淺析視頻分析技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

文/張營

ITS是一種實時、高效、全方位的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。它是將先進的信息技術(shù)、定位導航技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動控制技術(shù)、圖像分析技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)和信息處理技術(shù)等有效地綜合運用于整個交通管理體系，將人、車、路三者緊密協(xié)調(diào)、和諧統(tǒng)一，從而建立起大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的運輸管理系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)可以為交通部門及時、準確地提供諸如車流量、道路擁塞度和事故監(jiān)控等交通信息，使交通部門能有效地獲取有關(guān)交通狀況的信息，并進行處理，從而更好地發(fā)揮交通管理系統(tǒng)在交通監(jiān)視、交通控制、出入控制、救援管理等方面的準確性和調(diào)控性。

目前得益于人工智能計算機視覺技術(shù)和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像和視頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于新一代智能交通系統(tǒng)中。計算機視覺就是利用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為視覺信息輸入手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺不僅能使機器感知環(huán)境中的幾何信息，包括位置、大小、形狀、運動等，還能對它們進行描述、解釋和理解。計算機視覺技術(shù)為交通系統(tǒng)提供了直觀方便的分析手段，交通環(huán)境中的大量信息，如車輛、交通標志和路面標識等都源于視覺。用計算機視覺來處理和理解這些信息成為一種必然的選擇。

國內(nèi)智能交通系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)的智能交通系統(tǒng)的主要應(yīng)用還是集中在智能視頻監(jiān)控功能，但實際的監(jiān)控任務(wù)仍需要較多的人工完成，在很多情況下，視頻監(jiān)控系統(tǒng)所提供的信息是沒有經(jīng)過任何解釋的視頻的裸數(shù)據(jù)，這就不能充分發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有的實時機動的監(jiān)督作用；另一方面，為了防止一些車輛和行人的違章、違法行為，對無人值守的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求量日益上升，這類系統(tǒng)主要目標是減少對繁瑣人工的依賴，自動完成對復雜環(huán)境中人和車輛進行實時觀測以及對感興趣目標的行為進行分析和描述。要完成這些任務(wù)，需要涉及到計算機視覺領(lǐng)域中許多核心技術(shù)，對感興趣目標的持續(xù)跟蹤是其中的核心技術(shù)之一，是基于視頻場景分析、行為理解等諸多后續(xù)處理的基礎(chǔ)。

智能視頻分析技術(shù)概述

智能視頻分析技術(shù)起源于計算機視覺技術(shù)，它綜合應(yīng)用圖像增強處理等技術(shù)，在實現(xiàn)目標與背景分離的基礎(chǔ)上，通過將目標特征信息與預(yù)先設(shè)置的模板或規(guī)則進行比對，自動識別感興趣的目標、行為、事件或數(shù)據(jù)并產(chǎn)生報警，必要時可自動跟蹤異常目標并聯(lián)動其他安防設(shè)施，顯著提高了安全防控整體效率和能力。同時利用安防智能視頻分析技術(shù)在海量歷史視頻信息中實現(xiàn)基于時間、地點以及語義特征描述的智能化查詢搜索，可以為公安機關(guān)偵察辦案提供高效的查證手段。

智能視頻分析應(yīng)用系統(tǒng)基本架構(gòu)

智能視頻分析應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)主要有以下三種模式：

前端嵌入式部署模式

將智能分析功能模塊前置于視頻采集前端設(shè)備，共享攝像機圖像處理芯片或?qū)Ｓ酶咝阅蹹SP作為智能分析引擎，實現(xiàn)對異常目標、行為、事件的智能分析。這種架構(gòu)不受圖像傳輸環(huán)節(jié)影響，緩解了視頻傳輸及后臺存儲壓力，同時利用非壓縮原始圖像進行智能分析，實時性好，針對性強，便于大規(guī)模部署。不足之處是難以支撐復雜智能分析應(yīng)用，且由于前端處理壓力大，對前端設(shè)備集成散熱工藝和穩(wěn)定性提出較高要求，比較容易受環(huán)境因素制約。另外，前端嵌入式智能分析軟件升級困難，在一定程度上增加安裝調(diào)試與運行維護的難度與成本。

后臺服務(wù)器部署模式

通過部署在安防監(jiān)控中心的專用服務(wù)器或?qū)Ｓ每蛻舳藢崿F(xiàn)智能分析應(yīng)用。這種架構(gòu)有效解決了前端處理能力不足的矛盾，可以通過強大的后臺處理能力實現(xiàn)復雜目標、行為、事件智能分析；方便與其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)融合，拓展智能分析應(yīng)用范圍；智能分析引擎后臺運行環(huán)境有保證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定性大大提高，且方便智能分析軟件升級，有效降低系統(tǒng)運行維護壓力。總之，這種架構(gòu)比較適用階段性固定監(jiān)控場景智能分析應(yīng)用（如大型活動安保），但對后臺服務(wù)器性能配置要求較高，智能分析水平容易受圖像傳輸鏈路帶寬限制，實時性能不夠理想，應(yīng)對大規(guī)模智能分析應(yīng)用顯得力不從心。

分布式混合部署模式

將部分相對簡單的視頻預(yù)處理功能前置于攝像機（或視頻服務(wù)器），完成目標特征數(shù)據(jù)提取、打包、發(fā)送；后臺智能分析引擎負責接收目標特征數(shù)據(jù)，完成與預(yù)設(shè)規(guī)則或模塊進行分析比較并且自動產(chǎn)生報警。這種架構(gòu)降低了前端智能分析壓力，后臺服務(wù)器只需要對目標數(shù)據(jù)進行分析，同時方便與其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)融合，提高了智能分析效率和能力，比較適合大規(guī)模、高性能智能分析應(yīng)用，但系統(tǒng)部署整體代價及運行維護壓力不容低估。

智能交通系統(tǒng)與視頻分析技術(shù)應(yīng)用

目前在北京，京藏、京承、京港澳三條高速公路上已經(jīng)實現(xiàn)了視頻的智能監(jiān)控。地鐵回龍觀站、天通苑站、西單站、國貿(mào)站、東單站5個站點也將利用先進的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到軌道路網(wǎng)客流實時狀態(tài)信息，為乘客提供軌道擁堵信息服務(wù)。同時在19個公共汽車換乘車站和大客流車站的出入口、站臺、換乘通道、列車兩端，安裝了178套客流感知和圖像監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)客流流量和密度的實時檢測和預(yù)警預(yù)報。

結(jié)束語

在公路交通智能化飛速發(fā)展的21世紀，智能交通技術(shù)將多項技術(shù)結(jié)合在一起，以人工智能控制交通領(lǐng)域的方方面面，它的普及有效的減少了交通事故的發(fā)生，對于資源的有效合理利用在降低環(huán)境污染的同時也有助于最大限度的發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢效能，提高交通運輸系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)水平，為公眾帶來出行的方便。數(shù)種因素結(jié)合下，ITS必然會成為未來城市交通的主角，人們的交通出行也將逐漸走向“智能化”。