高清与智能在高速公路视频监控中的应用

黄亮

高清与智能在高速公路视频监控中的应用

黄亮

目前，我国以高速公路为骨架、国省干线公路为主体、县乡村公路为基础的公路交通网络已经基本形成。基于新形势下的管理和运营目标，各种新的需求应运而生，加快建立健全公路网运行监测、协调管理和应急处置平台，保障国家高速公路和重点干线公路以及重要站点的稳定运行，提高公路网安全性能和服务水平以及应急处置能力，为人民群众提供安全、便捷的出行服务等等。显而易见，高速公路信息化建设已经从收费、通信、监控三大系统独立建设与运行向资源整合、信息共享、平急结合、服务公众全面过渡。

现状分析：现有技术亟待提升

总体来看，高速公路视频监控系统经过多年的发展和更新，已经取得了一定的进展，但限于原有技术/系统的制约以及阶段性需求的变化，现有的系统在很多方面仍存在明显不足：

监控图像清晰度不够

在大多数高速公路现有的系统中，图像清晰度只有4CIF，这样的清晰度很难看清过往车辆车牌号码与细部特征，尤其对于大型桥梁、长大隧道、大型互通式立交桥、收费站、治超站、服务区、事故多发地等重点监控目标而言，清晰度已远远达不到高速交警或高速公路管理处的应用要求。

引入先进的高清视频监控技术将有效地解决此问题。

单点测速容易被逃避

多年来，6F测速仪广泛应用在事故多发地治理超速行为，取得了显著的效果。但随着驾驶员对6F测速仪工作原理的了解，以及对安装位置的轻易辨识，很多驾驶员会经常采用提前刹车减速穿过测速仪的捕捉范围，然后再加速行驶，这使得治超效果大幅降低。

引入基于车牌识别的区间测速技术，与单点测速配合使用，势必能提升治超效果。

路网运行监测体系智能化程度不高

视频监控作为路网运行监测体系的重要组成部分，现阶段主要依靠传感器报警与视频联动方式，由人工实时监测路网运行状况。随着高速全程监控需求的出现，视频源数量庞大，依靠人工来实时监测的难度越来越大。

引入交通事件智能视频检测技术，与其它传感系统（天气、报警）共同构成路网运行（自动化、智能化）监测体系，将有助于及时发现隐患，防范于未然。

路网级应急处置平台方兴未艾

建设具有监测监控、预测预警、综合研判、辅助决策、路网协调、辅助调度于一体的路网级应急处置平台，是目前路网级视频监控的趋势与迫切需要。

基于高清和智能应用的综合解决方案

现针对目前高速公路监控系统的现状与存在的问题，提出一套基于高清、智能应用的综合解决方案。

设计思想

1、分级别监控，标清与高清相结合

将全程监控点按监控级别分层，监控级别高的位置采用高清监控（1600×1200或1280×720），反之采用标清监控（704×576）。由于联网监控、资源共享的需要，建议采用网络前端，即网络摄像机或网络球机。

2、采用基于高清牌识的区间测速系统

调研选取超速现象频繁、危害大的路段，在路段两端安装高清牌识系统，利用S/(t1-t2)计算路段平均车速，与限速值比对，判断超速行为并进行处罚。区间测速的精确程度主要取决于车辆捕获率、车牌识别率和校时精度，尤其以车牌识别的技术难度最大，建议选取长期专注于车牌识别算法研究、车牌识别率达到95%以上的厂家提供技术支持。

3、利用交通事件检测技术实现视频自动监测

采用智能检测技术，对抛洒物、逆行、交通参数（车速、占道率、流量）进行智能检测。其中，路面抛洒物和岔口逆行对交通安全产生的威胁较大，通过智能检测技术将其列入重点分析对象，有助于提前预警、主动防洪。交通参数采集有助于中心分析路网运行状态，优化通行效率。

4、借助路网级应急处置平台实现统一管理与上层应用

将视频监控、超速抓拍、智能分析、联网共享、综合研判纳入应急处置平台统一管理与应用。

系统设计

1、三级结构

在路面因地制宜地安装标清网络球、高清网络球，在测速区间两端安装高清车牌识别前端，均采用RJ45以太网口接入沿线传输单元，有效传输带宽达到4M以上。传输网依托高速公路SDH环网或监控专网。

路段分控中心部署二级平台、视频综合平台、交通事件检测器、IP SAN存储和中心控制系统。

路网总控中心部署一级平台、视频综合平台、IP SAN存储和中心控制系统。

传输网借助高速公路SDH环网或自建视频监控专网。路面至分控中心宜采用链状通信方式以节省光纤，分控与总控之间宜采用冗余环状链路以确保通信的可靠性。

2、系统主要功能

1）混合视频监控

标清视频、高清视频经过视频综合平台交换显示输出至电视墙，标清显示接口为BNC，高清显示接口为HDMI或DVI。视频综合平台支持手动切换、自动轮巡、混合视频交换等等。

除此以外，视频综合平台还具备模拟视频通过视频光端机直接接入的方式，故可无缝兼容用户已建的模拟视频监控系统，能保护用户的已有投资。

2）分布式集中存储

采用IP SAN分布式集中存储策略，统一存储、管理、调度标清视频和高清视频。路段分控中心保存录像，总控中心远程调用分控中心录像，实现资源共享。

3）两套传输链路

路段分控中心和路网总控中心的视频综合平台之间可借助裸光纤直接互联，形成除IP专网以外的独立传输线路。实现跨级跨区的视频调用与信息共享。

4）交通事件检测

CIF至200万图像尺寸与清晰度对比

200万图片拍摄1KM位置时所能捕获的清晰度

路段分控中心部署交通事件检测器，实时分析路面视频图像，主要执行抛洒物检测、逆行检测和交通参数采集。检测到抛洒物和逆行时，发出报警信号，并联动前端的LED发布屏警告驾驶员。获取的交通参数则发给一级软件平台，由软件平台统计分析整个路网的交通流量、车速和占道率，为优化通行效率、保障通行安全提供技术支撑。

5）区间测速抓拍

采用200万像素CCD高清网络摄像机加LED补光灯的方式对区间两端通行车辆进行捕获与车牌识别。在确保设备运行时间一致的基础上，利用S/(t1-t2)来计算车辆平均车速，与平台中预设的限速值对比，对违章车辆进行处罚。系统平台与高速交警非现场处罚系统之间互联互通，按协议对接数据传输。

6）报警联动

通过IP网或串口服务器将烟雾探测、天气检测、人工报警等信号汇集至软件平台，实现视频报警联动。解脱人工肉眼轮巡扫描各视频图像。

系统核心技术

系统能识别黑、白、蓝、黄四种车牌颜色。系统识别车牌类型示意图

1）高清成像技术

海康威视通过多年在视频处理及分析技术上的积累，在ISP（图像信号处理）核心技术上获得重要突破。为此，海康威视自主研发的高清摄像机在图像成像、视频稳定（抖动、晃动）、噪声过滤、边缘增强、3A控制（自动曝光、自动对焦和自动白平衡）、像素瑕疵矫正、强光抑制等方面可以进行更加精细化的调节与控制，从而针对高速公路监控的环境，推出更加适应的产品和方案。

2）车牌识别技术

海康威视车牌识别技术具备对民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌的车牌自动识别能力，包括2002式号牌。所能识别的字符包括：

车辆牌照自动识别算法（号牌识别、车牌颜色识别）集成在高清网络摄像机中，识别结果由高清网络摄像机直接输出，全天候平均识别率大于95%。使得前端建设尽量简单、施工维护更加便捷。

3）交通事件检测技术

海康威视交通事件检测技术，可对进入视频画面中的活动物体进行检测识别，对其活动轨迹进行分析判断，进而确定可疑事件后发出相应警报。主要的检测事件有以下几种：

车辆拥堵检测

车辆逆行检测

非法停车检测

抛洒物检测

行人闯入检测

报警中心管理

多画面视频预览

交通规则配置管理

交通事件回放

设备管理

报警联动

电子地图

设备远程维护

支持各种报警规则的设置

支持各种报警联动配置

支持摄像机标定

关键技术已经获得突破

上文中就高速公路监控现状及迫切需要解决的问题做了简要分析，并提出了解决相关问题所需要的关键技术，如高清、智能等。目前，在这些技术的研发上，海康威视已经获得了突破，希望这些可以为高速公路“新”视频监控系统提供更加适宜的整体解决方案，为高速公路综合监控的发展贡献出一已之力。

作者单位：杭州海康威视数字技术股份有限公司