基于车辆轨迹的交通违法行为检测
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武汉理工大学毕业设计（论文）
武汉理工大学
毕业设计（论文）
基于车辆轨迹的交通违法行为检测
学院（系） ：
信息工程学院
专业班级：电子信息工程 0901 班 学生姓名： 指导老师： 陈志刚 黄朝兵
I
武汉理工大学毕业设计（论文）
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在老师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或 撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
IV
武汉理工大学毕业设计（论文）
2、基本内容和技术方案
经过分析， 本文结合数字图像处理和计算机方面知识， 将整个设计分为三个模块：�运 动车辆检测；�运动车辆跟踪；�交通违法事件检测。 车辆检测的目的是从连续的视频图像中提取车辆目标，为后续车辆跟踪检测提供 支 持。本文采用了背景差分法进行车辆检测，使用了单高斯背景模型，进行单一背景的背景 提取，在对车辆前景进行后处理的过程中，使用了形态学运算、连通区域标记等操作，为 后续的车辆跟踪和交通事件检测创造了条件。当运动车辆被提取出来之后，必须对车辆进 行连续的跟踪，才能知道每辆车的行驶轨迹等信息，作为后续事件检测的依据。本文采用 基于区域特征与卡尔曼滤波相结合的跟踪方法进行运动车辆的实时跟踪，根据相邻帧中车 辆质心位置和跟踪窗口大小进行匹配，若符合一定的匹配标准，则跟踪成功。实现了运动 车辆的实时跟踪，为后续的交通违法事件检测奠定了基础。车辆跟踪的输出结果是每帧图 像中车辆质心位置。将车辆行驶过程中此点的轨迹变化作为车辆的行驶轨迹，再根据车辆 行驶轨迹来进行事件的检测，本文重点讲述了三种违法事件判断：车辆逆行、车辆停车和 车辆变道。其中基于车辆质心位置来判断车辆是否逆行；利用 hough 变换提取车道线，如 果车辆轨迹驶出车道线，则属于车辆变道，最后还对车辆停车事件做了检测与判断，最后 针对车辆视频跟踪与事件检测系统的一些问题，提出了相应的解决方法，通过实验证明， 这些方法效果良好。 在设计过程中，本文采用开发工具 VC++6.0 和 OpenCV 1.0 图像开发包实现事件检测 功能，对几段监控视频进行交通事件检测处理，以达到设计目的。
V
武汉理工大学毕业设计（论文）
4、指导教师意见
指导教师签名： 年 月 日
VI
武汉理工大学毕业设计（论文）
目
录
摘要......................................................................................................................................................................I Abstract................................................................................................................................................................ II 1 绪论 ...............................................................................................................................................................1 1.1 研究背景及意义.......................................................................................................................................... 1 1.2 研究现状...................................................................................................................................................2 1.3 论文研究内容和结构安排.........................................................................................................................2 2 运动车辆检测 ...................................................................................................................................................4 2.1 引言.............................................................................................................................................................4 2.2 车辆检测的几种常用方法 .....................................................................................................................4 2.3 基于背景差分法的运动车辆检测.............................................................................................................7 2.4 本章小结...................................................................................................................................................10 3 运动车辆跟踪................................................................................................................................................11 3.1 引言............................................................................................................................................................11 3.2 车辆跟踪的几种常用方法.......................................................................................................................11 3.3 基于 kalman 滤波的运动车辆跟踪 ...........................................................................................................12 3.4 本章小结...................................................................................................................................................16 4 交通违法事件检测 ......................................................................................................................................17 4.1 引言...........................................................................................................................................................17 4.2 车辆违章行驶检测..................................................................................................................................17 4.3 本章小结......................................................................................................................................................22 5 总结与展望...................................................................................................................................................23 参考文献..........................................................................................................................................................24 致谢 ..............................................................................................................................................25
必读参考资料：
[1] 刘瑞桢，于仕琪. OpenCV 教程—基础篇.北京：北京航空航天大学出版社，2007. [2] 侯志强，韩崇昭. 基于像素灰度归类的背景重构算法，软件学报，2005， 16(9):1568-1576.. [3] 贾永华，张晓，朱江. 一种基于车辆轨迹的交通违法行为检测方法，ITS2013深圳 国际智能交通会议，2013,196-200.
学习和掌握图像、视频处理原理，对运动车辆进行检测和跟踪，并根据车辆的运动轨 迹进行违法检测和判别，在 VC++、OpenCV 环境下编程实现，并对结果进行分析。
要求完成的主要任务：
1、查阅不少于 15 篇的相关资料，其中英文文献不少于 5 篇，完成开题报告。 2、学习和研究运动目标检测跟踪和车辆违法检测判别的基本原理。 3、在 VC++和 opencv 下，根据车辆运动轨迹进行违法检测判别，并对结果进行分析。 4、要求完成毕业论文字数不少于 12000 字，插图不少于 12 幅，翻译与选题相关的英 文参考文献不少于 2 万英文字符。 5、根据毕业设计有关规范，按时完成所有学习、研究工作和有关文档，所有文档用 计算机打印，并遵守有关国标及规范。
作者签名： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有 关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密囗，在 2、不保密囗 。 年解密后适用本授权书
3、进度安排
初步预计按以下的安排完成毕业设计： 1. 第 1-3 周 2. 第 4-13 周 3. 第 14 周 4. 第Baidu Nhomakorabea15-17 周 根据任务书要求查找资料，完成开题报告； 根据设计的方案弄清原理，学习 VC++和 OpenCV 工具，完成系统的设计； 在电脑上进行调试以及试用； 完成论文答辩，提交资料。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名： 导师签名：
年 年
月 月
日 日
II
武汉理工大学毕业设计（论文）
武汉理工大学 本科生毕业设计（论文）任务书
学生姓名 陈志刚 指导教师 黄朝兵 专业班级 电信工程 0901 工作单位 信息工程学院
设计（论文）题目：基于车辆轨迹的交通违法行为检测 设计（论文）主要内容：
指导教师签名 院长签名（章）
系主任签名
III
武汉理工大学毕业设计（论文）
武汉理工大学本科学生毕业设计 （论文）开题报告
1、目的及意义
我的毕业设计课题是《基于车辆轨迹的交通违法行为检测》 。 近年来，随着国家高速公路网的飞速发展，给人们带来舒适、快捷服务的同时，也带 来了频发的交通事件。国内的许多城市道路网络及交通需求不断扩大，载重量和行驶速度 也不断提高， 尤其是大中城市的车流量与日俱增， 带来了越来越多的交通事故和道路拥堵， 各类交通事件和二次事故明显增多，给人们的出行买下了安全隐患。为了可以迅速检测和 处理道路上发生的交通事件，减少由于交通事件所带来的人员伤亡、财产损失等影响，避 免二次事件的发生，节约能源，减少污染，准确快速的对交通事件进行检测显得尤为重要。 目前国内高速公路、城市快速道路、特大型桥梁、隧道等交通设施均设置交通监控管理部 门，但是目前交通管理模式主要以人工监控图像为主，一般情况下监控图像往往较多，如 广深高速有 200 多路监控视频，一旦有违章交通事件发生，而且值班人员的配备比较少的 话，那么很有可能不能及时发现交通事件，从而延误处理时间，加大交通的滞留，以至于 造成更多的财产损失和生命伤害。所以,如何采用交通事件自动检测系统对交通事件进行 快速准确的检测，已经成为越来越多人关心的问题。 本次研究的课题就在于通过分析车辆轨迹来检测车辆是否存在交通违法行为。国内外 许多专家学者提出了描述交通事件检测的算法。Fernyhough 等通过对序列图像中目标的跟 踪结果学习出目标运动的时空区域， 通过定性的推理和统计分析， 自动构造出定性的事 件模型， 从而实现事件的预测和异常事件的检测； Mohnhaupt 等建立了一个 3D 场景描 述序列， 其包括交通场景中的检测数据， 例如时间序列的车辆行驶方向、位置等；Kumar 利用运动目标与场景内静态设施及动态目标之间的相互关系识别行为活动。 本文基于前人的分析与研究，再加上在校期间所学知识，通过分析高速公路中车辆运 动的基本特征和规律对车辆事件进行检测， 并且针对实际的路面状况， 提出了交通事件 判定方法，最终设计出了一种基于车辆轨迹的交通违法行为检测的方法，本文采用的方法 与传统的车辆检测方法相比，不仅具有安装维护便捷且费用较低、可监视范围广等诸多优 点，同时可以对道路现场图像进行智能化分析和处理。
武汉理工大学
毕业设计（论文）
基于车辆轨迹的交通违法行为检测
学院（系） ：
信息工程学院
专业班级：电子信息工程 0901 班 学生姓名： 指导老师： 陈志刚 黄朝兵
I
武汉理工大学毕业设计（论文）
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在老师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或 撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
IV
武汉理工大学毕业设计（论文）
2、基本内容和技术方案
经过分析， 本文结合数字图像处理和计算机方面知识， 将整个设计分为三个模块：�运 动车辆检测；�运动车辆跟踪；�交通违法事件检测。 车辆检测的目的是从连续的视频图像中提取车辆目标，为后续车辆跟踪检测提供 支 持。本文采用了背景差分法进行车辆检测，使用了单高斯背景模型，进行单一背景的背景 提取，在对车辆前景进行后处理的过程中，使用了形态学运算、连通区域标记等操作，为 后续的车辆跟踪和交通事件检测创造了条件。当运动车辆被提取出来之后，必须对车辆进 行连续的跟踪，才能知道每辆车的行驶轨迹等信息，作为后续事件检测的依据。本文采用 基于区域特征与卡尔曼滤波相结合的跟踪方法进行运动车辆的实时跟踪，根据相邻帧中车 辆质心位置和跟踪窗口大小进行匹配，若符合一定的匹配标准，则跟踪成功。实现了运动 车辆的实时跟踪，为后续的交通违法事件检测奠定了基础。车辆跟踪的输出结果是每帧图 像中车辆质心位置。将车辆行驶过程中此点的轨迹变化作为车辆的行驶轨迹，再根据车辆 行驶轨迹来进行事件的检测，本文重点讲述了三种违法事件判断：车辆逆行、车辆停车和 车辆变道。其中基于车辆质心位置来判断车辆是否逆行；利用 hough 变换提取车道线，如 果车辆轨迹驶出车道线，则属于车辆变道，最后还对车辆停车事件做了检测与判断，最后 针对车辆视频跟踪与事件检测系统的一些问题，提出了相应的解决方法，通过实验证明， 这些方法效果良好。 在设计过程中，本文采用开发工具 VC++6.0 和 OpenCV 1.0 图像开发包实现事件检测 功能，对几段监控视频进行交通事件检测处理，以达到设计目的。
V
武汉理工大学毕业设计（论文）
4、指导教师意见
指导教师签名： 年 月 日
VI
武汉理工大学毕业设计（论文）
目
录
摘要......................................................................................................................................................................I Abstract................................................................................................................................................................ II 1 绪论 ...............................................................................................................................................................1 1.1 研究背景及意义.......................................................................................................................................... 1 1.2 研究现状...................................................................................................................................................2 1.3 论文研究内容和结构安排.........................................................................................................................2 2 运动车辆检测 ...................................................................................................................................................4 2.1 引言.............................................................................................................................................................4 2.2 车辆检测的几种常用方法 .....................................................................................................................4 2.3 基于背景差分法的运动车辆检测.............................................................................................................7 2.4 本章小结...................................................................................................................................................10 3 运动车辆跟踪................................................................................................................................................11 3.1 引言............................................................................................................................................................11 3.2 车辆跟踪的几种常用方法.......................................................................................................................11 3.3 基于 kalman 滤波的运动车辆跟踪 ...........................................................................................................12 3.4 本章小结...................................................................................................................................................16 4 交通违法事件检测 ......................................................................................................................................17 4.1 引言...........................................................................................................................................................17 4.2 车辆违章行驶检测..................................................................................................................................17 4.3 本章小结......................................................................................................................................................22 5 总结与展望...................................................................................................................................................23 参考文献..........................................................................................................................................................24 致谢 ..............................................................................................................................................25
必读参考资料：
[1] 刘瑞桢，于仕琪. OpenCV 教程—基础篇.北京：北京航空航天大学出版社，2007. [2] 侯志强，韩崇昭. 基于像素灰度归类的背景重构算法，软件学报，2005， 16(9):1568-1576.. [3] 贾永华，张晓，朱江. 一种基于车辆轨迹的交通违法行为检测方法，ITS2013深圳 国际智能交通会议，2013,196-200.
学习和掌握图像、视频处理原理，对运动车辆进行检测和跟踪，并根据车辆的运动轨 迹进行违法检测和判别，在 VC++、OpenCV 环境下编程实现，并对结果进行分析。
要求完成的主要任务：
1、查阅不少于 15 篇的相关资料，其中英文文献不少于 5 篇，完成开题报告。 2、学习和研究运动目标检测跟踪和车辆违法检测判别的基本原理。 3、在 VC++和 opencv 下，根据车辆运动轨迹进行违法检测判别，并对结果进行分析。 4、要求完成毕业论文字数不少于 12000 字，插图不少于 12 幅，翻译与选题相关的英 文参考文献不少于 2 万英文字符。 5、根据毕业设计有关规范，按时完成所有学习、研究工作和有关文档，所有文档用 计算机打印，并遵守有关国标及规范。
作者签名： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有 关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密囗，在 2、不保密囗 。 年解密后适用本授权书
3、进度安排
初步预计按以下的安排完成毕业设计： 1. 第 1-3 周 2. 第 4-13 周 3. 第 14 周 4. 第Baidu Nhomakorabea15-17 周 根据任务书要求查找资料，完成开题报告； 根据设计的方案弄清原理，学习 VC++和 OpenCV 工具，完成系统的设计； 在电脑上进行调试以及试用； 完成论文答辩，提交资料。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名： 导师签名：
年 年
月 月
日 日
II
武汉理工大学毕业设计（论文）
武汉理工大学 本科生毕业设计（论文）任务书
学生姓名 陈志刚 指导教师 黄朝兵 专业班级 电信工程 0901 工作单位 信息工程学院
设计（论文）题目：基于车辆轨迹的交通违法行为检测 设计（论文）主要内容：
指导教师签名 院长签名（章）
系主任签名
III
武汉理工大学毕业设计（论文）
武汉理工大学本科学生毕业设计 （论文）开题报告
1、目的及意义
我的毕业设计课题是《基于车辆轨迹的交通违法行为检测》 。 近年来，随着国家高速公路网的飞速发展，给人们带来舒适、快捷服务的同时，也带 来了频发的交通事件。国内的许多城市道路网络及交通需求不断扩大，载重量和行驶速度 也不断提高， 尤其是大中城市的车流量与日俱增， 带来了越来越多的交通事故和道路拥堵， 各类交通事件和二次事故明显增多，给人们的出行买下了安全隐患。为了可以迅速检测和 处理道路上发生的交通事件，减少由于交通事件所带来的人员伤亡、财产损失等影响，避 免二次事件的发生，节约能源，减少污染，准确快速的对交通事件进行检测显得尤为重要。 目前国内高速公路、城市快速道路、特大型桥梁、隧道等交通设施均设置交通监控管理部 门，但是目前交通管理模式主要以人工监控图像为主，一般情况下监控图像往往较多，如 广深高速有 200 多路监控视频，一旦有违章交通事件发生，而且值班人员的配备比较少的 话，那么很有可能不能及时发现交通事件，从而延误处理时间，加大交通的滞留，以至于 造成更多的财产损失和生命伤害。所以,如何采用交通事件自动检测系统对交通事件进行 快速准确的检测，已经成为越来越多人关心的问题。 本次研究的课题就在于通过分析车辆轨迹来检测车辆是否存在交通违法行为。国内外 许多专家学者提出了描述交通事件检测的算法。Fernyhough 等通过对序列图像中目标的跟 踪结果学习出目标运动的时空区域， 通过定性的推理和统计分析， 自动构造出定性的事 件模型， 从而实现事件的预测和异常事件的检测； Mohnhaupt 等建立了一个 3D 场景描 述序列， 其包括交通场景中的检测数据， 例如时间序列的车辆行驶方向、位置等；Kumar 利用运动目标与场景内静态设施及动态目标之间的相互关系识别行为活动。 本文基于前人的分析与研究，再加上在校期间所学知识，通过分析高速公路中车辆运 动的基本特征和规律对车辆事件进行检测， 并且针对实际的路面状况， 提出了交通事件 判定方法，最终设计出了一种基于车辆轨迹的交通违法行为检测的方法，本文采用的方法 与传统的车辆检测方法相比，不仅具有安装维护便捷且费用较低、可监视范围广等诸多优 点，同时可以对道路现场图像进行智能化分析和处理。