高速公路服務(wù)區(qū)精細(xì)化管理中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用研究

王昕、朱悅敏

（1.廣東飛達(dá)交通工程有限公司，廣東 廣州 510000；2.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

高速公路服務(wù)區(qū)一直是高速公路必不可少的設(shè)施，滿足司乘人員在交通出行過程中的各項(xiàng)基本生活需求。按照規(guī)范《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）中對(duì)高速公路服務(wù)設(shè)施的相關(guān)規(guī)定：服務(wù)區(qū)平均間距宜為50km，停車區(qū)與服務(wù)區(qū)之間的間距宜為15～25km；高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)設(shè)置停車場(chǎng)、加油站、車輛維修站、公共廁所、室內(nèi)外休息區(qū)、餐飲、商品零售點(diǎn)等設(shè)施。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，廣大人民群眾對(duì)國(guó)家高速公路網(wǎng)及其服務(wù)配套設(shè)施的要求也逐步提高。信息化、智能化的服務(wù)管理技術(shù)作為目前實(shí)現(xiàn)我國(guó)高速公路管理一體化服務(wù)管理的主要技術(shù)手段，是一種現(xiàn)代化的“互聯(lián)互通、信息共享、協(xié)同服務(wù)”綜合信息化服務(wù)理念[1]。將現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員與后臺(tái)管理人員、司乘人員、司乘車輛等基本要素，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、傳感信息技術(shù)、管理系統(tǒng)等技術(shù)緊密聯(lián)系在一起，將安全通行、高效指引、智能聯(lián)動(dòng)的理念推廣到我國(guó)高速公路服務(wù)區(qū)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)中。管理信息系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)、交流與綜合利用，能夠有效促進(jìn)我國(guó)高速公路綜合服務(wù)區(qū)的經(jīng)營(yíng)管理體制科學(xué)化、服務(wù)管理模式的優(yōu)化創(chuàng)新。

1 智能視頻分析技術(shù)的基本概念

智能視頻分析技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖像視覺技術(shù)在安防領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)分支，是一種基于目標(biāo)行為的智能監(jiān)控技術(shù)。智能視頻監(jiān)控技術(shù)（IVS，Intelligent Video Surveillance）是人工智能研究的一個(gè)分支，它在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計(jì)算機(jī)能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。如果把一臺(tái)視頻攝像機(jī)當(dāng)作人的眼睛，這個(gè)新的智能視頻分析報(bào)警系統(tǒng)就相當(dāng)于人的大腦。基于視頻內(nèi)容的分析就是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別（如人、物、圖標(biāo)等）和對(duì)目標(biāo)是否觸碰或者違背了所設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行判斷，另外也包括對(duì)于環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)的分析。

視頻監(jiān)控通常有兩種類型的智能視頻分析技術(shù)：第一種是基于智能視頻處理器的前端解決方案。在這種工作模式下，所有目標(biāo)跟蹤、行為評(píng)估和報(bào)警觸發(fā)都由智能前端分析設(shè)備完成，只有報(bào)警信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。第二個(gè)是基于計(jì)算機(jī)的智能后端視頻分析解決方案。在此模式下，前端攝像頭僅具有基本的視頻捕獲功能，所有視頻分析必須在后端或關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)收集，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一處理。市場(chǎng)上主要采用第一種方法，視頻分析設(shè)備放置在IP 攝像頭后面，可以有效節(jié)省視頻流占用的帶寬。第二種方法只能控制幾個(gè)中央監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)性能和網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了很高的要求。

2 高速公路服務(wù)區(qū)精細(xì)化管理的主要目標(biāo)和措施

高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)的停車位、充電裝置、餐飲店鋪及其他重要道路公共資源的利用率，決定高速公路相關(guān)服務(wù)設(shè)施的服務(wù)接待、管理能力。服務(wù)區(qū)精細(xì)化管理的主要服務(wù)目的就是針對(duì)每一位出行者、營(yíng)業(yè)者和管理者的實(shí)際需求，提供更加安全、便捷、高效、人性化的服務(wù)。

高速公路管理部門和服務(wù)區(qū)運(yùn)營(yíng)部門運(yùn)用精細(xì)化的管理理念和管理技術(shù)，對(duì)高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)的相關(guān)設(shè)施和活動(dòng)進(jìn)行管理，使服務(wù)區(qū)管理高效化，使用程序化、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)和信息資源實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的活動(dòng)。

服務(wù)區(qū)精細(xì)化管理手段除了建立健全的組織機(jī)構(gòu)、完善的規(guī)章制度、有效的管理機(jī)制外，還應(yīng)包括對(duì)各項(xiàng)設(shè)施、服務(wù)和業(yè)務(wù)的管理。例如：各設(shè)備設(shè)施的巡檢和維護(hù)，各指示標(biāo)志指引的正確性和合理性，餐飲及加油等服務(wù)人員證照的完整及規(guī)范操作，場(chǎng)區(qū)環(huán)境的保持，停車位定位及引導(dǎo)方式等等。總的來講，就是人的管理、車的管理、環(huán)境的管理。而其中重中之重，就是人與車如何實(shí)現(xiàn)安全的交互，究其根本，即車輛引導(dǎo)。

3 高速公路服務(wù)區(qū)智能視頻分析的要點(diǎn)

在智能視頻分析技術(shù)中，對(duì)于人和車輛的軌跡分析無疑是重點(diǎn)內(nèi)容，因?yàn)榻^大多數(shù)智能視頻分析的原理和規(guī)律都直接關(guān)系到個(gè)人[2]。在智能視頻分析中，用戶必須首先指定一個(gè)不規(guī)則和任意形狀的檢測(cè)區(qū)域，然后在該區(qū)域啟用各種檢測(cè)功能。智能視頻分析包括：入侵檢測(cè)、人臉檢測(cè)、目標(biāo)檢測(cè)、入口檢測(cè)、下坡檢測(cè)、徒步檢測(cè)、后方檢測(cè)、停車檢測(cè)、方向檢測(cè)、速度檢測(cè)、分類檢測(cè)、高度檢測(cè)、顏色檢測(cè)、廢棄物體檢測(cè)、物體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)（檢測(cè)物體是否被移除）、火焰檢測(cè)、煙霧檢測(cè)、計(jì)數(shù)功能、遮擋檢測(cè)、自動(dòng)跟蹤、目標(biāo)密度檢測(cè)等。

其中，涉及服務(wù)區(qū)智能視頻分析的主要內(nèi)容包括：

車流總量（輛/h）：由用戶設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)到的車輛數(shù)量。

車輛速度（km/h）：時(shí)間間隔內(nèi)的平均速度。超過和低于用戶設(shè)置的閾值速度的車輛速度。

車間距（m）：相鄰車輛之間的距離。

車輛密度：偵測(cè)監(jiān)控視場(chǎng)內(nèi)車輛的擁擠程度。

排隊(duì)：可檢測(cè)車輛的排隊(duì)長(zhǎng)度。

逆向行駛：反方向行駛的車輛。

跨線行駛的車輛：不按標(biāo)線行駛的車輛。

違章停車：在非法停車處停車的車輛。

為了能夠適應(yīng)各種不同的立體攝像機(jī)，如安裝時(shí)的位置和拍攝角度、視場(chǎng)景的尺寸和圖像大小，基于所有的需要自動(dòng)采集的二維立體圖像場(chǎng)景，建立三維的立體圖像模型也是一中有效的檢測(cè)手段。利用三維的立體圖像模型場(chǎng)景，手動(dòng)設(shè)置與其模型相關(guān)的圖像檢測(cè)條件參數(shù)，再將三維的立體圖像模型直接映射到二維的圖像場(chǎng)景中。

在更加高級(jí)的智能數(shù)據(jù)采集和分析中，針對(duì)變焦相機(jī)的場(chǎng)景變化進(jìn)行了自動(dòng)響應(yīng)而不必額外設(shè)定，但是這一技術(shù)并不成熟。對(duì)于物體、圖標(biāo)等的辨認(rèn)原理和方法與普通人的辨認(rèn)類似，應(yīng)用了三維模型、機(jī)器人自動(dòng)學(xué)習(xí)、模式識(shí)別庫(kù)等技術(shù)，使它們能夠有效地辨認(rèn)和識(shí)別物體。對(duì)于不同的物體，可以增加該物體的特點(diǎn)，獲得一個(gè)比較好的辨認(rèn)和識(shí)別結(jié)果。例如，對(duì)于汽車進(jìn)行識(shí)別，可以增加汽車的燈、車窗、汽車、身份等方面的特點(diǎn)來識(shí)別；對(duì)于汽車圖標(biāo)的辨認(rèn)，可以增加汽車的圖案、紋理等多個(gè)方面的特點(diǎn)。根據(jù)具體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行專門的優(yōu)化，有助于更好地識(shí)別目標(biāo)。

4 高速公路服務(wù)區(qū)精細(xì)化管理中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

在一系列精細(xì)化管理的過程中，智能視頻分析技術(shù)的加入，除了有效實(shí)現(xiàn)管理信息的存儲(chǔ)、管理手段的檢驗(yàn)和分析以外，也具有有效打擊非法追捕或者打擊逃費(fèi)的重要作用[3]，將高速公路服務(wù)區(qū)打造成為一個(gè)智慧化和體驗(yàn)式的現(xiàn)代化綜合服務(wù)區(qū)[4]。

在高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)，智能視頻分析技術(shù)可對(duì)車輛的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用：

進(jìn)入服務(wù)區(qū)時(shí)，對(duì)各車輛的號(hào)牌、車型進(jìn)行識(shí)別和記錄，為其規(guī)劃適合的停車區(qū)域，同時(shí)與道路入口信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，預(yù)先判斷車輛運(yùn)載貨物是否為危化品、管控產(chǎn)品。對(duì)高危車輛分配隔離車位。

通過車位視頻識(shí)別技術(shù)，多維度利用車輛功能特點(diǎn)信息分析、車牌信息捕捉等方式進(jìn)行精細(xì)化管理。并通過對(duì)來往車輛進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，調(diào)整原始停車位的數(shù)量和位置，綜合優(yōu)化場(chǎng)區(qū)布局。

在出口處，設(shè)置相關(guān)的視頻識(shí)別設(shè)備，將出口車輛的車牌、車型等信息進(jìn)行視頻識(shí)別比對(duì)，初步判定貨車在服務(wù)區(qū)內(nèi)是否存在停車甩卡、換卡或倒掛等各類逃費(fèi)停車行為。

5 高速公路服務(wù)區(qū)智能視頻分析技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

智能視頻網(wǎng)絡(luò)智能數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)正在成為我國(guó)新型高速公路相關(guān)服務(wù)區(qū)自動(dòng)精細(xì)化服務(wù)管理的重要模式。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方式如圖1所示。

圖1 高速公路服務(wù)區(qū)智能視頻分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)前端利用對(duì)車輛的特征信息進(jìn)行采集和識(shí)別的裝置，采集出入口的車輛或人流量等信息，傳送至后臺(tái)的服務(wù)器；服務(wù)器對(duì)服務(wù)區(qū)各個(gè)出入口車輛的類型進(jìn)行比對(duì)和分析，得出相應(yīng)車型的識(shí)別結(jié)果；服務(wù)器可以根據(jù)各個(gè)類型的識(shí)別結(jié)果和服務(wù)區(qū)各個(gè)停車場(chǎng)閑置的車位數(shù)量，向停車引導(dǎo)顯示屏上自動(dòng)發(fā)送出入口的車輛引導(dǎo)信息。

對(duì)已經(jīng)進(jìn)入服務(wù)區(qū)內(nèi)的危化品運(yùn)輸車輛進(jìn)行安全監(jiān)控，對(duì)未能按照規(guī)定停放在危化品運(yùn)輸專用區(qū)車位的車輛發(fā)出警告。人流量的統(tǒng)計(jì)與分析系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地分析各個(gè)服務(wù)區(qū)的人流量以及活動(dòng)情況，為管理者提供管理依據(jù)。綜合全面地應(yīng)用數(shù)字視頻分析處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳播技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等，通過各個(gè)服務(wù)區(qū)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，將服務(wù)區(qū)的檢測(cè)站點(diǎn)互聯(lián)互通，并將所有的監(jiān)控信息及時(shí)地推送到移動(dòng)終端。

基于智能視頻技術(shù)的高速公路服務(wù)區(qū)管理方式，是一種現(xiàn)代化服務(wù)區(qū)車輛及設(shè)備的自動(dòng)化管理系統(tǒng)，可以有效提高服務(wù)區(qū)內(nèi)的停車場(chǎng)車位和道路的綜合利用率，最大程度地提高服務(wù)區(qū)的車輛接待能力，同時(shí)具有對(duì)其他服務(wù)區(qū)的汽車逃費(fèi)網(wǎng)絡(luò)攻擊控制功能，將服務(wù)區(qū)完全置于計(jì)算機(jī)管理下的高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品[5]。

6 結(jié)語

總之，智能視頻技術(shù)在高速公路服務(wù)區(qū)管理中具有非常重要的地位。通過對(duì)服務(wù)區(qū)監(jiān)控信息的分析和管理，突出智能管理的優(yōu)勢(shì)。雖然現(xiàn)階段智能視頻技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題，但通過科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些問題將一一得到解決，技術(shù)將不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，使其在高速公路服務(wù)區(qū)的管理中發(fā)揮更好的作用。以全面提高我國(guó)服務(wù)業(yè)社區(qū)安全管理信息系統(tǒng)的運(yùn)行能力、管理水平等作為課題研究目標(biāo)，介紹了該系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能結(jié)構(gòu)設(shè)置以及實(shí)現(xiàn)模型，為開發(fā)服務(wù)區(qū)運(yùn)行信息管理系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支持。