隧道視頻檢測系統(tǒng)解決方案

1、系統(tǒng)概述
1.1 系統(tǒng)構(gòu)成
　 隧道視頻檢測系統(tǒng)主要由信息采集子系統(tǒng)、信息處理子系統(tǒng)、信息發(fā)布和誘導控制子系統(tǒng)（由監(jiān)控處理中心提供）三個部分組成，共同完成交通流信息的采集、傳輸、處理、顯示與發(fā)布等功能。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。


圖1 隧道視頻檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
1.1.1 信息采集子系統(tǒng)
　 主要設備：視頻攝像頭
　 主要任務：全天候拍攝檢測范圍內(nèi)的車流運行圖像
1.1.2 信息處理子系統(tǒng)
　 主要設備：
　 1) 視頻處理器
　 2) 視頻檢測上端軟件
　 主要任務：
　 1) 處理圖像；
　 2) 獲取并處理實時的交通流運行參數(shù)；
　 3) 傳送帶有虛擬檢測線圈的圖像，使管理者能夠監(jiān)視交通流的運行狀況。
1.1.3 信息發(fā)布和誘導控制子系統(tǒng)（由監(jiān)控處理中心提供）
　 主要設備：
　 1) 可變情報板
　 2) 電子限速標志
　 3) 入口控制設備
　 主要任務：向駕駛員和隧道管理者提供事件、擁擠、速度、服務水平等信息
1.2 系統(tǒng)檢測信息流程圖
　整個視頻檢測信息的傳輸流程如圖2所示。視頻檢測系統(tǒng)得到的交通流運行參數(shù)、車型、事件、擁擠、圖像等信息由視頻攝像頭傳到隧道監(jiān)控處理中心后，監(jiān)控處理中心通過對這些數(shù)據(jù)進行分析，將用于以下管理功能的實現(xiàn)：
（1）接受視頻檢測信息發(fā)送的事件、擁擠警告，通過視頻圖像或閉路電視圖像進一步確認事件是否發(fā)生及其地點、嚴重性等，而后采取相應的緊急救援或處理措施；
（2）由監(jiān)視屏的動態(tài)視頻圖像監(jiān)視各條路段上的交通流狀況；
（3）將視頻檢測獲得的流量、速度、事件、擁擠等信息通過可變情報板向駕駛員發(fā)布；
（4）通過更改視頻檢測系統(tǒng)的設置參數(shù)，控制視頻檢測系統(tǒng)的工作進程。
1.3 工程范圍
　 在隧道范圍內(nèi)安裝視頻檢測攝像頭（與閉路電視系統(tǒng)共用），對隧道內(nèi)各車道的交通流運行情況進行實時的檢測與監(jiān)視。本次工程包括視頻檢測系統(tǒng)以下各項設備的生產(chǎn)、運輸、安裝、調(diào)試、試運行及缺陷責任期運行：
（1）視頻檢測攝像機
（2）多路視頻復用光端機
（3）視頻檢測視頻處理器
（4）視頻處理器機柜：可訂做，數(shù)目待定
（5）所需的電力電纜和信號電纜（包括電纜及電纜從路邊手孔到設備的敷設與連接）
（6）規(guī)范中沒有規(guī)定，但對于完成工程所必須的材料及工作。
2、系統(tǒng)的安裝
　整個視頻檢測系統(tǒng)的安裝內(nèi)容主要包括：攝像頭、視頻處理器和視頻檢測上端軟件的安裝。
2.1 視頻攝像頭的安裝
2.1.1 平面布置圖
　視頻攝像頭的安裝位置如圖3（具體省略）與圖4（具體省略）所示。攝像頭朝向與車流行駛方向相反。
2.1.2 現(xiàn)場安裝圖
　在選取視頻攝像頭安裝位置時，應保證攝像頭的視線不受障礙物遮擋并有充分的檢測視距。綜合比較下，視頻攝像頭應設置在隧道拱壁中央，其安裝位置如圖5所示。
2.1.3 檢測范圍圖
　 當安裝高度一定（視具體情況而定）時，視頻攝像頭的檢測范圍為150米以內(nèi)（如圖6所示）。



圖5 視頻攝像頭現(xiàn)場安裝位置圖

圖6 視頻攝像頭檢測范圍
2.2 視頻處理器的安裝
　對應于每臺視頻檢測攝像頭，整個視頻檢測系統(tǒng)共需要××臺視頻處理器（視具體情況而定）。所有的視頻處理器都放在隧道監(jiān)控處理中心，負責處理攝像頭傳送的圖像。由于視頻處理器的臺數(shù)較多，監(jiān)控處理中心需要專用機柜來統(tǒng)一放置視頻處理器。
2.3 視頻檢測上端軟件的安裝
　視頻檢測上端軟件安裝于隧道監(jiān)控中心的視頻處理工作站上（PC機）。程序的安裝可參見上端軟件用戶手冊。
3、系統(tǒng)功能及技術指標
3.1 單個視頻處理器的功能
采集實時的交通流運行參數(shù)
采集的交通流運行參數(shù)包括：
1) 交通流量
2) 時間占有率
3) 車輛速度
4) 車流密度
5) 車頭時距
6) 車頭間距
采集的車型信息包括：
1) 車型分類（大型車、中型車、小型車）
 采集實時的事件信息
采集的事件信息包括：
1) 排隊
2) 停車
3) 逆向行駛
4) 照明變化
5) 散落物（一定體積以上）
 采集用于實時監(jiān)控的圖像
3.2 整個視頻檢測系統(tǒng)的功能
　 視頻處理器采集的實時交通信息傳送到隧道監(jiān)控處理中心后，由視頻檢測上端軟件完成所有參數(shù)的處理工作。視頻檢測上端軟件由：視頻檢測應用軟件、視頻檢測設置軟件、事件自動檢測及警告模塊、擁擠自動檢測及警告模塊、服務水平評價模塊五個部分組成。各部分的主要功能為：

（1）視頻檢測應用軟件主要功能（主界面如圖7所示）
 檢測參數(shù)處理功能：
 顯示檢測范圍內(nèi)所有車道的車流情況
 顯示設定時間段內(nèi)的車輛平均速度、時間占有率、平均車間距等
 顯示即時車頭時距
 顯示總車流量、對應車道的車流量、小型車流量、中型車流量、大型車流量
 繪制交通流量、速度、占有率等檢測參數(shù)的日變、周變、月變、年變統(tǒng)計圖
 設置統(tǒng)計圖的統(tǒng)計周期、車道等系統(tǒng)參數(shù)
 檢測參數(shù)的統(tǒng)計報表、查詢、存儲、打印等功能


圖7 視頻檢測應用軟件主界面
 附加功能：
 警告/紀錄檢測攝像機、視頻處理器或通訊線路的故障

（2） 視頻檢測設置軟件主要功能（主界面如圖8所示）
 調(diào)整檢測范圍的功能：
 顯示/調(diào)整檢測區(qū)域的水平/垂直距離
 界定各車道的邊界
 添加/刪除檢測的車道
 調(diào)整虛擬檢測線圈的功能：
 顯示/調(diào)整虛擬檢測線圈的位置、高度、寬度等指標；
 添加/刪除虛擬檢測線圈
 附加功能：
 確定全天不同時段車輛陰影的方向
 紀錄每次檢測參數(shù)調(diào)整的時間、取值等信息


圖8 視頻檢測設置軟件主界面
（3）事件自動檢測及警告功能
　為了使檢測的事件類型更廣、精度更高，本系統(tǒng)在視頻檢測上端軟件中加入了“事件自動檢測及警告”模塊，采用了車輛跟蹤檢測與事件算法檢測相結(jié)合的方法。事件檢測的基本原理如圖9所示。停車、排隊與逆向行駛是高速公路發(fā)生頻率較高的幾種事件。當視頻處理器得到的檢測信息中包含停車、排隊與逆向行駛信息時，上端軟件除記錄事件的發(fā)生位置外，還將發(fā)出警告信號；這些事件都是由視頻處理器根據(jù)車輛跟蹤技術直接檢測到的，因此稱為“車輛跟蹤事件檢測”。此外，上端軟件中還加入了事件檢測算法模塊，只要以某時段內(nèi)檢測的交通流量、車輛速度及時間占有率作為輸入，在分析其是否發(fā)生異常變化的基礎上，就能判斷是否發(fā)生了事件，如果有事件，就發(fā)出警告；由于這種事件的判斷是由上端軟件中的事件檢測算法完成的，因此稱為“事件算法檢測”。除檢測事件外，該軟件還能對每次事件的發(fā)生、地點、類型等進行紀錄，方便以后的查詢。通過這些功能，監(jiān)控中心可以及時發(fā)現(xiàn)并處理各路段的事件。

圖9 事件檢測的基本原理
（4）常發(fā)性擁擠自動檢測及警告功能
　 為了方便隧道管理者及時有效地發(fā)現(xiàn)交通擁擠，本系統(tǒng)在視頻檢測上端軟件中加入了“常發(fā)性擁擠自動檢測及警告”模塊，擁擠檢測的基本原理如圖10所示。根據(jù)擁擠的定義和常發(fā)性擁擠的特點，常發(fā)性擁擠可用下列參數(shù)度量：交通量、交通密度（輛/公里/車道）、占有率（時間占有率和空間占有率）、路段行程速度（時間）等。在交通擁擠發(fā)生時，行程速度參數(shù)反映交通流變化上最敏感，交通量次之，利用視頻檢測技術和擁擠檢測算法，可以準確及時地得到交通流量、行程速度及車道占有率和交通延誤等交通參數(shù)(后3個參數(shù)是傳統(tǒng)檢測方法無法準確得到的)，從而實現(xiàn)對道路擁擠程度的直接測量。如果有擁擠，就發(fā)出警告。

圖10 常發(fā)性擁擠檢測的基本原理
（5） 服務水平評價功能
　　服務水平是用來衡量道路為駕駛員所提供的服務質(zhì)量等級。我國公路服務水平現(xiàn)分為四級，一級相當于美國的A、B兩級，二、三級相當于美國的C級和D級，四級相當于美國的E、F兩級，我國高速公路的適應交通量宜按二級（相當于美國的C級）來考慮。
　　利用視頻車輛檢測系統(tǒng)，可以直接得到隧道的交通流密度、速度，根據(jù)車型的判別結(jié)果可以得到折算成標準車的交通量，從而得到飽和度（V/C），利用這些參數(shù)，通過上端軟件中的“服務水平評價算法”就可以準確地得到基本路段的服務水平。
3.3 主要的技術指標
處理速度
1) 視頻處理器處理速度：20ms/幀
2) 上位軟件參數(shù)更新速度：≤30秒（可根據(jù)用戶要求調(diào)整）
檢測精度
1) 交通流量≥95%
2) 時間占有率≥90%
3) 平均速度≥90%
4) 車頭時距≥90%
5) 車頭間距≥90%
6) 正確觸發(fā)率≥90%
4、系統(tǒng)設備介紹
4.1 推薦攝像機
掃描系統(tǒng)：PAL標準，625行，每秒25幀
攝像器件：1/2”CCD
分辨率：水平480線，垂直350線
信噪比：大于50dB
最低照度：0.005Lux/F1.2
鏡頭架：C/CS
快門：關、1/100—1/100000、自動
光圈控制：ALC/ELC
背光補償
數(shù)碼變焦：2—10倍
4.2 推薦鏡頭
采用自動光圈變焦鏡頭，帶紅外濾色片
焦距：8—16mm
光圈：1.4—22
4.3 GDW-VD-2002型視頻檢測處理器
　　GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器接受標準視頻流，攝像機需架設在道路或隧道的合適位置(道路上方、路中央的隔離帶、路側(cè)、隧道內(nèi)壁)，視頻信號經(jīng)傳輸設備輸入視頻處理器，通過對圖像的分析與處理獲得所需的各種交通數(shù)據(jù)，檢測區(qū)域可在計算機或監(jiān)視器的圖像畫面上自由設置。設備檢測到的各種交通數(shù)據(jù)既可存儲在設備本身的大容量非易失存儲器中，也可以通過通訊接口（RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等），將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h端數(shù)據(jù)中心。
　 GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的使用非常簡單，用戶只需對照顯示器 或監(jiān)視器上的現(xiàn)場圖像設置好檢測區(qū)域（模擬線圈），就可以同時檢測6-8個車道。當車輛經(jīng)過這些模擬線圈時，各種交通數(shù)據(jù)就被提取出來，檢測數(shù)據(jù)可以實時發(fā)送，也可存在設備本身，在合適的時間傳送。
　GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器采用了嵌入式設計方案，采用工業(yè)級芯片，可以適應惡劣環(huán)境條件。
GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的技術指標如下：
1) 電源：220VAC
2) 檢測精度：車流量≥95% 、平均速度：≥90%
3) 接口： 1個RS232口，1個RJ45以太網(wǎng)口
4) 協(xié)議支持： 標準串行通訊協(xié)議
5) 標準IP地址和TCP/IP、IPX協(xié)議支持
6) 聯(lián)網(wǎng)能力：支持現(xiàn)有各種聯(lián)網(wǎng)方式
7) 數(shù)據(jù)格式：兼容其他檢測設備數(shù)據(jù)格式
8) 工作溫度：-40℃ -- +85℃攝氏度
9) 相對濕度：0 -- 95%
10) 視頻輸入：標準PAL/NTSC/視頻信號
11) 視頻輸出：標準PAL/NTSC/視頻信號
12) 數(shù)據(jù)輸出：RS232/LAN
13) 控制輸出：集電極開路
14) 自身檢測數(shù)據(jù)緩存空間：可以至少緩存三個月以上時間的檢測數(shù)據(jù)
4.4 視頻檢測信息處理工作站（上端軟件PC機）
1) CPU：≥2.0GHz
2) 芯片組：支持SDRAM PC133，400MHz系統(tǒng)總線，ATA/100，4個USB1.1端口
3) 內(nèi)存：≥512MB 133MHz同步DRAM（non-ECC），可擴充至1.5G，可通過順序存在性檢測（SDP）自動檢測內(nèi)存模塊
4) 硬盤：80GB（7200rpm），采用SMART II
5) 21”純平彩色顯示器
6) 獨立顯卡，顯存≥32MB
7) 100M網(wǎng)卡
8) 16倍速DVD-ROM
9) 軟盤驅(qū)動器：3.5” 1.44M
10) 標準鍵盤，鼠標