CN111524390A - 基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统及其方法，该系统包含：前端摄像模块，其设置于事故高发路段并进行实时监测；中心处理控制模块，其接收并处理前端摄像模块的监测信息，并判断是否有车辆发生故障，据以生成相应的指令信息；报警模块，其接收中心处理控制模块的指令信息并根据指令信息采用多级阶梯式报警方式报警，报警模块设置于事故高发路段上；数据传输模块，用于各模块之间的信息传输。其优点是：该系统将前端摄像模块、中心处理控制模块、报警模块等相结合，克服了现有报警方式的定位不准确、不连续等缺陷，该系统省去了现场人员放置三脚架等示警物品，保障了现场人员的安全，达到预防高速公路二次事故的目的。

Description

基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统及其方法

技术领域

本发明涉及高速公路二次事故预防领域，具体涉及一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统及其预警方法。

背景技术

我国高速公路的快速发展，在给人民出行带来便利的同时，特定路段极易发生连环的车辆碰撞事故，这是由于高速公路上的车辆行驶速度大，且高速公路没有一套系统的交通事故救援体系以及二次事故预警系统。

目前，我国研究人员对高速公路二次事故预防方面的研究主要有安装在车辆上的预警系统以及安装在护栏上的预警装置。安装在车辆上的预警系统存在的主要缺点是普及性不高，且价格较为昂贵，未安装该预警系统的车辆不能及时发现交通事故，极易发生二次碰撞。安装在道路两旁的预警装置，建设成本较高，普及性差，不能明确故障车辆所在车道且预警声音对周围其他行驶车辆干扰较大。

目前市场上没有预防二次事故的预警装置，现阶段对后方车辆的安全警示措施主要有警示灯、三角警示牌等，当在高速公路上车辆发生故障时，驾驶员在开启警示灯之后，在故障车辆后方150米放置三角警示牌来对后方车辆进行预警，但在驾驶员放置警示牌的过程中有发生危险的可能。并且此方式存在报警的不连续性，尤其是在雨雾等恶劣天气情况下，三角警示牌也难以被发现，这造成了后方来车没能及时减速避让而发生追尾事故，造成极大的人身和财产损失。

因此，针对现有高速公路二次事故预防技术与方式的缺陷，特别需要一种基于视频检测的高速公路二次事故预警系统及预警方法，该系统能够及时发现故障车辆，并对后方来车进行连续预警，能够有效的避免二次事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统及其预警方法，该系统将前端摄像模块、中心处理控制模块、报警模块和数据传输模块等相结合，克服了在高速公路事故高发路段现有报警方式的定位不准确、不连续等缺陷，该系统可替代现场人员放置三脚架等示警物品，保障了现场人员的安全，达到预防高速公路二次事故的目的。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，该系统包含：

前端摄像模块，其设置于事故高发路段并对事故高发路段进行实时监测；

中心处理控制模块，其接收并处理所述前端摄像模块的监测信息，并根据监测信息判断是否有车辆发生故障，据以生成相应的指令信息；

报警模块，其接收所述中心处理控制模块的指令信息并根据所述指令信息采用多级阶梯式报警方式报警，所述报警模块设置于事故高发路段上；

数据传输模块，用于各模块之间的信息传输。

优选地，中心处理控制模块根据监测信息判断是否有车辆发生故障具体包含：

当车辆车速度为零时，所述中心处理控制模块判定此车辆为故障车辆。

优选地，所述前端摄像模块包含：

车辆视频检测模块，用于对事故高发路段进行监测；

主机，其接收所述中心处理控制模块的指令信息，并根据所述指令信息控制所述车辆视频检测模块对事故高发路段进行监测，所述主机将所述车辆视频检测模块的监测信息发送给所述中心处理控制模块。

优选地，所述车辆视频检测模块包括获取车辆视频图像的外场摄像机和获取车辆驶近故障车辆视频录相的车辆跟踪检测摄像机，所述主机将所述外场摄像机对事故高发路段的实时监测信息发送给所述中心处理控制模块，当所述中心处理控制模块发现有故障车辆时，所述中心处理控制模块向所述主机发送指令开启所述车辆跟踪检测摄像机；

和/或，所述车辆视频检测模块采用视频虚拟线圈触发技术对事故高发路段的所有车辆进行抓拍和摄像。

优选地，所述报警模块包含：

多个语音报警器，其均匀设置于事故高发路段的护栏上，对各个所述语音报警器进行编码以便车辆的定位；

多个发光道钉，其均匀设置于事故高发路段的车道线上。

优选地，所述语音报警器与所述中心处理控制模块通讯连接，用于语音报警；

和/或，所述发光道钉包含一灯光控制器和发光装置，所述灯光控制器接收所述中心处理控制模块的指令信息，并根据所述指令信息控制所述发光装置发出黄色或红色的警示灯光。

优选地，一种采用所述基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，该方法包含：

S1、采用前端摄像模块对事故高发路段进行实时监测，获取事故高发路段的视频图像；

S2、中心处理控制模块接收并处理所述前端摄像模块的视频图像，并判断是否有车辆发生故障；

S3、当所述中心处理控制模块检测到有车辆发生故障，所述中心处理控制模块向报警模块发送指令，使处于故障车辆后方的报警模块采用多级阶梯式报警的方式进行报警。

优选地，所述步骤S3中，所述处于故障车辆后方的报警模块采用多级阶梯式报警方式进行报警具体为：

在故障车辆所在车道上，故障车辆后方0～n米设为红灯区域，所述红灯区域内报警模块中的发光道钉发出红色警示灯光；故障车辆后方n～m米设为黄灯区域，所述黄灯区域内报警模块中的发光道钉发出黄色警示灯光。

优选地，该方法还包含：

S4、选取视频图像中故障车辆所在的车道，在故障车辆后方设置车辆跟踪监测区，所述中心处理模块在车辆跟踪监测区进行全局标定和坐标转换，得到平面坐标与三维坐标的对应关系，创建故障车辆所在车道的俯视映射图；

S5、所述中心处理控制模块对所述俯视映射图进行背景更新、图像二值化和斑块分析处理，得到斑块聚类区域，对车辆跟踪监测区内的车辆进行定位和跟踪分析；

S6、所述中心处理控制模块根据定位和跟踪分析的结果实时提取车辆跟踪监测区内的车辆的车速、与故障车辆之间的距离，根据车辆最大设计减速度和驾驶员的反应时间，建立相应的车辆行驶状态判别模型；

S7、根据所述车辆行驶状态判别模型对车辆跟踪监测区内的车辆进行实时行驶状态判别，若车辆处于碰撞行驶状态，则所述中心处理控制模块控制报警模块中的语音报警器启动，发出示警语音，直至该车辆变更车道。

优选地，所述步骤S4中，所述主机将所述车辆跟踪检测摄像机监测的视频图像发送给所述中心处理控制模块，所述中心处理控制模块将视频图像中的车辆跟踪检测区设置为感兴趣区域，并在其内部间隔一段距离设置两个虚拟线圈，利用消音点及交比不变定理的标定算法实现原图感兴趣区域和俯视图的坐标变换，得到平面坐标和三维坐标的对应关系，创建故障车辆所在车道的俯视映射图；

所述步骤S5中，所述背景更新具体包含：利用自适应中值滤波AMF算法获取初始背景，结合Surendra算法中的运动掩模和AMF算法实现俯视图的背景更新；根据车道中已经存在的车辆区域和候选车辆区域即斑块区域制作运动掩模，在此掩模中的区域不进行背景更新，而非掩模区域则根据AMF算法可迅速实现背景更新；

所述图像二值化和斑块分析具体包含：

将所得的彩色俯视映射图转换成灰度图，背景更新后，前景通过预想分割方法分割出来，反应到二值图上是一个个连通区域，所述连通区域为斑块，提取二值图中所有斑块的基本信息进行斑块分析，根据斑块的位置和颜色信息聚合或分割斑块，删除不符合车辆大小形状的斑块，完成斑块聚类，得到斑块聚类区域；

所述步骤S5中，在没有遮挡的情况下使用斑块跟踪，出现遮挡后用Mean shift跟踪算法进行跟踪。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，将前端摄像模块、中心处理控制模块、报警模块和数据传输模块等相结合，克服了在高速公路事故高发路段现有报警方式的定位不准确、不连续等缺陷，该系统省去了现场人员放置三脚架等示警物品，保障了现场人员的安全，达到预防高速公路二次事故的目的；

(2)本发明的一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，可实现对后方车辆预警的实时性和连续性，其采用多级预警的方式，对后方车辆进行差异化预警，最大程度减少了对其他车辆的干扰，另外，该方法明确了故障车辆所在的车道，避免了后方车辆行驶的盲目性。

附图说明

图1为本发明的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统。

图2为本发明的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统运行流程。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，为本发明中的一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，该系统包含：前端摄像模块100、中心处理控制模块300、报警模块400和数据传输模块200。其中，所述前端摄像模块100设置于事故高发路段并对事故高发路段进行实时监测；所述中心处理控制模块300接收并处理所述前端摄像模块100的监测信息，并根据监测信息判断是否有车辆发生故障，据以生成相应的指令信息；所述报警模块400接收所述中心处理控制模块300的指令信息并根据所述指令信息采用多级阶梯式报警方式报警，所述报警模块400设置于事故高发路段上；所述数据传输模块200用于各模块之间的信息传输。

其中，所述数据传输模块200可用光纤传输、无线传输和宽带传输等传输方式，所述前端摄像模块100拍摄的视频和抓拍的相关信息(时间、地点、车牌信息等)通过所述数据传输模块200及时传输到中心处理控制模块300，所述数据传输模块200相对于连接前端和后端的“生命线”。

在本实施例中，所述报警模块400采用二级阶梯式报警方式报警，即有两种连续递进的报警方案。

其中，中心处理控制模块300根据监测信息中车辆的车速等信息判断是否有车辆发生故障，其具体包含：当车辆车速度为零时，所述中心处理控制模块300判定此车辆为故障车辆并将其信息进行储存。另外，所述中心处理控制模块300还可以公安网内其他系统进行对接，以便快速进行报警与救援，实现资源共享。

所述前端摄像模块100包含：车辆视频检测模块110和主机120。其中，所述车辆视频检测模块110用于对事故高发路段进行监测；所述主机120接收所述中心处理控制模块300的指令信息，并根据所述指令信息控制所述车辆视频检测模块110对事故高发路段进行监测，所述主机120将所述车辆视频检测模块110的监测信息发送给所述中心处理控制模块300。

在本实施例中，所述车辆视频检测模块110包括获取车辆视频图像的外场摄像机和获取车辆驶近故障车辆视频录相的车辆跟踪检测摄像机，所述主机将所述外场摄像机对事故高发路段的实时监测信息发送给所述中心处理控制模块，当所述中心处理控制模块发现有故障车辆时，所述中心处理控制模块向所述主机发送指令开启所述车辆跟踪检测摄像机。所述外场摄像机和所述车辆跟踪检测摄像机均安装于事故高发路段距离车行道15至18米的位置，以便对同方向的所有车道进行摄像，获取车辆驶入该区域的视频图像。所述车辆视频检测模块110采用视频虚拟线圈触发技术对事故高发路段的所有车辆进行抓拍和摄像。

另外，所述报警模块400包含多个语音报警器410和多个发光道钉420，所述语音报警器410均匀设置于事故高发路段的波形护栏上，对各个语音报警器410进行编码以便车辆的定位；所述发光道钉420均匀设置于事故高发路段的车道线上，在本实施例中，各个发光道钉420之间的间隔为5米。

其中，所述语音报警器410用于语音报警，其与所述中心处理控制模块300通讯连接。所述发光道钉420包含一灯光控制器和发光装置，所述灯光控制器接收所述中心处理控制模块300的指令信息，并根据所述指令信息控制所述发光装置发出黄色或红色的警示灯光，以便对后方车辆进行二级预警。

另外，如图2所示，本发明还提供了一种采用所述基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，该方法包含：

S1、采用前端摄像模块100对事故高发路段进行实时监测，获取事故高发路段的视频图像。

S2、中心处理控制模块300接收并处理所述前端摄像模块100的视频图像，并判断是否有车辆发生故障。

S3、当所述中心处理控制模块300检测到有车辆发生故障，所述中心处理控制模块300向报警模块400发送指令，使处于故障车辆后方的报警模块400采用多级阶梯式报警的方式进行报警。在本实施例中，采用二级阶梯式报警方式进行报警。当然，本发明的多级阶梯式报警不仅限于二级阶梯式报警，还可以是其他形式的多级阶梯式报警方式。

在本实施例中，根据已编码的语音报警器410对故障车辆进行精准定位。处于故障车辆后方的报警模块400采用二级阶梯式报警方式进行报警具体为：在故障车辆所在车道上，故障车辆后方0～150米设置为红灯区域，所述红灯区域内报警模块400中的发光道钉420发出红色警示灯光；故障车辆后方150～300米设置为黄灯区域，所述黄灯区域内报警模块400中的发光道钉420发出黄色警示灯光，采用此种以二级阶梯式报警方式来提醒该车道上的后方车辆。

另外，该方法还包含：

S4、选取视频图像中故障车辆所在的车道，在故障车辆后方设置300米的车辆跟踪监测区，所述中心处理控制模块在车辆跟踪监测区进行全局标定和坐标转换，得到平面坐标与三维坐标的对应关系，创建故障车辆所在车道的俯视映射图。

所述步骤S4中，所述主机将所述车辆跟踪检测摄像机监测的视频图像发送给所述中心处理控制模块，所述中心处理控制模块将该视频图像中的车辆跟踪检测区设置为感兴趣区域，并在其内部间隔一段距离设置两个虚拟线圈，利用消音点及交比不变定理的标定算法实现原图感兴趣区域和俯视图的坐标变换，得到平面坐标和三维坐标的对应关系，创建故障车辆所在车道的俯视映射图，后续步骤的操作均在所述俯视映射图上进行。

S5、所述中心处理控制模块300对所述俯视映射图进行背景更新、图像二值化和斑块分析处理，得到斑块聚类区域，对车辆跟踪监测区内的车辆进行定位和跟踪分析。

其中，所述背景更新具体包含：利用自适应中值滤波AMF算法获取初始背景，结合Surendra算法中的运动掩模和AMF算法实现俯视图的背景更新；根据车道中已经存在的车辆区域和候选车辆区域即斑块区域制作运动掩模，在此掩模中的区域不进行背景更新，而非掩模区域则根据AMF算法可迅速实现背景更新。

所述图像二值化和斑块分析具体包含：将所得的彩色俯视映射图转换成灰度图，背景更新后，前景通过预想分割方法分割出来，反应到二值图上是一个个连通区域，所述连通区域为斑块，提取二值图中所有斑块的基本信息进行斑块分析，根据斑块的位置和颜色信息聚合或分割斑块，删除不符合车辆大小形状的斑块，完成斑块聚类，得到斑块聚类区域。

所述步骤S5中，在没有遮挡的情况下使用斑块跟踪，出现遮挡后用Mean shift跟踪算法。车辆的Mean shift跟踪算法通过识别出交通场景图像中符合车辆特征的象素，进行图像分割，并依据提取出的特征来匹配前后帧中的车辆，对车辆跟踪检测区中的车辆进行定位和跟踪，实现对车辆的运动轨迹的精准分析。

S6、所述中心处理控制模块300根据定位和跟踪分析的结果实时提取车辆跟踪监测区内的后方车辆的车速v、与故障车辆之间的距离L，根据车辆最大设计减速度a和驾驶员的反应时间t，建立相应的车辆行驶状态判别模型。

S7、根据所述车辆行驶状态判别模型对车辆跟踪监测区内的车辆进行实时行驶状态判别，若S<L时，车辆处于较安全行驶状态，其中，S为后方行驶车辆的最短安全距离；若S≥L时，车辆处于碰撞行驶状态，当发现车辆处于碰撞行驶状态，所述中心处理控制模块300启动报警模块400中的语音报警器410，发出示警语音，直至该车辆变更车道。

其中，

S为后方行驶车辆的最短安全距离；S₁为驾驶员反应时间内车辆行驶距离；S₂为车辆制动系统协调时间内车辆行驶距离；S₃为持续制动时间内车辆行驶距离；v₁为来车的行驶速度；t₁为驾驶员反应时间；t₂为制动力传导时间；t₃为制动力增长阶段时间。

综上所述，本发明提供的一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，将前端摄像模块100、中心处理控制模块300、报警模块400和数据传输模块200等相结合，克服了在高速公路事故高发路段现有报警方式的定位不准确、不连续等缺陷，该系统省去了现场人员放置三脚架等示警物品，保障了现场人员的安全，达到预防高速公路二次事故的目的。另外，本发明中采用该系统进行预警的方法，可实现对后方车辆预警的实时性和连续性，其采用多级预警的方式，对后方车辆进行差异化预警，最大程度减少了对其他车辆的干扰，该方法明确了故障车辆所在的车道，避免了后方车辆行驶的盲目性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，其特征在于，该系统包含：

前端摄像模块，其设置于事故高发路段并对事故高发路段进行实时监测；

中心处理控制模块，其接收并处理所述前端摄像模块的监测信息，并根据监测信息判断是否有车辆发生故障，据以生成相应的指令信息；

报警模块，其接收所述中心处理控制模块的指令信息并根据所述指令信息采用多级阶梯式报警方式报警，所述报警模块设置于事故高发路段上；

数据传输模块，用于各模块之间的信息传输。

2.如权利要求1所述的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，其特征在于，中心处理控制模块根据监测信息判断是否有车辆发生故障具体包含：

当车辆车速度为零时，所述中心处理控制模块判定此车辆为故障车辆。

3.如权利要求1所述的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，其特征在于，所述前端摄像模块包含：

车辆视频检测模块，用于对事故高发路段进行监测；

主机，其接收所述中心处理控制模块的指令信息，并根据所述指令信息控制所述车辆视频检测模块对事故高发路段进行监测，所述主机将所述车辆视频检测模块的监测信息发送给所述中心处理控制模块。

4.如权利要求3所述的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，其特征在于，

所述车辆视频检测模块包括获取车辆视频图像的外场摄像机和获取车辆驶近故障车辆视频录相的车辆跟踪检测摄像机，所述主机将所述外场摄像机对事故高发路段的实时监测信息发送给所述中心处理控制模块，当所述中心处理控制模块发现有故障车辆时，所述中心处理控制模块向所述主机发送指令开启所述车辆跟踪检测摄像机；

和/或，所述车辆视频检测模块采用视频虚拟线圈触发技术对事故高发路段的所有车辆进行抓拍和摄像。

5.如权利要求1所述的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，其特征在于，所述报警模块包含：

多个语音报警器，其均匀设置于事故高发路段的护栏上，对各个所述语音报警器进行编码以便车辆的定位；

多个发光道钉，其均匀设置于事故高发路段的车道线上。

6.如权利要求5所述的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统，其特征在于，

所述语音报警器与所述中心处理控制模块通讯连接，用于语音报警；

和/或，所述发光道钉包含一灯光控制器和发光装置，所述灯光控制器接收所述中心处理控制模块的指令信息，并根据所述指令信息控制所述发光装置发出黄色或红色的警示灯光。

7.一种采用如权利要求1～6所述的基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，其特征在于，该方法包含：

S1、采用前端摄像模块对事故高发路段进行实时监测，获取事故高发路段的视频图像；

S2、中心处理控制模块接收并处理所述前端摄像模块的视频图像，并判断是否有车辆发生故障；

S3、当所述中心处理控制模块检测到有车辆发生故障，所述中心处理控制模块向报警模块发送指令，使处于故障车辆后方的报警模块采用多级阶梯式报警的方式进行报警。

8.如权利要求7所述的采用基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述处于故障车辆后方的报警模块采用多级阶梯式报警方式进行报警具体为：

在故障车辆所在车道上，故障车辆后方0～n米设为红灯区域，所述红灯区域内报警模块中的发光道钉发出红色警示灯光；故障车辆后方n～m米设为黄灯区域，所述黄灯区域内报警模块中的发光道钉发出黄色警示灯光。

9.如权利要求7或8所述的采用基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，其特征在于，该方法还包含：

S4、选取视频图像中故障车辆所在的车道，在故障车辆后方设置车辆跟踪监测区，所述中心处理模块在车辆跟踪监测区进行全局标定和坐标转换，得到平面坐标与三维坐标的对应关系，创建故障车辆所在车道的俯视映射图；

S5、所述中心处理控制模块对所述俯视映射图进行背景更新、图像二值化和斑块分析处理，得到斑块聚类区域，对车辆跟踪监测区内的车辆进行定位和跟踪分析；

S6、所述中心处理控制模块根据定位和跟踪分析的结果实时提取车辆跟踪监测区内的车辆的车速、与故障车辆之间的距离，根据车辆最大设计减速度和驾驶员的反应时间，建立相应的车辆行驶状态判别模型；

S7、根据所述车辆行驶状态判别模型对车辆跟踪监测区内的车辆进行实时行驶状态判别，若车辆处于碰撞行驶状态，则所述中心处理控制模块控制报警模块中的语音报警器启动，发出示警语音，直至该车辆变更车道。

10.如权利要求9所述的采用基于视频检测的高速公路二次事故主动预警系统进行预警的方法，其特征在于，

所述步骤S4中，所述主机将所述车辆跟踪检测摄像机监测的视频图像发送给所述中心处理控制模块，所述中心处理控制模块将视频图像中的车辆跟踪检测区设置为感兴趣区域，并在其内部间隔一段距离设置两个虚拟线圈，利用消音点及交比不变定理的标定算法实现原图感兴趣区域和俯视图的坐标变换，得到平面坐标和三维坐标的对应关系，创建故障车辆所在车道的俯视映射图；

所述步骤S5中，所述背景更新具体包含：利用自适应中值滤波AMF算法获取初始背景，结合Surendra算法中的运动掩模和AMF算法实现俯视图的背景更新；根据车道中已经存在的车辆区域和候选车辆区域即斑块区域制作运动掩模，在此掩模中的区域不进行背景更新，而非掩模区域则根据AMF算法可迅速实现背景更新；

所述图像二值化和斑块分析具体包含：

将所得的彩色俯视映射图转换成灰度图，背景更新后，前景通过预想分割方法分割出来，反应到二值图上是一个个连通区域，所述连通区域为斑块，提取二值图中所有斑块的基本信息进行斑块分析，根据斑块的位置和颜色信息聚合或分割斑块，删除不符合车辆大小形状的斑块，完成斑块聚类，得到斑块聚类区域；

所述步骤S5中，在没有遮挡的情况下使用斑块跟踪，出现遮挡后用Mean shift跟踪算法进行跟踪。

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