平安城市交通监控智能化实现方案

　　现代城市经济迅速地发展，人与车辆均在高速地增加，城市交通拥挤日益加剧，交通事故也不断地增加，交通问题越来越引起人们的关注。因此，更好地协调人、车、路三者的关系，已成为交通管理部门所面临的重要问题。尤其在所创建的平安城市中，要想使城市安防监控智能化，首先必须使交通监控智能化，即必须要建立智能交通(ITS)系统。这种城市智能交通监控系统，要面向全市的交通参数的数据监测、交通信号灯的智能控制与交通诱导等，并有电子警察日夜24h代替交通警察执行任务，以打击利用机动车犯罪，抡劫车辆，破坏交通设施，使交通安全而通畅，最大限度地提高道路的使用效率，保障人民生命财产的安全。

　　智能化道路交通监控系统重要的内容是对交通运行状况要能及时了解、分析、判断。并能让驾驶员对交通状况了如指掌。这种利用计算机的交通监控智能化系统，主要用于城市道路交通的控制与管理，自动检测与判别影响与破坏交通的行为，对打击利用机动车犯罪，提高城市道路的通行能力、缓和城市交通拥挤等起着重要的作用。

　　下面介绍平安城市中交通监控智能化系统的实现方案的组成及原理，各个子系统的组成及其作用功能。

　　一、平安城市中交通监控智能化系统的组成

　　平安城市交通监控智能化系统的实现方案的组成与原理框图如图1所示。

　　

图1、平安城市交通监控智能化系统的实现方案的组成与原理框图

　　它采用符合工业标准的通信和系统集成技术，能实现整个城市交通监控系统的统一的智能控制、协调和管理，具有稳定性好、可靠性高的优点。

　　由图1可看出，平安城市中的交通监控智能化系统，主要由车辆交通参数检测统计与控制、车辆异常行为检测与识别、十字路口车辆拥堵检测与疏导控制、车辆不停车收费、车辆3G定位与跟踪控制、道路治安卡口车辆检测、车辆违章检测的电子警察等7个子系统组成。这些子系统检测的情况均可通过城市有线或无线网络传送到各区与市的交通监控管理与指挥中心，各中心也可通过交通管理控制软件，再通过网络去控制和指挥前端的子系统。

　　在城市的智能交通系统的通信中，可以采用数传电台、GSM短消息、光纤接入等方式，即利用城市公用移动通信网络与Internet网络。目前，公用移动通信网络较方便的是采用GPRS/CDMA移动通信方式，但很快将会采用能高速传输移动视频的CDMA-ODFM与CODFM的调制传输方式(本人己撰文发表于安防杂志)。它们永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务与高速移动视频传输。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、不同大小流量的数据与视频传输。

　　城市道路交通控制主要是对交通信号的控制。而交叉口处的交通信号灯是城市道路网中的主要控制设施。但原有的定时的交通信号灯，影响交通网络的运行效率，因此这种交通信号灯必须以最优控制策略存在，即根据车辆实际运行的拥堵情况，能自适应地控制红绿信号灯的转换，以减小道路网络中所有车辆的行程时间，达到城市道路的最大畅通。

　　方案中的7个子系统，将城市中的各条道路、高速公路、交通路口、治安卡口、收费站口等的交通监控，均实现了智能化的控制与管理，尤其方案中增加了车辆异常行为的视频检测与识别子系统，使罪犯利用机动车抡劫、绑架、撞人逃跑等行为，均能及时预/报警，并被锁定和跟踪，直到抓捕为止。下面再简介一下7个子系统。

　　二、车辆交通参数检测与统计系统

　　车辆交通参数检测系统，能识别车辆的形状、颜色、类型、车速、车流量、道路占有率以及是否有非法停靠、是否有故障车辆等。并且，将这些交通参数自动统计反馈给交通监控管理中心，以利于交通管理。

　　目前，车辆交通参数检测的方法很多：如有磁感应车辆检测器、微波雷达车辆检测器、超声波车辆检测器、红外线车辆检测器、激光车辆检测器、无线车辆检测器与视频车辆检测器等。其中以视频车辆检测器所检测的交通参数最为齐全，且所采集图像的摄像机还可与道路监控的摄像机兼容，并便于识别与跟踪，是现代智能交通ITS中车辆检测的最佳选择与发展方向。

　　实际上，视频车辆检测系统是利用已建立的交通电视监控系统的信息资源（即交通数据的采集），采用先进的计算机图像处理及模糊识别技术，实现处理连续动态的道路交通监测图像，以获得分类交通参数的一个检测系统。它可以单独建立，如在道路上合适的地点安装摄像机，也可以建立在道路监控系统基础上。通常，现在比较流行的做法是将视频车辆检测系统建立在道路监控系统之上。

　　视频车辆检测系统所提供的交通参数数据一般比较齐全，有如下的两类：

　　①用于统计的交通数据：车流量；车的速度；车的密度；道路占有率；车辆类型（主要根据车辆长度）等。

　　②用于事件有关的数据：车辆高速、高密度或高占有率；停车或非常慢的运动车辆；车辆排队；路上异物；车辆违章；交通事故；逆向行驶等。

　　根据检测到的用于事件有关的数据，可以产生不同的报警。因为当探测某一事件发生时，系统会自动产生报警以提醒工作人员。然后，工作人员可从图像上了解事件发生的地点、该地点的交通状况，这样就可及时采取措施或指挥就近的有关人员救护，以减少事故的再发生。

 
　　三、车辆违章检测的电子警察系统

　　违章检测的电子警察系统主要由机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线等违章子系统组成。这种机动车超速、逆行、压黄线违章视频检测系统的组成与原理框图如图2所示。

　　由图2看出，机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线违章视频检测系统由前端视频组件、检测工控主机、与机动车违章管理软件等组成。

　　

图2、机动车冲红灯、超速、逆行、压黄线违章检测系统的组成与原理框图

　　机动车冲红灯违章检测系统的主要功能是能自动探测路口交通信号为红灯时违章超越停车的车辆，并自动拍摄和记录违章时间、地点，拍摄的图像经过编码压缩处理，自动源源不断地传输至公安局交警控制中心，交警部门掌握了确凿的证据，对违章者进行处罚，从而有效地减少违章冲红灯车辆，规范行车秩序。

　　系统对特定的地点路面(即划定的检测区域)的车辆的速度与方向以及黄线的图像进行视频监控与检测(有的可采用微波雷达测速)，当系统检测到机动车超过限速值(高速行驶车速大于120km/h)、或机动车的行驶方向违反工控机设定的行驶方向、或机动车辆压黄线时，即通过视频检测工控主机控制违章检测控制单元控制闪光灯驱动单元，使闪光灯闪光，由近景摄像机拍摄违章车辆的车牌号像片，远景摄像机拍摄该方向的全景像片。为确保所摄的像片能作为交管部门的执法依据，一般系统也抓拍二幅连续全景像片和一幅能看清车牌号的特写像片，并在违章车辆的图像上，记录车辆违章的时间、地点以及违章的参数(如超速的速度等)。同时，将该结果存贮起来，生成违法图像和违章信息数据库，并根据实际要求生成违法处罚通知单，通过光纤网络自动传输到交通管理部门作为执法依据。以规范司机遵章驾驶，提高道路的通畅能力。

　　四、车辆异常行为检测与识别系统

　　车辆异常行为的视频检测与识别系统，可用来检测车辆行驶行为，当检测到车辆行驶异常时，能立即进行预/报警。通常，系统首先通过背景减除提取运动图像，并进行跟踪和目标类型识别。如有一辆汽车驶入人行道时，系统会自动在该车周围打出两个红色问号，表示其行驶异常，并同时发出警报声，以引起监控人员的注意。当车辆退出人行道后，红色问号消失，警报解除。又如有一辆小汽车快速在停车场或高速公路收费广场逆行，这时系统也会在其周围打出两个红色惊叹号，并发出警报声，表示其行驶行为已经发生异常。再如，罪犯利用机动车突然停车抡劫、绑架，或撞人逃跑等行为均属异常，并且那种频繁超越各车道正常行驶车辆的超速行驶的车辆，多为被劫或逃窜等车辆，显然也属行驶行为异常车辆，这时系统要发出急促的警报声等。这种车辆异常行为检测系统，尤其在城市道路监控中有非常大的作用。

　　因为这种智能化功能的实现，是在嵌入智能视频分析的软件算法下才有的。它可以在无人巡视的条件下，能检测识别车辆的异常行为，如车辆驶入绿化草地、人行道、逆行、超速，尤其在行驶过程中突然停下横挡车辆冲出人实施抡劫与绑架以及撞倒人后逃跑等违法违章行为，均要能自动检测与识别，并立即锁定与跟踪，进行预/报警，直到抓捕罪犯，从而可实现高效智能化的交通管理。

　　五、十字路口交通拥堵检测及自动疏导控制系统

　　十字路口交通拥堵检测及自动疏导系统，能统计通过的车辆数与检测交通拥堵，并通过交通信息牌和无线台对交通进行自动疏导。同时，最重要的是能根据十字路口的实际拥堵情况，自适应地自动控制红绿灯的转换时间，以自动疏导车辆，使交通通畅。

　　在视频检测系统中，为了及时有效地发现交通拥挤，在系统上端软件中加入了“常发性拥挤自动检测及警告”模块。当交通拥挤发生时，从行程速度参数上反映交通流变化最敏感，交通量次之，因而利用视频检测技术和拥挤检测算法，可以准确及时地得到交通流量、行程速度及车道占有率和交通延误等交通参数(而这后3个参数是传统检测方法无法准确得到的)，从而实现对道路拥挤程度的直接测量。如果有拥挤，就发出警告，并根据实际情况自适应地自动控制红绿灯的转换时间（不是原来的固定的转换时间）。

　　此外，交通管理中心还可以利用这些数据，在发生交通堵塞或交通事故时迅速采取措施。如交通管理中心还可把采集的交通数据处理后，通过道路上的电子显示屏或交通电台等途径传给司机。这样，有助于疏通车流、减缓交通拥挤，并可使司机提高警惕，防止事故发生，以优化行车路线。

　　六、道路治安卡口机动车检测系统

　　道路治安卡口机动车视频检测系统一般用于城市道路或高速公路出入口、收费站及重点治安地段的治安卡口，其组成与工作原理框图如图3所示。

　　

图3、道路治安卡口机动车视频检测系统的组成与原理框图

　　该系统可自动识别过往卡口的车辆牌号与车牌特征，自动核对黑名单库，验证出车辆的合法身份。此外，还可对路口情况进行监控和管理，包含出入口车辆的采集、统计、存贮数据和系统工作状态，以便工作人员对道路交通安全进行监控、统计、查询和打印报表等工作。

　　道路治安卡口机动车视频检测系统的工作原理是，根据每一车辆对应唯一的车牌号，通过近景与远景摄像机对路口过往的每一车辆车牌号图像和车辆全景图像进行连续全天候实时记录，并通过车牌识别软件进行车牌号自动识别。通常，系统是通过高清晰摄像机及高倍率自动光圈镜头，对路口交通状况实施监视的。在监控室，还可通过系统遥控前端的摄像机转动、控制镜头的调焦、变倍；在晚上，为保证系统得到高清晰度的图像，还可自动开启道路上所配置的路灯设施。

　　在与对应地区的车管库相连接的情况下，可对比分析当前过往车辆是否为合法车辆，若为违法车辆即自动报警。并且，还要及时准确地为系统提供相应车辆的车型、颜色、车牌号、行驶方向、车速、经过时间等各种参数，以保存到数据库，且数据具备联网查询功能。

　　利用这种道路治安卡口机动车视频检测系统，也能检测识别车辆的违规，如闯红灯、超速、逆行与非法停靠等。

 
　　七、收费站车辆不仃车收费系统

　　收费站不停车收费系统主要用于高速公路、城市入口等收费站的不仃车收费，以利于车辆通行，解决交通瓶颈。本方案收费站不停车收费系统，是一种电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection, 简称ETC ），是国内外正在开发并且推广普及的一种用于高速公路、大桥和隧道的一种收费系统。它通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短距离通讯，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，能自动地完成收费的全过程。

　　ETC系统主要由ETC收费车道、收费站管理系统、ETC管理中心、专业银行及传输网络组成。ETC系统是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图像识别技术等高新技术的设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用。目前，大多数ETC系统均采用微波技术。这种不停车收费系统的原理框图如图4所示。

　　

图4、不停车收费系统的原理框图

　　由图4可知，当汽车通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置（路边读写设备简称RSE，即图中的阅读器）时，经天线，能识别车辆上设备（即图中的射频卡或标签，因放在汽车前玻璃上也称为车载器，简称OBU）内特有的编码、车牌号、判别车型、计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。对使用ETC车道的未安装电子标签或标签无效的车辆，则视作违章车辆，并立即自动实施图像抓拍和识别，以传送交警部门事后处理。

　　一般，这种不停车电子收费系统由4个部分组成：

　　①电子标签卡。它是一种有源电子射频卡，功率约为1mw，其内存可作到存储包括车辆型号、车牌照号、车主的相关资料等各种信息，是一个完善的汽车身份卡和信用卡。

　　②收发器(即阅读器)。它是一种带有微波线路的装置，用它与标签卡之间建立高方向性的高频微波通讯。它有很强的抗干扰性能和快速的通讯能力。目前，国内外大多采用5.8GHz微波。因为5.8GHz系统DSRC协议的基础技术保证其至少有10m的双向通讯距离，其反向散射原理使下行和上行的通讯互不干扰，从而使得标签可以在有限的功率范围内可靠地进行通讯；基于DSRC的5.8GHz系统的电子标签都具备非常成熟的防拆卸手段，用以避免由于故意更换标签而造成的通信费款流失。

　　③进行通讯处理的微处理器。它将来自标签卡的信息进行解释并传至车道控制器，从而取得该车的有关资料并进行相应处理，对来自车道控制器的数据信息经分析后也可对标识卡内的数据进行必要的修改。

　　④车道控制器。根据卡上的信息，判定通过车辆是否有正常通过的权力，还可判断卡的有效性，并起动相应的交通标志，也可以发出警告给车主必要的提示。如果发生违章闯关现象也可驱动抓拍系统进行违章取证等。

　　这类收费站不仃车收费系统目前多是射频自动识别技术RFID不停车收费系统，因为这种系统的电子标签(即射频卡)上的信息是非常完整的，如有车型信息等。

　　平安城市采用不停车收费系统的好处有：杜绝少数不法收费员贪污路费；无需收费广场，节省收费站的占地面积；节省能源消耗，减少停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；减少收费人员，降低收费管理单位的管理成本；无需排队停车，节省出行人的时间；避免因停车收费而造成收费口堵塞，形成新的瓶颈等。

　　八、利用3G的车辆定位控制与跟踪系统

　　全球定位系统GPS应用于移动目标的监控，有着比其他监控手段无法比拟的优势。利用3G(即GPS、GIS 、GSM)的车辆定位监控系统，是对各种车辆实施定位跟踪、监控、调度管理提出的比较理想的解决方案。该系统采用GPS全球卫星定位技术对移动目标进行实时定位；利用GSM全球移动通讯技术即GSM数字移动通信网络进行实时数据传输；利用GIS地理信息处理技术即以GIS电子地图和空间信息系统为支撑平台。同时，还采用大容量数据采集技术和大容量数据存储等计算机网络通信与数据处理技术，以尽可能多地采集并记录车辆行驶过程中大量的数据信息，自动生成图形和数据，进行统计、比较、分析、列表，从而提高车辆营运管理工作的效率。因此，利用3G的车辆定位监控系统，能够实现对车、船等移动目标的精确定位跟踪、监控报警、反劫防盗、指挥调度和信息查询管理等。这种3G的系统具有定位精度高、稳定性强、使用效果好等特点。

　　实际上，这种3G的车辆定位跟踪的智能监控系统是由GPS卫星定位系统和地面移动通信系统两大部分组成。其中，地面移动通信系统是由指挥监控中心、车载移动单元和公用移动通信网络三个部分组成。车载移动单元设备可以为指挥监控中心实时提供每一个移动目标的最新定位数据、运行状况和报警信息等，并自动记录这些信息以便事后查询分析，因而也是用户终端。监控中心接收车载移动单元传送来的车辆GPS定位数据信息，并对车辆的报警和调度信息进行处理，并且通过GIS地图匹配，就能在电子地图上实时显示车辆当前精确位置，从而能方便地实现对车辆的定位跟踪、监控防盗、反劫报警、指挥调度等功能；同时也可通过公用移动无线通信网络进行数据、语音、图像的传输。即向指定的车载台发送各种控制指令，实现对车辆的远程控制和信息查询等服务。

　　实际上，该系统主要用于车辆的定位，使监控管理中心通过GIS电子地图知道车辆的位置，如遇抡劫，能实施报警、跟踪该车辆的行踪。

　　九、结束语

　　由上可看出，由上述的7个子系统组成的平安城市交通监控智能化系统，包含了一个城市对交通进行自动检测识别与管理的方方面面，因此它是平安城市建设中必不可少的重要的一部分。要想使整个城市的安全技术防范系统在数字化网络化的基础上智能化，首先必须使交通监控智能化。只要有了这7个子系统对城市的交通安全进行自动检测识别与管理，城市的其他安防监控系统的智能化建设，也就有了坚实的基础。所以，对平安城市建设来说，交通监控智能化是首要的。也就是说，必须要建立和完善好文中所述的7个子系统，这也是智能交通系统发展的方向。

　　但是，目前一些城市的智能交通系统还远远没有完善的7个子系统，尤其是没有车辆异常行为的视频检测与识别系统等。因此，必须要加倍努力，尽快地完善7个子系统，使城市交通安全而通畅。进而，再使其它安防监控系统智能化，以保证整个城市的平安，使人民安居乐业，而真正过着文明、幸福而美满的生活。