固定視頻在普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)巡查中的應(yīng)用

孫 滿(mǎn),郭建華,高俊啟

(1.徐州市公路事業(yè)發(fā)展中心,江蘇 徐州 221006;2.東南大學(xué) 智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心,江蘇 南京 211189;3.南京航空航天大學(xué),江蘇 南京 210016)

0 引言

公路管理部門(mén)在國(guó)省道路網(wǎng)中建設(shè)有較多的固定視頻[1-3]。這些固定視頻目前用途較為單一,主要用于監(jiān)視路段的交通運(yùn)行情況,保障公路的安全和暢通。然而,固定視頻監(jiān)控所提供的視頻資源也是普通國(guó)省道管理的重要資源,非常有必要開(kāi)發(fā)其擁有的潛在功能。本文將固定監(jiān)控視頻引入普通國(guó)省道的日常養(yǎng)護(hù)巡查,輔助以車(chē)輛巡查為主的日常巡查方式,試圖降低養(yǎng)護(hù)部門(mén)人員上路巡查強(qiáng)度,提高養(yǎng)護(hù)部門(mén)工作效率,具有非常重要的意義。

視頻巡查手段在道路養(yǎng)護(hù)及相關(guān)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。李家輝[4]在研究道路清潔車(chē)的智能化程度時(shí),利用圖像邊緣檢測(cè)獲取垃圾物輪廓,進(jìn)而計(jì)算垃圾物占路面清掃面積的比例,即路面垃圾物的覆蓋率。通過(guò)灰度化處理,將圖片上像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為0～255,對(duì)處理完成的圖片中像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行遍歷,進(jìn)而可求得路面垃圾物覆蓋率。王昂千[5]在研究視頻監(jiān)控前端點(diǎn)位視場(chǎng)重合度計(jì)算方法時(shí),提出了一種針對(duì)公共區(qū)域攝像機(jī)監(jiān)控區(qū)域重疊程度的計(jì)算和評(píng)價(jià)方法,用以指導(dǎo)公共區(qū)域視頻監(jiān)控前端點(diǎn)位的布局合理性評(píng)判。韋波等[6]提出了一種海面垃圾檢測(cè)算法,通過(guò)計(jì)算前后兩幀兩物體間重合的面積,得到重合度的計(jì)算公式。武小川等[7]提出了一種基于A(yíng)SM的跟蹤彩色非剛性物體的方法,在使用ASM方法對(duì)視頻圖像中的物體定位時(shí),利用HSV模型的顏色感知性?xún)?yōu)勢(shì),采用基于輪廓的色調(diào)匹配法,同時(shí)研究幀間物體重合度對(duì)定位效率的影響。

雖然視頻在道路養(yǎng)護(hù)等相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了諸多研究,但是在針對(duì)普通國(guó)省道的日常養(yǎng)護(hù)車(chē)輛巡查中的輔助應(yīng)用較少,同時(shí)對(duì)車(chē)輛巡查和基于固定視頻巡查所得到的養(yǎng)護(hù)事件重合度的研究相對(duì)較少,限制了進(jìn)一步推動(dòng)固定視頻在普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)巡查中的應(yīng)用。因此本文針對(duì)基于固定視頻對(duì)普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)巡查,提出基于固定視頻的日常養(yǎng)護(hù)輔助巡查方法,并給出視頻巡查相對(duì)于車(chē)輛巡查所得到的養(yǎng)護(hù)事件的重合度計(jì)算公式。以某國(guó)道市區(qū)段為例,進(jìn)行了方法的應(yīng)用,計(jì)算一定時(shí)期內(nèi)的重合度,并提出了提高重合度的建議。

1 固定監(jiān)控概況

某國(guó)道市區(qū)段起止樁號(hào)范圍為K775+481～K799+970,全長(zhǎng)24.5 km。該路段布置于路面上部的攝像機(jī)共24處。布置的球機(jī)以300萬(wàn)像素為主,槍機(jī)以400萬(wàn)像素為主。如圖1所示給出了該路段(K775+481～K799+970)的視頻監(jiān)控間距,由于道路線(xiàn)形等的影響,固定監(jiān)控的布置間距并不平均,最遠(yuǎn)間距為1 600 m,平均間距1 000.2 m。

圖1 攝像頭間距分布

為評(píng)價(jià)該路段的視頻監(jiān)控對(duì)普通養(yǎng)護(hù)事件的覆蓋情況,以面積為0.13 m2的坑槽作為典型養(yǎng)護(hù)事件,對(duì)該段道路的固定視頻覆蓋率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。為此,定義每一個(gè)固定監(jiān)控能看清0.13 m2坑槽的最遠(yuǎn)距離為該監(jiān)控的可視距離,并以所有視頻監(jiān)控的累積可視距離與路段長(zhǎng)度之比定義為針對(duì)該養(yǎng)護(hù)事件,即坑槽的固定視頻覆蓋率。計(jì)算得到該路段固定視頻監(jiān)控的固定視頻覆蓋率為40%。

2 重合度

2.1 計(jì)算方法

本文將基于固定視頻巡查得到的養(yǎng)護(hù)事件稱(chēng)為視巡事件,將基于車(chē)輛巡查得到的養(yǎng)護(hù)事件稱(chēng)為車(chē)巡事件。在視巡事件和車(chē)巡事件處于同一時(shí)空的前提下,視巡工作人員和車(chē)巡工作人員對(duì)于同一條路進(jìn)行巡查,在同一樁號(hào)下,視頻巡查和車(chē)巡到相同養(yǎng)護(hù)事件的概率定義為重合度,計(jì)算見(jiàn)式(1)。

(1)

式中,E為車(chē)輛巡查發(fā)現(xiàn)的總養(yǎng)護(hù)事件數(shù);Ei為車(chē)輛巡查和視頻巡查到相同養(yǎng)護(hù)事件的次數(shù);i為養(yǎng)護(hù)事件類(lèi)型。

2.2 巡查方法

為挖掘固定視頻在普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)巡查中的價(jià)值,給出基于固定視頻的日常養(yǎng)護(hù)輔助巡查方法。在進(jìn)行車(chē)輛巡查和利用固定視頻進(jìn)行巡查的過(guò)程中,需要對(duì)同一條路在同一時(shí)間開(kāi)始巡查,即選擇相同的起點(diǎn)和終點(diǎn),以相同的起始樁號(hào)為準(zhǔn),使得2種巡查事件處于同一時(shí)空。這樣,針對(duì)得到的視巡事件和車(chē)巡事件,可以進(jìn)行重合度的計(jì)算,以判斷視頻輔助巡查的可用性。

在進(jìn)行車(chē)輛巡查時(shí),要滿(mǎn)足我國(guó)日常養(yǎng)護(hù)巡查的要求,即在高速公路和一級(jí)公路上巡查車(chē)輛速度不宜大于60 km/h,二級(jí)及二級(jí)以下公路巡查車(chē)輛速度不宜大于40 km/h。

在進(jìn)行視頻巡查時(shí),要按照選定路段上的攝像頭順序進(jìn)行視頻巡查。在視頻巡查過(guò)程中,記錄每一個(gè)事件的內(nèi)容、時(shí)間和樁號(hào)。由于攝像頭方向設(shè)置靈活,可以調(diào)整攝像頭方向,以對(duì)路段的2個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行巡查。先預(yù)設(shè)攝像頭前后2個(gè)位置,位置范圍宜設(shè)定在可清晰看到養(yǎng)護(hù)事件的范圍內(nèi),對(duì)于遠(yuǎn)處模糊可疑的事件再拉近放大仔細(xì)判定。完成當(dāng)前攝像頭的巡查工作后,按攝像頭的順序,進(jìn)行下一個(gè)攝像頭的視頻巡查。

視頻巡查時(shí)從近到遠(yuǎn),按照路面邊緣、路面行車(chē)道、中間帶的順序,盡可能覆蓋可視范圍內(nèi)的全部道路結(jié)構(gòu),關(guān)注路面邊緣內(nèi)(護(hù)欄傾倒或損壞、路緣石缺失、蓋板缺失、百米樁、路肩堆積雜草等)、行車(chē)道內(nèi)(路面污染、各類(lèi)破壞、施工占道等)、中間帶內(nèi)(護(hù)欄傾倒或損壞、防眩板缺失、修剪、路緣石傾倒扶正、蓋板缺失等)各類(lèi)養(yǎng)護(hù)事件。

3 結(jié)果與分析

為驗(yàn)證視頻巡查的可行性,自2023年7月29日至2023年9月16日,對(duì)某國(guó)道K775+481～K799+970路段進(jìn)行了同一時(shí)空下的車(chē)輛巡查和視頻巡查,共巡查7周。巡查中得到的車(chē)輛巡查事件數(shù)和視頻巡查事件數(shù)及兩者的重合事件數(shù)如表1所示。

表1 重合率計(jì)算

根據(jù)式1可知,該路段視頻巡查養(yǎng)護(hù)事件重合度為14.7%。同時(shí)對(duì)視頻巡查和車(chē)輛巡查均發(fā)現(xiàn)的養(yǎng)護(hù)事件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),如表2所示,視頻巡查和車(chē)輛巡查共同發(fā)現(xiàn)的養(yǎng)護(hù)事件距離攝像頭較近,最遠(yuǎn)距離為300 m。

表2 車(chē)輛巡查和視頻巡查重合事件

同時(shí),對(duì)車(chē)輛巡查發(fā)現(xiàn)而視頻巡查未發(fā)現(xiàn)的養(yǎng)護(hù)事件進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)這類(lèi)事件未被視頻發(fā)現(xiàn)的主要原因是距離固定視頻監(jiān)控?cái)z像頭較遠(yuǎn)、視頻難以發(fā)現(xiàn)或檢查人員意識(shí)不到,如裂縫、百米樁和防撞桶標(biāo)識(shí)缺失等。還有一些養(yǎng)護(hù)事件距離攝像頭很近,視頻沒(méi)有看到主要原因可能是這些事件持續(xù)時(shí)間不是很長(zhǎng),視頻還沒(méi)檢查到,可能已經(jīng)完成,如清理路肩雜草、清理路肩堆積物、墊水毀等。

另外,對(duì)視頻巡查發(fā)現(xiàn)而車(chē)輛巡查未發(fā)現(xiàn)的事件也進(jìn)行了分析。對(duì)于視頻發(fā)現(xiàn)而車(chē)巡沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的事件,有可能車(chē)巡人員車(chē)速較快,沒(méi)有注意到,也有可能事件不在同一個(gè)時(shí)空里,即視頻發(fā)現(xiàn)了,等車(chē)巡人員也發(fā)現(xiàn)時(shí),事件的位置或樁號(hào)發(fā)生變化,導(dǎo)致不認(rèn)為是同一個(gè)事件,如中間帶修剪、養(yǎng)護(hù)施工等。

根據(jù)本路段現(xiàn)有條件,路段全長(zhǎng)24.5 km,監(jiān)控設(shè)施平均間距1 000.2 m;對(duì)于面積為0.13 m2的坑槽而言,其固定視頻覆蓋率為40%,這直接導(dǎo)致本路段養(yǎng)護(hù)事件重合度較低,為14.7%。如果要提高養(yǎng)護(hù)事件重合度,必須進(jìn)一步提高本路段監(jiān)控設(shè)施數(shù)量或提高監(jiān)控設(shè)施分辨率。

4 結(jié)語(yǔ)

固定視頻是普通國(guó)省道管理的重要資源。本文為了挖掘固定視頻在普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)巡查中的作用,給出了基于固定視頻的普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)輔助巡查方法,并基于車(chē)巡養(yǎng)護(hù)事件和視巡養(yǎng)護(hù)事件,定義了車(chē)輛巡查和視頻巡查的養(yǎng)護(hù)事件重合度,提出了養(yǎng)護(hù)事件重合度計(jì)算方法。對(duì)24.5 km試驗(yàn)路段監(jiān)控設(shè)施的情況進(jìn)行了客觀(guān)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)監(jiān)控的布置間距受到道路線(xiàn)形的影響,分布不平均,平均間距為1 000.2 m,且監(jiān)控球機(jī)分辨率以300萬(wàn)像素為主,槍機(jī)以400萬(wàn)像素為主,針對(duì)典型的坑槽養(yǎng)護(hù)事件,固定視頻的覆蓋率為40%。針對(duì)上述試驗(yàn)路段,進(jìn)行了視頻輔助巡查應(yīng)用,通過(guò)對(duì)24.5 km的路段日常養(yǎng)護(hù)巡查,發(fā)現(xiàn)在針對(duì)坑槽養(yǎng)護(hù)事件的40%視頻覆蓋率條件下,車(chē)巡和視巡養(yǎng)護(hù)事件重合度為14.7%,表明了固定視頻在日常養(yǎng)護(hù)巡查中具有一定的輔助作用。為進(jìn)一步發(fā)揮固定視頻在普通國(guó)省道日常養(yǎng)護(hù)巡查中的輔助作用,可以通過(guò)提高路段監(jiān)控設(shè)施數(shù)量或監(jiān)控設(shè)施分辨率來(lái)提高養(yǎng)護(hù)事件重合度。