智能交通與視頻分析技術

文｜ 北京漢邦高科數字技術股份有限公司 張 營

智能交通與視頻分析技術

文｜ 北京漢邦高科數字技術股份有限公司 張 營

1 智能交通系統的由來

社會生產力的發展推動著交通運輸現代化的進程，然而在享受著現代化交通帶來的巨大便利的同時，人們也面臨著道路擁擠堵塞、交通事故頻發等問題帶來的嚴重困擾。交通需求不斷增長、交通系統日益復雜，單獨從車輛方面或道路方面考慮，均很難有效地解決交通問題。于是，近年來把道路、車輛乃至凡與交通有關的一切事物都涵蓋其中的智能交通系統（Intelligem Transportation System，ITS）的研究開發應運而生。

2 智能交通系統概述

智能交通系統是一種實時、高效、全方位的綜合交通運輸管理系統；是將先進的信息技術、定位導航技術、數據通信傳輸技術、自動控制技術、圖像分析技術以及計算機網絡和信息處理技術等有效地綜合運用于整個交通管理體系，實現人、車、路三者的緊密協調、和諧統一的，大范圍內全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸管理系統。

智能交通系統可以為交通部門及時、準確地提供諸如車流量、道路擁塞度和事故監控等交通信息，使交通部門能有效地獲取有關交通狀況的信息并進行處理，從而提高交通管理系統在交通監視、交通控制、出入控制、救援管理等方面的準確性和調控作用。

目前得益于人工智能計算機視覺技術和硬件技術的飛速發展，圖像和視頻技術已經廣泛應用于新一代智能交通系統中。計算機視覺就是利用各種成像系統代替視覺器官作為視覺信息輸入手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺不僅能使機器感知環境中的幾何信息，包括位置、大小、形狀、運動等，還能對它們進行描述、解釋和理解。計算機視覺技術為交通系統提供了直觀方便的分析手段。交通環境中的大量信息，如車輛、交通標志和路面標識等都源于視覺；用計算機視覺來處理和理解這些信息可以說是一種必然的選擇。

3 智能交通系統的主要內容

智能交通系統的核心大體包括五部分：

（1）交通管理系統

交通管理系統是一種主動控制的綜合管理系統，包括智能交通管理系統、交通信息系統、路徑誘導系統、車輛運行管理系統、公共交通運行系統、交通公害減輕系統六個子系統。

（2）交通信息系統

交通信息系統由無線數據、交通信息通道、車載移動電話接收信息系統、路由引導系統及選擇最佳路由的電子地圖所組成。

（3）車輛控制系統

車輛控制系統主要包括行車安全警報系統與行車自控和自動駕駛系統兩部分。

（4）公共交通系統

公共交通系統由公共交通車輛定位系統、客運量自動檢測系統、行駛信息誘導系統、自動調度系統、公交計費系統、視野支持系統和旅客服務系統等組成。

（5）電子收費系統

電子收費系統包括電子自動收費設備、不停車自動收費系統、停車引導和收費系統幾部分；使用電子卡、電子標簽實現行駛或進出停車場車輛的計算機自動收費，實現地面交通費用收繳的自動化，從而減少停車延誤，提高交通動態、靜態化能力和運營效率。

4 國內智能交通系統現狀

目前國內智能交通系統的主要應用還是集中在智能視頻監控功能上，但實際的監控任務仍需要較多的人工完成；在很多情況下，視頻監控系統所提供的信息是沒有經過任何解釋的視頻的裸數據，不能充分發揮其應有的實時機動的監督作用。另一方面，為了防止一些車輛和行人的違章、違法行為，對無人值守的視頻監控系統的需求量日益上升。建設這類系統的主要作用是減少對人工的依賴，自動完成復雜環境中對人和車輛的實時觀測以及對感興趣目標的行為分析和描述。這些任務涉及到計算機視覺領域中的許多核心技術，基于視頻場景分析、行為理解等諸多后續處理的，對感興趣目標的持續跟蹤是其中之一。

5 智能視頻分析技術概述

智能視頻分析技術起源于計算機視覺技術；它通過綜合應用圖像增強處理等技術，在實現目標與背景分離的基礎上，進行目標特征信息與預先設置的模板或規則的比對，從而自動識別感興趣的目標、行為、事件或數據并產生報警，必要時可驅動對異常目標的自動跟蹤并聯動其他安防設施，可顯著提高安全防控整體效率和能力。同時，利用安防智能視頻分析技術實現基于時間、地點以及語義特征描述的歷史視頻信息智能化查詢搜索，可以為公安機關偵察辦案提供高效的查證手段。

6 智能視頻分析應用系統的基本架構

智能視頻分析應用系統總體架構主要有以下三種模式：

（1）前端嵌入式

前端嵌入式架構即將智能分析功能模塊前置于視頻采集前端設備中，共享攝像機圖像處理芯片或專用高性能DSP為智能分析引擎，實現對異常目標、行為、事件的智能分析的架構。這種架構不受圖像傳輸環節影響，可緩解視頻傳輸及后臺存儲壓力；同時由于是利用非壓縮原始圖像進行智能分析，因而實時性好，針對性強，便于大規模部署。不足之處是難以支撐復雜的智能分析應用；且由于前端處理壓力大，對前端設備集成散熱工藝和穩定性的要求較高，比較容易受環境因素制約。另外，前端嵌入式智能分析軟件升級困難，這會在一定程度上增加安裝調試與運行維護的難度與成本。

（2）后臺服務器式

后臺服務器式架構即將智能分析應用部署在安防監控中心的專用服務器（群）或專用客戶端中的架構。這種架構能夠有效地解決前端處理能力不足的問題，可以利用強大的后臺處理能力實現復雜目標、行為、事件的智能分析；與其他專業應用系統的融合方便，有助于拓展智能分析應用范圍；由于智能分析引擎處于后臺運行環境下，系統工作穩定性較前端嵌入式架構大幅提高，且智能分析軟件升級方便，系統運行維護壓力得以有效降低。這種架構比較適用于階段性固定監控場景（如大型活動）的智能分析應用，但對后臺服務器性能配置要求較高，智能分析水平容易受圖像傳輸鏈路帶寬限制，實時性能不夠理想，應對大規模智能分析應用顯得力不從心。

（3）分布式混合式

分布式混合式架構即將部分相對簡單的視頻預處理功能前置于攝像機（或前端視頻服務器）中，完成目標特征數據的提取、打包、發送，后臺智能分析引擎接收目標特征數據，完成其與預設規則或模塊的比較分析并自動產生報警的架構。這種架構可使前端智能分析壓力得以降低，令后臺服務器只需要對目標數據進行分析；與其他專業應用系統融合方便，能夠提高智能分析的效率和能力，比較適用于大規模、高性能的智能分析應用；但系統部署整體代價及運行維護壓力不容低估。

7 智能交通系統與視頻分析技術應用

目前在北京，京藏、京承、京港澳三條高速公路已經實現了視頻的智能監控；地鐵回龍觀站、天通苑站、西單站、國貿站、東單站也將利用先進的智能視頻監控系統得到軌道路網客流實時狀態信息，為乘客提供軌道擁堵信息服務；同時在19個公共汽車換乘車站和大客流車站的出入口、站臺、換乘通道、列車兩端安裝了178套客流感知和圖像監控設備，實現客流流量和密度的實時檢測和預警、預報。

8 結束語

在公路交通智能化飛速發展的21世紀，智能交通技術的普及將有效地減少交通事故的發生，促進對交通資源的有效合理利用——這在降低環境污染的同時也有助于最大限度地發揮交通基礎設施的優勢效能，提高交通運輸系統的運行效率和服務水平，為公眾的出行帶來方便。