浅谈智慧交通监控系统的关键技术应用及监理措施

刘佳月

【摘 要】近年来，随着数字化终端设备的普及，交通数据量不断膨胀，现有智能交通管理水平面临着更高的挑战。“智能交通”已成为我国交通领域建设的重点项目，本文将结合我国智慧城市发展路线，从智慧交通角度出发，分析智慧交通监控系统的搭建过程，以及所应用到的信息网络技术，重点阐述智慧交通监理的工作内容。

【关键词】智慧交通 信息化监理 监控系统

1 城市交通监控系统概述

城市交通监控系统是采用先进的图像识别技术、计算机网络与通信技术、数据库管理技术等高新技术手段形成的一个特殊系统。城市交通监控系统架构如图1所示。

系统通过位于感知层的前端监控设备对视频图像进行采集和初步的分析，然后利用有线通信网或无线网络将各监控点的交通实时情况快速、准确地传回后台。后台建设有綜合的交通管理和指挥平台。在这个高度集成的平台上，交通管理人员可以了解和掌控布设监控区域的车辆通行状况、流量等信息。同时可以对车辆违法、交通堵塞、突发事件等进行视频取证并及时处理，从而达到非现场执法的目的。城市交通监控系统还贯穿于智慧交通体系之中，满足了交通管理不同岗位上的工作者的业务需求。城市交通监控系统的功能主要体现在交通信息的采集与处理，交通信息管理以及智能交通调控等几个方面。

2 城市交通监控系统的关键—图像识别技术

交通监控系统的图像识别技术是通过成像传感器获取道路交通图像，然后利用前端设备的嵌入式芯片或中心机房的服务器对图像进行处理与识别，以模仿人的视觉功能，获得智能交通系统所需的有用信息。图像识别的处理过程如图2所示。图像识别技术主要应用在车辆的检测、识别、跟踪、违章报警、流量统计等。

近年来，随着经济的发展，城市中的机动车保有量不断增加，而受限于城市规划和地理环境，城市的交通道路不可能无限制增加，拥堵成为大多数一线城市共同面对的难题。车辆与道路的矛盾除了导致拥堵，随之而来的是各种交通违章、交通事故的增多。交通部门的压力与日俱增，由于警力有限，不可能纯粹依靠人力对所有路段、路口实施全天候、全方位的监控管理，所以只能依靠现代化科学技术手段来进行交通协管。利用图像识别技术可以完成自动交通监管功能，即建立所谓的“电子警察”。通过交通路口安装摄像机，拍摄交通路口的视频，经过计算机对数字图像信号的阀值比对和分析处理，完成自动违章识别和自动车牌识别的任务。

自动违章识别是对动态物体（如车辆）进行识别，并对其运动轨迹进行跟踪，然后依靠监控区域内的道路标志和路口信号灯状态自动判断车辆违章情况。其中涉及的关键环节有：

2.1 对运动目标的检测。

在这一环节主要采用的技术手段有背景图像差分法、帧间差分法和光流法等图像识别方法。这三种方法各自拥有自己的特点，结合不同实际情况使用可以取得很好的应用效果。

2.1.1 背景图像差分法

其基本原理是首先将监控视野内的静态背景储存起来。在实际运行中通过将拍摄到的实时图片与静态背景进行减除，将所得差的每一像素的值和预定阈值相比较，若这个像素值大于阈值，则认为这点是前景点，否则是背景点。利用这种技术解决方案时，受光线和天气等外界条件的影响较大。因为在不同天气、不同光照的情况下，背景图像并不是一成不变的，因此很难构造一个理想的静态背景图像作为基础；另一个问题在于预定阈值的确定，只有恰当的阈值才能正确分割出目标所占的区域，而这也需要根据实际情况进行调整和确定。

2.1.2 帧间差分法

这种解决方案是通过将记录的视频图像中一系列的相邻两帧作差分运算来获得目标轮廓。在多个运动目标的识别中该方案可以取得良好的效果。由于视频中两帧图像间隔时间很短，所以背景的变化也非常小，对差分的影响很小。其缺点在于所差分的图像并不是由理想封闭的轮廓区域组成，得出的目标往往是局部的、不连续的，这对运动目标的识别是不利的。

2.1.3 光流法

其基本原理是给视频中的每一个像素都设定了一个速度矢量，形成一个整体的图像运动场，在运动的定格时刻，图像上的点与三维物体上的点一一对应，再根据各像素点的速度矢量特征对图像进行动态分析，根据图像的光流矢量分析这一区域是否是连续变化，从而判断是否有运动目标。光流法方法规避了差分时基础静态背景和阀值的选取工作，但是对每个像素的矢量进行分析，计算量大、易受视频噪声影响，依照现有的硬件处理能力，还不能做到图像的实时处理，应用范围受到一定限制。

2.2 对多目标的跟踪

在视频流中分割目标，再将分割的目标与上一帧图像的目标进行匹配，从而达到跟踪的目的。一些文献介绍了利用目标匹配的方法实现多目标跟踪，其基本原理是将当前图像帧中的区域和已知图像的目标区域进行匹配，如果已知的目标区域表示为一个目标列表，将当前图像帧中的所有区域表示为一个测量列表，针对测量列表中的每一个元素，在目标列表中找到与之最相似的元素，这类方法适用于目标之间相互作用较小的情况，且与目标特征的选取关系较大。

2.3 对车辆违章的判别

在车辆运动轨迹提取之后，根据红绿灯信号和道路交通标志线自动判别车辆违章情况。在对交通违章行为进行处理时必须记录三个重要证据：违章画面；违章车辆全景位置，表明该车当时确实处在违章位置；清晰的车牌号码，明确违章车辆身份。所以只有利用了基于计算机技术的视频监控系统才能完成自动监控。

车辆自动识别作为当前智能交通系统的重要组成部分，逐渐形成几种成熟、有效的识别技术，如射频识别、车牌识别以及条形码识别。其中条形码识别以及射频识别都隶属于间接识别，很难对车辆同其车牌信息是否相真实相符进行有效识别。车牌识别是一种直接识别，不需要在车辆当中安装相应的条形码或者其他的射频识别标志，且维护和使用简便。

车牌自动识别是以摄像机拍摄的车辆画面作为输入图像，利用计算机图像处理和模式识别技术识别车牌字符。目前的技术水平为字母和数字的识别率可达到96%，汉字的识别率可达到95%。中国软件评测中心同时提供专业的第三方测试服务，为项目建设成果保驾护航。

车牌识别系统有两种触发方式，一种是外设触发，另一种是视频触发。如图3所示。

外设触发工作方式是指采用线圈、红外或其他检测器检测车辆通过信号，车牌识别系统接受到车辆触发信号后，采集车辆图像，自动识别车牌，以及进行后续处理。

视频触发方式是指车牌识别系统采用动态运动目标序列图像分析处理技术，实时检测车道上车辆移动状况，发现车辆通过时捕捉车辆图像，识别车牌照，并进行后续处理。视频触发方式不需借助线圈、红外或其他硬件车辆检测器。

3 城市交通信息管理系统的应用

城市交通信息管理系统包含车辆信息采集、数据传输、数据集中管理以及信息存储于一体的综合系统，将采集的信息经过分析、处理、提炼，并结合地理信息系统（GIS，Geographical Information System）可以动态查询车辆信息、跟踪车辆、自动形成路况信息，通过现代通信手段向外实时发布相关信息，以及发送相关车辆的违章信息。

城市交通信息管理方式是以车牌号作为车辆的唯一身份，配合自动车辆识别系统进行半自动或人工方式进行管理。因此，有必要在城市交通信息管理系统中引入更先进的身份标识传感器以实现自动化管理。

4 城市交通监控系统建设监理措施

北京赛迪工业和信息化工程赛迪监理中心有限公司隶属于国家工业和信息化部中国电子信息产业发展研究院，依托工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心（中国软件评测中心）和赛迪信息产业（集团）有限公司的优质资源，业务涵盖信息工程、智能交通、智慧城市、涉密工程、运维管理等类型。城市交通监控系统建设的监理工作将重点放在感知系统设备安装，软件系统开发两方面。本节主要对城市交通信息管理系统开发整个赛迪监理实施进行阐述，对前端设备选型、监控点位进行描述，具体设备安装工艺不再作具体介绍。

4.1 城市交通监控系统感知设备选型监理措施

前端监控设备系统建設主要包括监控点位确认、现场踏勘、施工图纸设计、立杆、设备安装调试、缆线敷设、系统联调测试、系统验收等施工工作。设备选型需从视频采集、传输、控制、显示、存储等方面进行考虑。同时还要考虑外围因素，如存储设备接入视频流的最少节点、读写速度、网络带宽等。选择符合本项目需求的设备不仅可以达到项目建设的最终目的，也可以减少因设备问题后续施工产生的不良后果。所以在设备选型上，赛迪监理人员应坚持设备选型一致性、确保技术参数相同，减少设备与设备间的数据传输等一系列问题。保证了应用效果的统一，为项目整体系统扩充、更新换代打好了基础。项目所用产品必须满足合同和规范要求，国家强制执行第三方检测的设备需提供检测报告上交赛迪监理人员审查。

4.2 城市交通监控系统监控布点监理措施

监控点的分布设计主要以道路、交通设施情况、人口分布程度等因素共同决定。对重点政府机构、军队驻地、繁华商业街区、城市公共交通枢纽，人口稠密地区，易拥堵的道路周边监控点分布密度相对较大。对稀疏地区，山林等交通顺畅地区，监控点宜减少。

赛迪监理应参与监控点设备的到货安装全过程，因城市交通系统前端感知点位较多，赛迪监理方可采取分批检查或抽查的方式对承建方的工作进行监督和管理。在后期设备全部接入后，可要求承建单位提交监控测试计划，制定监测摄像机检查方案。

4.3 城市交通信息管理系统建设监理措施

对交通信息管理系统开发需求内容的确认是整个软件开发实施阶段尤为重要的工作。此阶段监理人员应对承建单位需求分析和设计阶段工作成果进行评审，保障软件需求分析设计过程和产品符合规范和要求。

4.3.1 城市交通信息管理系统需求分析阶段

赛迪监理主要任务是听取业主单位从业务角度出发提出的对开发方设计的意见，对软件交通信息管理系统需求分析过程、需求分析活动、概要设计内容、详细设计内容等进行审查，确认是否满足要求：给出是否符合要求的结论；确定其可否作为软件开发的前提和相关依据。从文档的规范性、可实施性出发，以国家相关标准为依据，从软件工程学的角度对承建单位提出意见与建议，配合业主单位工作，敦促承建单位做好工程项目的设计工作。在设计阶段，赛迪监理主要针对需求的覆盖性及可跟踪性、模块划分的合理性、接口的清晰性、技术适用性、技术清晰度、可维护性、约束与需求的一致性、可测试性、对软件设计的质量特性的评估、对软件设计的风险评估、对比情况、文档格式的规范性等方面进行评审。在此过程中，业主单位也需要对设计文档进行检查，主要在功能设计是否全面准确地反映了需求、输入项是否完全与正确并符合需求、输出项是否符合需求、与外界的数据接口是否完全与正确并符合需求、各类编码表是否完全与准确并符合需求、界面设计是否符合需求、维护设计是否符合需求、各类数据表格式和内容是否符合要求、是否存在其他有疑问的设计等方面进行核查。

4.3.2 城市交通信息管理系统设计阶段

在交通监控系统软件开发过程中，赛迪监理应监督承建单位严格按照工程设计阶段所制定的进度计划、质量保证计划、系统设计进行开发工作，检查承建单位是否按照设计中制定的规范与计划进行编码与测试。同时注意软件版本控制，检查单元测试、集成测试、系统测试。如有必要，宜进行压力测试、安全性测评等。确认测试是否按计划进行并有测试与修改记录、测试环节是否按计划进行，问题发现与解决是否有文档记录。

本类系统涉及多个子系统，多类接口的接入，多种数据输入，实现图像处理、数值分析、数据传输等功能。系统较为复杂，功能点多。赛迪监理应积极协助建设单位检查违章车辆的抓拍能力，是否有漏拍情况，车牌拍摄质量等合同中提及的内容进行主观筛查。要求承建单位制定系统功能测试表，包括图像接入情况、信息处理的真实性、违章环节的处理情况等，以便各方人员的检查、问题统计、解决情况等。赛迪监理此时应积极做好业主方和承建方之间的协调工作，在保证项目质量前提下确保项目顺利推进。

5 结语

目前我国的城市交通监控系统对于系统的运行环境具有非常强的依赖，受到外来各种因素的干扰和影响较多，随着计算机视觉、图像处理、模式识别等技术的不断发展和成熟，也从某种程度上促进和完善了我国的智能交通系统。中国软件评测中心，作为国内权威的第三方软、硬件产品及信息系统工程质量安全与可靠性检测机构，全方位从咨询、测试、监理等方面提供优质服务。作为中国软件评测中心的一员，赛迪监理工程师将不断学习新一代领先技术，凭借丰富的智慧交通项目管理经验，为业主单位提供强有力的支持和依靠。