恢復，完全不影響原來的播放內容。

系統的實現與應用

系統構成

圖1 系統構成圖

通過全程信息化綜合監控平臺系統（軟件處理模塊，如圖1所示）將高速抓拍子系統與信息發布子系統有機結合，實現聯動控制。系統的主要組成包括：

硬件組成：海康威視DS-2CD9131-S高速抓拍攝像機，深圳同鑫TXCMS-DC32-A22超節能門架式可變信息標志；

軟件組成：海康IVMSIVMS智能交通管控平臺，基于WebService的數據轉發/接收模塊，可變情報板CMS通訊服務軟件，基于SOA架構的綜合監控平臺系統，Oracle_v3.2.3數據庫，MS SQL Server 2008 R2數據庫。

邢衡高速公路（衡水段）項目全線架設22套高速抓拍攝像機（含攝像機和車牌識別單元），平均每6.6公里1套。每套高速抓拍攝像機，配置一套頻閃補光燈，均安裝在道路門架式可變信息標志上方（如圖2所示）。

綜合監控平臺是結合該項目的特點進行研究定制的監控系統，集成了路段上所有機電設備和子系統功能，其中，包括區間測速與自動提醒技術（如圖3所示）。

圖2 外場設備

圖3 綜合監控平臺系統界面

實現原理及流程

視頻檢測原理。視頻檢測是采用基于運動檢測的車輛檢測方法，其核心原理為自學習建立道路背景模型，將當前幀圖像與背景模型差分后，得到運動前景像素點，這些運動前景像素得到車輛信息。該方法的優劣依賴于背景建模算法的性能。

整個檢測過程分為以下幾個步驟：

由高清攝像抓拍主機，獲取實時的視頻流。

利用背景差分算法檢測運動前景。首先通過初始多幀視頻圖像的自學習建立背景模型，然后差分運算當前幀圖像與背景模型，消除背景影響，從而獲取運動目標的前景區域；

根據背景差分運算中運動目標檢測的結果，有選擇性地更新背景模型并保存。

過濾噪聲并獲取準確的車輛位置。

運用時空信息、匹配和預測等算法，準確跟蹤車輛，得到車輛對象的運動軌跡并保存。

判斷車輛是否到達觸發線位置，如是沒有到達，則進行下一幀檢測，如果到達則發出觸發信號。

車輛的抓拍觸發綜合運用了車牌檢測算法和車輛檢測算法：首先采用車牌檢測算法，當車輛到達觸發線時，若系統檢測到圖像中存在車牌，則觸發抓拍，并進行車牌識別；若系統無法檢測到車牌，將啟用車輛檢測算法，若運動對象與系統內建立的車輛模型相匹配，則觸發抓拍，并記錄為無牌車輛（如圖4所示）。

區間測速原理。設檢測區間起始點為A和結束點為B，根據樁號預先計算AB間的區間距離，由A、B兩點的抓拍及識別系統，檢測、識別過往車輛，并將通過兩點的時間、識別結果及全景圖片發回監控平臺，計算同一車輛由A點到B點的時間差，用距離除以時間獲得車輛的平均速度（如圖5所示）。

自動提醒功能。當系統檢測到超速違法行為時，預估車輛到達下一個信息發布設備的時間，并自動向該信息發布設備插入臨時任務，提醒該車輛已被檢測到超速行駛，及時糾正，警示其他車輛注意控制車速，并將信息發布設備自動恢復至原始狀態。功能實現難點包括對大量過車數據的管理、分析、計算、統計和對信息發布設備的精確控制。

實際測試中，過往的車輛數量非常龐大，為了提高效率，將數據分為歷史過車數據和當日過車數據，并分別統計查詢。

圖4 車輛抓拍觸發原理示意圖

圖5 區間測速原理圖

由于區間測速須計算分析每條數據，但超速車輛的出現又較為偶然，頻繁查詢數據庫會影響系統的工作效率，甚至影響其他功能模塊。因此，在軟件中采用臨時數據能較好地解決此問題。另外，考慮到漏拍的可能性，在排除無效數據的同時，還應及時清理已過時的數據，保證數據的及時更新。

提醒信息下發預估時間，由下一區間的距離除以當前區間的平均速度計算得出。提醒信息下發時，應先保存信息發布設備的當前狀態，制定臨時插播任務，待提醒信息到達終止時間時，恢復設備至原來狀態。

顯示狀態下，超速車輛并不會大量集中出現，預估時間也不可能完全準確無誤，所以保守采用30s的提醒持續時間，若期間有新的超速違章發生，則用新的提醒信息代替并更新定時器。

系統實現流程。整個實現流程可分為以下幾個步驟（如圖6所示)：

對路段上的所有高清卡口抓拍點進行編號，區分左右線；

實時抓拍提取過往車輛信息，并將實時數據通過以太網上傳至卡口管理平臺和綜合監控平臺；

圖6 區間測速與自動提醒流程圖

綜合監控平臺每接收一條數據，統計實時過往車輛流量，并通過數據庫查詢分析計算該車輛是否超速違法；

若已超速違法，則計算預計到達下一個信息發布設備的時間，并制定可變情報板定時任務發布，提醒違法車輛；

超速提醒信息下發持續一定時間后（30s至60s），自動將信息發布設備恢復至常態運行狀態；

將超速車輛信息（抓拍圖片、車牌號、過車時間、區間位置名稱、區間速度、超速百分比、車型、車身顏色等）存入違章車輛查詢表，對比黑名單，并分析統計。

系統可靠性要求

為使系統的判別、計算、命令下發更加準確、可靠，必須注意以下幾點：

車牌識別率的保證。為使區間測速達到最大的效用，對通過該區間的車輛，在號牌完整、清晰、安裝規范，且無遮擋、無污損的情況下，號牌識別準確率越高，區間內的有效測速越高。

系統時間同步的保證。測量區間平均速度的準確性在于過車時間的準確性，因此，整個系統運行時間的同步是保證系統準確性、可靠性的關鍵。

系統通訊的保證。各個采集點的數據傳輸必須依靠網絡，所以設備通訊的穩定可靠是保證系統正常運轉必不可少的條件。

結語

通過將全程區間測速與自動提醒技術在邢衡高速（衡水段）的實施應用，得出該技術能夠對高速公路超速違法車輛起到良好的提醒警示作用，同時也減輕了監控負擔，具有較好的應用價值。通過實際測試驗證了該技術的及時性和有效性。但在超速車輛大量集中出現時，自動提醒信息會長時間占用信息發布設備，考慮到這種可能性很小，本文暫且忽略此種情況，今后將通過優先級的控制加以改進，尤其在應急事件發生時，應暫停自動提醒功能。