CN205050341U - 一种视频排队检测装置及城市交通告警控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种视频排队检测装置及城市交通告警控制系统，该装置包括：一体化摄像机，包括：传感器、与镜头聚焦装置相连的自动对焦单元、中央处理单元CPU、与中央处理单元CPU相连的存储器、与中央处理单元CPU相连的图像信号处理单元、与图像信号处理单元相连的视频分析单元和编码器、摄像机输出选择单元，图像信号处理单元的输入端与传感器的输出端相连，图像信号处理单元的输出端与摄像机输出选择单元相连；支架，一体化摄像机可旋转的安装于一体化摄像机的顶部。本实用新型因其直观、功能多、非接触检测等优点在智能交通领域的应用越来越广泛。

Description

一种视频排队检测装置及城市交通告警控制系统

技术领域

本实用新型涉及视频检测技术领域，特别涉及一种视频排队检测装置及城市交通告警控制系统。

背景技术

随着人们生活水平逐渐提高，人类汽车拥有量提升快速，交通拥挤已是全球性不可逾越的难题。交通拥挤给城市发展和人们的出行带来巨大的阻碍，当碰上交通拥挤，车辆需要停车排队，更是增加了出行时间，使得可以用在工作生产的时间浪费掉，从而造成驾驶人和该地区经济上的损失；交通阻塞会导致驾驶人感到愤怒和烦躁，增加驾驶员的压力，进一步损害他们的身体健康；在车辆处于排队队伍中，引擎仍在不断运转，持续消耗燃料，而且在阻塞路段，车辆需要不断地加速、刹车，增加了燃料的耗费，所以说交通阻塞不单单造成燃料浪费，还会造成空气污染；当一个地区经常发生交通阻塞，就会使该地区的生活品质下降，人们就会倾向于迁至郊外(也就是所谓的郊区化)；当出现紧急状况时，比如出现火灾等，救火车就可能因为交通堵塞而难以迅速到达目的地而这种情况的出现更是屡见不鲜。建设新路新桥是传统的解决交通拥挤的方法，但建设路桥等交通基础设施很大程度受限制于当地的土地资源和财政收入。

此外，根据研究显示，单从建设基础交通设施并不能根治城市的交通拥挤问题，因为城市的路桥利用率普遍不高。所以说，若能提高城市路桥的利用率，使人们的出行驾驭在智能化的道路上则不仅优化交通网，节约资源，还能找出解决交通阻塞的关键所在。观察道路阻塞的发展过程，一般是由于一个路段的车流量激增或发生交通事件从而产生车辆排队的情况，车辆排队队伍不能够及时消去，不断会有车流进入阻塞路段，加入排队队伍，使拥挤程度加重，发展下去就是从单路段的拥挤到多路段甚至路网的交通拥挤。也就是说，交通拥挤是从局部拥挤发展成路网拥挤瘫痪。如果能够及时快速检测到城市路网中的局部阻塞路段，对排队的趋势变化作出预判，就可以对拥挤路段采取相应的手段，比如控制进入车流或疏导排队车流，来达到提高路段的利用率，防止或减轻交通拥挤。

20世纪IT技术的突飞猛进，使人们的生活发生翻天覆地的变化。人们将计算机等技术广泛用于交通控制与管理上，于是智能交通系统就应运而生。

智能交通系统(IntelligentTransportationSystem，简写为ITS)是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS的核心是对实时交通信息的收集和处理，对交通系统进行智能化的控制，而达到提高道路设施的利用率和安全。传统的收集数据方式有感应线圈、红外线、超声波固定检测装置，而且以上装置需要破坏路面布设、维修困难、投入成本高、而且查看现场情况不直观等诸多缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种视频排队检测装置及具有其的城市交通告警控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型一方面的实施例提供一种视频排队检测装置，包括：一体化摄像机，包括：传感器、与镜头聚焦装置相连的自动对焦单元、中央处理单元CPU、与所述中央处理单元CPU相连的存储器、与所述中央处理单元CPU相连的图像信号处理单元、与所述图像信号处理单元相连的视频分析单元和编码器、摄像机输出选择单元，其中，所述图像信号处理单元的输入端与所述传感器的输出端相连，所述图像信号处理单元的输出端与所述摄像机输出选择单元相连；支架，所述支架可旋转的安装于所述一体化摄像机的顶部。

进一步，所述摄像机输出选择单元包括：供电接口、串口和以太网MAC接口。

进一步，所述串口为RS232串口。

进一步，还包括：FLASH闪存和同步动态随机存取內存SDRAM存储单元。

进一步，所述支架为竖直设置或水平设置。

进一步，当所述支架为竖直设置时，所述视频排队检测装置安装于交通高杆悬臂上；当所述支架为水平设置时，所述视频排队检测装置安装于高速公路收费站雨棚上或路测高杆上。

本实用新型实施例还提出一种城市交通告警控制系统，包括：多个上述实施例提供的视频排队检测装置，每个所述视频排队检测装置分别安装于高杆上以采集对应区域的城市交通车流信息；用于获取并传输所述城市交通车流信息的交换机，所述交换机与每个所述视频排队检测装置相连；用于获取并向管理员显示所述城市交通车流信息的监控中心，所述监控中心与所述交换机相连，其中，所述监控中心对所述城市交通车流信息进行分析并在异常时发出报警。

进一步，所述交换机与所述监控中心通过以太网相连。

进一步，所述交换机与每个所述视频排队检测装置通过以太网和RS485接口相连。

进一步，还包括：第三方系统，所述第三方系统与所述交换机相连以实现对所述城市交通车流信息的远程数据采集。

根据本实用新型实施例的视频排队检测装置及城市交通告警控制系统，可以应用在高速公路或隧道中自动检测停车/撞车、逆行、遗撒物、行人、烟火等交通事件，同时可以采集车流量等交通数据。此外，本实用新型在视频检测方面具有以下优势：检测区为虚拟检测区，容易设置和更改，安装和维护方便，不必切割路面，远程就可以对所有的参数进行设置；除检测外摄像机可以用于监控现场交通状况等。本实用新型的视频检测技术因其直观、功能多、非接触检测等优点在智能交通领域的应用越来越广泛。本实用新型基于视频传感器的高性能轨迹跟踪算法，实时实现自适应交通管理控制，通过降低平均等待时间、及时告警提供优化解决方案，有效减少了机动车尾气排放，无需进行道路改造，易于集成在现有的道路交通监控系统中，有效降低建设成本和维护成本，无需进行路面切割，避免建设性破坏，延长道路使用寿命，有效改善环境污染，节约能源，气候变暖，符合建设现代节约型社会的要求。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的交通流排队论的流量-密度示意图；

图2为根据本实用新型实施例的交通流排队论的车流运行方向示意图；

图3(a)至图3(c)分别为根据本实用新型实施例的视频排队检测装置的侧视图、后视图和俯视图；

图4(a)至图4(c)为根据本实用新型实施例的视频排队检测装置的安装架构图；

图5为根据本实用新型实施例的一体化摄像机的结构图；

图6为根据本实用新型实施例的中央控制单元CPU的电路图；

图7为根据本实用新型实施例的编码器的电路图；

图8为根据本实用新型一个实施例的城市交通告警控制系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

对于ITS城市交通状态分析、红绿灯自动控制及收费站排队检测等项目，现阶段根据交通通行状态可通过两种理论方法加以解决：

1)交通流理论：指的是为减少车辆在道路上的时间延误，减低交通事故发生的概率，以及提高道路设施的使用效率，研究、分析行人出行规律和驾驶员驾驶心理，与车流量、车流速度和车流密度三者的关系的理论。交通流理论起源于20世纪30年代，而概率统计方法是最早被应用于交通流理论，概率论为解决具有随机现象的交通问题提供了有效手段。从40年代起，在计算机技术和系统工程学等学科的发展基础上，交通流理论又有了新的突破，学者们将动力学和流体力学等方法应用于交通流理论当中。自1959年12月第一次交通流理论会议召开后，交通流理论作为一门独立学科逐渐走向理论的成熟。交通流理论主要的研究内容包括交通流的概率统计分布、跟驰理论、排队论和流体力学模拟理论。下面着重介绍排队论的应用。图1为根据本实用新型实施例的交通流排队论的流量-密度示意图。

2)排队论：也称随即服务系统理论，是研究由于随机干扰而导致出现排队现象的规律，以及优化系统以达到提高服务水平的一门理论。排队论主要涉及服务对象的等待时间的概率分布，和服务对象所形成排队的长度的概率分布，通过分析，协调好服务者与服务对象的关系，使系统能够最大限度节省资源的同时，保证服务质量，满足被服务者的需求。排队论最早开始于20世纪初的电话服务理论，在二战后，被诸多行业领域所采用。亚当斯首次在1936年把排队论用于无信号十字交叉口的行人延误问题的研究中。之后，排队论被广泛用于研究一些需要停车等候的交通设施(如停车场，收费站，信号灯)的设计和管理等方面。近年来，在研究信号灯前的排队现象以及所形成的延误，利用排队论，优化信号灯配时方案，或为路网指定交通控制策略。排队论已成为交通研究者分析研究交通的一大重要内容。图2为根据本实用新型实施例的交通流排队论的车流运行方向示意图。

通过以上两种理论方法，为了能够使视频排队检测精度更加优异此次我们将两种理论方法进行全面结合，最终目标就是将其嵌入到一体化摄像机中，由于虽然基于以上两种理论仿真模型，但是软件内部算法并不是很高。随着电子技术的高速发展其中中央处理芯片更是向着小型化发展，其运算速度更是每年以1.5倍的速度发展，如现在智能手机所采用的中央处理芯片为4核1.5GHz高性能处理器，有的甚至为8核，并加配16G固态高速存储芯片，其性能不亚于一台小型计算机。而现在如此成熟的技术也已经应用到了高清摄像机内部之中，其中最具有代表性的就是瑞典Axis公司高清网络摄像机，其中中央处理单元APTPEC5其运行速度可达1.12GHz，加配128M固态高速存储芯片，根可以扩展到32G高速存储。如此高的运算速度处理我们以上提到的两种检测算法却能够游刃有余。系统将根据获取现场参数在内部自动建立三维立体检测模型，其最终实现实时动态高速分析，并可根据现场要求对每一个检测区域或者车道都能够进行详细定义，已达到不同的检测结果、满足不同的检测需求。

如图3(a)至图3(c)所示，本实用新型实施例的视频排队检测装置，包括：一体化摄像机1和支架2。其中，如图5所示，一体化摄像机1包括：传感器11、与镜头聚焦装置3相连的自动对焦单元12、中央处理单元CPU13、与中央处理单元CPU13相连的存储器14、与中央处理单元CPU13相连的图像信号处理单元15、与图像信号处理单元15相连的视频分析单元16和编码器17和摄像机输出选择单元18。图6和图7分别为根据本实用新型实施例的中央控制单元CPU和编码器的电路图。

其中，图像信号处理单元15的输入端与传感器11的输出端相连，图像信号处理单元15的输出端与摄像机输出选择单元18相连。

图4(a)至图4(c)进一步示出了视频排队检测装置的安装架构图。

在本实用新型的一个实施例中，摄像机输出选择单元18包括：供电接口、串口和以太网MAC接口。其中，串口可以为RS232串口。

支架2可旋转的安装于一体化摄像机1的底部。其中，支架2可以为竖直设置或水平设置。

具体地，当支架2为竖直设置时，视频排队检测装置安装于交通高杆悬臂上。当支架2为水平设置时，视频排队检测装置安装于高速公路收费站雨棚上或路测高杆上。

进一步，本实用新型的视频排队检测装置还包括：FLASH闪存19和同步动态随机存取內存SDRAM存储单元21。

本实用新型实施例的视频排队检测装置可以整合到现有的监控系统中，并与其它网络监控管理平台和第三方设备进行软硬件连接，因此需要考虑到器软硬件的兼容性和可扩展性并且需要满足如下要求：国家标准GB/T28789-2012《视频事件检测器》要求、国家标准GB/T28181-2011安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求、国家标准GB/T15865-1995摄像机(PAL/SECAM/NTSC)测量方法要求、国家标准GB/14861-1993应用电视设备安全要求以及试验方法、国家标准SJ/T10658-1995通用型应用电视设备环境要求以及实验方法、IP(INGRESSPROTECTION)防护等级为IP67，其中网络协议兼容：IPv4/v6、HTTP、QoSLayer3DiffServ、FTP、CIFS/SMB、SMTP、Bonjour、UPnPTM、SNMPv1/v2c/v3(MIB-II)、DNS、DynDNS、NTP、RTSP、RTP、TCP、UDP、IGMP、RTCP、ICMP、DHCP、ARP和SOCKS、onvif。

在本实用新型的一个实施例中，经过进一步整合将视频排队检测装置整合到摄像机外壳中，可以满足产品可在不同条件下和不同环境下使用。

如图8所示，本实用新型还提出一种城市交通告警控制系统，包括：多个视频排队检测装置10、交换机20和监控中心30。

具体地，每个视频排队检测装置10分别安装于高杆上，采集对应区域的城市交通车辆信息。交换机20与每个视频排队检测装置10相连，用于获取并传输城市交通车流信息。

在本实用新型的一个实施例中，交换机20与每个视频排队检测装置10通过以太网和RS485接口相连。

监控中心30与交换机20相连，用于获取并向管理员显示城市交通车流信息，对城市交通车流信息进行分析并在异常时发出报警。

在本实用新型的一个实施例中，交换机20与监控中心30通过以太网相连。

进一步，本实用新型实施例的城市交通告警控制系统还包括：第三方系统4，该第三方系统4与交换机20相连以实现对城市交通车流信息的远程数据采集。

本实用新型的城市交通告警控制系统可以应用于城市交通智能红绿灯控制系统和高速公路排队告警系统，针对现在以及未来对智能交通自动控制系统发展方向和需求而具有针对性的研发和公关，使得监控摄像机和视频图形分析达到了完美结合。

本实用新型的城市交通告警控制系统采用以下技术实现：

(1)基于视频的检测技术：基于视频传感器的高性能轨迹跟踪算法；

(2)自适应技术：实时的自适应交通环境和天气环境的变化；

(3)人工智能：系统可以根据交通状况自动优化，生成控制预案；

(4)实时的排队检测：0.2秒产生交通数据，实时报告车辆排队长度；

(5)组网简单：嵌入式系统结构，组网、维护简单，非常实用；

(6)高可靠性：嵌入式Linux系统；

(7)专门软件：专门针对城市交通和高速公路收费站拥堵排队管理控制的专用的视频分析检测软件；

(8)集成简单：开放的TCP/IP协议，串口通信协议，USB通信协议。

本实用新型采用先进的实时交通数据采集技术检测排队长度和道路占有率，为单一的或全省范围内的收费站提供集中的收费站排队预警管理控制解决方案，可以通过实时交通数据采集分析对道路网络实现点、线、面的集中监控管理，具有优先策略(免费通行、收费车道开启、收费车道关闭)，优化收费应急措施，减少交通拥堵和排队时间，方便集成或嵌入到现有标准的监控系统中，并且可以实现简易的中文系统设置和参数微调。

采用本实用新型具有易于安装和调试、投资少、费用低的特点，便于装于维护不需要关闭车道，也不需要在路面上施工，对路面设施不会产生破坏。采用实用新型能够将实时的图像传给交通管理或收费管理者，实现监视的职能，并可提供现场录像以供专家事后分析用。通过视频检测技术快速得到详细准确的车辆排队长度、交通流量、车头间距等重要交通参数数据，通过交通数据分析计算，系统能够对每个收费站的交通状况、通行状况、排队长度、等待时间以及收费人员的服务水平做出评测，并自动给交通指挥系统建议，生成和发布交通诱导方案和信息。

视频排队检测装置可以有效的减少通关时间，如发现某条车道的车辆排队过长或等待时间过长系统就会发出报警，以实现自动分流，提高自动话水平。视频排队检测装置通过实时的车辆排队检测，并将相关数据及时反馈到智能交通控制中枢，通过对其参数的分析计算，系统能够根据道路实际情况对交通信号的实时配时，提高智能化水平。

利用收费站安装的视频排队检测装置等采集各收费车道排队车辆数、排队长度等交通信息，管理中心可输入免费放行的收费车道排队车辆数或排队长度阈值，系统对是否应该免费放行自动做出决策，并得出免费放行的时间。本实用新型建立安全预警系统，为管理部门提供直观便捷的收费站设施及道路交通状态信息服务并辅助其做出合理决策。根据当前时刻各车道通行量，系统对收费站各车道车辆通行情况进行在线预测，在某一时刻车流量达到特定数量后，系统自动向收费站及上级管理部门安全预警，视实际堵车情况，分别由收费站或上级管理部门决定采取相应保畅预案；编写收费站应急管理预案，全面提高应对收费站突发事件的快速反应能力、应急处理能力和保障服务能力，确保公路收费站安全、畅通。

根据本实用新型实施例的视频排队检测装置及城市交通告警控制系统，可以应用在高速公路或隧道中自动检测停车/撞车、逆行、遗撒物、行人、烟火等交通事件，同时可以采集车流量等交通数据。此外，本实用新型在视频检测方面具有以下优势：检测区为虚拟检测区，容易设置和更改，安装和维护方便，不必切割路面，远程就可以对所有的参数进行设置；除检测外摄像机可以用于监控现场交通状况等。本实用新型的视频检测技术因其直观、功能多、非接触检测等优点在智能交通领域的应用越来越广泛。本实用新型基于视频传感器的高性能轨迹跟踪算法，实时实现自适应交通管理控制，通过降低平均等待时间、及时告警提供优化解决方案，有效减少了机动车尾气排放，无需进行道路改造，易于集成在现有的道路交通监控系统中，有效降低建设成本和维护成本，无需进行路面切割，避免建设性破坏，延长道路使用寿命，有效改善环境污染，节约能源，气候变暖，符合建设现代节约型社会的要求。经测试，该系统可以有效减少4％—12％的有害气排放发放。本实用新型有助于提高交通信息化的水平、缩短车辆在收费站的停留时间、降低车辆的油耗及废气的排放量，对于实现节能减排和绿色交通都具有较大的现实意义，每年可带来间接经济效益数十亿元。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种视频排队检测装置，其特征在于，包括：

一体化摄像机，包括：传感器、与镜头聚焦装置相连的自动对焦单元、中央处理单元CPU、与所述中央处理单元CPU相连的存储器、与所述中央处理单元CPU相连的图像信号处理单元、与所述图像信号处理单元相连的视频分析单元和编码器、摄像机输出选择单元，其中，所述图像信号处理单元的输入端与所述传感器的输出端相连，所述图像信号处理单元的输出端与所述摄像机输出选择单元相连；

支架，所述支架可旋转的安装于所述一体化摄像机的顶部。

2.如权利要求1所述的视频排队检测装置，其特征在于，所述摄像机输出选择单元包括：供电接口、串口和以太网MAC接口。

3.如权利要求2所述的视频排队检测装置，其特征在于，所述串口为RS232串口。

4.如权利要求1所述的视频排队检测装置，其特征在于，还包括：FLASH闪存和同步动态随机存取內存SDRAM存储单元。

5.如权利要求1所述的视频排队检测装置，其特征在于，所述支架为竖直设置或水平设置。

6.如权利要求5所述的视频排队检测装置，其特征在于，当所述支架为竖直设置时，所述视频排队检测装置安装于交通高杆悬臂上；

当所述支架为水平设置时，所述视频排队检测装置安装于高速公路收费站雨棚上或路测高杆上。

7.一种城市交通告警控制系统，其特征在于，包括：

多个权利要求1-6任一项所述的视频排队检测装置，每个所述视频排队检测装置分别安装于高杆上以采集对应区域的城市交通车流信息；

用于获取并传输所述城市交通车流信息的交换机，所述交换机与每个所述视频排队检测装置相连；

用于获取并向管理员显示所述城市交通车流信息的监控中心，所述监控中心与所述交换机相连，其中，所述监控中心对所述城市交通车流信息进行分析并在异常时发出报警。

8.如权利要求7所述的城市交通告警控制系统，其特征在于，所述交换机与所述监控中心通过以太网相连。

9.如权利要求7所述的城市交通告警控制系统，其特征在于，所述交换机与每个所述视频排队检测装置通过以太网和RS485接口相连。

10.如权利要求7所述的城市交通告警控制系统，其特征在于，还包括：第三方系统，所述第三方系统与所述交换机相连以实现对所述城市交通车流信息的远程数据采集。