高速公路视频检测系统解决方案

第一章视频检测方案概述
1.1 视频检测产品概述
GDW-VD-2002型视频检测器是上海高德威智能交通系统有限公司在多年视频检
测技术研发及应用经验的基础上推出的新型视频检测产品。

由于采用了先进的模式识别、图像处理等先进技术，该产品能够对车辆运行过程的动态跟踪，获取全面实时的交通信息。

除具有检测区域广、安装运行无干扰、施工维护方便低耗及可视性等一般视频检测产品的优势外，GDW-VD-2002型视频检测器还加强了车辆跟踪技术、硬件设计、检测数据处理软件等方面的功能，并从解决方案、安装与调试、售后服务等角度进行了设计与反复验证，希望能够针对山西的实际需要，通过视频检测这一先进的智能交通信息采集处理技术，为整个高速公路管理系统的建立与完善提供良好的基础。

1.2 工程范围
本次工程包括视频检测系统以下各项设备的生产、运输、安装、调试、试运行及缺陷责任期运行：
（1）视频检测摄像机
（2）2路视频复用光端机
（3）视频检测视频处理器
（4）视频处理器机架
（5）视频检测站处理机（收费站）
（6）视频检测服务器（监控中心）
（7）安装摄像机的架杆
（8）所需的电力电缆和信号电缆（包括电缆及电缆从路边手孔到设备的敷设与连接）
（9）规范中没有规定，但对于完成工程所必须的材料及工作
1.3 视频检测系统的总体目标与意义
作为高速公路监控系统实时交通流信息的供应者，上海高德威智能交通系统有限公司的视频检测系统所要实现的总体目标是：通过采集、处理、显示及发布交通流参数、事件、拥挤等动态交通流信息，为高速公路现代化监控系统的建立提供一流的交通信息支持与技术服务。

其主要意义与价值在于：
率先在全国高速公路系统中采用了视频检测这一先进的智能交通技术，是高速公路监控系统信息化、智能化进程中的一次大胆尝试，具有很高的理论价值与实践意义；
视频检测系统除具备施工运行无干扰、维护费用低的特点外，还能兼顾用户“图像监视功能”与“数据检测功能”的双重要求，从而实现了“经济效益”与“使用效果”的双赢；
系统提供的可靠的产品、面向用户需求的解决方案、完善的服务等保证了系统在运行、升级过程中的可持续性发展，从而有助于整个高速公路监控系统信息采集技术与水平的不断提高。

第二章方案设计的基本原则
详细分析高速公路用户需求，提供完善的视频检测系统和可操作性强的解决方案建立视频检测系统，实现交通流信息采集的动态化
不仅要提供视频检测设备，还要提供包括硬件、应用软件及解决方案在内的视频检测系统，使采集到的动态交通流信息能够方便地让用户使用。

确保系统运行的稳定性、可靠性
无论从设备的选型、不同气候、光照条件下的检测算法，还是到具体的实施方案，都要考虑到系统可靠性问题，确保系统正常、稳定、可靠、连续地运行。

确保安装、使用、维护过程的无干扰与方便性
本系统除选择合适的安装地点与方式、保证安装过程对交通流运行的无干扰外，还设置了远程添加删除虚拟线圈和远程诊断维护功能，为日常的运行和维护工作提供最方便的工具与服务。

确保系统运行的经济性
在满足用户总体需求的前提下，充分体现设备资源的共享性，最大程度地降低系统造价和安装成本。

保证系统的可扩展性
系统可扩展性主要体现在系统设备的兼容性和功能的可扩展性。

系统设备的兼容性反映在：能够不受系统硬件、软件及通信线路的限制，在检测设备、各收费站与监控中心间进行数据传输与处理。

视频检测系统功能的可扩展性是指可以根据监控系统集成的要求，从硬件、软件上提供升级服务，针对近中远期的不同要求及交通流量的变化趋势，逐渐实现从参数动态采集与处理、事件检测、拥挤检测到主线控制等方面功能的过渡，分层次地为用户提供全方位的信息服务。

保证系统的易用性及安全性
除提供详尽的用户手册和操作手册外，从人机界面设计、应用软件参数变更、系统设备自动检测、拒绝非授权访问、系统恢复能力等方面，保证系统操作的便捷、安全。

第三章系统的构成
3.1 系统结构及工作原理
3.1.1 系统构成
为了方便数据的传输与处理、节约通信设备成本，高速公路视频检测系统采用了分级处理的方式，主要由信息采集子系统、收费站视频检测分站和监控中心视频检测总站三个部分组成，共同完成交通流信息的采集、传输、处理、显示与发布等功能。

系统的构成如图1所示。

图1 高速公路视频检测系统的总体结构
3.1.2 工作原理
各检测断面的视频摄像机录下交通流实时图像并将其通过光端机、光纤等通信设备传送到最近的“收费站视频检测分站”。

收费站内的视频处理器通过模式识别等算法将图像信息转化为交通流量等实时的交通流数据，并将交通流数据及配有虚拟检测线圈的图像一起传给站处理机，由站处理机内部的视频检测上位软件完成对数据的处理和图像的存储；同时，站处理机将图像传到收费站内的监视屏幕上，方便管理人员的监视。

此外，所有的站处理机将检测获得的数据与图像资料传送到“监控中心视频检测总站”内的视频检测服务器上，完成所有数据与图像的汇总、处理工作；各收费站的图像通过监控系统矩阵的处理，能够在监控中心的监视屏上切换显示，以供人工监视及录像；监控中心的管理人员还可以根据实际工作的需要，从视频检测服务器中调取交通流量、事件等信息，通过可变情报板实现检测信息的动态发布。

3.2 组成部分及其主要作用
3.2.1 信息采集子系统
信息采集子系统的主要任务是全天候拍摄检测范围内的车道运行图像。

其主要的设备是视频摄像机。

安装在高速公路车道上方的视频摄像机录下检测视线范围内各车道的交通流运行状况，同时将获得的图像通过光端机、光纤等通信线路传送到视频处理器进行处理。

3.2.1.1 摄像机的安装
在高速公路段上将选择了重要的断面作为视频摄像头的安装点，每个断面上安装2个摄像机，分别拍摄高速公路主线两个流向的交通流运行情况。

摄像机的安装位置如图2（缺省，视具体情况而定）所示。

3.2.1.2 摄像机的工作原理
摄像机的安装位置如图3和图4所示。

每个检测点上，摄像机安装在高速公路中央分隔带或路侧的高杆上。

摄像机的安装高度为10米，高杆悬臂长度为2米。

每个摄像机负责观测高速公路主线上单向三车道200米范围内车流的运行状况。

图2 视频检测摄像机工作原理图（高杆架设在中央分隔带）
图3 视频检测摄像机工作原理图（高杆架设在路侧）
3.2.2 收费站视频检测分站
高速公路全线上，视频检测分站是整个视频检测系统的中转站，主要任务包括：（1）处理图像、获得并处理实时的交通流运行参数；（2）通过监视屏幕显示设有虚拟检测线圈的图像，使收费中心也能够监视交通流的运行状况，实现分级监视。

其核心设备包括：视频处理器和安装在站处理机上的视频检测上位软件。

3.2.2.1 视频处理器
（1）视频处理器的安装
视频处理器放在各收费站处，负责处理摄像机传送的图像。

由于每个收费站至少需要放置2台视频处理器，考虑到以后可能增加摄像机和视频处理器，因此，每个收费站需要1台机架来统一放置视频处理器。

视频处理器的设置情况及对应的摄像机如表1（缺省，视具体情况确定）所示。

（2）视频处理器的工作原理
视频处理器是整个系统的核心内容，其工作原理如图4所示。

摄像机拍摄的图像信号通过通信网络传入视频处理器，经过特征提取、背景估计、车辆分割、车辆跟踪等图像识别算法完成由图像到交通流参数的转变。

本系统中视频处理技术的先进性保证了检测参数种类的丰富性、检测的准确性及不同气候、光线条件下的可靠性等。

图4 视频图像处理的基本过程
3.2.2.2 视频检测上位软件
视频检测上位软件是展示检测成果、与监控系统进行数据交换、与用户进行交流的最有效手段。

硬件与软件的结合使视频检测技术形成了应用系统，更有利于视频检测数据的应用。

它主要由两个部分组成：视频检测应用软件和视频检测设置软件。

（1）视频检测应用软件（主界面如图5所示）
主要任务：
接收并处理由视频处理器传来的检测数据
检测参数处理功能：
显示检测范围内所有车道的车流情况
显示设定时间段内的车辆平均速度、时间占有率、平均车间距等
显示即时车头时距
显示总车流量、对应车道的车流量、小型车流量、中型车流量、大型车流量
绘制交通流量、速度、占有率等检测参数的日变、周变、月变、年变统计图设置统计图的统计周期、车道等系统参数
检测参数的统计报表、查询、存储、打印等功能
图5 视频检测应用软件主界面
附加功能：
警告/纪录检测摄像机、视频处理器或通讯线路的故障
（2）视频检测设置软件（主界面如图6所示）
主要任务：
l 方便用户调整视频检测的范围
l 方便用户调整虚拟检测线圈的数量及位置
调整检测范围的功能：
l 显示/调整检测区域的水平/垂直距离
l 界定各车道的边界
l 添加/删除检测的车道。