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摘 要： [摘要]結(jié)合高清監(jiān)控視頻傳輸和采集的特點(diǎn)，深入研究了高速公路智能全程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，并涉及到其中的通信和軟件構(gòu)架等特征。在高速公路高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用C/S和B/S的混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)用核心智能分析系統(tǒng)、多源異構(gòu)信息采集系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)處理系統(tǒng)等核心
[摘要]結(jié)合高清監(jiān)控視頻傳輸和采集的特點(diǎn)，深入研究了高速公路智能全程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，并涉及到其中的通信和軟件構(gòu)架等特征。在高速公路高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用C/S和B/S的混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)用核心智能分析系統(tǒng)、多源異構(gòu)信息采集系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)處理系統(tǒng)等核心模塊，能夠智能化分析檢測(cè)視頻監(jiān)控過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)，并圍繞實(shí)際情況和分析結(jié)果展開(kāi)聯(lián)動(dòng)報(bào)警操作。
[關(guān)鍵詞]智能,自動(dòng)化監(jiān)控,軟件,C/S結(jié)構(gòu),B/S結(jié)構(gòu)
1概述
近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展越來(lái)越快，交通流量也隨之增加，我國(guó)高速公路規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大，如果需要進(jìn)行監(jiān)控的規(guī)模和范圍較大，傳統(tǒng)人工監(jiān)控?zé)o法滿(mǎn)足其實(shí)際需求，因此與高速交通管理很難達(dá)成匹配，更是無(wú)法保障高速公路的安全運(yùn)行[1]。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，高速公路所起的作用非常重要，它作用的充分發(fā)揮及其正常營(yíng)運(yùn)，監(jiān)控系統(tǒng)必不可少[2]。目前，研究開(kāi)發(fā)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)己成為各國(guó)重要科學(xué)研究領(lǐng)域，這也是智能交通運(yùn)輸體系發(fā)展趨勢(shì)[3]。
相關(guān)研究顯示，目前已經(jīng)推出了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其中囊括了3個(gè)部分內(nèi)容:客戶(hù)端、分析單元以及中心服務(wù)器。進(jìn)一步改善了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的缺點(diǎn)，有效提升了道路整體服務(wù)水平，音粗具有很高的可重用性[4];相關(guān)研究綜合了集中式C/S結(jié)構(gòu)以及分布式C/S結(jié)構(gòu)，組織構(gòu)建了高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)，從而使工作效率得到提高[5]。
智能交通系統(tǒng)整合先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、視頻采集技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、交通控制學(xué)、控制技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，并將其運(yùn)用到現(xiàn)代化智能交通范圍內(nèi)，從而推動(dòng)智能交通監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。因此，在新一代的監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用最有價(jià)值的、最新的技術(shù)，可解決公路實(shí)際問(wèn)題，具有良好的社會(huì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。本文結(jié)合高清監(jiān)控視頻傳輸和采集的特點(diǎn)，對(duì)高速公路智能全程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)及通信進(jìn)行了研究。
2智能全監(jiān)控中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1視頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、控制及存儲(chǔ)設(shè)備相結(jié)合
高速公路智能全監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)多角度、全方位的監(jiān)控，分散度極高，因此，智能監(jiān)控系統(tǒng)中的重點(diǎn)是對(duì)視頻存儲(chǔ)技術(shù)和傳輸控制要合理高效[6]。高速公路需要借助視頻編碼器編碼處理所有監(jiān)控范圍，確保本地監(jiān)控運(yùn)行得以順利實(shí)施，控制中心需要在綜合視頻傳輸器的基礎(chǔ)上接收視頻訊號(hào)[7]。高速公路當(dāng)中的所有戶(hù)外攝像機(jī)全都是基于戶(hù)外型視頻編碼器接收視頻信號(hào)，并存儲(chǔ)在交換機(jī)當(dāng)中，再由監(jiān)控中心進(jìn)行接收[8]。
2.2高速公路智能監(jiān)控中的視頻監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)
閃光燈在智能交通監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，一般來(lái)說(shuō)，如果較小的額定功率，會(huì)發(fā)生較大的放電瞬時(shí)功率[9]。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)瞬間功率要小于逆變器瞬間功率，確保閃光燈放電瞬間系統(tǒng)工作正常。通過(guò)外場(chǎng)攝像機(jī)，視頻監(jiān)控可全方位監(jiān)控目標(biāo)，通過(guò)通信線(xiàn)路，將圖像傳回到監(jiān)控室，且可對(duì)目標(biāo)實(shí)施24h錄像，可通過(guò)人工對(duì)事件、圖像進(jìn)行控制，同時(shí)可進(jìn)行抓拍，對(duì)查找圖像的過(guò)程十分有利。
對(duì)于高速公路分布式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，監(jiān)視系統(tǒng)全都處于相同的子系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)路過(guò)收費(fèi)站的車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，抓拍違章車(chē)輛和特殊車(chē)輛，實(shí)時(shí)監(jiān)視高速公路上的正常運(yùn)行情況，在必要時(shí)需提供高速功率的動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)視視頻。超車(chē)道黃牌車(chē)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)以及非法占用應(yīng)急車(chē)道來(lái)說(shuō)，其所使用的方式為視頻檢測(cè)方式，如果行車(chē)道出現(xiàn)超速或者速度過(guò)慢等情況，所使用的方法主要以雷達(dá)檢測(cè)為主。
3基于兩種軟件混合的體系架構(gòu)
智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的體系架構(gòu)結(jié)合目前監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)前，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向主要為:從各個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)交互、相互獨(dú)立發(fā)展成為數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)共享、集成化的系統(tǒng);監(jiān)控控制軟件的單一功能逐漸多元化、智能化，其軟件系統(tǒng)的整體功能逐漸強(qiáng)大;系統(tǒng)逐漸強(qiáng)調(diào)高集成、智能化、互聯(lián)共享、綜合管理、移動(dòng)監(jiān)控的概念;打破了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)分析不重視的局限，成為集報(bào)表、分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控為一體的多元化系統(tǒng)。必須要有充足的視頻數(shù)據(jù)才能完成高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建立，有來(lái)自外場(chǎng)道路傳感器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)、高清/標(biāo)清實(shí)時(shí)交通視頻流等，本研究將C/S與B/S兩種軟件體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使其發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，確保數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的響應(yīng)速度，因此提出混合系統(tǒng)架構(gòu)。
通過(guò)局域網(wǎng)，高速公路管理處內(nèi)部用戶(hù)通過(guò)C/S軟件系統(tǒng)架構(gòu)能夠直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器;在網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上，外部用戶(hù)也能夠通過(guò)B/S系統(tǒng)架構(gòu)訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)器。本次課題研究出的模型，能夠確保外部用戶(hù)正常訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，但同時(shí)也避免了直接訪(fǎng)問(wèn)的過(guò)程，確保管理處數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性;內(nèi)部用戶(hù)的交互性大大提升，不論是要修改數(shù)據(jù)，還是查詢(xún)數(shù)據(jù)都能夠迅速響應(yīng)。
本文基于多元化的角度，綜合分析系統(tǒng)的集成性、安全性以及穩(wěn)定性，抽象化處理HHIVS系統(tǒng)，使其復(fù)雜程度削弱，增強(qiáng)其層次感和和一體化特征，構(gòu)建構(gòu)架模型，在本混合架構(gòu)模型中，不同子系統(tǒng)可以同時(shí)共享高速公路交通數(shù)據(jù)庫(kù)，但要基于一個(gè)大前提，即數(shù)據(jù)庫(kù)具有無(wú)縫集成的屬性，在系統(tǒng)下層深入挖掘高速交通數(shù)據(jù)的過(guò)程中，能夠滿(mǎn)足基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)際需求，與此同時(shí)還能為上級(jí)交通管理部門(mén)提供數(shù)據(jù)匯總的服務(wù)。
服務(wù)端與客戶(hù)端通過(guò)C/S結(jié)構(gòu)組成構(gòu)架模型，此時(shí)內(nèi)部分布式系統(tǒng)的匹配性非常強(qiáng)，能夠不斷增強(qiáng)交通事務(wù)處理的能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的管理需求，并表現(xiàn)出及時(shí)響應(yīng)、多元化扥特征。客戶(hù)端屬性數(shù)據(jù)基于ADO/ODBC，能夠?qū)崿F(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的目的，在DirectShow組件接口的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)的操作和訪(fǎng)問(wèn)通過(guò)基于RTP的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。在外部的B/S模式下，因其擁有標(biāo)準(zhǔn)的軟件維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)低、Internet技術(shù)、信息查詢(xún)、可視化組織等，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上能夠結(jié)合其他系統(tǒng)，并基于安裝瀏覽器的基礎(chǔ)上滿(mǎn)足客戶(hù)端的訪(fǎng)問(wèn)需求，所以該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)查詢(xún)或發(fā)布交通數(shù)據(jù)的功能。
體系結(jié)構(gòu)的發(fā)布子系統(tǒng)、高速交通信息查詢(xún)采用三層進(jìn)行，在邏輯上，系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和表示層。數(shù)據(jù)服務(wù)層存放數(shù)據(jù)的位置在三層B/S結(jié)構(gòu)模型;提供服務(wù)組件的位置主要是業(yè)務(wù)邏輯層，能夠直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)層，積極響應(yīng)客戶(hù)端的需求;客戶(hù)端瀏覽的功能主要是通過(guò)表示層實(shí)現(xiàn)的。交通視頻流的發(fā)布過(guò)程中，視頻服務(wù)器軟件采用跨平臺(tái)的、支持多格式的HelixServer14.0。對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)，在任何網(wǎng)絡(luò)能夠觸及的地方，均能將高質(zhì)量的多媒體內(nèi)容進(jìn)行分發(fā)，在無(wú)線(xiàn)設(shè)備上甚至都能進(jìn)行分發(fā)。
軟件傳播和接收視頻的過(guò)程，均是基于RTP/RTSP協(xié)議開(kāi)展的;邏輯層的通訊功能主要是通過(guò)RealSystem實(shí)現(xiàn)的，能夠點(diǎn)播交通視頻。針對(duì)屬性數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)展開(kāi)分析，訪(fǎng)問(wèn)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程，需要JDBC，JSP的大力協(xié)助。將C/S和B/S混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用在高速公路高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，使其內(nèi)部程序和整體流程更加優(yōu)化，大大增強(qiáng)其可用性和交互性，同時(shí)還進(jìn)一步提升了安全性特征。本混合架構(gòu)具有一定的通用性特征，能夠?yàn)槊舾袛?shù)據(jù)的安全性保駕護(hù)航，還具開(kāi)放性良好、便于移植、易擴(kuò)展性。
4視頻數(shù)字圖像處理
高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)控視頻數(shù)字的圖像處理作為核心模塊的，其性能優(yōu)劣、算法好壞對(duì)交通事件判定的快速性和準(zhǔn)確性及交通參數(shù)計(jì)算有一定的影響。其操作界面以圖形化為主，人機(jī)交互操作方式具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。
5功能模塊設(shè)計(jì)
HHIVS系統(tǒng)主要功能模塊包括核心智能分析系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)處理系統(tǒng)以及多源異構(gòu)信息采集系統(tǒng)。
5.1多源異構(gòu)信息采集系統(tǒng)
視頻數(shù)據(jù)來(lái)源并不是固定的，而是表現(xiàn)出多樣化特征，即為多源。在該系統(tǒng)當(dāng)中，視頻采集方式主要包括車(chē)載移動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、不同位置布局的攝像機(jī)等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多元化格式特征，即為異構(gòu)，例如不同設(shè)備開(kāi)關(guān)量信號(hào)的架構(gòu)都是不同的。傳感器需要預(yù)留采集系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量接入接口，并基于路由交換技術(shù)分類(lèi)接入不同的場(chǎng)外視頻流。采集系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)分類(lèi)匯總多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，從而推動(dòng)核心智能分析系統(tǒng)的調(diào)用效率。
5.2核心智能分析系統(tǒng)
標(biāo)清視頻處理子系統(tǒng)和高清視頻處理子系統(tǒng)是構(gòu)成核心智能分析系統(tǒng)的主要框架。若對(duì)所有事件進(jìn)行分析處理時(shí)，均使用高清信號(hào)，則要求服務(wù)器要具有較高的硬件資源，本研究在進(jìn)行處理時(shí)，將標(biāo)清信號(hào)、高清信號(hào)分別引入子系統(tǒng)，這樣可保護(hù)現(xiàn)有投資，且節(jié)省成本。標(biāo)清視頻處理子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的過(guò)程，對(duì)象事件應(yīng)具有模型簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性較強(qiáng)、圖像細(xì)節(jié)信息要求較低等特點(diǎn)。
通過(guò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)抓取圖像序列的過(guò)程，即為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，幀間差分法、背景差分法以及光流分析法等是作為常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法存在的重要內(nèi)容[10]。高速公路具有開(kāi)闊的事業(yè)，且沒(méi)有較大的背景擾動(dòng)性，所以本研究所選取的檢測(cè)方法以背景差分法為主。對(duì)于高清視頻處理子系統(tǒng)而言，其主要應(yīng)用及研究方向?yàn)榻煌ōh(huán)境監(jiān)測(cè)、車(chē)牌字符識(shí)別及車(chē)型分類(lèi)、可疑目標(biāo)遠(yuǎn)距離身份識(shí)別。
5.2.1車(chē)牌字符識(shí)別及車(chē)型分類(lèi)
支持向量機(jī)(SVM)屬于一種通用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可處理數(shù)據(jù)分類(lèi)。根據(jù)車(chē)型、車(chē)牌樣本，對(duì)其特征進(jìn)行提取，訓(xùn)練大量的樣本，通過(guò)SVM分類(lèi)器模型分別匹配并判決待測(cè)樣本。
5.2.2交通環(huán)境監(jiān)測(cè)
要充分監(jiān)測(cè)并分析視頻監(jiān)控范圍當(dāng)中的各項(xiàng)參數(shù)。結(jié)合數(shù)學(xué)方法等手段，確定空氣污染評(píng)價(jià)模型，通過(guò)平均車(chē)速等參數(shù)對(duì)其修正。
5.2.3可疑目標(biāo)遠(yuǎn)距離身份識(shí)別
在視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)中，人的運(yùn)動(dòng)分析和生物特征識(shí)別技術(shù)結(jié)合是一個(gè)重要問(wèn)題。步態(tài)和臉像具有非接觸性、可感知性?xún)?yōu)點(diǎn)的生物特征，是視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)身份進(jìn)行識(shí)別的主要生物特征。
5.3聯(lián)動(dòng)處理系統(tǒng)
在智能監(jiān)控系統(tǒng)中，在事故發(fā)生以后，想要為高速公路的正常運(yùn)行保駕護(hù)航，必須要及時(shí)采取聯(lián)動(dòng)處理手段。所以，要全面整合智能分析結(jié)果，及時(shí)與公眾對(duì)接高速公路的信息，通過(guò)多元化的控制標(biāo)志設(shè)置，滿(mǎn)足高速公路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，與此同時(shí)還需要及時(shí)與相關(guān)部門(mén)連接，上傳現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像數(shù)據(jù)，盡可能增強(qiáng)高速公路恢復(fù)路況的效率。
6結(jié)論
本文結(jié)合高清監(jiān)控視頻傳輸和采集的特點(diǎn)，深入研究了高速公路智能全程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，并涉及到其中的通信和軟件構(gòu)架等特征。在高速公路高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用C/S和B/S的混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)用核心智能分析系統(tǒng)、多源異構(gòu)信息采集系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)處理系統(tǒng)等核心模塊，能夠智能化分析檢測(cè)視頻監(jiān)控過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)，并圍繞實(shí)際情況和分析結(jié)果展開(kāi)聯(lián)動(dòng)報(bào)警操作。
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