基于視頻感知的公路交通事件檢測技術

李家偉，朱春輝，毛明潔，劉宇涵

（1.南京智行信息科技有限公司，江蘇 南京 211100；2.中猶（南京）智慧城市創新研究院有限公司，江蘇 南京 211100；3.江蘇前沿交通研究院，江蘇 南京 211100）

1 基于視頻感知的公路交通事件

交通事件檢測是通過攝像機和計算機模擬人眼視覺功能，分析攝像機拍攝的道路交通的視頻圖像，檢測運動物體/非運動物體在檢測區域內的活動變化，從而實現對車輛、行人等交通目標的檢測，分析、判斷交通行為內容，完成交通事件的信息采集、分析與存儲能工作。

1.1 公路交通事件的種類

從“人”“車”“路”3個因素層面對交通事件進行分類：按事件責任主體分類可分為機動車事件、非機動車事件、行人事件以及其他事件，按照事件后果分類可分為輕微事件、一般事件、重大事件以及特大事件，按照事件對象分類可分為車與車的事件、車與人的事件、車與路的事件、人與人的事件、人與車的事件、人與路的事件以及車的事件、人的事件、路的事件。

從交通管理層面對交通事件進行分類可分為路網管理事件、公路養護事件及路政管理事件3類。其中路網管理事件主要包括交通擁堵、違法停車、車輛逆行、交通事故4類，公路養護事件主要有拋灑物、路面污染、路面病害和交安設施損毀、缺失4類，路政管理事件主要由違法設攤、打谷曬場、違法非公路標志及廣告、違法搭接道口、路側堆積物5類交通事件組成[1]。

1.2 基于視頻的交通事件檢測方法

基于視頻的交通事件檢測方法主要分為3個步驟：①建立背景模型；②確定識別目標并跟蹤目標，獲取目標運動參數；③判斷運動目標行為并進行篩選描述。其主要通過對攝像頭捕捉到的視頻圖像進行前景、后景的區分，對區分后的結果進行處理，提取出前景目標，確定其位置、形狀、尺寸等特征，對其進行目標跟蹤，描述其運動軌跡，捕捉其動態情況，將之與模型訓練得出的目標特征進行匹配，從而判斷其運動目標行為狀態。

2 各國基于視頻感知的交通事件檢測的實際應用

2.1 美國

美國是最早提出將機器視覺應用于交通方面的國家，明尼蘇達大學研發出了世界上第一個可以實際應用的基于視頻檢測技術的車輛檢測系統。ISS公司基于明尼蘇達大學的視頻檢測算法，研制出了全世界最先獲得國際專利的交通檢測產品AutoScope。經過20多年的發展，該系統己成為全球安裝最多、滿足國際各種工業標準最多、最成熟的視頻車輛檢測技術，其市場占有率約為45%[2]。

2.2 法國

法國在交通事件視頻檢測方面的研究開始時間與美國相差無幾，研發出了具有國際領先水平的Citilog系統，該系統能夠自動檢測車輛停駛、交通擁堵、行人檢測、車輛慢行、超速車輛、煙霧交通事故、車輛逆行、物品拋灑、車頭時距過小、車輛排隊過長、火災事件、遇難事件、團霧等多種交通事件，并可根據實際道路情況進行詳細調節。該系統能夠全天候、智能化、實時地自動檢測輸入的視頻圖像信息。

2.3 日本

日本與美國幾乎在同一時期開展了基于視頻檢測技術的交通事件的研究，并在目標跟蹤檢測方面的投入最多且最為深入，東京大學在目標檢測與跟蹤的處理速度在實驗情況下可達15幀/s。日本一些研究學者基于時空馬爾科夫隨機場開發出了一種能夠自動檢測出車輛擁擠、碰撞等交通事件的檢測系統。

2.4 中國

國內對于交通事件的檢測主要基于神經網絡、小波變換、支持向量機、模糊理論等理論。中國雖在視頻檢測技術的研究方面起步較晚，但隨著中國交通事業的不斷進步與發展，越來越多的研究機構、企業公司開始關注這方面的研究與應用，開發出了一些基于視頻檢測技術的交通事件識別系統，如深圳的Video Trace、清華的Visatram、智達威路特等。

3 交通事件視頻檢測技術

隨著計算機軟硬件技術、計算機視覺、數據圖像處理技術、人工智能技術的發展，視頻檢測技術在交通領域應用的范圍越來越廣。基于視頻分析的高速公路智能事件檢測系統，主要是利用安裝在外場、隧道、橋梁等道路上的攝像機對交通情況進行實時監控，通過先進的視頻檢測算法及時發現并上報特定的交通事件，幫助管理人員快速發現道路異常情況，以及時處理，使道路盡快恢復通暢，并可在一定程度上預防交通事故的發生。

目前交通事件檢測技術主要由自動檢測技術和非自動檢測技術2類組成，其具體分類情況如圖1所示。而中國交通視頻圖像數據獲取的媒介主要由固定式設備與移動式設備2類組成。

圖1 交通事件檢測技術分類

3.1 固定視頻巡查方式

固定式設備主要為公路管理部門在普通國省干線公路關鍵路段、節點布設的視頻監控系統，運用計算機圖像識別技術，對交通事件進行智能識別并實時監測預警，通過機動車牌自動識別功能拓展電子警察功能，通過有線網絡及無線數據通信網絡進行組網互連應用[3]。視頻車輛監測涉及到計算機圖像處理、模式識別、信號處理和信號融合等多個學科，對圖像識別的技術要求較高，對復雜背景環境的適應性較差，相較于其他車輛檢測技術而言，具有以下4點優勢：①安裝簡便，對路面破壞性小，易于移動，維護費用低，易于升級，可最大限度地利用原有的監控設備；②直觀可靠，便于管理人員干預，檢測范圍廣，獲取信息豐富；③可提供現場錄像，重現現場交通場景，為研究交通事件、改善交通管理方法和處理交通事故提供了大量的信息；④對周圍環境沒有影響，污染程度低，檢測器之間干擾小。

固定式視頻監控設備設置如圖2所示。

圖2 固定式視頻監控設備

固定攝像機一般設置于道路兩側的路桿上，目前市面上大多視頻監測設備都已備有對交通事件檢測的功能模塊，可以實現自動識別車輛行為、檢測交通參數數據。其中交通事件檢測系統的業務流程如圖3所示。

圖3 事件檢測系統的業務流程

3.2 移動視頻巡查方式

移動式設備主要為路政管理部門的路政巡邏車、無人機等，其主要依賴于無線網絡、5G技術進行數據傳輸，由于移動式設備存在著覆蓋面小、感知速度慢、上傳時間長等問題，因此目前主要依賴于固定式設備的視頻感知結果。

路政巡邏車作為路政管理部門最主要的機動手段在道路上進行巡檢，可以靈活快速地到達指定地點，在道路巡邏時能夠實時觀測道路情況，能以固定攝像機難以觀測的角度進行觀察，由于攝像機一般固定在車輛前方，其與路面距離較近，因此更易對路面病害、標志標線、拋灑物等交通事件進行識別，如圖4所示。

無人機在參與城市交通管理時能夠發揮自己的專長和優勢，不僅可以從宏觀上確保城市交通發展規劃貫徹落實，而且可以從微觀上進行實況監視、交通流的調控，確保交通暢通，應對突發交通事件，幫助相關部門管理解決交通頑疾[4]。

相比傳統航攝方式，無人機測繪不僅能提升數據的精度，還能提高效率。無人機系統提供全新的公路交通監控方式，搭載高清攝像機，對公路進行全程全方位拍攝，提供強有力的技術保障，如圖5所示。

圖4 路政巡邏車

圖5 無人機

4 結束語

本文從視頻檢測技術角度出發，總結歸納了國內外交通事件檢測技術發展應用情況、國內關于視頻感知方面的標準制定情況及交通事件所依靠的視頻檢測技術方式。依托于視頻技術進行交通事件的檢測判斷，有助于輔助相關管理部門更好、更全面地進行交通把控，實現交通運輸服務與管理的智能化。