公路交通事故预警系统研究

郭银宝

（张家口市高速公路路政执法大队 河北 张家口 075000）

0 背景

近几年随着汽车的普及度越来越高，我国汽车保有量也增长迅速，交通事故所造成的影响和损失也越来越大，交通事故频发成为世界关注的重要问题之一。据统计，2001-2005年中国交通事故死亡人数均在每年10万人左右，位居世界第一，并且呈现增长态势。中国普通公路的事故率为0.238起/km，死亡率为0.059起/km，而高速公路的事故率和死亡率数据更高，分别达到1.894起/km和0.248起/km，道路交通安全形势极其严峻，因此采用交通预警的主动安全方式就势在必行。这种方式在国外建设比较早，一些较为先进的车载GPS定位技术也较为成熟，而在我国则起步较晚，大部分公路仅为人工监控，很难做到面面俱到。而随着我国3G网络的普及以及网络机房建设的日趋成熟，由计算机监测评判交通违章成为一种趋势。

1 交通事故预警系统

交通事故预警系统网络拓扑图如图1所示：利用高速公路上的摄像头，针对高速公路上的违章如：非法倒车、超速、车距过近等进行远程判断和报警，由网络中心人员进行分析发布，由最近的公路巡警找到违章车辆并加以制止，从而对可能发生的交通事故做出预警，从而大大降低交通事故发生的可能性。

本系统是一种软硬结合的自动化网络式管理系统。采用了高速摄像、图像数据实时处理、和模式识别等手段，以先进的窄带图像压缩技术来处理图像，以2G/3G网络作为数据传输方式，通过现场终端和监控中心的信息交互，实现对远程路面的有效实时图像监控。通过高速公路上的高速相机阵列拍摄车辆转向架、基础制动装置、车钩缓冲装置等车辆关键部位的图像，经计算机分析处理后传输到室内分析室，然后对抓拍到的图像进行判别，从而达到动态检测车辆违章的主要目的。

图1 网络拓扑结构

2 图像动态侦测原理

本系统通过视频帧的比较来检测图像的变化。其中MPEG视频流由三类编码帧组成，它们分别是：内帧（I帧），预测帧（P帧）和内插双向帧（B帧）。I帧按JPEG标准编码，独立于其他编码帧，它是MPEG视频流中唯一可存取的帧，每12帧出现一次。可以截取连续的I帧，来作为检测比较材料。另外，也可以利用视频采集卡附带的驱动程序中的函数来截取进行的帧。在一些公司设计的数码监控系统中，视频流经过解码运算，以帧为单位连续存放在内存的缓冲区中，利用函数在缓冲区中将连续两帧转化为位图形式存放在另外的内存空间并作比较。在PAL的制式下，每秒刷新25帧，不必对每一帧都作出比较，只需按固定的间隔采样缓冲区中的帧即可。视频帧的比较有多种方法：

2.1 图像减法

用帧差分可以检测场景变化，一个简单帧差分可通过计算两个连续帧的象素获得。对帧内每个象素点（x，y），T时刻与 T－1 时刻象素值之差为 Dx，y(T)=||Sx，y(T)－Sx，y(T-1)||。 设定内帧差分系数 IDsum=ΣL ， IF||Sx，y(T)－Sx，y(T-1)||≥Ta THEN L=TRUE，实际决定是否报警，可以通过计算三帧以上IDsum数量。

程序每隔一定时间间隔，会重复上述同样的操作，截取屏幕上同一监测区域的位图，并会将这一幅位图与上一幅位图的象素值进行比较，如果超出一定数量的象素点的值不同，就发出报警信号。如正常进行车辆应向前位移，但是在检测过程中发现不能倒车的区域有车辆发生向后位移，则程序自动截取图像或视频发回到数据处理中心进行观看分析。

2.2 直方图法

帧间差分对照明变化和镜头移动是非常敏感的，而视频帧的直方图是用于在视频序列中可鉴别变化的多种样条，它可以避免这类敏感性，而就有关图像的外形提供一个总体描述。直方图可通过度量全部图像中象素的概率分布来计算。假设图像中有N个象素，则象素值为i的标准化直方图数量Hi计算如下：

由于录像背景一般是固定不变的，而我们感兴趣的往往不是整个画面的比较，而是画面中特定区域的比较，因此以上的帧比较方法含有一些不必要的计算。利用捕捉的位图来比较则可以较好的解决这个问题：我们可以在屛画面中上画出一个小矩形作为要检测的地方，然后求得矩形的坐标和大小，最后与屏幕直接截取的位图进行比较。

3 网络机房的架设

采用统一的可以兼容各种硬件监控设施的监控管理方式。对于系统的改造和升级，要在保证实际效果的同时充分利用现有的监控设备的硬件设施；对于本地监控和远程监控系统设备要进行有机融合以节省资金投入；系统平台的建设可以分步实施：在建立中心监控平台的前提下，可以先行建县市级平台试点。在系统功能方面，可逐步接入其他功能模块以降低投入和实施的风险。一个统一的监控管理平台的建立，可为未来系统平滑升级全省和全国统一监控管理平台奠定基础。 另外，还要对系统的重要信息进行多重备份管理以保证录像数据等资料的安全性。

服务器可安装数据库软件，通过数据库技术对整个系统进行用户权限配置与管理，从而使得监控系统的管理与维护变得更加容易。数据库技术的特点是通过建立数据模型来存放相互间具有一定关系的数据，这样的数据模型也可称之为关系数据库。可以把系统中所有可以用数据方式来表示的内容均存放在关系数据库中，如监控点的分布情况，摄像机的分布情况及与监控点的关系，用户的名称、密码、权限及其他相关属性，日志信息，以及其他需要管理的数据等。要对整个网络监控系统的信息进行统一处理，包括信息的设置、信息的记录、信息的转发及信息的查询等。

在需要做事故预警的路段要加设网络机房，偏远路段上传方式可采用2G/3G。然后截取重要路段监控探头图像进行分析,由服务器将数据模糊筛选后发回各市的交通指挥中心，由专人筛选疑似违章信息上传给最近的交通巡警以进行处理。这种处理方式既节省了人工又加大了对违章车辆的监控力度。

机房服务器主要功能如下：

■对监控地点及信息的编辑，包括新建、修改、删除。

■对来自报警管理主机的报警信息进行转发，同时生成报警日志，不同DVR产生的报警信息可设成转发到不同的客户端主机（分控）。

■操作日志、报警日志的维护与查询。

■巡检与校时功能：定时检查DVR工作状态，巡视DVR工作是否正常（如硬盘录像是否正常、网络是否正常及报警信息能否正常上传等工作状态）。

4 结论

4.1 对公路违章检测预警系统的建立进行了分析和简介。

4.2 对图像动态侦测以及网络架设做了简要说明。

4.3 对预警系统的作用以及效果做了预测。

［1］李瑞敏.区域公路网交通安全态势检测与应急智慧[D].清华大学交通研究所,2012(1).

［2］董因平.高速汽车车道偏离预警系统的算法研究[D].吉林大学,2004(4).

［3］远鹏.货车运行故障动态图像检测系统[J].郑州北车辆段,2009(2).

［4］李俊辉.基于神经网络的公路交通事故预警系统设计[D].华南理工大学,2007(7).

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