基于视频感知的公路交通事件检测技术

李家伟，朱春辉，毛明洁，刘宇涵

（1.南京智行信息科技有限公司，江苏 南京 211100；2.中犹（南京）智慧城市创新研究院有限公司，江苏 南京 211100；3.江苏前沿交通研究院，江苏 南京 211100）

1 基于视频感知的公路交通事件

交通事件检测是通过摄像机和计算机模拟人眼视觉功能，分析摄像机拍摄的道路交通的视频图像，检测运动物体/非运动物体在检测区域内的活动变化，从而实现对车辆、行人等交通目标的检测，分析、判断交通行为内容，完成交通事件的信息采集、分析与存储能工作。

1.1 公路交通事件的种类

从“人”“车”“路”3个因素层面对交通事件进行分类：按事件责任主体分类可分为机动车事件、非机动车事件、行人事件以及其他事件，按照事件后果分类可分为轻微事件、一般事件、重大事件以及特大事件，按照事件对象分类可分为车与车的事件、车与人的事件、车与路的事件、人与人的事件、人与车的事件、人与路的事件以及车的事件、人的事件、路的事件。

从交通管理层面对交通事件进行分类可分为路网管理事件、公路养护事件及路政管理事件3类。其中路网管理事件主要包括交通拥堵、违法停车、车辆逆行、交通事故4类，公路养护事件主要有抛洒物、路面污染、路面病害和交安设施损毁、缺失4类，路政管理事件主要由违法设摊、打谷晒场、违法非公路标志及广告、违法搭接道口、路侧堆积物5类交通事件组成[1]。

1.2 基于视频的交通事件检测方法

基于视频的交通事件检测方法主要分为3个步骤：①建立背景模型；②确定识别目标并跟踪目标，获取目标运动参数；③判断运动目标行为并进行筛选描述。其主要通过对摄像头捕捉到的视频图像进行前景、后景的区分，对区分后的结果进行处理，提取出前景目标，确定其位置、形状、尺寸等特征，对其进行目标跟踪，描述其运动轨迹，捕捉其动态情况，将之与模型训练得出的目标特征进行匹配，从而判断其运动目标行为状态。

2 各国基于视频感知的交通事件检测的实际应用

2.1 美国

美国是最早提出将机器视觉应用于交通方面的国家，明尼苏达大学研发出了世界上第一个可以实际应用的基于视频检测技术的车辆检测系统。ISS公司基于明尼苏达大学的视频检测算法，研制出了全世界最先获得国际专利的交通检测产品AutoScope。经过20多年的发展，该系统己成为全球安装最多、满足国际各种工业标准最多、最成熟的视频车辆检测技术，其市场占有率约为45%[2]。

2.2 法国

法国在交通事件视频检测方面的研究开始时间与美国相差无几，研发出了具有国际领先水平的Citilog系统，该系统能够自动检测车辆停驶、交通拥堵、行人检测、车辆慢行、超速车辆、烟雾交通事故、车辆逆行、物品抛洒、车头时距过小、车辆排队过长、火灾事件、遇难事件、团雾等多种交通事件，并可根据实际道路情况进行详细调节。该系统能够全天候、智能化、实时地自动检测输入的视频图像信息。

2.3 日本

日本与美国几乎在同一时期开展了基于视频检测技术的交通事件的研究，并在目标跟踪检测方面的投入最多且最为深入，东京大学在目标检测与跟踪的处理速度在实验情况下可达15帧/s。日本一些研究学者基于时空马尔科夫随机场开发出了一种能够自动检测出车辆拥挤、碰撞等交通事件的检测系统。

2.4 中国

国内对于交通事件的检测主要基于神经网络、小波变换、支持向量机、模糊理论等理论。中国虽在视频检测技术的研究方面起步较晚，但随着中国交通事业的不断进步与发展，越来越多的研究机构、企业公司开始关注这方面的研究与应用，开发出了一些基于视频检测技术的交通事件识别系统，如深圳的Video Trace、清华的Visatram、智达威路特等。

3 交通事件视频检测技术

随着计算机软硬件技术、计算机视觉、数据图像处理技术、人工智能技术的发展，视频检测技术在交通领域应用的范围越来越广。基于视频分析的高速公路智能事件检测系统，主要是利用安装在外场、隧道、桥梁等道路上的摄像机对交通情况进行实时监控，通过先进的视频检测算法及时发现并上报特定的交通事件，帮助管理人员快速发现道路异常情况，以及时处理，使道路尽快恢复通畅，并可在一定程度上预防交通事故的发生。

目前交通事件检测技术主要由自动检测技术和非自动检测技术2类组成，其具体分类情况如图1所示。而中国交通视频图像数据获取的媒介主要由固定式设备与移动式设备2类组成。

图1 交通事件检测技术分类

3.1 固定视频巡查方式

固定式设备主要为公路管理部门在普通国省干线公路关键路段、节点布设的视频监控系统，运用计算机图像识别技术，对交通事件进行智能识别并实时监测预警，通过机动车牌自动识别功能拓展电子警察功能，通过有线网络及无线数据通信网络进行组网互连应用[3]。视频车辆监测涉及到计算机图像处理、模式识别、信号处理和信号融合等多个学科，对图像识别的技术要求较高，对复杂背景环境的适应性较差，相较于其他车辆检测技术而言，具有以下4点优势：①安装简便，对路面破坏性小，易于移动，维护费用低，易于升级，可最大限度地利用原有的监控设备；②直观可靠，便于管理人员干预，检测范围广，获取信息丰富；③可提供现场录像，重现现场交通场景，为研究交通事件、改善交通管理方法和处理交通事故提供了大量的信息；④对周围环境没有影响，污染程度低，检测器之间干扰小。

固定式视频监控设备设置如图2所示。

图2 固定式视频监控设备

固定摄像机一般设置于道路两侧的路杆上，目前市面上大多视频监测设备都已备有对交通事件检测的功能模块，可以实现自动识别车辆行为、检测交通参数数据。其中交通事件检测系统的业务流程如图3所示。

图3 事件检测系统的业务流程

3.2 移动视频巡查方式

移动式设备主要为路政管理部门的路政巡逻车、无人机等，其主要依赖于无线网络、5G技术进行数据传输，由于移动式设备存在着覆盖面小、感知速度慢、上传时间长等问题，因此目前主要依赖于固定式设备的视频感知结果。

路政巡逻车作为路政管理部门最主要的机动手段在道路上进行巡检，可以灵活快速地到达指定地点，在道路巡逻时能够实时观测道路情况，能以固定摄像机难以观测的角度进行观察，由于摄像机一般固定在车辆前方，其与路面距离较近，因此更易对路面病害、标志标线、抛洒物等交通事件进行识别，如图4所示。

无人机在参与城市交通管理时能够发挥自己的专长和优势，不仅可以从宏观上确保城市交通发展规划贯彻落实，而且可以从微观上进行实况监视、交通流的调控，确保交通畅通，应对突发交通事件，帮助相关部门管理解决交通顽疾[4]。

相比传统航摄方式，无人机测绘不仅能提升数据的精度，还能提高效率。无人机系统提供全新的公路交通监控方式，搭载高清摄像机，对公路进行全程全方位拍摄，提供强有力的技术保障，如图5所示。

图4 路政巡逻车

图5 无人机

4 结束语

本文从视频检测技术角度出发，总结归纳了国内外交通事件检测技术发展应用情况、国内关于视频感知方面的标准制定情况及交通事件所依靠的视频检测技术方式。依托于视频技术进行交通事件的检测判断，有助于辅助相关管理部门更好、更全面地进行交通把控，实现交通运输服务与管理的智能化。