湖南邵懷高速公路雪峰山隧道視頻車輛檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用doc

1、湖南邵懷高速公路雪峰山隧道視頻車輛檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用 中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 李剛 華國(guó)哲 張志軍 朱詳 楊德臣 李林韓紫龍 王建強(qiáng) 張守標(biāo) 李召虎 習(xí)潔 陳丹潔摘要 雪峰山隧道位于國(guó)道主干線上海至高速公路湖南省邵陽(yáng)至懷化段，是邵陽(yáng)至懷化高速公路上最大的控制工程。視頻檢測(cè)，是一種結(jié)合視頻圖像和電腦識(shí)別的圖像處理技術(shù)。通過(guò)隧道內(nèi)無(wú)盲點(diǎn)的視頻車輛檢測(cè)技術(shù)，并通過(guò)隧道內(nèi)外的誘導(dǎo)設(shè)備迅速發(fā)布，防止交通事故發(fā)生，將異常事件的發(fā)生率和危害性降到最低。關(guān)鍵詞 雪峰山隧道 視頻車輛檢測(cè) 技術(shù) 運(yùn)用一、引言近年來(lái)，長(zhǎng)達(dá)幾公里的高速公路長(zhǎng)大隧道重大交通事故屢屢發(fā)生，2006年，僅四川成渝高速上中梁山隧道就發(fā)生交

2、通事故167起，其中二次事故130余起，造成直接經(jīng)濟(jì)損失3000萬(wàn)元以上，并致使成渝高速經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，最長(zhǎng)的堵塞時(shí)間長(zhǎng)達(dá)近4小時(shí)。2007年5月31日，安徽境內(nèi)的合巢蕪高速試刀山隧道發(fā)生車輛起火爆炸，頓時(shí)整條隧道內(nèi)充滿濃煙，數(shù)百人逃生。雪峰山脈位于湖南西南部，因其地勢(shì)險(xiǎn)要，溝壑縱橫，群峰聳峙，素有“天險(xiǎn)”之稱。它也是制約湘西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的天然屏障。雪峰山隧道位于國(guó)道主干線上海至高速公路湖南省邵陽(yáng)至懷化段，是邵陽(yáng)至懷化高速公路上最大的控制工程，雪峰山隧道為上下行分離的雙洞隧道，其中左線隧道長(zhǎng)6969m，右線長(zhǎng)6985m；隧道的開(kāi)通可縮短公路里程約30km，大大節(jié)約運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。同時(shí)為湘西的經(jīng)濟(jì)發(fā)展開(kāi)辟了

3、綠色通道。目前在全國(guó)高速公路隧道長(zhǎng)度上位于第三位。l 長(zhǎng)大隧道的安全不能忽視近幾年的研究表明：首先高速公路20%30%的事故是一次事故；其次50%多的二次事故在一次事故發(fā)生后的10分鐘內(nèi)發(fā)生的，這一比例在隧道內(nèi)還會(huì)提高10個(gè)百分點(diǎn)左右。很多情況下，在隧道內(nèi)封閉狹小的空間內(nèi)，單調(diào)的視覺(jué)環(huán)境、駕駛?cè)藛T的視線受阻、與外界的隔離感造成的情緒緊張，由于一次很小的事故，會(huì)引發(fā)一系列惡性的二次事故。如果后方毫無(wú)準(zhǔn)備的駕駛員及時(shí)獲取到前方事故的信息，二次事故是可以避免的。同時(shí)，研究還表明，對(duì)于高速公路來(lái)說(shuō)，更多的交通延誤是由事故引起的偶發(fā)性阻塞，而不是車流量過(guò)大造成的常發(fā)性阻塞，隧道內(nèi)事故危害性大，事故處理難

4、度大常常造成更長(zhǎng)時(shí)間更為嚴(yán)重的阻塞，其直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)高于路面事故。雪峰山隧道從設(shè)計(jì)上已經(jīng)充分意識(shí)到這一點(diǎn)，通過(guò)隧道內(nèi)無(wú)盲點(diǎn)的視頻車輛檢測(cè)技術(shù)，幫助交通管理人員迅速處理隧道內(nèi)交通事件，并通過(guò)隧道內(nèi)外的誘導(dǎo)設(shè)備迅速發(fā)布，防止二次事故發(fā)生，將異常事件的發(fā)生率和危害性降到最低。二、視頻車輛檢測(cè)器原理視頻檢測(cè)，是一種結(jié)合視頻圖像和電腦識(shí)別的圖像處理技術(shù)。雪峰山隧道視頻車輛檢測(cè)器由設(shè)置在隧道壁上的定焦攝像機(jī)及視頻處理器組成。首先通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)在視頻處理器上產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)圖像上設(shè)置虛擬車輛檢測(cè)域，用于模擬環(huán)形感應(yīng)線圈或軸車輛檢測(cè)器。當(dāng)車輛通過(guò)虛擬檢測(cè)域時(shí)，視頻處理器就會(huì)產(chǎn)生視頻檢測(cè)信號(hào)，并在對(duì)其分

5、析處理后輸出交通量、車速、占有率等交通數(shù)據(jù)。l 視頻車輛檢測(cè)可靠性高視頻處理器的核心是視頻算法，包括視頻采集、視頻數(shù)字化、車輛檢測(cè)和車輛跟蹤（或交通參數(shù)提取）4個(gè)階段。在車輛檢測(cè)階段，通過(guò)有無(wú)車輛的虛擬檢測(cè)域進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)到車輛，進(jìn)行車輛計(jì)數(shù)（即交通量），并提取若干車輛特征參數(shù)。在車輛跟蹤階段，連續(xù)數(shù)幀視頻中，用于車輛檢測(cè)階段提取的特征參數(shù)跟蹤車輛，然后對(duì)視頻幀進(jìn)行比較，并根據(jù)幀的時(shí)間間隔和由檢測(cè)域刪格確定的空間距離，可計(jì)算出車速、車頭間距等參數(shù)；由交通量和車速可進(jìn)一步確定占有率等參數(shù)。視頻處理器可達(dá)到每秒30幀視頻，可以滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。此外，視頻處理器通過(guò)檢測(cè)交通參數(shù)的突變，如速度驟減

6、、占有率驟升等，通過(guò)設(shè)置閥值，并運(yùn)用事故檢測(cè)算法，可檢測(cè)到不同類型的事故，如車輛停止、車輛排隊(duì)、車輛阻塞、行車方向錯(cuò)誤等。l 視頻車輛檢測(cè)的精確度、準(zhǔn)確度高雪峰山隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用Autoscope視頻車輛檢測(cè)系統(tǒng)，在隧道壁上架設(shè)一個(gè)被用來(lái)做傳感器的攝像機(jī)和鏡頭，然后將攝像機(jī)圖像通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)（光纖）傳回到監(jiān)控中心用于處理分析。 一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的攝像機(jī)系統(tǒng)都能為后端的分析系統(tǒng)提供一個(gè)25幀/秒的PAL制式或者30幀/秒的NTSC制式的模擬視頻圖像，幀與幀之間的圖片變化，實(shí)際上就是車輛或者物體移動(dòng)的軌跡，如下圖所示。而每一幀圖片都是由上百萬(wàn)個(gè)微小的像素點(diǎn)所組成的。人的肉眼在每秒鐘之內(nèi)只能分辨12幀圖

7、片，所以在攝像機(jī)的視頻圖像以25幀/秒的速度在人的肉眼前面不斷疊加播放時(shí)，人的肉眼是沒(méi)有辦法分辨出每一幀上物體實(shí)際移動(dòng)的蹤跡的。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)處理器完全有能力并以足夠快的速度去分析和處理每一幀圖片。因此，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的圖像分析系統(tǒng)在對(duì)每一幀圖片進(jìn)行數(shù)字化后（通常攝像機(jī)的視頻圖像是模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只能處理數(shù)字信號(hào)），會(huì)根據(jù)圖片上每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度和/或彩色信息，而賦予其一個(gè)值（如下圖所示）。這時(shí)，圖像分析系統(tǒng)就能根據(jù)每一個(gè)像素點(diǎn)（或者一組像素點(diǎn)）的值在幀與幀交替時(shí)的變化情況來(lái)判斷物體的移動(dòng)軌跡或者運(yùn)動(dòng)情況。這就是一個(gè)視頻車輛檢測(cè)系統(tǒng)的基本算法。雪峰山隧道視頻檢測(cè)

8、系統(tǒng)的任務(wù)就是通過(guò)對(duì)視頻圖像的分析，及實(shí)時(shí)圖像與背景的對(duì)比，檢測(cè)出交通數(shù)據(jù)以及交通事件。此技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)單表示如下：-=通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)傳回的視頻信號(hào)進(jìn)行分析和處理，自動(dòng)判斷擁堵、行人、停車、拋灑物等異常交通行為發(fā)生，自動(dòng)檢測(cè)車流量、速度、占有率等多種交通數(shù)據(jù)；并通過(guò)對(duì)交通數(shù)據(jù)和異常交通事件的綜合分析，進(jìn)行異常交通事件的自動(dòng)記錄、自動(dòng)錄像、自動(dòng)報(bào)警和各類聯(lián)動(dòng)處理，提示管理人員進(jìn)行應(yīng)急處理。三、視頻車輛檢測(cè)技術(shù)性能l 攝像機(jī)安裝位置及角度要求雪峰山隧道內(nèi)攝像機(jī)的安裝位置受隧道高度的限制不能安裝在更高的位置，為了在監(jiān)控和檢測(cè)時(shí)車大燈的燈光不直射入攝像機(jī)，攝像機(jī)安裝方向一般選擇車輛離去的方向。攝

9、像機(jī)的安裝角度依靠視域確定，一般隧道內(nèi)每個(gè)攝像機(jī)的監(jiān)控范圍是100200米，攝像機(jī)的視域范圍如果取得太大，那么最遠(yuǎn)處的圖像就會(huì)在光學(xué)上連為一體，不利于檢測(cè)；如果我們?nèi)≥^近的部分作為有效的檢測(cè)視域，這樣檢測(cè)就會(huì)出現(xiàn)盲點(diǎn)。所以雪峰山隧道監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝位置為150米，這樣就可以把在攝像機(jī)視域范圍中的每個(gè)部分都作為有效的檢測(cè)視域，進(jìn)行高質(zhì)量的全程無(wú)盲點(diǎn)檢測(cè)。l 攝像機(jī)的選型要求雪峰山隧道視頻車輛檢測(cè)系統(tǒng)采用高速公路上運(yùn)用最廣的PELCO彩色攝像機(jī)，為了有效的消除光學(xué)噪聲、能見(jiàn)度、照明條件和圖像遮擋4個(gè)方面影響。我們對(duì)攝像機(jī)和鏡頭進(jìn)行了要求。對(duì)攝像機(jī)要求攝像機(jī)應(yīng)能產(chǎn)生對(duì)比度正常、無(wú)重影、無(wú)雜波的高清晰圖

10、像，堅(jiān)固，具有防風(fēng)雨、防灰塵的功能，并符合如下要求：1) 攝像機(jī)：彩色l/3CCD。2) 視頻制式：PAL制。3) 最低照度：彩色1 1ux，黑白0.1 1ux。4) 清晰度：470線。5) 信噪比：48dB。6) 自動(dòng)增益（AGC）：ON（9dB18dB可調(diào)），OFF。7) 帶背景光補(bǔ)償和強(qiáng)光反相抑制功能。8) 白平衡：自動(dòng)檢測(cè)白平衡。9) 鏡頭接口： C或CS型接口。10) 視頻輸出：1.0VP-P，阻抗75（BNC）。11) 工作溫度：-10+60。對(duì)鏡頭要求1) 變倍、變焦自動(dòng)光圈鏡頭。焦距范圍：10200mm光圈范圍：F2.4F3602) 定焦自動(dòng)光圈鏡頭。焦距：50mm光圈：Fl.

11、4F3603) 鏡頭接口：C或CS型接口。l 視頻車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)全面、詳實(shí)雪峰山視頻車輛檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)隧道內(nèi)任一路段發(fā)生的下列意外交通事件事故進(jìn)行檢測(cè)：超高/低速車輛：超過(guò)由用戶定義最大/小閥值速度的車輛。高密度：超過(guò)由用戶定義最大閥值密度的交通流。高占有率：超過(guò)由用戶定義最大閥值占有率的交通流。排隊(duì)長(zhǎng)度超限：可檢測(cè)車輛的排隊(duì)長(zhǎng)度超出指定值。逆向行駛：反方向行駛的車輛。違章停車：在非法停車處停車的車輛。超長(zhǎng)車輛：超過(guò)由用戶定義車長(zhǎng)閥值的車輛。行人檢測(cè)：道路出現(xiàn)行人車輛遺撒物檢測(cè)：車輛貨物遺落，大面積漏油等能見(jiàn)度的檢測(cè)（當(dāng)照度低于由用戶設(shè)定的能見(jiàn)度閥值時(shí)）l 大大提高了雪峰山隧道的安全系數(shù)準(zhǔn)確檢

12、測(cè)到上述事件，一方面管理人員采取有效措施積極處理，同時(shí)通過(guò)隧道入口處的誘導(dǎo)屏，發(fā)布隧道內(nèi)的交通事件，提醒駕駛?cè)藛T減速慢行，避免事故，使車輛順利通過(guò)隧道。交通數(shù)據(jù)的采集和分析對(duì)制定最佳的交通規(guī)劃十分必要，同時(shí)，有效的利用交通流數(shù)據(jù)變化還可以對(duì)交通事件的發(fā)生進(jìn)行輔助判斷和確認(rèn)。針對(duì)隧道的特殊性來(lái)說(shuō)，在隧道入口處的誘導(dǎo)屏，在隧道暢通的前提下如果可以提供當(dāng)前通過(guò)隧道的當(dāng)前平均車速，對(duì)于提醒駕駛員做好進(jìn)入隧道前的準(zhǔn)備工作安全通過(guò)隧道很有幫助。通過(guò)設(shè)置，系統(tǒng)可以直接檢測(cè)以下四類數(shù)據(jù)：時(shí)間：通過(guò)當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)車輛的時(shí)間速度：通過(guò)當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)車輛的速度長(zhǎng)度：通過(guò)當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)車輛的長(zhǎng)度分類：通過(guò)當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)的車輛的類型，

13、可根據(jù)車輛長(zhǎng)度將車輛分為5類通過(guò)對(duì)上述四類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出如下數(shù)據(jù)類型：車流總量（輛/小時(shí)）：由用戶設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)到車輛數(shù)量。時(shí)間占有率（%）：按時(shí)間百分率測(cè)量的車道占有率。車輛分類：按用戶定義可分為五類車。車頭時(shí)距（秒）：車輛間的平均時(shí)間間隔。車輛速度（公里/小時(shí)）：時(shí)間間隔內(nèi)的平均速度。車間距（米）：相鄰車輛之間的距離車輛密度：每公里的車輛數(shù)。服務(wù)水平：由用戶定義的平均速度和車流閾值所確定?？臻g占有率：按百分率計(jì)量的車輛長(zhǎng)度總和除以時(shí)間隔內(nèi)車輛平均行駛距離。通過(guò)前端檢測(cè)子系統(tǒng)得到的上述數(shù)據(jù)在后端管理系統(tǒng)中可以進(jìn)行分析處理。隧道監(jiān)控管理所工作人員可以根據(jù)需求設(shè)置按車道、按時(shí)段、按攝像機(jī)得到相關(guān)的交通數(shù)據(jù)，用于交通管理。四、結(jié)束語(yǔ)高速公路的隧道視頻車輛檢測(cè)是十分必要的。這樣的系統(tǒng)不僅能做到事