CN111445926A - 一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于声音的农村道路交通事故警情的识别方法,包括如下步骤:利用麦克风采集道路上的声音信号,人为听取上述获取的声音片段并分类,将正负样本数据集分别随机划分为训练数据集和测试数据集,构建一维CNN网络分类模型;训练构建的CNN网络分类模型;将训练好的CNN网络分类模型部署到嵌入式设备中,部署框架采用腾讯开源的ncnn神经网络推理框架;将检测装置安装在实际道路环境中运行,分析实时音频流,检测是否有疑似交通事故警情发生;而本发明中采用麦克风自动识别交通事故警情,则能够大大降低成本、覆盖面广,且系统能长期稳定运行并高度智能化。
Description
技术领域
本发明涉及道路交通安全领域,具体涉及一种基于声音的农村道路交通事故警情的识别方法。
背景技术
随着农村经济发展和居民生活水平的提高,农村车辆也在迅猛增长,随之而来的是道路事故的增加。由于农村地区地广人稀,当发生严重交通事故时,可能当事人已经受伤且周围没有路过群众,因此往往不能第一时间向外报警而耽搁救援。当前监控道路的主要设施为摄像头,但摄像头成本较高,一般部署在路口等重要路段;且需要有后台人员不间断查看,人力成本较高;另还存在监控死角等问题。
随着人工智能和语音识别技术的发展,通过声音自动识别道路交通事故警情的发生已成为可能。此外,用于采集声音信号的麦克风设备成本较低,可以大面积铺设。因此,该方法既降低了人力成本又降低了设备成本,具有重要的安全和经济效益。
发明内容
有鉴于此,本发明提出一种基于声音的农村道路交通事故警情的识别方法,发生严重交通事故时一般都伴随大音量的碰撞声及尖锐的刹车声,麦克风会持续采集周围道路声音,当自动识别算法检测到此类声音时便自动发送消息给后台人员;后台人员可以播放截取的录音片段或是查看周围监控确认是否有事故发生并处理。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1):利用麦克风采集道路上的声音信号,并采用门限阈值法提取大于预设强度阈值的声音片段,声音强度的计算公式为:
其中,为t时刻归一化后的声音大小值,当检测到某一时刻的值大于阈值0.2时认为有声音发生,当的值小于阈值0.1时认为正在发生的声音结束,截取t 0 ~t 1 的声音片段并保存成波形文件(.wav)格式;
步骤(2):人为听取上述步骤(1)获取的声音片段并分为正负两类:正类为含有碰撞声和刹车声的警情声音片段,负类为包含其它声音的声音片段;
步骤(3):将正负样本数据集分别随机划分为训练数据集和测试数据集,其中测试集占20%;
步骤(4):构建一维CNN网络分类模型;
(4.1)、CNN网络分类模型的网络结构图如图2所示,输入为固定长度的一维信号,长度大小为24000,要求麦克风的采样频率为8KHz,采样时长为3s整。若声音片段的时长小于3s,则补零操作;若大于3s,则滑窗切分为多个3s片段,最后不足3s的补足;
(4.2)、CNN网络分类模型的主干网络使用6次一维卷积操作,并在每一次卷积操作后都加入了归一化和激活操作,使得网络的泛化能力更强。同时设置每次卷积操作的滑步为4,因此每次卷积操作输出的长度为输入的1/4;
(4.3)、经过6次卷积操作后,信号的输出尺度为1024×6,通过尺度重塑:进行收尾相接,由二维变为一维,长度变为6144;再经过2个全连接层并作逻辑回归后得到最终的输出结果;输出结果的长度为2([y 0 ,y 1 ]),其中y 0 和y 1 这2个值分别代表正负两类的概率值;
步骤(5):训练步骤(4)构建的CNN网络分类模型;
(5.1)、将训练样本分批次输入到CNN网络分类模型中;
(5.2)、训练过程中,将模型输出的正负类别概率值与之前标注的结果(正类为[1,0],负类为[0,1])计算损失函数,采用随机梯度下降法不断更新模型参数,损失函数如下所示:
(5.3)、经过大量迭代训练后,CNN网络分类模型输出的loss值收敛到较低;之后,每一轮迭代训练完成后,在测试集上对模型进行测试;若测试准确率(测试集上正确判断正负样本的数量占测试集总数的百分比)超过90%,则完成了整个训练过程,若测试精度没有达到要求,则回到步骤(5.1),继续训练;
步骤(6):将训练好的CNN网络分类模型部署到嵌入式设备中,部署框架采用腾讯开源的ncnn神经网络推理框架。
步骤(7):将检测装置安装在实际道路环境中运行,分析实时音频流,检测是否有疑似交通事故警情发生,流程如图3所示。
(7.1)、通过麦克风获取实时音频流数据,利用门限阈值法截取声音片段,并切分或补齐到24000的长度大小;
(7.2)、将处理后的声音信号输入到CNN网络分类模型中,直接输出得到对应正负类概率值;
(7.3)、判断正类(疑似警情)的概率值是否大于阈值0.9,若是,保存录音并发出告警;若否,继续检测。
其中本发明中所需要的检测装置,包括麦克风和嵌入式设备,麦克风用于采集周围道路声音信号,嵌入式设备内置交通事故声音识别算法并负责程序的整体控制及后台的双向数据传输。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
针对当前还没有有效的针对农村道路交通事故警情的自动识别方法,利用摄像头监控虽然能在一定程度上缓解上述问题,但其成本较高、数量有限,还需要人员不间断地关注。而本发明中采用麦克风自动识别交通事故警情,则能够大大降低成本、覆盖面广,且系统能长期稳定运行并高度智能化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法的整体流程图;
图2为本发明实施例中提供的CNN模型构建的结构示意图;
图3为本发明实施例中提供的识别单个声音片段是否为疑似警情的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明实施例中提供的一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法的整体流程图,如图1所示,包括如下步骤:
步骤(1):利用麦克风采集道路上的声音信号,并采用门限阈值法提取大于预设强度阈值的声音片段,声音强度的计算公式为:
其中,为t时刻归一化后的声音大小值,当检测到某一时刻的值大于阈值0.2时认为有声音发生,当的值小于阈值0.1时认为正在发生的声音结束,截取t 0 ~t 1 的声音片段并保存成波形文件(.wav)格式;
步骤(2):人为听取上述步骤(1)获取的声音片段并分为正负两类:正类为含有碰撞声和刹车声的警情声音片段,负类为包含其它声音的声音片段;
步骤(3):将正负样本数据集分别随机划分为训练数据集和测试数据集,其中测试集占20%;
步骤(4):构建一维CNN网络分类模型;
(4.1)、CNN网络分类模型的网络结构图如图2所示,输入为固定长度的一维信号,长度大小为24000,要求麦克风的采样频率为8KHz,采样时长为3s整。若声音片段的时长小于3s,则补零操作;若大于3s,则滑窗切分为多个3s片段,最后不足3s的补足;
(4.2)、CNN网络分类模型的主干网络使用6次一维卷积操作,并在每一次卷积操作后都加入了归一化和激活操作,使得网络的泛化能力更强。同时设置每次卷积操作的滑步为4,因此每次卷积操作输出的长度为输入的1/4;
(4.3)、经过6次卷积操作后,信号的输出尺度为1024×6,通过尺度重塑:进行收尾相接,由二维变为一维,长度变为6144;再经过2个全连接层并作逻辑回归后得到最终的输出结果;输出结果的长度为2([y 0 ,y 1 ]),其中y 0 和y 1 这2个值分别代表正负两类的概率值;
步骤(5):训练步骤(4)构建的CNN网络分类模型;
(5.1)、将训练样本分批次输入到CNN网络分类模型中;
(5.2)、训练过程中,将模型输出的正负类别概率值与之前标注的结果(正类为[1,0],负类为[0,1])计算损失函数,采用随机梯度下降法不断更新模型参数,损失函数如下所示:
(5.3)、经过大量迭代训练后,CNN网络分类模型输出的loss值收敛到较低;之后,每一轮迭代训练完成后,在测试集上对模型进行测试;若测试准确率(测试集上正确判断正负样本的数量占测试集总数的百分比)超过90%,则完成了整个训练过程,若测试精度没有达到要求,则回到步骤(5.1),继续训练;
步骤(6):将训练好的CNN网络分类模型部署到嵌入式设备中,部署框架采用腾讯开源的ncnn神经网络推理框架;
步骤(7):将检测装置安装在实际道路环境中运行,分析实时音频流,检测是否有疑似交通事故警情发生,流程如图3所示。
(7.1)、通过麦克风获取实时音频流数据,利用门限阈值法截取声音片段,并切分或补齐到24000的长度大小;
(7.2)、将处理后的声音信号输入到CNN网络分类模型中,直接输出得到对应正负类概率值;
(7.3)、判断正类(疑似警情)的概率值是否大于阈值0.9,若是,保存录音并发出告警;若否,继续检测。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,由于文字表达的有限性,而客观上存在无限的具体结构,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进、润饰或变化,也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合;这些改进润饰、变化或组合,或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1):利用麦克风采集道路上的声音信号,并采用门限阈值法提取大于预设强度阈值的声音片段,声音强度的计算公式为:
步骤(2):人为听取上述步骤(1)获取的声音片段并分为正负两类:正类为含有碰撞声和刹车声的警情声音片段,负类为包含其它声音的声音片段;
步骤(3):将正负样本数据集分别随机划分为训练数据集和测试数据集,其中测试集占20%;
步骤(4):构建一维CNN网络分类模型;
步骤(5):训练步骤(4)构建的CNN网络分类模型;
步骤(6):将训练好的CNN网络分类模型部署到嵌入式设备中,部署框架采用腾讯开源的ncnn神经网络推理框架;
步骤(7):将检测装置安装在实际道路环境中运行,分析实时音频流,检测是否有疑似交通事故警情发生。
2.根据权利要求1中所述的一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法,其特征在于,在步骤(4)中构建一维CNN网络分类模型的具体流程如下:
(4.1)、输入为固定长度的一维信号,长度大小为24000,要求麦克风的采样频率为8KHz,采样时长为3s整;若声音片段的时长小于3s,则补零操作;若大于3s,则滑窗切分为多个3s片段,最后不足3s的补足;
(4.2)、CNN网络分类模型的主干网络使用6次一维卷积操作,并在每一次卷积操作后都加入了归一化和激活操作,使得网络的泛化能力更强;同时设置每次卷积操作的滑步为4,因此每次卷积操作输出的长度为输入的1/4;
(4.3)、经过6次卷积操作后,信号的输出尺度为1024×6,通过尺度重塑:进行收尾相接,由二维变为一维,长度变为6144;再经过2个全连接层并作逻辑回归后得到最终的输出结果;输出结果的长度为2([y 0 ,y 1 ]),其中y 0 和y 1 这2个值分别代表正负两类的概率值。
3.根据权利要求1中所述的一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法,其特征在于,在步骤(5)中训练步骤(4)构建的CNN网络分类模型的具体流程如下:
(5.1)、将训练样本分批次输入到CNN网络分类模型中;
(5.2)、训练过程中,将模型输出的正负类别概率值与之前标注的结果计算损失函数,采用随机梯度下降法不断更新模型参数,损失函数如下所示:
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4.根据权利要求1中所述的一种基于声音的农村道路交通事故警情识别方法,其特征在于,在步骤(7)中检测是否有疑似交通事故警情发生的具体流程如下:
(7.1)、通过麦克风获取实时音频流数据,利用门限阈值法截取声音片段,并切分或补齐到24000的长度大小;
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(7.3)、判断正类的概率值是否大于阈值0.9,若是,保存录音并发出告警;若否,继续检测。
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