CN1937000A - 城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法 - Google Patents

Abstract

一种城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法，属于智能交通技术领域。本发明采用典型的套接字客户机/服务器结构，它由服务器端得监控现场的视频数据处理模块、视频数据与交通流量发送模块和客户端得视频数据接收播放模块组成。视频数据处理模块主要实现视频数据的实时采集和动态存储、车流量的动态检测、视频图像的实时播放以及视频文件的播放控制。视频数据发送模块负责对视频压缩卡的网络发送进行管理，并通过计算机网络中组播发送视频流。视频数据接收播放模块接收视频流加以保存并实时播放实现，最终达到对城市交叉路口远程监控及车流识别检测的目的。

Description

城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种交通运输技术领域的识别方法，特别是一种城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法。

背景技术

智能交通系统(ITS)是经济发展所带来的众多交通问题的理想解决方案，它代表了交通系统的发展趋势。随着微型嵌入式技术、GPS卫星定位技术、通信技术以及地理信息系统(GIS)的日趋成熟，基于GPS/GIS的城市交通信息系统的开发与应用在智能交通系统领域正日益受到重视，并显示出巨大的经济和社会效益。城市交通信息系统为智能交通提供重要技术支撑和信息平台；它实时、动态地反映监测车辆及城市总体交通流的状态，为车辆监控和动态导航，交通拥堵原因分析，交通流诱导决策，城市道路的合理规划提供了重要实际依据。城市交叉路口车流量的获取是城市交通信息系统中的一项关键技术，它的获取可为红绿灯配时、动态导航、交通疏导提供最直接、最可靠的依据。对实时路网路段中交通车流量的动态估计和所采用的交通测量手段息息相关，不同的交通测量手段决定了估计的不同的方法和精度。

经对现有技术的文献检索发现，澳大利亚新尚威尔士道路和交通局(RAT)交通管理中心(Transport Management Center of NSW)推出的年报《Annual Report 2003of TMC》(2003年交通管理中心年报)，该年报所提到的由TAT开发的SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)是当前世界上最先进和具有代表性的交通流量动态测量系统。该系统最大的优点就是可以利用各路口出口埋设的检测环自动记录各出口车道的交通流量，有效考虑并且建模处理了道路检测环数据错误率大，可靠性低的问题，实验结果令人满意。其不足在于作为系统核心感应设备的检测环在投入使用后发现比较容易损坏，而一旦损坏后进行维修时会严重影响各交通路口的交通，因此维护各交叉路口的检测环成为制约该系统使用的一个重要瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法。在实际交通流量检测中，该方法根本解决了在SCATS系统中检测设备对检测道路的依赖的问题，一旦检测设备发生故障需要对检测设备进行维护时可以保证检测道路的正常使用。此外，该方法还具有计算简便、实时性好、同步实现路况的监控功能等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用视频摄像机远程监测、识别和计算交通流。远程视频监控是以计算机为核心，结合先进的多媒体技术、网络通信技术、数字图像压缩技术的远程监控系统。远程交通视频监控能将道路交叉路口现场的信息进行处理、对现场的交通流进行识别和自动检测，通过计算机网络传输到网络中的监控中心，并与交通管理信息系统融合在一起，达到远程监控和实时检测的目的。

本发明将城市路网中两个信号灯之间的有向路段视为一个处理单元。在交通监控现场，通过对该有向路段安装摄像头采集它的视频图像，为了传输的需要对该图像进行压缩处理。然后设置虚拟现实路面放置的检测环，对虚拟环区域的图像进行数字去噪和图像增强，利用模糊判断的虚拟环检测方法对通过虚拟检测环的车辆自动计数。此外，在现场监控端还要准备数据的传输模块，能够根据监控中心的需要传输需要的视频流、控制指令以及检测的交通流量数据给监控中心。而在监控中心端，要建立相应的接收模块，能够接收监控现场传输过来的交通视频流数据、交通流量监测数据等，并能够传送对摄像头的控制指令。在此基础上，得到某一时刻交通流有向路段出口的交通流量数据，从而实现对交叉路口交通流量的监控和交通流自动识别检测的功能。

本发明方法包括以下几个步骤：

1、监控现场视频采集与压缩：

在城市交叉路口监控现场由摄像机得到的是模拟的视频信号，要将这些模拟的视频信号交有计算机处理，并在数字通信线路上传输，必须采用相应的设备将模拟信号转化为数字信号并且进行压缩。AV-8是一款高性能的视频采集压缩卡，通过它可以将模拟视频信号、音频信号实时数字化压缩编码，然后交由计算机直接处理。因此在本发明中采用该采集压缩卡来完成监控现场视频采集与压缩，并且利用它提供的SDK进行该功能的开发。

2、交通流虚拟环自动识别和检测：

虚拟环(Virtual Loop)是指在图像中人工或者自动设定的一系列区域。该区域可以是局部的，也可以覆盖整个图像。交通信息采集时，利用车辆的运动特性，检测车辆进入和离开检测范围(虚拟环)事件的发生和发生时间，并结合其他先验信息，通过虚拟环的车辆进行计数(交通流量)、计算车辆行使速度、检测车辆的长度和宽度(车型分类)和车辆之间的距离(交通密度)获得所需的交通实时信息。目前许多知名的视频检测设备公司的产品，都是采用虚拟环检测思想实现的。本发明提出了一种新的基于模糊判断的虚拟环检测方法。该方法在监控画面上任意设定虚拟检测环的位置，通过利用帧间内容相关性，进行模糊判断，并采用一种基于卡尔曼滤波理论的时间递归方法预测背景序列，实现多车道实时同步检测。

3、监控现场实时图像和视频的回放：

在监控现场的主机，必须实现对采集和压缩的视频图像的实时回放功能。在本发明中，实时图像和视频文件的播放是通过微软公司提供的DirectShow组件实现的。DirectShow是微软推出的DirectX多媒体软件开发包中的一个组件。DirectX是微软公司和其他高性能多媒体应用所提供的一套底层应用程序编程接口。本发明在监控端采用DirectShow来开发，即可以直接使用它提供的COM接口来完成一定的功能，利用它提供的接口设计实现对实时图像和视频文件的播放操作。

4、监控现场端视频数据发送和监控中心接收播放：

交通监控现场通过视频数据发送模块，将现场采集到的视频流和交通流量检测数据以IP组播的形式通过计算机网络发送出去。对于发送过来的视频数据，运行在监控中心的视频数据接收播放模块一方面可以将其保存起来，作为资料库便于查询和回放；另一方面还可以实时播放出来，使远程交叉路口的交通状况呈现在用户面前，达到远程监控的目的。这部分本发明采用winsock网络技术和基于窗体的多线程技术实现。

本发明采用视频远程监控及交通流自动识别检测技术具有很多优点。首先是便于计算机处理，由于对交通视频图像进行了数字化，所以可以充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和现实。通过视频分析，可以对交通流量进行识别和实时检测。其次，可以提高图像的质量和检测效率，利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高分辨率，可以观看到清晰的高质量图像。同时也方便对检测计算的交通状况与实际交通状况进行对比试验，来验证检测估算算法的有效性。最后，本发明系统易于管理和维护，整个视频监控及识别检测主要由架设在路口龙门架上电子设备组成、集成度高、视频传输可利用有线或无线信道。这样整个系统是模块化结构、体积小、易于安装、使用，而维护也不会影响道路路面的正常交通运行。

附图说明

图1为城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法的流程框图。

图2为视频采集模块流程框图。

图3为视频发送模块流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例要求每个远程交通监控现场有若干个摄像机。摄像机的镜头、云台可控。每个监控线程由一台配置相对较好的计算机作为基本监控中枢，内含视频采集压缩卡和视频服务软件，它对监控现场的视频图像进行实时播放，实时采集及实时存储，同时还要向监控中心发送实时图像。还可以控制该现场的摄像机切换，镜头、云台动作等。同时它能收到监控中心发送的控制命令，并执行相应的操作。监控中心由一台或多台配置相对较高的监控主机组成。在监控中心可以任意对各个现场实时监控。它既可以完成对远程现场的视频图像的实时接收、播放、存储以及控制该现场的摄像机切换，镜头、云台动作。

本实施例采用图1所示的城市交叉路口远程监控及车流识别检测方案，具体实施步骤如下：

1、视频采集与压缩启动

视频采集模块包括文件设置、开始采集、停止采集、继续采集等功能，目的就是采用AV-8的VideoFlow技术实现高性能的图像压缩处理。其主要的流程如图2。视频数据处理模块运行在道路交叉路口监控现场的客户端主机上，主要实现视频数据的实时采集和动态存储、视频图像的实时播放以及视频文件的播放控制。

2、视频图像车流量自动检测

采用基于模糊判断的虚拟环检测方法。通过灵活任意设定虚拟检测环的位置，检测时只有虚拟环边缘象素参与计算，实时性好，通过利用帧间内容相关性，进行模糊判断，并采用基于卡尔曼滤波理论的时间递归方法预测背景序列，实现高精度多车道实时同步检测并将数据保存。

3、启动视频数据的发送

视频数据和车流量数据发送模块同样运行在监控现场主机上，它以组播的形式发送视频流数据，以TCP流协议发送车流量数据和控制命令数据。其主要流程如图3，建立两个通信通道：一个是控制信息和车流量通道，一个视频流数据通道。控制信息和车流量通道用来在发送端和接收端之间建立会话。接收端在接收视频流数据前向相应的发送端发送数据请求，发送端在接收到数据请求后向接收端发回相应的IP组播地址和端口，接受端则加入此组播组接收视频流数据。

4、启动数据接收播放

为了能同时接收播放多路图像，在程序的实现上可以采用windows用户界面线程技术，每个线程创建一个用户界面窗口，并负责一路视频流的接收和播放。

视频流的接收播放过程如下：

(1)输入连接发送端的IP地址，向发送端发送数据请求；

(2)当得到发送端的IP地址，向发送端发送数据请求；

(3)建立Winsock2多播套结字；根据发送端传回的组播地址及端口号加入此IP组播组；

(4)建立DirectShow Filter Graph，并启动运行；

(5)在DirectShow请求数据时，从socket中读取数据送到DirectShow的缓冲中，然后进行视频流的解码和播放。

从以上使用实例中可以发现，本实施例有效地克服了传统的SCATS配时系统检测线圈对城市硬件设施的依赖，将检测设备换成了摄像头，架设在路口的龙门加上实现车流的动态识别和检测，从而解决了城市交通流量监测设施不易维护，可靠性低的问题，具有计算简便、运算速度快、易于维护、实时监控等优点。

Claims (5)

1、一种城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法，其特征在于：将城市路网中两个信号灯之间的有向路段视为一个处理单元，在交通监控现场，通过对该有向路段安装摄像头采集它的视频图像，对该图像进行压缩处理，然后设置虚拟现实路面放置的检测环，对虚拟环区域的图像进行数字去噪和图像增强，利用模糊判断的虚拟环检测方法对通过虚拟检测环的车辆自动计数；此外，在现场监控端设有准备数据的传输模块，根据监控中心的需要传输需要的视频流、控制指令以及检测的交通流量数据给监控中心；在监控中心端，建立相应的接收模块，接收监控现场传输过来的交通视频流数据、交通流量监测数据，并传送对摄像头的控制指令，在此基础上，得到某一时刻交通流有向路段出口的交通流量数据，从而实现对交叉路口交通流量的监控和交通流自动识别检测。

2、根据权利要求1所述的城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法，其特征是，所述的对图像进行压缩处理，通过AV-8视频采集压缩卡来完成。

3、根据权利要求1所述的城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法，其特征是，所述的模糊判断的虚拟环检测方法，在监控画面上任意设定虚拟检测环的位置，通过利用帧间内容相关性，进行模糊判断，并采用一种基于卡尔曼滤波理论的时间递归方法预测背景序列，实现多车道实时同步检测。

4、根据权利要求1所述的城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法，其特征是，所述的监控中心，实现对采集和压缩的视频图像的实时回放，实时图像和视频文件的播放是通过微软公司提供的DirectShow组件实现的。

5、根据权利要求1所述的城市交叉路口远程监控及车流识别检测方法，其特征是，所述的现场监控端，通过视频数据发送模块将现场采集到的视频流和交通流量检测数据以IP组播的形式通过计算机网络发送出去，对于发送过来的视频数据，运行在监控中心的视频数据接收播放模块一方面将其保存起来，作为资料库便于查询和回放；另一方面实时播放出来，使远程交叉路口的交通状况呈现在用户面前，达到远程监控的目的，这部分采用winsock网络技术和基于窗体的多线程技术实现。

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