高速公路服務(wù)區(qū)精細化管理中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用研究

王昕、朱悅敏

（1.廣東飛達交通工程有限公司，廣東 廣州 510000；2.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

高速公路服務(wù)區(qū)一直是高速公路必不可少的設(shè)施，滿足司乘人員在交通出行過程中的各項基本生活需求。按照規(guī)范《公路工程技術(shù)標(biāo)準》（JTG B01—2014）中對高速公路服務(wù)設(shè)施的相關(guān)規(guī)定：服務(wù)區(qū)平均間距宜為50km，停車區(qū)與服務(wù)區(qū)之間的間距宜為15～25km；高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)設(shè)置停車場、加油站、車輛維修站、公共廁所、室內(nèi)外休息區(qū)、餐飲、商品零售點等設(shè)施。

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會的不斷進步，廣大人民群眾對國家高速公路網(wǎng)及其服務(wù)配套設(shè)施的要求也逐步提高。信息化、智能化的服務(wù)管理技術(shù)作為目前實現(xiàn)我國高速公路管理一體化服務(wù)管理的主要技術(shù)手段，是一種現(xiàn)代化的“互聯(lián)互通、信息共享、協(xié)同服務(wù)”綜合信息化服務(wù)理念[1]。將現(xiàn)場服務(wù)人員與后臺管理人員、司乘人員、司乘車輛等基本要素，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算、傳感信息技術(shù)、管理系統(tǒng)等技術(shù)緊密聯(lián)系在一起，將安全通行、高效指引、智能聯(lián)動的理念推廣到我國高速公路服務(wù)區(qū)的各項業(yè)務(wù)中。管理信息系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)、交流與綜合利用，能夠有效促進我國高速公路綜合服務(wù)區(qū)的經(jīng)營管理體制科學(xué)化、服務(wù)管理模式的優(yōu)化創(chuàng)新。

1 智能視頻分析技術(shù)的基本概念

智能視頻分析技術(shù)是計算機圖像視覺技術(shù)在安防領(lǐng)域應(yīng)用的一個分支，是一種基于目標(biāo)行為的智能監(jiān)控技術(shù)。智能視頻監(jiān)控技術(shù)（IVS，Intelligent Video Surveillance）是人工智能研究的一個分支，它在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計算機能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。如果把一臺視頻攝像機當(dāng)作人的眼睛，這個新的智能視頻分析報警系統(tǒng)就相當(dāng)于人的大腦?；谝曨l內(nèi)容的分析就是對目標(biāo)進行識別（如人、物、圖標(biāo)等）和對目標(biāo)是否觸碰或者違背了所設(shè)定的規(guī)則進行判斷，另外也包括對于環(huán)境條件發(fā)生變化時的分析。

視頻監(jiān)控通常有兩種類型的智能視頻分析技術(shù)：第一種是基于智能視頻處理器的前端解決方案。在這種工作模式下，所有目標(biāo)跟蹤、行為評估和報警觸發(fā)都由智能前端分析設(shè)備完成，只有報警信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。第二個是基于計算機的智能后端視頻分析解決方案。在此模式下，前端攝像頭僅具有基本的視頻捕獲功能，所有視頻分析必須在后端或關(guān)鍵節(jié)點收集，以便計算機進行統(tǒng)一處理。市場上主要采用第一種方法，視頻分析設(shè)備放置在IP 攝像頭后面，可以有效節(jié)省視頻流占用的帶寬。第二種方法只能控制幾個中央監(jiān)控點，對計算機性能和網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了很高的要求。

2 高速公路服務(wù)區(qū)精細化管理的主要目標(biāo)和措施

高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)的停車位、充電裝置、餐飲店鋪及其他重要道路公共資源的利用率，決定高速公路相關(guān)服務(wù)設(shè)施的服務(wù)接待、管理能力。服務(wù)區(qū)精細化管理的主要服務(wù)目的就是針對每一位出行者、營業(yè)者和管理者的實際需求，提供更加安全、便捷、高效、人性化的服務(wù)。

高速公路管理部門和服務(wù)區(qū)運營部門運用精細化的管理理念和管理技術(shù)，對高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)的相關(guān)設(shè)施和活動進行管理，使服務(wù)區(qū)管理高效化，使用程序化、標(biāo)準化的數(shù)據(jù)和信息資源實現(xiàn)高質(zhì)量的活動。

服務(wù)區(qū)精細化管理手段除了建立健全的組織機構(gòu)、完善的規(guī)章制度、有效的管理機制外，還應(yīng)包括對各項設(shè)施、服務(wù)和業(yè)務(wù)的管理。例如：各設(shè)備設(shè)施的巡檢和維護，各指示標(biāo)志指引的正確性和合理性，餐飲及加油等服務(wù)人員證照的完整及規(guī)范操作，場區(qū)環(huán)境的保持，停車位定位及引導(dǎo)方式等等?？偟膩碇v，就是人的管理、車的管理、環(huán)境的管理。而其中重中之重，就是人與車如何實現(xiàn)安全的交互，究其根本，即車輛引導(dǎo)。

3 高速公路服務(wù)區(qū)智能視頻分析的要點

在智能視頻分析技術(shù)中，對于人和車輛的軌跡分析無疑是重點內(nèi)容，因為絕大多數(shù)智能視頻分析的原理和規(guī)律都直接關(guān)系到個人[2]。在智能視頻分析中，用戶必須首先指定一個不規(guī)則和任意形狀的檢測區(qū)域，然后在該區(qū)域啟用各種檢測功能。智能視頻分析包括：入侵檢測、人臉檢測、目標(biāo)檢測、入口檢測、下坡檢測、徒步檢測、后方檢測、停車檢測、方向檢測、速度檢測、分類檢測、高度檢測、顏色檢測、廢棄物體檢測、物體運動檢測（檢測物體是否被移除）、火焰檢測、煙霧檢測、計數(shù)功能、遮擋檢測、自動跟蹤、目標(biāo)密度檢測等。

其中，涉及服務(wù)區(qū)智能視頻分析的主要內(nèi)容包括：

車流總量（輛/h）：由用戶設(shè)定的時間間隔內(nèi)檢測到的車輛數(shù)量。

車輛速度（km/h）：時間間隔內(nèi)的平均速度。超過和低于用戶設(shè)置的閾值速度的車輛速度。

車間距（m）：相鄰車輛之間的距離。

車輛密度：偵測監(jiān)控視場內(nèi)車輛的擁擠程度。

排隊：可檢測車輛的排隊長度。

逆向行駛：反方向行駛的車輛。

跨線行駛的車輛：不按標(biāo)線行駛的車輛。

違章停車：在非法停車處停車的車輛。

為了能夠適應(yīng)各種不同的立體攝像機，如安裝時的位置和拍攝角度、視場景的尺寸和圖像大小，基于所有的需要自動采集的二維立體圖像場景，建立三維的立體圖像模型也是一中有效的檢測手段。利用三維的立體圖像模型場景，手動設(shè)置與其模型相關(guān)的圖像檢測條件參數(shù)，再將三維的立體圖像模型直接映射到二維的圖像場景中。

在更加高級的智能數(shù)據(jù)采集和分析中，針對變焦相機的場景變化進行了自動響應(yīng)而不必額外設(shè)定，但是這一技術(shù)并不成熟。對于物體、圖標(biāo)等的辨認原理和方法與普通人的辨認類似，應(yīng)用了三維模型、機器人自動學(xué)習(xí)、模式識別庫等技術(shù)，使它們能夠有效地辨認和識別物體。對于不同的物體，可以增加該物體的特點，獲得一個比較好的辨認和識別結(jié)果。例如，對于汽車進行識別，可以增加汽車的燈、車窗、汽車、身份等方面的特點來識別；對于汽車圖標(biāo)的辨認，可以增加汽車的圖案、紋理等多個方面的特點。根據(jù)具體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ溥M行專門的優(yōu)化，有助于更好地識別目標(biāo)。

4 高速公路服務(wù)區(qū)精細化管理中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

在一系列精細化管理的過程中，智能視頻分析技術(shù)的加入，除了有效實現(xiàn)管理信息的存儲、管理手段的檢驗和分析以外，也具有有效打擊非法追捕或者打擊逃費的重要作用[3]，將高速公路服務(wù)區(qū)打造成為一個智慧化和體驗式的現(xiàn)代化綜合服務(wù)區(qū)[4]。

在高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)，智能視頻分析技術(shù)可對車輛的精細化管理，實現(xiàn)以下應(yīng)用：

進入服務(wù)區(qū)時，對各車輛的號牌、車型進行識別和記錄，為其規(guī)劃適合的停車區(qū)域，同時與道路入口信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行比對，預(yù)先判斷車輛運載貨物是否為?；?、管控產(chǎn)品。對高危車輛分配隔離車位。

通過車位視頻識別技術(shù)，多維度利用車輛功能特點信息分析、車牌信息捕捉等方式進行精細化管理。并通過對來往車輛進行分析統(tǒng)計，調(diào)整原始停車位的數(shù)量和位置，綜合優(yōu)化場區(qū)布局。

在出口處，設(shè)置相關(guān)的視頻識別設(shè)備，將出口車輛的車牌、車型等信息進行視頻識別比對，初步判定貨車在服務(wù)區(qū)內(nèi)是否存在停車甩卡、換卡或倒掛等各類逃費停車行為。

5 高速公路服務(wù)區(qū)智能視頻分析技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

智能視頻網(wǎng)絡(luò)智能數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)正在成為我國新型高速公路相關(guān)服務(wù)區(qū)自動精細化服務(wù)管理的重要模式。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方式如圖1所示。

圖1 高速公路服務(wù)區(qū)智能視頻分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)前端利用對車輛的特征信息進行采集和識別的裝置，采集出入口的車輛或人流量等信息，傳送至后臺的服務(wù)器；服務(wù)器對服務(wù)區(qū)各個出入口車輛的類型進行比對和分析，得出相應(yīng)車型的識別結(jié)果；服務(wù)器可以根據(jù)各個類型的識別結(jié)果和服務(wù)區(qū)各個停車場閑置的車位數(shù)量，向停車引導(dǎo)顯示屏上自動發(fā)送出入口的車輛引導(dǎo)信息。

對已經(jīng)進入服務(wù)區(qū)內(nèi)的?；愤\輸車輛進行安全監(jiān)控，對未能按照規(guī)定停放在?；愤\輸專用區(qū)車位的車輛發(fā)出警告。人流量的統(tǒng)計與分析系統(tǒng)可以實時地分析各個服務(wù)區(qū)的人流量以及活動情況，為管理者提供管理依據(jù)。綜合全面地應(yīng)用數(shù)字視頻分析處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳播技術(shù)、自動化控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等，通過各個服務(wù)區(qū)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，將服務(wù)區(qū)的檢測站點互聯(lián)互通，并將所有的監(jiān)控信息及時地推送到移動終端。

基于智能視頻技術(shù)的高速公路服務(wù)區(qū)管理方式，是一種現(xiàn)代化服務(wù)區(qū)車輛及設(shè)備的自動化管理系統(tǒng)，可以有效提高服務(wù)區(qū)內(nèi)的停車場車位和道路的綜合利用率，最大程度地提高服務(wù)區(qū)的車輛接待能力，同時具有對其他服務(wù)區(qū)的汽車逃費網(wǎng)絡(luò)攻擊控制功能，將服務(wù)區(qū)完全置于計算機管理下的高科技機電一體化產(chǎn)品[5]。

6 結(jié)語

總之，智能視頻技術(shù)在高速公路服務(wù)區(qū)管理中具有非常重要的地位。通過對服務(wù)區(qū)監(jiān)控信息的分析和管理，突出智能管理的優(yōu)勢。雖然現(xiàn)階段智能視頻技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題，但通過科學(xué)技術(shù)的進步，這些問題將一一得到解決，技術(shù)將不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，使其在高速公路服務(wù)區(qū)的管理中發(fā)揮更好的作用。以全面提高我國服務(wù)業(yè)社區(qū)安全管理信息系統(tǒng)的運行能力、管理水平等作為課題研究目標(biāo)，介紹了該系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)設(shè)置以及實現(xiàn)模型，為開發(fā)服務(wù)區(qū)運行信息管理系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支持。