新冠肺炎疫情防控期异地车辆行车智能监控系统设计

王雪婷，赵化启

（佳木斯大学，黑龙江 佳木斯 154000）

随着我国社会经济水平的提高，人们的生活质量也在不断提高，我国现阶段汽车数量也在稳步攀升[1]。由于2019年年底至2020年年初新型冠状病毒肺炎出现在武汉市并迅速传遍全国[2]，全国各地启动了重大突发公共卫生事件一级响应。在抗击疫情的过程中，武汉在十余日内建造火神山、雷神山医院，为集中收治和隔离新冠肺炎患者、阻击疫情蔓延发挥了重大作用。在采取隔离措施的同时限制人员流动，是阻止疫情扩散的有效措施[3]。2020年上半年，新冠肺炎疫情已呈全球蔓延之势，我国也经历了新型冠状病毒的肆虐。为了应对疫情，世界上很多国家都采取了和我国相类似的封城措施，尽量缩小病毒的传播范围，各城区对于外来车辆及人员的流动管控已刻不容缓，及时对流动车辆进行监控及跟踪尤为重要，对异地车辆的智能行车监控系统做分析与研究具有现实意义。

1 关键技术

1.1 车牌识别

车牌识别（License Plate Recognition，LPR）通常包括4个步骤：图像采集、目标检测、分割和光学字符识别[4]。

第一步，图像采集。图像可以从视频、图像集合和摄像机中提取出来。通常，在研究领域，图像收集是由开放数据集提供的。第二步，检测图像中的车牌，通常发生在对象检测步骤中，边缘检测是车牌检测的常用方法。第三步，分割。检测到车牌后进入分割阶段，将区域分割成不同的位置，进行数字和字母的检测。第四步，将每个分割区域识别为数字和字母来读取车牌。

LPR主要由两部分构成：车牌检测和车牌识别。车牌检测的任务是从采集的车辆图像中检测并提取车牌区域，主要包括车牌定位和车牌矫正。车牌识别的任务是从检测到的车牌区域中识别出车牌字符，主要包括字符分割和字符识别。

选择颜色定位法进行车牌定位，利用二值化图像的感兴趣区域计算车牌水平的偏斜角和垂直偏斜角，再将原彩车牌通过刚才计算的角度矫正；最后，对车牌区域进行字符分割，采用改进的LeNet-5深度网络模型进行车牌字符识别。

1.2 目标检测跟踪

该监控系统主要包括检测模块与跟踪模块，检测模块是整个系统的核心所在。目标检测的含义是计算机的卷积神经网络进行大量数据的学习，使其能够在一堆的RGB像素中，比较好地分辨出图片或视频中的检测对象。对多种算法比较后，选出了当前最好的检测框架之一—YOLOv3。跟踪模块采用基于深度学习的目标跟踪算法ROLO，先用YOLO的检测算法得到了跟踪的初始框，然后利用长短时记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）进行空间回归，得到目标所在的位置信息。

在YOLO算法结构中，最明显的特征就是把输入的图像作为一个整体，并将其分割成N×N的网格形式，分别检测每一区域的概率，再通过加权计算得到整块区域的概率，不仅提升了检测速度，还有全局掌控的作用。

2 系统总体设计

2.1 系统思路

在新冠肺炎防控期间，对异地车辆行车智能监控的系统设计从车牌识别、检测和跟踪3个模块着手，对监控视频进行分析，设计了一套完整的系统用于检测外来车辆的出入及其轨迹。首先，对数据样本的选择与处理、各个模块的搭建加以分析；其次，对图像中的物体进行检测，通过车牌识别模块判断车辆归属地，对进入本地的外地车辆进行标记；最后，根据检测结果跟踪、判断驾驶车辆人员进入本地区的活动情况，为减少和控制疫情传播提供帮助。

2.2 系统架构设计

系统硬件由检测层、传输层、应用层3部分组成：（1）检测层，由视频监控系统完成，可以捕捉范围内的多个目标。（2）传输层，通过有线传输或者无线传输。（3）应用层，通过检测系统达到向车牌识别系统提供数据依据的目标，通过车牌识别系统判断车辆归属地及连接数据库存储相关车辆信息，通过车辆跟踪系统跟踪异地车辆，查看人员流动情况，减少新冠肺炎扩散。

对异地车辆的行车监控系统的软件功能主要分为3大模块：车牌识别模块、车辆检测模块和车辆跟踪模块。

（1）检测模块，作用是通过使用大量数据训练完成的检测模块，对通过摄像头捡来的实时监控视频进行检测，分析视频帧中存在几个目标车辆，以供后续的车牌识别模块使用。

（2）车牌识别模块，用来判断车辆归属地信息，根据车牌号与车主相对应的特点在当前情况下对人员流动情况进行有效管理。当车牌属于本地车辆时则无需进行跟踪操作，但是需要保存车牌号并由工作人员提醒车主尽量不要出门；当车牌属于异地车辆时，对该车辆进行标记跟踪操作，控制人口流动，由工作人员做好登记工作，为后续相关工作人员排查减轻负担。

（3）跟踪模块，根据前层检测模块传送过来的检测目标框将跟踪集初始化，之后通过目标跟踪算法对目标集进行跟踪，主要作用是对监控视频中出现的标记车辆进行跟踪，及时捕获车辆位置信息。

3 系统功能

3.1 信息采集功能

车辆信息检测模块完成车辆本身及车标识别和车身颜色检测的工作。系统中的车牌识别模块识别，检测模块检测车辆车牌，并保存识别结果及车辆的车标、颜色等信息，以便后续针对新冠肺炎进行防控操作顺利进行。

3.2 报警提示功能

报警提示功能的作用是在检测到有车辆行驶时，发出警报提示工作人员有车辆经过，不需要工作人员长时间盯着监控装置，减少工作人员负担。当确认属于异地车辆时，可以帮助工作人员进行跟踪定位等相关操作；当确认属于本地车辆时，帮助工作人员通过车牌号并及时联系车主。

3.3 跟踪定位功能

将检测出来的异地车辆利用电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，定位检测目标车辆的坐标并进行跟踪，存储异地车辆的行车坐标轨迹，为存在潜在可能携带新冠肺炎病毒的人员跟踪提供服务。

3.4 轨迹回放功能

回放的作用是当检查某一辆已经经过本地区的异地车辆的活动情况时，可以通过关联数据库查询该车的车牌号来调取该车的行车轨迹，查看该车辆去过的地方，在新冠肺炎防控下为国家节约人力资源。

3.5 话务警告功能

疫情防控工作人员可以通过车牌号确定并联系车主，与被跟踪目标通话，提醒车主在新冠肺炎传播期间不要随意走动，以便对人员流动实行管理，同时，通过远程交流减少工作人员感染概率，以遏制疫情蔓延。

4 结语

此次新冠肺炎疫情是近年来中国乃至世界范围内少有发生的重大突发公共卫生事件，严重危害人们的生命健康。控制人口流动是在采取隔离措施之外，阻止疫情扩散的有效措施，需要根据交通监控视频，针对异地私家车辆流动量进行监控。对异地车辆智能行车监控系统的开发应用在疫情防控期间会极大地减小病毒传播的风险，及时反馈车辆和人员流动的详细情况，为疫情防控提供技术支持。该系统在交通体系下将智能车牌识别系统与车辆跟踪进行结合分析，设计实现对外来车辆的有效跟踪和监控，提高了对外来车辆管理能力，满足了信息化条件下对外来车辆的管控需求，对于践行国家可持续发展，推动智能交通快速高效发展具有重要意义，期待为相关技术领域的发展提供信息支持，为遏制疫情蔓延提供帮助。