卡口系統(tǒng)的原理以及在高速公路上的應(yīng)用
2013/1/5 10:33:35
卡口系統(tǒng)全稱公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)，它在高速公路上的應(yīng)用，起始于在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著視頻采集處理技術(shù)，圖像識別技術(shù)、計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷發(fā)展，卡口系統(tǒng)不斷被注入新的技術(shù)要素，在事件檢測，超速監(jiān)控方面也有了很多的應(yīng)用，成為一個(gè)綜合系統(tǒng)，為高速公路的高效和安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
卡口系統(tǒng)是由能夠?qū)κ鼙O(jiān)控路面的車輛信息進(jìn)行自動(dòng)采集和處理的設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)。它一般由輔助照明單元、車輛檢測單元、攝像機(jī)單元、圖像處理和傳輸單元組成。主要功能包括：車輛圖像自動(dòng)記錄;車輛號牌自動(dòng)識別;車速測定與超速報(bào)警;布控車輛查緝與布控報(bào)警;數(shù)據(jù)檢索;流量檢測;數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程維護(hù)等。
在卡口系統(tǒng)的發(fā)展過程中，攝像機(jī)從黑白到彩色，分辨率從標(biāo)清到高清;抓拍目標(biāo)從機(jī)動(dòng)車擴(kuò)展到非機(jī)動(dòng)車及行人;目標(biāo)特征的自動(dòng)識別從單純的機(jī)動(dòng)車號牌識別到機(jī)動(dòng)車車身顏色、車標(biāo)等特征的識別;特征的識別精度也不斷提高;管理軟件功能從簡單的監(jiān)視查詢到數(shù)據(jù)挖掘。高分辨率的高清攝像機(jī)的應(yīng)用，為卡口系統(tǒng)的應(yīng)用帶來了技術(shù)變革，目前高清卡口成為市場主流。
高清卡口系統(tǒng)建成后可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對過往目標(biāo)(包括機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人)進(jìn)行全面抓拍、特征識別、記錄和存儲。基于高清卡口采集系統(tǒng)，輔以先進(jìn)的視頻檢測技術(shù)，還可以同時(shí)擴(kuò)展事件檢測、測速功能。事件檢測包括：機(jī)動(dòng)車逆行、機(jī)動(dòng)車橫穿、機(jī)動(dòng)車占用高速公路應(yīng)急車道、機(jī)動(dòng)車在高速公路的路肩上行駛、軋車道分界線、機(jī)動(dòng)車在高速公路上穿越中央分隔帶掉頭、在高速公路上的車道內(nèi)停車等事件進(jìn)行檢測。測速功能則可實(shí)現(xiàn)斷面測速和區(qū)間測速，可對機(jī)動(dòng)車超速和低速行駛進(jìn)行檢測報(bào)警。
卡口車牌識別功能
車牌照識別(LPR)系統(tǒng)是以圖像處理、模式識別等技術(shù)為基礎(chǔ)的智能識別系統(tǒng)，通過攝像機(jī)所拍攝的道路上行駛的車輛圖像進(jìn)行車牌號碼的識別。一個(gè)完整的車牌自動(dòng)識別系統(tǒng)由車輛檢測、圖像采集、圖像預(yù)處理、車牌識別、結(jié)果輸出等模塊組成,當(dāng)車輛檢測部分檢測到車輛到達(dá)時(shí),觸發(fā)圖像采集裝置,采集車輛清晰圖像,再把車輛圖像傳給車牌識別部分,通過車牌識別技術(shù)識別出車牌。車牌識別技術(shù)是一個(gè)以特定目標(biāo)為對象的專用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng),能從一幅圖像中自動(dòng)進(jìn)行車牌定位、自動(dòng)分割字符、進(jìn)而對字符進(jìn)行識別。該技術(shù)對采集到的汽車圖像進(jìn)行處理,能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地自動(dòng)識別出車牌的數(shù)字、字母及漢字字符,并以計(jì)算機(jī)可直接運(yùn)行的數(shù)據(jù)形式給出識別結(jié)果。
隨著高速公路的不斷發(fā)展，形成了規(guī)模不等的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行中，面臨著一些費(fèi)源流失現(xiàn)，路網(wǎng)內(nèi)路徑多義性等問題。在高速公路路網(wǎng)內(nèi)的所有收費(fèi)站出入口車道以及多義性路徑的互通立交等關(guān)鍵標(biāo)識點(diǎn)上安裝卡口系統(tǒng)，進(jìn)行車牌自動(dòng)識別，可以有效監(jiān)控車輛是否具有作弊嫌疑及車輛行駛路徑，達(dá)到防止費(fèi)源流失、增強(qiáng)系統(tǒng)效率的功效。
基于視頻的卡口事件檢測功能
基于視頻的卡口事件檢測功能是一種對事件進(jìn)行直接檢測的方式。主要是通過卡口的前端視頻采集設(shè)備獲取視頻圖像，通過視頻和圖像處理的方法完成對目標(biāo)的跟蹤、識別及事件檢測，是一種融合視頻圖像處理、模式識別及數(shù)據(jù)通信等多項(xiàng)技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)視頻檢測技術(shù)。這種方法相較于間接檢測方法(即交通流模型推斷法)而言，擁有可以對車輛跟蹤、分類，檢測率高，誤報(bào)率低等優(yōu)勢，交通事件處理系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)獲取直觀現(xiàn)場狀況并在滿足條件的情況下為非現(xiàn)場執(zhí)法提供證據(jù)。
視頻事件檢測系統(tǒng)通常包括車輛檢測、車輛跟蹤、事件提取等功能模塊,流程如下圖所示。首先由攝像頭拍攝得到實(shí)時(shí)交通場景的視頻序列圖像,然后對序列圖像進(jìn)行車輛檢測，根據(jù)一定的圖像處理方法和準(zhǔn)則判斷車輛的位置。檢測出車輛后,可在跟蹤模塊對車輛進(jìn)行跟蹤。由檢測和跟蹤的結(jié)果可以分析提取出交通事件信息和交通流量參數(shù)等。基本工作流程如(圖2)所示。
交通場景中車輛對象的實(shí)時(shí)檢測與跟蹤是基于視頻的交通監(jiān)測系統(tǒng)中重要也是基本的步驟,是視頻檢測法的核心。檢測與跟蹤的正確與否直接關(guān)系到事件檢測的正確性。針對視頻圖像傳感器所得到的交通序列圖像,人們提出了許多視頻圖像處理和分析方法。
視頻車輛檢測技術(shù)主要有：基于車輛分割的方法、背景差法、閾值法、檢測線法(虛擬線圈法)、基于模型的方法等。
視頻目標(biāo)跟蹤技術(shù)一般遵循以下基本原則,即用空間距離判斷兩相鄰幀中的車輛是否為同一輛車(在判決時(shí)可以輔助以其它信息以增強(qiáng)魯棒性),進(jìn)而完成時(shí)域上車輛的跟蹤。跟蹤方法大致有以下四類：基于模型的方法、基于區(qū)域的方法、基于動(dòng)態(tài)輪廓的方法、基于特征的方法等方法。
上述方法中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)模型法采用模型匹配的方法來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)物體的提取和跟蹤，對消除運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影、場景光斑等環(huán)境因素的影響有較好的效果。
在完成車輛檢測和車輛跟蹤以后，可以通過在道路區(qū)域劃定檢測線或檢測區(qū)域的方法，判斷車輛跟蹤的軌跡通過這些檢測線或檢測區(qū)域的過程，即可判斷出各種交通事件。如果在監(jiān)控場景允許的情況下，還可將事件檢測結(jié)果和車牌識別結(jié)果進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，可以起到非現(xiàn)場執(zhí)法的作用。
高速公路全封閉，禁止非機(jī)動(dòng)車和行人上高速公路，但在一些高速公路通過農(nóng)村的地方，因管理不嚴(yán)，沿途居民安全意識淡薄，經(jīng)常可見行人翻越防護(hù)欄而橫穿公路或違章上路行走。這些因素對高速公路安全行車構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，而且這些無防護(hù)的交通參與者相對于機(jī)動(dòng)車來說都是弱勢交通群體，在交通事故中容易形成重傷或死亡的重特大交通事故。卡口系統(tǒng)對高速公路上行人出現(xiàn)的檢測也十分重要。
基于車牌識別技術(shù)的卡口區(qū)間測速功能
高速公路超速實(shí)時(shí)執(zhí)法系統(tǒng)是高速公路智能交通管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。以前的超速違章檢測多為斷面測速，即測算出某一車輛通過某一斷面的瞬時(shí)速度判斷其是否超速違章。
但是一旦司機(jī)對測速點(diǎn)熟悉后，就會可能會出現(xiàn)在高速路上見到測速提示牌后猛踩一腳剎車以躲避處罰的情況。基于車牌識別技術(shù)的區(qū)間測速能更好地監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)長距離超速違章現(xiàn)象，可避免斷面測速被人為規(guī)避，對駕駛員產(chǎn)生較大的威懾作用，促使其在監(jiān)測區(qū)間路段內(nèi)不敢長時(shí)間存在超速行為，否則違法行為可能由此來保證高速公路的行車安全。
基于車牌識別技術(shù)的卡口區(qū)間測速功能是利用車牌識別技術(shù)對所有通過兩個(gè)檢測斷面的車輛進(jìn)行車牌識別，通過比對車牌號，計(jì)算出同一輛車通過兩個(gè)檢測斷面的旅行時(shí)間，根據(jù)兩點(diǎn)間的距離計(jì)算出此車在此路段上的平均車速，并將監(jiān)測斷面檢測的原始數(shù)據(jù)提供給中心管理平臺，實(shí)現(xiàn)高速公路超速違章檢測功能。
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