高速公路服务区精细化管理中智能视频分析技术的应用研究

王昕、朱悦敏

（1.广东飞达交通工程有限公司，广东 广州 510000；2.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

高速公路服务区一直是高速公路必不可少的设施，满足司乘人员在交通出行过程中的各项基本生活需求。按照规范《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）中对高速公路服务设施的相关规定：服务区平均间距宜为50km，停车区与服务区之间的间距宜为15～25km；高速公路服务区应设置停车场、加油站、车辆维修站、公共厕所、室内外休息区、餐饮、商品零售点等设施。

随着经济的快速发展和社会的不断进步，广大人民群众对国家高速公路网及其服务配套设施的要求也逐步提高。信息化、智能化的服务管理技术作为目前实现我国高速公路管理一体化服务管理的主要技术手段，是一种现代化的“互联互通、信息共享、协同服务”综合信息化服务理念[1]。将现场服务人员与后台管理人员、司乘人员、司乘车辆等基本要素，通过物联网、云计算、传感信息技术、管理系统等技术紧密联系在一起，将安全通行、高效指引、智能联动的理念推广到我国高速公路服务区的各项业务中。管理信息系统之间的信息互联、交流与综合利用，能够有效促进我国高速公路综合服务区的经营管理体制科学化、服务管理模式的优化创新。

1 智能视频分析技术的基本概念

智能视频分析技术是计算机图像视觉技术在安防领域应用的一个分支，是一种基于目标行为的智能监控技术。智能视频监控技术（IVS，Intelligent Video Surveillance）是人工智能研究的一个分支，它在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算机能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容。如果把一台视频摄像机当作人的眼睛，这个新的智能视频分析报警系统就相当于人的大脑。基于视频内容的分析就是对目标进行识别（如人、物、图标等）和对目标是否触碰或者违背了所设定的规则进行判断，另外也包括对于环境条件发生变化时的分析。

视频监控通常有两种类型的智能视频分析技术：第一种是基于智能视频处理器的前端解决方案。在这种工作模式下，所有目标跟踪、行为评估和报警触发都由智能前端分析设备完成，只有报警信息通过网络传输到监控中心。第二个是基于计算机的智能后端视频分析解决方案。在此模式下，前端摄像头仅具有基本的视频捕获功能，所有视频分析必须在后端或关键节点收集，以便计算机进行统一处理。市场上主要采用第一种方法，视频分析设备放置在IP 摄像头后面，可以有效节省视频流占用的带宽。第二种方法只能控制几个中央监控点，对计算机性能和网络带宽提出了很高的要求。

2 高速公路服务区精细化管理的主要目标和措施

高速公路服务区内的停车位、充电装置、餐饮店铺及其他重要道路公共资源的利用率，决定高速公路相关服务设施的服务接待、管理能力。服务区精细化管理的主要服务目的就是针对每一位出行者、营业者和管理者的实际需求，提供更加安全、便捷、高效、人性化的服务。

高速公路管理部门和服务区运营部门运用精细化的管理理念和管理技术，对高速公路服务区内的相关设施和活动进行管理，使服务区管理高效化，使用程序化、标准化的数据和信息资源实现高质量的活动。

服务区精细化管理手段除了建立健全的组织机构、完善的规章制度、有效的管理机制外，还应包括对各项设施、服务和业务的管理。例如：各设备设施的巡检和维护，各指示标志指引的正确性和合理性，餐饮及加油等服务人员证照的完整及规范操作，场区环境的保持，停车位定位及引导方式等等。总的来讲，就是人的管理、车的管理、环境的管理。而其中重中之重，就是人与车如何实现安全的交互，究其根本，即车辆引导。

3 高速公路服务区智能视频分析的要点

在智能视频分析技术中，对于人和车辆的轨迹分析无疑是重点内容，因为绝大多数智能视频分析的原理和规律都直接关系到个人[2]。在智能视频分析中，用户必须首先指定一个不规则和任意形状的检测区域，然后在该区域启用各种检测功能。智能视频分析包括：入侵检测、人脸检测、目标检测、入口检测、下坡检测、徒步检测、后方检测、停车检测、方向检测、速度检测、分类检测、高度检测、颜色检测、废弃物体检测、物体运动检测（检测物体是否被移除）、火焰检测、烟雾检测、计数功能、遮挡检测、自动跟踪、目标密度检测等。

其中，涉及服务区智能视频分析的主要内容包括：

车流总量（辆/h）：由用户设定的时间间隔内检测到的车辆数量。

车辆速度（km/h）：时间间隔内的平均速度。超过和低于用户设置的阈值速度的车辆速度。

车间距（m）：相邻车辆之间的距离。

车辆密度：侦测监控视场内车辆的拥挤程度。

排队：可检测车辆的排队长度。

逆向行驶：反方向行驶的车辆。

跨线行驶的车辆：不按标线行驶的车辆。

违章停车：在非法停车处停车的车辆。

为了能够适应各种不同的立体摄像机，如安装时的位置和拍摄角度、视场景的尺寸和图像大小，基于所有的需要自动采集的二维立体图像场景，建立三维的立体图像模型也是一中有效的检测手段。利用三维的立体图像模型场景，手动设置与其模型相关的图像检测条件参数，再将三维的立体图像模型直接映射到二维的图像场景中。

在更加高级的智能数据采集和分析中，针对变焦相机的场景变化进行了自动响应而不必额外设定，但是这一技术并不成熟。对于物体、图标等的辨认原理和方法与普通人的辨认类似，应用了三维模型、机器人自动学习、模式识别库等技术，使它们能够有效地辨认和识别物体。对于不同的物体，可以增加该物体的特点，获得一个比较好的辨认和识别结果。例如，对于汽车进行识别，可以增加汽车的灯、车窗、汽车、身份等方面的特点来识别；对于汽车图标的辨认，可以增加汽车的图案、纹理等多个方面的特点。根据具体应用领域对其进行专门的优化，有助于更好地识别目标。

4 高速公路服务区精细化管理中智能视频分析技术的应用

在一系列精细化管理的过程中，智能视频分析技术的加入，除了有效实现管理信息的存储、管理手段的检验和分析以外，也具有有效打击非法追捕或者打击逃费的重要作用[3]，将高速公路服务区打造成为一个智慧化和体验式的现代化综合服务区[4]。

在高速公路服务区内，智能视频分析技术可对车辆的精细化管理，实现以下应用：

进入服务区时，对各车辆的号牌、车型进行识别和记录，为其规划适合的停车区域，同时与道路入口信息等关键数据进行比对，预先判断车辆运载货物是否为危化品、管控产品。对高危车辆分配隔离车位。

通过车位视频识别技术，多维度利用车辆功能特点信息分析、车牌信息捕捉等方式进行精细化管理。并通过对来往车辆进行分析统计，调整原始停车位的数量和位置，综合优化场区布局。

在出口处，设置相关的视频识别设备，将出口车辆的车牌、车型等信息进行视频识别比对，初步判定货车在服务区内是否存在停车甩卡、换卡或倒挂等各类逃费停车行为。

5 高速公路服务区智能视频分析技术的系统构成

智能视频网络智能数据分析处理技术正在成为我国新型高速公路相关服务区自动精细化服务管理的重要模式。该系统的网络方式如图1所示。

图1 高速公路服务区智能视频分析系统网络图

系统前端利用对车辆的特征信息进行采集和识别的装置，采集出入口的车辆或人流量等信息，传送至后台的服务器；服务器对服务区各个出入口车辆的类型进行比对和分析，得出相应车型的识别结果；服务器可以根据各个类型的识别结果和服务区各个停车场闲置的车位数量，向停车引导显示屏上自动发送出入口的车辆引导信息。

对已经进入服务区内的危化品运输车辆进行安全监控，对未能按照规定停放在危化品运输专用区车位的车辆发出警告。人流量的统计与分析系统可以实时地分析各个服务区的人流量以及活动情况，为管理者提供管理依据。综合全面地应用数字视频分析处理技术、网络传播技术、自动化控制技术、人工智能技术等，通过各个服务区之间的通信网络，将服务区的检测站点互联互通，并将所有的监控信息及时地推送到移动终端。

基于智能视频技术的高速公路服务区管理方式，是一种现代化服务区车辆及设备的自动化管理系统，可以有效提高服务区内的停车场车位和道路的综合利用率，最大程度地提高服务区的车辆接待能力，同时具有对其他服务区的汽车逃费网络攻击控制功能，将服务区完全置于计算机管理下的高科技机电一体化产品[5]。

6 结语

总之，智能视频技术在高速公路服务区管理中具有非常重要的地位。通过对服务区监控信息的分析和管理，突出智能管理的优势。虽然现阶段智能视频技术的应用还存在一些问题，但通过科学技术的进步，这些问题将一一得到解决，技术将不断优化和创新，使其在高速公路服务区的管理中发挥更好的作用。以全面提高我国服务业社区安全管理信息系统的运行能力、管理水平等作为课题研究目标，介绍了该系统的基础架构设计、功能结构设置以及实现模型，为开发服务区运行信息管理系统提供了重要的技术支持。