高速公路车辆违章超速行为检测与判别的研究

! 应设置为不小于 !" 米。
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超速违章行为的检测与判别流程
通过计算车辆经过两条固定距离检测线所用的时间来判
断车辆是否超速行驶， 如图 ( 所示。车辆超速检测的详细过程 如下： 第 一 步 ， 得 到 &、 ! 检测线区域的无车状态下的背景图像 （彩色、 灰度、 色度、 边缘） ， 特定情况下进行背景更新， 背景更新 参考了文献 4& ， !5的更新算法。 （彩 色 、 灰度、 第二步， 得 到 &、 ! 检测线区域的当前帧图像 色度、 边缘） 。 第三步， 得到 & 、 色度差、 边缘差的 ! 检测线区域的灰度差、 二值图像。 通过灰度差的变化， 判断是否要进行色度检验， 如果 灰度阈值变化达到设定阈值， 表明可能有车经过， 也可能是云 彩或风中树影， 再进行色度检验。 通过色度差的变化， 判断是否 是有颜色的车， 如果色度检验的阈值达到设定的阈值， 即可判 断为车。如果色度检验的阈值没有达到设定的阈值， 再进行边 缘差的检测来判断是否是黑车。 因为黑车的颜色和地面非常接 近， 只考虑色度的变化有可能把黑车给漏掉。当检测区域边缘 差的阈值达到设定阈值， 也判断为车。 其中设定的灰度差阈值、
!"- !""#$% 计算机工程与应用
图!
超速检测线的设置情况
道的宽度， 由于存在透视现象， 所以检测线 & 在图像中的长度 比检测线 ! 要短一些。 检测线的宽度理想情况下应该为 & 个像 素， 考虑到单个像素容易受到云、 阴影等因素变化的影响， 实际 检测 线 设 置 成 !’( 个 像 素 的 矩 形 区 域 ， 以 减 少 这 些 因 素 的 干 扰。 考虑到两条检测线的间距对误差的影响， 分析如下： 在视频视野的范围内， 如果检测线的条数多， 相邻两检测 有可能出现同一帧内车 线间的距离 ! 就短。当 ! 小于车长时， 辆同时经过两条检测线的情况。 因此， 检测线的数目不应过多， 而且两条检测线间的距离不应太短。 如果两条检测线间的距离 ! 很长，由于透视现象的存在， 检测线 & 在图像中的长度就会越短，检测线 ! 的长度就会越 天气 长。 检测线的长度过短， 也会造成检测线 & 容易受到光照、 检测的区域就会越 等因素变化的影响。检测线 ! 的长度过长， 大， 处理起来的时间就会很长。 因此， 需根据实际情况合理设置 检测线间的距离对准确计算车速很有帮助。 采集频率决定了影响车速的程度， 如最高车速为 &!")* + , ， 采集卡的采集频率为 -"*.，每帧图像最多超过检测线的距离 也就是说 " 最大为 &$(( 米。令 ! 1!" 为 &!"/"$"- + ($01&$(( 米， 米， 则测量出的速 度 相 对 误 差 为 （&$(( + !" ） 即如 /&""210$0#2 ， 果要让速度检测理论精度在 3($(#2 以上，实际检测线的距离 色度差阈值 和 边 缘 差 阈 值 参 考 了 文 献 4(’05 中 的 方 法 通 过 实 验 进行确定。 记下此时时间到 第四步， 当检测线 & 上判断车辆到达时，
高速公路车辆违章超速行为检测与判别的研究
程三伟 & 佟守愚 ! 李 江!
& （山东省科学院自动化研究所， 济南 !#""&- ） ! （吉林大学交通学院， 长春 &,""!# ）
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摘 要 违章超速是造成高速公路交通事故的重要原因之一， 其造成的事故后果相当严重。 文章针对高速公路上车辆违
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引言
监测车辆超速行驶，实施限速执法可减少超速违章行为，
同时也是维护道路交通安全的有效手段。在高速公路上， 车辆 超速行驶是引发交通事故的最大隐患之一。 由于高速公路发生 超速行为的可能性大， 行人和非机动车的干扰少， 进行超速检 测具有重要意义和可行性。 超速行驶的车辆由于其运动速度快， 车辆检测以及对其运 行速度的判断算法实时性的要求较高。 因此就需要在设计车辆 违章超速行为检测与判定算法时， 在尽量满足检测精度的前提 下， 减少算法的计算量， 提高算法本身的运算速度。 基于这种思 想， 文章采用了基于虚拟视频检测线的超速违章行为检测与判 定的算法。为了使算法本身最简化， 仅采用了两条间距已知的 虚拟检测线。 该算法本身只需要精确检测车辆通过前后两条检 测线的时间， 就可以利用已知检测线间的距离与车辆通过前后 两条检测线的时间差的比值计算出车速， 从而进行超速违章行 为的判定。 辆所处的不同位置。 （’ ） 图为正确检测情况， （( ） 、 （) ） 图为车辆 通过检测线时出现误差的两种情况。 设两条检测线间隔的长度 同 一 车 辆 通 过 &、 系统记录到 为 !， ! 检 测 线 时 误 差 距 离 为 "， 则 （’ ） 图 车 速 应 该 为 ! $ #， （( ） 图车速为 的 车 辆 通 过 时 间 为 #， （!%" ） （& ） 图车速为 （!’" ） 即测量出的速度的相对误差 $ #， $ #， 为 （" $ ! ） *&""+。
检测线。图像上的 & 、 ! 检测线实际宽度为 !’( 个像素。由透视 原理可 知 ， 图 像 上 !’( 个 像 素 所 代 表 的 实 际 距 离 ， 检测线 & 要 车速很高时， 在 ! 检测线不漏检， 在 & 检测线也 比检测线 ! 大。 即 -"*. 采集 不会漏检。该文采用的采集卡采集频率为 !#78.， 一帧图像， 随着车辆行驶速度的提高， 受系统图像采集速率的 车辆还没 限制， 可能会出现如图 - 所示的 情 况 。 在 第 $ 帧 时 ， 车辆已经在检测线 有进入检测线 ! 的检测范围。在第 $9& 帧， 因此此车辆未被检测线检测 出 来 。 在 此 ! 的检测范围以外了， 过程中车辆驶过的最短距离为车长与检测线 ! 的实际宽度之 和。假设极限最小车长为 ! 米， 极限检测线 ! 的宽度最小为 " ， 所用时间为 -"*.，此时车辆的行使速度最低为 !/($0 + "$"-)* + , 。 当车速大于 &%")* + , 时， 便有可能出 现 漏 检 的 情 况 ， 当检测线 的宽度变大时， 或是车身长度变大时， 都会使检测车速上限提 高。
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章超速行为，研究了一种基于虚拟视频检测线的违章超速行为检测与判定的实用算法。该算法考虑到采集卡的采集频 率， 分析了检测线的设置对检测精度的影响， 叙述了检测算法的检测与判别流程， 对最高检测车速进行了理论计算， 并对 误检情况进行了快速恢复技术研究。通过课题实验验证该算法具有良好的适应性和较高的检测率。 关键词 高速公路 超速 虚拟视频检测线 快速恢复技术 文献标识码 = 中图分类号 >-?&$!
图-
车辆刚好漏检示意图
计算机工程与应用 !""#$%
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误检情况的快速恢复
理论上经过检测阈值的不断调整， 车辆通过检测线 ’ 与检
如图 # 所示， 当车辆 ’ 与车辆 ! 连续通过检测线 ’ 与检测 线 ! 时： （5 ） 为车辆 ’ 在检测线 ’ 位置漏检的示意图， （6 ） 为车 （7 ） 为车辆 ’ 在检测线 ! 辆 ! 在检测线 ’ 位置漏检的示意图， 位置漏检的示意图， （8 ） 为车辆 ! 在检测线 ! 位置漏检的示意 ， 当车辆 ’ 经过检测 线 ! 被 判 断 是 车 时 ， 图。若情况为 （5 ） !! 的 值得到更新， 算 法 此 时 将 会 自 动 计 算 !!(!’)"* 的 时 间 差 值 ， 此时 则 !!(!’)"* 分两种情况。第一种情况下， 车辆 ! 已经通过检测线 ’， 的时间差值将会是车辆 ’ 通过检测线 ! 与车辆 ! 通过检测线 车辆 ! 还没有通过检测线 ’ ， 则 ’ 的时间差值。第二种情况下， 此时 !’)"*为 " ， 满足 +,-.’ 的条件， 令 !! 也为 " 。 若情况为 （6 ） ， 此 时也分为两种情况。 第一种情况下， 车辆 ! 通过检测线 ! 时， 车 此 时 计 算 出 的 !!(!’)"* 值 将 会 是 车 辆 ! 辆 4 已 经 通 过 检 测 线 ’， 过检测线 ! 与车辆 4 过检测线 ’ 的时间差值。第二种情况， 若 车辆 4 未通过检测线 ’ ， 此时 车辆 ! 通过检测线 ! 时， !’)"*为 " ， 同样令 !! 也为 " 。若情况为 （7 ） ， 当车辆 ! 通 过 检 测 线 ! 时 ， 此 时 计 算 出 的 !!(!’)"* 值 将 会 是 车 辆 ! 过 检 测 线 ! 与 车 辆 ’ 过 检 （8 ） ， 当车辆 4 通过检测线 ! 时， 测线 ’ 的时间差值。若情况为 此 时 计 算 出 的 !!(!’)"* 值 将 会 是 车 辆 4 过 检 测 线 ! 与 车 辆 ! 过 检测线 ’ 的时间差值。经分析可知， 在情况 （5 ） 和情况 （6 ） 的第 一种情况下， 都会出现 !!(!’)"* 计算出的时间差值比车辆实际通 过的时间差值相对要小，即车辆在通过检测线 ’ 漏检的情况 下， 容易造成车辆超速违章行为的误判。 也就是说， 当实际计算 （" ’& ） 的 !! (!’ )"* 的 值 不 在（ ) " %&） 34$& 1 $# ， 34$& 1 "#* 的 范 围 之 不仅要对系统进行快速恢复， 即 内， 且小 于 （"%& ） 34$& 1 $# 时 ， 将 !! 与 !’ 数组设置为 " ， 同时还意味着前几次抓拍的违章 超 速 车辆可能有误。此时系统要给出提示， 通知违章数据库将误判 和情况 （6 ） 的第一种情况可 的车辆图像予以删除。由情况 （5 ） 知， 当前后两辆车辆距离较近， 且连续通过检测线 ’ 漏检时， 容 易造成车辆超速违章行为的误判。 这也给删除车辆违章超速误 判图像提供了依据。
假设极限最小车长为所用时间为40ms此时车辆的行使速度最低为236004km当车速大于l80km时便有可能出现漏检的情况当检测线的宽度变大时或是车身长度变大时都会使检测车速上限提超速检测算法流程图2052oo58计算机工程与应用a车辆时的漏检情况b车辆时的漏检情况c车辆时的漏检情况d车辆误检情况的快速恢复理论上经过检测阈值的不断调整车辆通过检测线时不存在漏检的情况上述算法也是在漏检情况不存在的情况下才能正确计算车速
图( 超速检测算法流程图
#& 数组。
第五步， 当检测线 ! 上判断车辆到达时， 记下此时的当前 并 计 算 车 辆 通 过 两 条 检 测 线 的 时 间 差 #!6#&4"5， 判断车 时 间 #!， 辆是否超速行驶， 并更新数组 #& 中的时间记录。
#
最高检测车速的理论计算
为了降低误检的情况， 本算法用检测区域来代替了实际的
图& 车辆经过检测区域的情况分析图
!
车辆经过检测区域的几种情况分析
如图 & 所示， （’ ） 、 （( ） 、 （) ） 图为车辆通过 & 、 车 ! 检测线时，
,
检测线的设置与精度分析
图 ! 为超速检测线 & 、 检测线的长度为单车 ! 设置位置图，
基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （编号： ； 吉林省科技发展计划项目 （编号： #",,%"," ） !""&"#%;/! ） 作者简介： 程三伟 （&?R%/ ） ， 男， 研究。