基于視頻車牌識別的隧道車輛違章監(jiān)控預警系統(tǒng)研究

王 超

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司公路養(yǎng)護技術研發(fā)中心，遼寧 沈陽 110166)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路隧道數(shù)量的不斷增加，隧道由于其特殊的構造和環(huán)境，車輛在其中存在停車、超速行駛、低速行駛等違法行為時，會帶來極大的安全隱患，容易造成嚴重后果。在公路隧道的日常運營中，及時發(fā)現(xiàn)這些違法行為并進行實時預警，對保障隧道的安全運營意義重大。本文通過在隧道入洞口、出洞口，隧道緊急停車帶等位置部署視頻監(jiān)控設備，并將設備連接，使設備之間的圖像數(shù)據(jù)互通互訪，構建了一套基于視頻車牌識別的公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)，對公路隧道通行車輛進行監(jiān)控，并對停車、低速行駛、超速行駛等違法行為進行實時預警。

1 項目需求分析

公路作為最基本的運輸方式，覆蓋范圍最廣、服務功能最強，為我國經(jīng)濟快速發(fā)展提供了便利的條件，由于我國地勢多變，隧道的開鑿成為建設交通樞紐干線的重要形式。國家現(xiàn)代化進程的加快與交通便捷性要求的不斷提升促使了隧道數(shù)量的不斷增加；公路隧道的開鑿也大大緩解了城市日益嚴重的交通壓力，減少了客運、貨運的運輸時間，極大的改善了當?shù)氐慕?jīng)濟以及生活狀況。截止到2016年底，遼寧省已建成公路隧道243座，總長度達20萬延米。

公路隧道由于其特殊的構造和環(huán)境，車輛在其中行駛時，與在開闊的公路上行駛相比。

(1)環(huán)境照度低，行車能見度差；

(2)環(huán)境噪聲、一氧化碳、煙霧濃度大，影響駕駛?cè)藛T的正常的思維判斷和反應。

因此，公路隧道的事故率高，而且一旦發(fā)生事故，救援工作復雜困難，容易造成嚴重的交通阻塞，引起二次事故：2014年3月發(fā)生在山西晉濟告訴公路巖后隧道的慘烈事故，事后調(diào)查分析事故的引發(fā)原因是運煤車輛導致隧道內(nèi)堵車后，后續(xù)車輛進入隧道發(fā)生追尾碰撞，最后由于甲醛泄露導致悲劇。

當前是一個信息的時代，特別是交通、購物等與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P的行業(yè)里，信息的直接、實時普及需求尤為突出，而在所有的信息中，圖像信號帶給人們最為直接的信息，特別是代表先進生產(chǎn)力的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是備受人們青睞的信息獲取方式。

在公路隧道的日常運營中，引入視頻監(jiān)控，構建一套基于視頻車牌識別的公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)，對公路隧道內(nèi)車輛進行實時監(jiān)控，及時的發(fā)現(xiàn)車輛在公路隧道中停車、低速、超速行駛等違法行為，并建立預警機制，對車輛的違法行為自動進行預警，避免因車輛在隧道內(nèi)的違法行為導致交通事故，增強公路隧道的通行能力，對保證隧道的安全運營有著至關重要的意義。

2 系統(tǒng)設計思路

公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)，首先是建立一套由硬件設備構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該采集系統(tǒng)包含部署在隧道入洞口的車輛信息采集系統(tǒng)，部署在隧道出洞口的車輛信息采集系統(tǒng)，和部署在緊急停車帶的隧道內(nèi)狀況實時查詢系統(tǒng)，然后編寫了一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含以下子功能：配置信息設置功能，違章信息車輛列表顯示功能，歷史違章車輛查詢功能，違章車輛照片展示功能，車輛白名單設置功能，隧道實時狀態(tài)查看功能。系統(tǒng)構成圖如圖1所示。

圖1 公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)構成圖

在確定公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)的系統(tǒng)構成后，還需要定義出對車輛違章信息的類型和預警方式，公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)中有四種類型的違章信息：超速行駛(超過隧道的最高限速80 km/h)，低速行駛(低于隧道的最低限速60 km/h)，疑似隧道內(nèi)停車(車輛在隧道內(nèi)停車，但已駛出隧道，判斷依據(jù)車輛速度特別緩慢，例如20 km/h),隧道內(nèi)停車(車輛在一定時間還未駛出隧道)，按照危害程度排序：隧道內(nèi)停車>疑似隧道內(nèi)停車>低速行駛、超速行駛，預警方式上，發(fā)現(xiàn)車輛隧道內(nèi)停車，實時更新到違章車輛列表中，并以紅色背景顯示，且彈出警示信息的對話框；發(fā)現(xiàn)疑似隧道內(nèi)停車，實時更新到違章車輛列表中，并以黃色背景顯示；發(fā)現(xiàn)超速或者低速行駛的時候，實時更新到車輛列表中。

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是構建一套負責采集數(shù)據(jù)的硬件設備系統(tǒng)，包含一個布置在隧道入洞口的卡口相機，拍攝進入隧道的車輛，對車輛的號牌進行識別，記錄進入隧道的時間；布置在出洞口的卡口相機，識別離開隧道的車輛，記錄車輛離開隧道的時間；系統(tǒng)中還包含一個部署在緊急停車帶的球形相機，此球形相機帶有云臺，可以控制球形相機左右上下轉(zhuǎn)動，用于查看隧道內(nèi)實時狀況；系統(tǒng)還包含一個交通終端服務器，終端服務器與入洞口卡口相機、出洞口卡口相機、緊急停車帶的球形相機通過物理連接構成一個局域網(wǎng)，系統(tǒng)的構成圖2所示。

圖2 硬件采集系統(tǒng)構成圖

2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)的核心部分，負責整個系統(tǒng)的邏輯控制，其工作的原理流程如下所描述。

在入洞口卡口相機和出洞口卡口相機上部署了視頻車牌識別算法。當車輛進入進入隧道的時候，入洞口的卡口相機對車輛進行號牌識別，并把當前的系統(tǒng)時間(精確到毫秒)作為進入隧道的時間；將當前車輛的信息做成記錄，保存到數(shù)據(jù)堆棧中；當車輛離開隧道的時候，出洞口的卡口相機識別車輛，并從數(shù)據(jù)堆棧中查找當前車輛號牌的記錄，把當前的系統(tǒng)時間(精確到毫秒)作為車輛離開隧道的時間。

在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，還會創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)制作的獨立線程，制作數(shù)據(jù)的線程每隔兩分鐘啟動一次，執(zhí)行如下操作。

(1)遍歷堆棧中的所有記錄計算車輛通過隧道的時間，判斷車輛超速、正常速度還是低速通過：

超速、低速、或者疑似隧道內(nèi)停車通過時，將記錄更新到數(shù)據(jù)庫；

(2)對于只有進入隧道的時間的記錄，則與當前系統(tǒng)時間相比，達到隧道停車的標準，則將該數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)庫中。

已經(jīng)更新到數(shù)據(jù)庫中的記錄，將該條記錄從數(shù)據(jù)堆棧中刪除，這樣能保證內(nèi)存使用量在合理的水平，不會因為系統(tǒng)長時間運行導致內(nèi)存被耗盡。在完成數(shù)據(jù)制作后，將數(shù)據(jù)庫中的當天的違章數(shù)據(jù)重新綁定到違章車輛列表，這樣就實現(xiàn)了違章車輛列表中數(shù)據(jù)的更新，用戶可以通過系統(tǒng)的違章車輛列表顯示模塊查看所有的違章車輛數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)原理圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)原理圖

3 系統(tǒng)功能展示

在系統(tǒng)主界面的上部，是配置信息設置模塊，系統(tǒng)通過這些配置信息完成與視頻監(jiān)控設備的連接和互通。與在該模塊中，對配置信息進行展示：交通終端服務器IP地址、端口號、用戶名、密碼、本地服務器的IP地址、端口號等信息；還可以配置信息編輯和更改，配置信息都保存再配置文件中，編輯修改完對應信息，系統(tǒng)會直接將修改后的保存信息到配置文件中，并根據(jù)新的參數(shù)重新訪問視頻監(jiān)控設備，取得相關的圖像信息數(shù)據(jù)。

在在配置信息設置模塊的左下方，是違章車輛列表顯示模塊，默認展示的是當天從0點開始到當前時間的所有違章信息，違章車輛列表中，記錄了所有超速行駛、低速行駛、疑似隧道內(nèi)停車、隧道內(nèi)停車的違章車輛信息。

違章車輛列表顯示模塊的右側(cè)，是違章車輛照片展示模塊，點擊違章車輛列表中的任意一條記錄，會顯示車輛離開隧道時的照片。

系統(tǒng)還可以通過歷史違章車輛查詢模塊查詢歷史記錄：點擊主界面中的“加號”按鈕來展開查詢選項，輸入框右側(cè)的日歷小圖標，分別選擇查詢的開始時間和結束時間，就可以得到選擇時間段內(nèi)所有的違章車輛信息。

在違章車輛列表中，如果有隧道內(nèi)停車的車輛，單擊隧道內(nèi)停車的車輛記錄的時候(紅色背景的記錄)，就會啟動隧道實時狀態(tài)查看模塊，即通過安裝在隧道內(nèi)緊急停車帶的球形攝像機，查看當前隧道內(nèi)的實時情況，操作球形攝像機進行上、下、左、右進行轉(zhuǎn)動，查看整個隧道內(nèi)的情況，對違章車輛的狀況進行查看和了解，以便采取處理預案。

系統(tǒng)有車輛白名單設置模塊，對于白名單中的車輛，不會進行監(jiān)控，可以將隧道運營管理部門的巡查或者養(yǎng)護車輛設置為白名單，避免系統(tǒng)誤報警。

4 結束語

公路隧道監(jiān)控預警系統(tǒng)利用C#.net編程語言實現(xiàn)，已在遼寧省內(nèi)境內(nèi)鶴大高速的一座隧道上線試運行，實際的運行表明：該系統(tǒng)能夠?qū)囕v的違法行為取得較好的檢測效果。后續(xù)的主要工作：繼續(xù)完善該系統(tǒng)，降低誤報率，并且修改系統(tǒng)，由只能監(jiān)控單個隧道變更成可以同時進行多個隧道的實時監(jiān)控和預警。