智能交通事件检测系统方案
智能交通事件检测系统方案
1.1系统概述
目前，以检测道路交通异常事件、事故为目标的视频交通事件检测系统，正在被广泛应用于高速公路、城市道路的路面、隧道、桥梁等重要交通场合。该系统可对异常停车、排队超限、车辆逆行、低速车流、路面遗撒、行人穿越等常见的交通事件和事故隐患进行实时检测、实时报警、实时记录；其实时数据、报警信息可与上端交通综合管控平台实时联动、自动控制，使传统闭路监视系统彻底摆脱“监而不可控”的尴尬局面。
1.2建设原则
本系统建设以“统一标准、技术先进、稳定可靠、信息安全、方便实用、便捷扩容、易于维护”为原则，以相关行业标准作为设计依据，结合我国道路特点，同时综合考虑交通事件检测技术的发展趋势，确保系统的设计和建设满足当今高速公路管理部门对交通事件检测系统的应用和扩展需求：
1、统一标准：本系统的数据格式严格按照相关的标准规范要求进行设计，所有数据格式与接口均符合国家标准，并提供功能定制以适应地方应用差异。
2、技术先进：充分利用科技进步成果，采用当今先进成熟的技术，在相当长的时间内保持国内外先进水准。
3、稳定可靠：本系统具有防盗、耐高温、抗寒、散热排风等功能设计，使用的各类电气接线端子、过载、漏电及断路保护装置、避雷装置等装置均符合国家有关电气安全标准要求，保证系统能够可靠地、连续地运行。
4、信息安全：系统具有防非法接入、防误操作、防病毒等特性，通过合理的硬件结构设计、有效的外场保护措施以及完善的内部管理机制有效避免系统遭到
恶意攻击和数据被非法提取的现象出现，保障系统的信息安全。
5、方便实用：系统提供清晰、简洁、友好的中文操作界面，操控简便、灵活，易学易用，便于管理和维护，能自动纠错和系统恢复，整个系统的操作简单、快捷、环节少，以保证不同的操作者都能熟练操作系统，具有高度友好的界面和使用性。
6、便捷扩容：随着业务的拓展以及技术的进步，用户的需求将会不断增加，系统的规模也将随之扩大，故在设计时，既应保证技术的先进性，又要兼顾与原有系统的兼容。因此，我们采用模块化结构设计，系统接口具备良好的扩展性，能够很好的完成系统的平滑升级，实现软硬件产品升级的系列化和模块化。
出现故障时能在最短时间内恢复运行。系统具备设备日志记录、远程维护与管理、故障及时告警等功能，以方便日常维护。
1.3建设依据
●《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832-2014）
●《交通信息采集视频车辆检测器》（GB/T 24726-2009）
●《公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求》（GA/T651-2006）
●《公安交通管理外场设备基础施工通用要求》（GA/T652-2006）
●《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
●《报警图像信号有线传输装置》（GBJ115-87）
●《民用闭路电视监控系统工程技术规范》（GB50198-94）
●《计算机信息系统安全保护等级划分准则》（GB17859-1999）
●《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
●《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T 670-2006）
●《交通电视监视系统工程验收规范》（GA/T 514-2004）
●《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-1994）
●《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）
●《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）
●《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）
●公安部《城市报警与监控系统建设“3111”试点工程实施方案》
●公安部《交通管理信息系统建设框架》
除上述规范以外的遵循国家现行的其它相关规范和标准要求。
1.4系统设计思路
系统以百万像素高清网络摄像机为前端采集设备，以高性能嵌入式主控机为基础平台，内嵌高精度、高识别率、高可靠性的智能视频检测分析算法和智能车辆识别算法，可在夜间无辅助光源的高速公路、城市道路环境下正常工作，只须对视域内车辆的前照灯或尾灯的光线即可准确定位、跟踪车辆轨迹，并对轨迹异常的车辆或目标进行实时报警输出。
系统可采用路段分布式和中心集中式平台架构，前端智能主控机或者中心事件检测器可实时对多路视频流进行分析和结果记录，系统可保存至少90天的交通事件报警录像、抓拍图片以及字符数据，断电或通讯中断时数据不会丢失。
系统可对固定式枪机、云台摄像机、球机等多类型视频流为分析对象，并能够基于同一软、硬件平台进行分析，具有极高的平台兼容性，更利于高速公路、
城市道路等领域的规模化应用。
一台百万像素高清摄像机，可对不少于4车道的交通断面进行完整覆盖（不同立杆高度或镜头参数条件下监控范围有所差异）。可同时实现：异常停车、拥堵排队、车辆逆行、低速车流、路面遗撒、行人穿越等常见路段异常交通事件检测和报警功能。
1.5系统总体架构
分布式系统架构示意图
集中式系统架构示意图
系统由前端信子系统、传输子系统及中心管理平台三部分组成，分别实现系统前端视频采集、视频事件分析、数据及报警结果的上传、数据及结果的记录及后端系统联动控制等一系列功能。
1.5.1前端子系统
根据不同的系统架构，前端子系统的构成及任务目标将存在差异。从系统架构示意图可以看出事件检测器可采用室外型和室内型，即我们常说的前端分布式架构和后端集中式架构。两种架构的选择依据一般考虑中心基础设施、视频传输实时性等多个因素。
前端子系统主要包括：高清网络摄像机及其相匹配的光学镜头、室外型防护
罩、高性能智能事件检测器（室外型）、网络交换机、浪涌保护器及电源、防雷器等主要部件。
前端子系统的主要部件及其技术特性如下：
◆视频采集
采用工业级高灵敏度、低照度、带强光抑制摄像机作为前端视频采集设备，该设备可以RJ45以太网作为视频输出，实际工作帧率应不低于15帧，建议25帧或更高，要求其视频流输出流畅、画面边缘清晰、无骗色、过亮或过暗情形。光学镜头，可根据所要监测视域范围进行选择，按照目前摄像机的成像性能分析。
◆检测方式
采用纯视频流检测触发，基于对全视域内运动目标动态轨迹跟踪方式，实现对异常行为目标的判断和报警。相对传统的模拟线圈和模式识别方式而言，其检测范围更广、环境适应和系统普适性更强。
◆智能事件检测器（室外型）
采用高性能、低功耗无风扇嵌入式主机，散热好、稳定性高、环境适应性强；系统采用Windows操作系统，界面友好，操作简便。适用于高温、高湿、灰尘等恶劣环境。主机可完成实时视频检测、异常事件报警、触发式视频录像存储、实时视频存储、视频转发服务、相机控制、数据上传存储及通信等功能。
◆数据汇集
系统前端子系统的数据汇集采用多业务大缓存光纤收发器完成。具备以太网信号、RS232信号、I/O开关量信号等多类型信息汇聚传输能力。能够通过网管系统实时监测前端设备工作状态，采用以太网通讯和低速率、开关量信号隔离传输方式，当前端设备网络通讯不畅时，并可通过开关量信号对前端设备进行远程电
源复位。
采集系统与监控中心服务器采用专网传输，在网络条件许可情况下，可以通过后台视频监控终端和监控大屏观看前端摄像机的实时监控画面；
◆多车道多方向检测
系统在立杆高度和摄像机的动态范围满足的前提下，可实现多车道甚至多方向车流检测功能，即根据需要可由一台摄像机进行不少于4车道单方向或双方向的异常交通行为检测任务，系统采用轨迹跟踪技术，可防止相反方向车辆造成干扰。
1.5.1.1集中式检测
每台摄像机路面检测时，立杆高度不少于8米，可兼顾不少于单向6车道，综合考虑到目前摄像机的动态范围应采用单方向车流检测；
隧道内事件检测时，高度应不低于4米，建议隧道顶中央或靠近小型车道上方架设摄像机，以避免大型车辆可能造成的遮挡干扰。
◆1台百万像素高清网络摄像机；
◆1台机架式式事件检测器，标配2T硬盘（最大可支持4路200万像素）；
◆附件：防护罩、工业级网络交换机（可选）、网络及电源防雷器、基本电器部件及UPS等。
1.5.1.2分布式检测
每台摄像机路面检测时，立杆高度不少于8米，可兼顾不少于单向6车道，综合考虑到目前摄像机的动态范围应采用单方向车流检测；
隧道内事件检测时，高度应不低于4米，建议隧道顶中央或靠近小型车道上方架设摄像机，以避免大型车辆可能造成的遮挡干扰。
◆1台百万像素高清网络摄像机，不低于130万像素；
◆1台机架式式事件检测器，标配1T硬盘（最大可支持1-4路200万像素）；
附件：防护罩、工业级网络交换机（可选）、网络及电源防雷器、基本电器部件及UPS等。
1.5.2传输子系统
完成前端子系统与中心子系统之间的实时高速通信，传输前端子系统所采集的各种数据、图片及视频流，满足系统对分布式存储在各前端信息采集子系统内的各种数据的调用。
1.5.
2.1前端带宽需求
仅以1台百万像素网络摄像机的带宽为依据，本系统的前端子系统主要带宽需求参考如下：
?按每台130万像素的摄像机H.264编码高清视频，带宽为4Mbps/路；最大带宽占用4Mbps。
?按每台200万像素的摄像机H.264 编码高清视频，带宽为8Mbps/路；最大带宽占用8Mbps。
1.5.
2.2传输接入方式
◆监测点本地局域网（摄像机到智能事件检测主机的网络）通过配置5~8口的工业级交换机进行组网；
◆监测点到中心端采用单模光纤收发器进行数据上传，中心端采用机架式光纤收发器进行接收，支持热拔插的插卡式结构设计，以节省机柜空间。
1.5.3中心管理平台
1.5.3.1系统结构
中心子系统是核心业务处理中心；完成前端数据信息、事件录像的接收、处理及存储，实时展示各系统和前端采集设备状态以及对系统的日常管理。能够根据业务要求，提供综合查询功能，为业务分析提供参考依据。同时可存储前端子系统上传的交通事件报警数据，提供给管理者进行数据检索、查询、输出，并可
形成各种类型统计分析报表。实现事件检测系统与上端业务管理系统和控制系统的联动控制功能。
中心子系统的硬件构架主要是由中心管理服务器、中心事件检测器（集中式架构采用）、接入服务器、数据库服务器、流媒体服务器、磁盘阵列、客户端及本地网络设备等部分组成。
1.5.3.2后端存储
本系统采用技术领先磁盘阵列存储方式，可根据最终系统的规模实现分布存储，虚拟化集中管理。
录像存储采用高清网络摄像机到IP-SAN端到端的存储，通过视频监控专网完成传输和转发交换而不是服务器进行转发，有效避免存储服务器所带来的存储的可靠性问题，避免大量部署流媒体转发服务器而造成管理困难、维护困难、能耗大、占用大量机房空间等问题；录像数据采用更先进的数据块直存存储，录像数据可以即时回放，随时录随时看，不存在录像文件解封包导致的时间周期问题。
本系统主要存储类型及容量测算方法如下：
按每个点位每天交通事件不超过200频次，事件录像质量按照长度不超过5分钟，文件大小不超过10MB计算，则存储不少于360天记录所需的存储空间为： 事件触发录像：
150M×200次×360天÷0.9（损失率）÷1024M=11.4TB
则后台中心总存储量为11.4TB×前端视频数量=X
1.5.3.3系统互联
1.5.3.3.1数据库级访问共享
本系统可按照用户需求，基于大系统数据库构架方式，将本系统所生成或上
传的交通事件报警信息、报警录像索引信息、交通统计数据等结构化数据按照约定的格式写入相应的数据库，由上端或平级管理业务系统按照相应的规则进行实时数据访问控制。该类型适用于系统间数据信息的共享，具有实施难度小、实时性高的优势。
1.5.3.3.2私有协议访问共享
基于本系统SDK开发包所支持的数据访问、设备控制级共享方式。上端系统根据我公司SDK开发包将本系统数据、访问控制接口等内嵌至上端管理系统或平级的业务关联系统中，从而实现互联互控。
该共享方式所构建的大的综合管理系统具有整体性好、系统结合紧密、用户操作方便的优势。
1.6技术原理
1.6.1视频检测基本原理
针对高速公路以及城市道路大流量道路的具体特点，交通事件监测系统接收工业级高清网络摄像机实时视频流，利用先进的数字图像处理技术、模式识别技术、车辆检测技术等并结合交通工程学的要求，实现车辆的检测、跟踪、识别与高精度目标轨迹分析。
作为专用于路段的交通事件监测系统而言，如果说摄像机成像技术是其眼睛，那么视频检测处理则是系统的大脑，是本系统中的最关键部分和最核心单元。
结合多年的交通行业智能视频分析产品研发和实际应用经验，我司已研究出一套非常成熟的视频检测核心
算法，其主要工作原理如下：
首先进行视频流的图像
预处理，去掉图像的抖动和噪
声，得到稳定纯净的视频图
像。
◆根据摄像机物理参数，对视频流进行坐标标定。
◆随后基于视频流进行目标的检测和提取，提取出视频图像中的活动目标，这些目标可能包括车辆目标也包括行人、摩托车、
自行车等，随后逐帧对视频图像中的目标进行持续跟
踪。
◆对上述目标关键特征进行分析，如目标类型、
目标大小、目标速度、目标颜色等，对于车辆目标更要
对其车辆号牌号码、颜色、类型等进行分别记录与跟
踪，从而得到目标的完整描述。
◆根据目标的跟踪列表，对目标进行分类，区分
行人、汽车、摩托车等类型。
◆根据用户配置的功能，对无效目标进行技术过
滤，并结合用户设定的行为轨迹规则对其进行持续分
析。
◆根据完整、准确的目标历史跟踪轨迹数据，结合系统配置的检测规则进行轨迹和行为特征异常的目标进行判定和数据输出。
固定视频流采集
抓取背景并设定检测策略
图像二值化分析提取有效运动目标
进行轨迹跟踪
发现异常目标并
产生报警
实现声光联动警告
1.7 系统功能
1.7.1 交通事件监测
系统视不同的路段特征和应用需求，可对发生在高速公路、城市路段、隧道及桥梁等交通区域的异常交通事件自动检测、自动报警、实时记录。系统可对路段异常停车、低速车流、超速车辆、排队超限、车辆逆行、能见度异常、行人穿越、路面遗撒等常见交通事件进行自动检测、实时报警、过程记录。
实时学习自动建立
交通断面j 检测模型 图像二值化分析 提取有效运动目标
进行轨迹跟踪 发现异常目标并 产生报警
实现声光联动警告
动态视频流采集
中心管理平台可实时接收发生在道路前端的异常事件报警信息，自动确定事件发生的物理位置并与GIS系统联动显示，可以通过管理平台自动联动相关联位置的摄像机（或球机、或云台近距离查看，大屏幕或
主监画面锁定实时监控）进行实时现场任务调度。
系统可对交通事件自动进行触发式录像，可记录
事件发生前5-300秒和事件后5-300秒整个事件发生
的过程。具体功能如下所述：
?车辆停驶：车辆在检测区域内停车或出现事故，确认车辆停驶的报警时间1-120秒可调；
?违法停车：车辆在禁止停车的区域滞留，停车
时间、停车区域可编辑设定，可与其他关联系统实现
报警联动；
?车辆逆行：车辆在检测区域内逆行或倒车，确认时间、行驶距离阀值可调；
?遗撒物：车道内货物遗撒、车辆碎片等报警，
判断时间、大小阀值可调；
?车辆慢速：视域内出现持续低于最低限速行驶
车流，或行驶速度低于系统设置的报警速度，报警阀
值可调，报警持续时间可设定；
?排队超限：检测区域车辆通行不畅且车辆排队长度超过系统报警长度，排队长度阀值可调，持续时间可调；
?禁区检测：车辆在不允许驶入、停留的道路或
区域通行，如：管制区域、单行道路等，并可以球机或
云台摄像机联动检测，作为违法取证设备应用。
?行人穿越：系统可对封闭道路区域行人穿越主
路、行人逆行、主路慢行等异常行为进行报警和记录。
?烟雾报警：系统可基于视频对比度等特性，对
隧道等封闭区域内出现的团雾、车辆尾气聚集造成的能
见度下降进行报警，并可以与隧道内COVI检测系统、
能见度检测系统进行联动，自动提交管理人员进行人工
确认。该报警信息可与隧道PLC控制系统进行联动控
制，对未进入隧道车辆进行分流控制，并启动隧道内通风、照明、车道控制等子系统。
视频检测器可以自动检测出上述事件，并将事件检测数据（包括：记录编号、设备编号、事件开始时间、事件结束时间、事件类型、检测地点、检测方向）实时上传中心的综合管理平台。
交通事件联动示意图
1.7.2实时视频监控
1)实时视频监控
本系统前端采用多码流高清摄像机，可在实时进行交通事件的同时，输出高清实时视频流以及低码率视频流。实时视频流采用H.264高清编码，具有实时性好、压缩比高、占用空间少、图像质量好的优势。实时视频流可通过专用的视频服务器、数字矩阵以及高清屏幕、视频监控终端等设备进行实时显示，对前端路口的实时交通状况进行在线监控、实时调度、应急处理。
多画面视频监控终端
2)实时视频录像
实时视频流仅能够作为在线监视，而对于过后的过程并不能够全过程记录。因此，对于大量的实时视频流还可以接入IPSAN存储矩阵，作为历史视频记录进行集中实时保存，一旦前端出现非在线发生的交通事件、交通事故时，可根据事件发生地点、时间等信息进行视频数据的检索、查询、事件回放。
3)事件触发录像
由于实时视频的存储往往既耗费大量空间，又浪费大量的系统资源；同时，一旦有需要查询、回放的历史记录时，也往往会因为数据量太大而大伤脑筋。针对该问题，本系统提供了基于交通事件或事故、交通违法事件触发的过程视频记录功能，用户可以很方便的根据事件发生的时间、类型、位置等描述信息进行快速检索，同时由于是触发式录像，可有效滤除大量的无价值视频和数据，从而能够满足客户快速、有效的对日常任务进行管理。
视频记录回放
4)视频叠加功能
系统可将交通事件报警信息，以文本形式叠加在实时视频窗口，用户可以直观了解当前路段的量化的交通状况，以及存在交通异常行为的车辆。
1.7.3系统运维管理
1.7.3.1本地系统维护
前端系统具有网络传输功能，可根据用户设置定时或实时将事件录像、事件图片、前端设备工作状态等信息自动传输到后台系统指定的数据接收端，并接收后台系统传来的控制命令、时钟同步等信息。
同时前端设备还具备RJ45连接端口，满足现场数据下载功能，满足系统维护人员通过笔记本电脑在设备点位下载数据的需求。
前端数据存储根据不同数据类型的存储需求划定相应存储配额及权限，数据存储过程中不会相互挤占空间。数据存储均采用滚动存储模式，达到最大数据存储容量之后，系统将以最新数据覆盖最早产生的抓拍数据。
1.7.3.2断点续传功能
鉴于目前实际项目中网络环境的不确定性，且由于前端数据量巨大，因此，系统提供前端数据的断点续传功能。本系统采用了前端智能事件检测主控机分布存储、中心集中存储系统同步存储模式。当摄像机与智能事件检测主机、中心存储的任意一个链路产生通讯中断时，数据都不会丢失；一旦通讯恢复后系统将自动重启未完成的数据传输线程，而不需要从头开始重新传输数据，可有效节省带宽和传输时间。
系统的前端智能事件检测主控机与中心集中存储系统之间采用了多线程传输技术，可充分利用网络带宽，将前端数据实时、高效的进行上传。
1.7.3.3网络校时功能
系统同时可支持通过网络与上端中心系统校时的功能, 支持手动校时和利用NTP时钟服务器校时，采用NTP协议可实现自动对时功能。
1.7.3.4视域偏移报警
摄像机在长时间外场环境下运行，因受杆体晃动、风吹、震动、地面热胀冷缩等影响，往往会造成摄像机水平或垂直角度的偏移，从而造成系统对车辆捕获精度降低，造成系统不能正常使用。本系统可以实时测量和监测视域中标的物的距离关系，一旦指标偏离超过正常范围时系统将产生报警，提醒系统管理人员及时进行现场维护。
1.7.3.5远程维护功能
在指挥中心管理平台终端上的授权用户，可通过网络对各前端智能事件检测主机、网络摄像机进行远程访问，查看和下载车辆记录的数据及图像，设置报警条件，修改系统参数，实行远程维护和远程操作。本系统配置的前端网络摄像机系统，支持通过网络直接访问、查询主机上的车辆通行记录等。
在中心综合管理平台可通过远程网络对前端摄像机及智能事件检测主机进行软件升级、批量设备维护、数据下载等操作，节省系统后期维护成本。
1.8前端工程布局
对于事件检测系统而言，可能会对其造成影响的主要因素概括起来主要有两
个，即：车辆的遮挡、车辆的阴影。因此，我们在进行前端建设尤其是摄像机安装位置时，应予以充分考虑。
1.8.1车辆遮挡
遮挡对于视频检测产品在流量检测中的影响是致命的，对于一般具备遮挡处理能力的产品而言，要求相邻车道中最大车辆通过时不得影响相邻车道的1/3 比例，再严重的遮挡就很难起到作用，主要源于该情况下打破了按一定像素比例划分车道的逻辑，很难同时兼顾到大车和小车。对于运作比较周全的项目而言，该问题多会在工程环境上加以优化，如：调整立杆高度、摄像机角度、视域范围等。
通常项目而言遮挡分为两种情形，即车辆前、后遮挡和大型车与小型车之间造成的横向遮挡。前者多发生于城市交通环境，车流量大、车速低、跟车间距小时将造成前后行驶的2辆或多辆车误检为1辆。后者则多发生于高速公路或主干线，大型的集装箱或者、客运车等由于摄像机的视角差造成大车与小车粘联。1.8.2阴影干扰
阴影可分为运动型阴影和环境阴影，前者指车辆运动阴影，由于阳光照射车辆产生阴影干扰，阴影方包括：车辆左侧阴影、右侧阴影，车头阴影、车尾阴影，所造成的影响也不尽相同。左、右侧阴影主要影响相邻车道的检测精度，而车头、车尾的阴影在大流量低速行驶中会影响前、后车辆的分离效果。但是通常来讲针对每路图像的阴影变化有明显的规律可循，且这种规律具备长效性和可预见性。如，南北向高速路中，以由北向南车流为例：上午阴影在车辆的右侧，而下午则在车辆的左侧，中午时左、右阴影则明显削弱再配合经纬度的变化规律、车道尺寸等进行计算就可以在逻辑处理上有所作为。
而对于环境阴影，主要会造成图像明暗度发生不规则的变化，大范围的阴影可能会造成事件误报率的上升以及远端事件的漏报现象。该问题的解决主要须从现场选址时加以避免，如：远离山封、山坡、树木、高压线塔、灯杆、楼宇等大型、永久性阴影源头。
1.8.3立杆架设
高速公路应用领域主要包括三类安装环境，即：高速路面、桥梁、隧道。不同的安装环境在工程应用中所实现的功能也有所差异，主要取决检测摄像机安装