基于視頻車(chē)牌識(shí)別的隧道車(chē)輛違章監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究

王 超

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路隧道數(shù)量的不斷增加，隧道由于其特殊的構(gòu)造和環(huán)境，車(chē)輛在其中存在停車(chē)、超速行駛、低速行駛等違法行為時(shí)，會(huì)帶來(lái)極大的安全隱患，容易造成嚴(yán)重后果。在公路隧道的日常運(yùn)營(yíng)中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些違法行為并進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，對(duì)保障隧道的安全運(yùn)營(yíng)意義重大。本文通過(guò)在隧道入洞口、出洞口，隧道緊急停車(chē)帶等位置部署視頻監(jiān)控設(shè)備，并將設(shè)備連接，使設(shè)備之間的圖像數(shù)據(jù)互通互訪，構(gòu)建了一套基于視頻車(chē)牌識(shí)別的公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)公路隧道通行車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)停車(chē)、低速行駛、超速行駛等違法行為進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。

1 項(xiàng)目需求分析

公路作為最基本的運(yùn)輸方式，覆蓋范圍最廣、服務(wù)功能最強(qiáng)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供了便利的條件，由于我國(guó)地勢(shì)多變，隧道的開(kāi)鑿成為建設(shè)交通樞紐干線的重要形式。國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的加快與交通便捷性要求的不斷提升促使了隧道數(shù)量的不斷增加；公路隧道的開(kāi)鑿也大大緩解了城市日益嚴(yán)重的交通壓力，減少了客運(yùn)、貨運(yùn)的運(yùn)輸時(shí)間，極大的改善了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)以及生活狀況。截止到2016年底，遼寧省已建成公路隧道243座，總長(zhǎng)度達(dá)20萬(wàn)延米。

公路隧道由于其特殊的構(gòu)造和環(huán)境，車(chē)輛在其中行駛時(shí)，與在開(kāi)闊的公路上行駛相比。

(1)環(huán)境照度低，行車(chē)能見(jiàn)度差；

(2)環(huán)境噪聲、一氧化碳、煙霧濃度大，影響駕駛?cè)藛T的正常的思維判斷和反應(yīng)。

因此，公路隧道的事故率高，而且一旦發(fā)生事故，救援工作復(fù)雜困難，容易造成嚴(yán)重的交通阻塞，引起二次事故：2014年3月發(fā)生在山西晉濟(jì)告訴公路巖后隧道的慘烈事故，事后調(diào)查分析事故的引發(fā)原因是運(yùn)煤車(chē)輛導(dǎo)致隧道內(nèi)堵車(chē)后，后續(xù)車(chē)輛進(jìn)入隧道發(fā)生追尾碰撞，最后由于甲醛泄露導(dǎo)致悲劇。

當(dāng)前是一個(gè)信息的時(shí)代，特別是交通、購(gòu)物等與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的行業(yè)里，信息的直接、實(shí)時(shí)普及需求尤為突出，而在所有的信息中，圖像信號(hào)帶給人們最為直接的信息，特別是代表先進(jìn)生產(chǎn)力的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是備受人們青睞的信息獲取方式。

在公路隧道的日常運(yùn)營(yíng)中，引入視頻監(jiān)控，構(gòu)建一套基于視頻車(chē)牌識(shí)別的公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)公路隧道內(nèi)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)車(chē)輛在公路隧道中停車(chē)、低速、超速行駛等違法行為，并建立預(yù)警機(jī)制，對(duì)車(chē)輛的違法行為自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，避免因車(chē)輛在隧道內(nèi)的違法行為導(dǎo)致交通事故，增強(qiáng)公路隧道的通行能力，對(duì)保證隧道的安全運(yùn)營(yíng)有著至關(guān)重要的意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)，首先是建立一套由硬件設(shè)備構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該采集系統(tǒng)包含部署在隧道入洞口的車(chē)輛信息采集系統(tǒng)，部署在隧道出洞口的車(chē)輛信息采集系統(tǒng)，和部署在緊急停車(chē)帶的隧道內(nèi)狀況實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)，然后編寫(xiě)了一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含以下子功能：配置信息設(shè)置功能，違章信息車(chē)輛列表顯示功能，歷史違章車(chē)輛查詢(xún)功能，違章車(chē)輛照片展示功能，車(chē)輛白名單設(shè)置功能，隧道實(shí)時(shí)狀態(tài)查看功能。系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。

圖1 公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成圖

在確定公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成后，還需要定義出對(duì)車(chē)輛違章信息的類(lèi)型和預(yù)警方式，公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中有四種類(lèi)型的違章信息：超速行駛(超過(guò)隧道的最高限速80 km/h)，低速行駛(低于隧道的最低限速60 km/h)，疑似隧道內(nèi)停車(chē)(車(chē)輛在隧道內(nèi)停車(chē)，但已駛出隧道，判斷依據(jù)車(chē)輛速度特別緩慢，例如20 km/h),隧道內(nèi)停車(chē)(車(chē)輛在一定時(shí)間還未駛出隧道)，按照危害程度排序：隧道內(nèi)停車(chē)>疑似隧道內(nèi)停車(chē)>低速行駛、超速行駛，預(yù)警方式上，發(fā)現(xiàn)車(chē)輛隧道內(nèi)停車(chē)，實(shí)時(shí)更新到違章車(chē)輛列表中，并以紅色背景顯示，且彈出警示信息的對(duì)話框；發(fā)現(xiàn)疑似隧道內(nèi)停車(chē)，實(shí)時(shí)更新到違章車(chē)輛列表中，并以黃色背景顯示；發(fā)現(xiàn)超速或者低速行駛的時(shí)候，實(shí)時(shí)更新到車(chē)輛列表中。

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是構(gòu)建一套負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備系統(tǒng)，包含一個(gè)布置在隧道入洞口的卡口相機(jī)，拍攝進(jìn)入隧道的車(chē)輛，對(duì)車(chē)輛的號(hào)牌進(jìn)行識(shí)別，記錄進(jìn)入隧道的時(shí)間；布置在出洞口的卡口相機(jī)，識(shí)別離開(kāi)隧道的車(chē)輛，記錄車(chē)輛離開(kāi)隧道的時(shí)間；系統(tǒng)中還包含一個(gè)部署在緊急停車(chē)帶的球形相機(jī)，此球形相機(jī)帶有云臺(tái)，可以控制球形相機(jī)左右上下轉(zhuǎn)動(dòng)，用于查看隧道內(nèi)實(shí)時(shí)狀況；系統(tǒng)還包含一個(gè)交通終端服務(wù)器，終端服務(wù)器與入洞口卡口相機(jī)、出洞口卡口相機(jī)、緊急停車(chē)帶的球形相機(jī)通過(guò)物理連接構(gòu)成一個(gè)局域網(wǎng)，系統(tǒng)的構(gòu)成圖2所示。

圖2 硬件采集系統(tǒng)構(gòu)成圖

2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制，其工作的原理流程如下所描述。

在入洞口卡口相機(jī)和出洞口卡口相機(jī)上部署了視頻車(chē)牌識(shí)別算法。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入進(jìn)入隧道的時(shí)候，入洞口的卡口相機(jī)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行號(hào)牌識(shí)別，并把當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間(精確到毫秒)作為進(jìn)入隧道的時(shí)間；將當(dāng)前車(chē)輛的信息做成記錄，保存到數(shù)據(jù)堆棧中；當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)隧道的時(shí)候，出洞口的卡口相機(jī)識(shí)別車(chē)輛，并從數(shù)據(jù)堆棧中查找當(dāng)前車(chē)輛號(hào)牌的記錄，把當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間(精確到毫秒)作為車(chē)輛離開(kāi)隧道的時(shí)間。

在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，還會(huì)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)制作的獨(dú)立線程，制作數(shù)據(jù)的線程每隔兩分鐘啟動(dòng)一次，執(zhí)行如下操作。

(1)遍歷堆棧中的所有記錄計(jì)算車(chē)輛通過(guò)隧道的時(shí)間，判斷車(chē)輛超速、正常速度還是低速通過(guò)：

超速、低速、或者疑似隧道內(nèi)停車(chē)通過(guò)時(shí)，將記錄更新到數(shù)據(jù)庫(kù)；

(2)對(duì)于只有進(jìn)入隧道的時(shí)間的記錄，則與當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間相比，達(dá)到隧道停車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)，則將該數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

已經(jīng)更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄，將該條記錄從數(shù)據(jù)堆棧中刪除，這樣能保證內(nèi)存使用量在合理的水平，不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致內(nèi)存被耗盡。在完成數(shù)據(jù)制作后，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的當(dāng)天的違章數(shù)據(jù)重新綁定到違章車(chē)輛列表，這樣就實(shí)現(xiàn)了違章車(chē)輛列表中數(shù)據(jù)的更新，用戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)的違章車(chē)輛列表顯示模塊查看所有的違章車(chē)輛數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)原理圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)原理圖

3 系統(tǒng)功能展示

在系統(tǒng)主界面的上部，是配置信息設(shè)置模塊，系統(tǒng)通過(guò)這些配置信息完成與視頻監(jiān)控設(shè)備的連接和互通。與在該模塊中，對(duì)配置信息進(jìn)行展示：交通終端服務(wù)器IP地址、端口號(hào)、用戶(hù)名、密碼、本地服務(wù)器的IP地址、端口號(hào)等信息；還可以配置信息編輯和更改，配置信息都保存再配置文件中，編輯修改完對(duì)應(yīng)信息，系統(tǒng)會(huì)直接將修改后的保存信息到配置文件中，并根據(jù)新的參數(shù)重新訪問(wèn)視頻監(jiān)控設(shè)備，取得相關(guān)的圖像信息數(shù)據(jù)。

在在配置信息設(shè)置模塊的左下方，是違章車(chē)輛列表顯示模塊，默認(rèn)展示的是當(dāng)天從0點(diǎn)開(kāi)始到當(dāng)前時(shí)間的所有違章信息，違章車(chē)輛列表中，記錄了所有超速行駛、低速行駛、疑似隧道內(nèi)停車(chē)、隧道內(nèi)停車(chē)的違章車(chē)輛信息。

違章車(chē)輛列表顯示模塊的右側(cè)，是違章車(chē)輛照片展示模塊，點(diǎn)擊違章車(chē)輛列表中的任意一條記錄，會(huì)顯示車(chē)輛離開(kāi)隧道時(shí)的照片。

系統(tǒng)還可以通過(guò)歷史違章車(chē)輛查詢(xún)模塊查詢(xún)歷史記錄：點(diǎn)擊主界面中的“加號(hào)”按鈕來(lái)展開(kāi)查詢(xún)選項(xiàng)，輸入框右側(cè)的日歷小圖標(biāo)，分別選擇查詢(xún)的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，就可以得到選擇時(shí)間段內(nèi)所有的違章車(chē)輛信息。

在違章車(chē)輛列表中，如果有隧道內(nèi)停車(chē)的車(chē)輛，單擊隧道內(nèi)停車(chē)的車(chē)輛記錄的時(shí)候(紅色背景的記錄)，就會(huì)啟動(dòng)隧道實(shí)時(shí)狀態(tài)查看模塊，即通過(guò)安裝在隧道內(nèi)緊急停車(chē)帶的球形攝像機(jī)，查看當(dāng)前隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)情況，操作球形攝像機(jī)進(jìn)行上、下、左、右進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，查看整個(gè)隧道內(nèi)的情況，對(duì)違章車(chē)輛的狀況進(jìn)行查看和了解，以便采取處理預(yù)案。

系統(tǒng)有車(chē)輛白名單設(shè)置模塊，對(duì)于白名單中的車(chē)輛，不會(huì)進(jìn)行監(jiān)控，可以將隧道運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的巡查或者養(yǎng)護(hù)車(chē)輛設(shè)置為白名單，避免系統(tǒng)誤報(bào)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

公路隧道監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)利用C#.net編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，已在遼寧省內(nèi)境內(nèi)鶴大高速的一座隧道上線試運(yùn)行，實(shí)際的運(yùn)行表明：該系統(tǒng)能夠?qū)?chē)輛的違法行為取得較好的檢測(cè)效果。后續(xù)的主要工作：繼續(xù)完善該系統(tǒng)，降低誤報(bào)率，并且修改系統(tǒng)，由只能監(jiān)控單個(gè)隧道變更成可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)隧道的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。