茅嘉磊

(中海網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司， 上海 200135)

基于視頻分析的路側(cè)停車自動(dòng)計(jì)時(shí)取證

茅嘉磊

(中海網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司， 上海 200135)

為解決當(dāng)前采用的路側(cè)停車管理模式存在的不正當(dāng)收費(fèi)、遺漏故意逃費(fèi)的車輛及人工成本高等問(wèn)題，對(duì)路側(cè)停車系統(tǒng)中的停留車輛存在時(shí)間檢測(cè)及視頻取證等問(wèn)題進(jìn)行分析。提出一種基于視頻分析技術(shù)的車輛檢測(cè)算法，通過(guò)視頻分析技術(shù)進(jìn)行泊位停車自動(dòng)取證，實(shí)現(xiàn)停車計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)自動(dòng)化，從而降低人力成本。

路側(cè)停車； 自動(dòng)計(jì)時(shí)； 視頻采集； 車牌自動(dòng)識(shí)別； 地磁傳感器

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展、汽車制造業(yè)產(chǎn)能極速增大及汽車制造成本逐漸降低，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂玫拇焦ぞ?。近年?lái)，我國(guó)的汽車保有量在逐年增加，但停車場(chǎng)建設(shè)的速度并未隨之加快。當(dāng)前，經(jīng)常出現(xiàn)大量機(jī)動(dòng)車無(wú)序地滯留在路口或路側(cè)，嚴(yán)重阻礙正常交通通行的狀況。對(duì)此，公共管理部門新設(shè)了很多短時(shí)的路側(cè)停車位，以緩解停車難、規(guī)范停車無(wú)序的境況。

設(shè)置路側(cè)停車位的初步設(shè)想為：通過(guò)經(jīng)濟(jì)杠桿功能，利用城市道路的空間和時(shí)間資源擴(kuò)大停車區(qū)域，控制車輛的停留時(shí)間、管理車輛的停留位置，以此改善停車?yán)щy和道路兩側(cè)停車混亂的狀況。然而，目前的管理模式存在以下問(wèn)題：

1) 在沒(méi)有實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控的情況下，部分停車收費(fèi)管理員隱藏實(shí)際的停車費(fèi)用；

2) 一些道路的停車區(qū)域較長(zhǎng)且車輛較多，停車收費(fèi)管理員會(huì)遺漏部分故意逃費(fèi)的車輛；

3) 停車收費(fèi)管理員的人工成本較高。

以上問(wèn)題大多是人工成本過(guò)高和無(wú)法對(duì)車輛進(jìn)行有效管理導(dǎo)致的。由此，對(duì)路側(cè)停車系統(tǒng)中的停留車輛存在時(shí)間檢測(cè)及視頻取證等問(wèn)題進(jìn)行分析。

當(dāng)前，已有很多針對(duì)路側(cè)停車和車輛檢測(cè)技術(shù)的研究。WANG等[1]介紹一種基于智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transport System, ITS)的路側(cè)停車管理系統(tǒng); BULAN等[2]給出一種基于視頻的車輛停留檢測(cè)的方法，著力于應(yīng)對(duì)場(chǎng)景變換(如雨天、陰影、阻礙物及相機(jī)的移動(dòng))帶來(lái)的挑戰(zhàn); HUANG[3]給出一種無(wú)線停車位檢測(cè)方法，使用2.4 G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸基于射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency IDentification, RFID)的地磁傳感器的停車信息;ANAGNOSTOPDULOS等[4]一種基于創(chuàng)新的圖像自適應(yīng)分割法的車牌識(shí)別算法，能更快地定位車牌的位置和大小; YANAGIHARA等[5]描述一種通過(guò)CCTV的視頻對(duì)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的算法; TSAI等[6]解決在檢測(cè)場(chǎng)景中不時(shí)出現(xiàn)無(wú)序動(dòng)目標(biāo)的問(wèn)題，運(yùn)用云臺(tái)驅(qū)動(dòng)的攝像機(jī)追蹤物體，改善一種叫做Region-Based Matching和Motion Energy的方法，用于在連續(xù)的圖像場(chǎng)景中捕獲動(dòng)目標(biāo)。通過(guò)對(duì)這些研究成果進(jìn)行學(xué)習(xí)和改善，提出一種基于多種技術(shù)的車輛檢測(cè)算法，并兼顧違法停車處罰和停車管理。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

該車輛檢測(cè)系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)和地磁感應(yīng)系統(tǒng)等3個(gè)主要部分組成(見(jiàn)圖1)。系統(tǒng)架構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1) 可長(zhǎng)距離的停車管理，并能大量減少人工干預(yù)；

2) 可在不增添硬件的情況下同時(shí)進(jìn)行路側(cè)停車收費(fèi)和違法停車管理，從而降低建設(shè)成本；

3) 可在無(wú)車輛閑置的情況下進(jìn)行路段安全監(jiān)控。

1.1 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是視頻取證系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用于在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)和記錄停駛的車輛。該系統(tǒng)包含高清球機(jī)、視頻分析器和無(wú)線傳輸設(shè)備。

1) 高清球機(jī)通過(guò)對(duì)停駛車輛的牌照進(jìn)行記錄來(lái)采集違法證據(jù)和停車信息，在非監(jiān)測(cè)時(shí)段用于道路安全監(jiān)控；

2) 視頻分析器通過(guò)控制高清球機(jī)發(fā)現(xiàn)車輛，通過(guò)分析圖片中的車輛獲取車輛信息(包括車牌、顏色、車型及車標(biāo)等)。

1.2 無(wú)線傳輸系統(tǒng)

無(wú)線傳輸系統(tǒng)具有以下3個(gè)功能：

1) 為消除停車收費(fèi)管理員和司機(jī)對(duì)停車時(shí)間及位置的分歧，全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)每小時(shí)都會(huì)校準(zhǔn)時(shí)間并在圖片中標(biāo)出具體的位置信息；

2) 4G模塊向數(shù)據(jù)中心發(fā)送圖片和文字信息，若無(wú)需地址信息，則系統(tǒng)會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間，無(wú)需GPS；

3) 若使用無(wú)線地磁設(shè)備，則地磁感應(yīng)接收器用于接收地磁感應(yīng)信號(hào)，觸發(fā)分析器，從而控制攝像機(jī)獲取證據(jù)。

1.3 地磁感應(yīng)系統(tǒng)

地磁感應(yīng)系統(tǒng)是對(duì)視頻檢測(cè)的補(bǔ)充，能使車輛檢測(cè)系統(tǒng)更為可靠、精確。盡管視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已具備發(fā)現(xiàn)停駛車輛的功能，但受以下問(wèn)題限制：

1) 在采用動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法追蹤車輛時(shí)，一臺(tái)攝像機(jī)在光照較好的時(shí)段有效監(jiān)測(cè)的單側(cè)停車區(qū)域長(zhǎng)度>100 m，而在光照欠佳的時(shí)段有效監(jiān)測(cè)的區(qū)域長(zhǎng)度<50 m；

2) 在路側(cè)停車區(qū)域，往往因輛車間隔較小而使車牌被遮擋，視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法確認(rèn)車牌，造成大量數(shù)據(jù)無(wú)效。

然而，利用由地磁傳感器獲得的時(shí)間占用信息，無(wú)論在何種環(huán)境下，有效監(jiān)測(cè)距離均可擴(kuò)展到單側(cè)150 m。對(duì)于一個(gè)200萬(wàn)30倍光學(xué)變焦的高清球機(jī)而言，180 m以外車輛的車牌的像素大于20×20，符合最小車牌識(shí)別的要求[7]。同時(shí)，在地磁傳感器的幫助下，一個(gè)高清攝像機(jī)可最多覆蓋到8個(gè)停車區(qū)域。

2 算法

2.1 視頻算法邏輯

高清攝像機(jī)只能全景實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一個(gè)事先設(shè)定的停車區(qū)域。當(dāng)移動(dòng)物體進(jìn)入并停留在攝像機(jī)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，攝像機(jī)會(huì)放大鏡頭抓拍一張含有車牌信息的近景照片，并立即回到全景位置抓拍一張含有車輛明顯特征的全景照片；若嘗試多次后仍無(wú)法獲取車牌信息，攝像機(jī)會(huì)回到全景位置等待其他停駛車輛。同樣，當(dāng)車輛離開(kāi)時(shí)，攝像機(jī)會(huì)首先抓拍一張車輛的全景照片，然后移動(dòng)至停車位進(jìn)行車牌信息確認(rèn)；同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)產(chǎn)生車牌信息、停留開(kāi)始時(shí)間、離開(kāi)時(shí)間及圖片存儲(chǔ)路徑，圖片會(huì)上傳至文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocal, FTP)服務(wù)器中作為收費(fèi)依據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法確認(rèn)泊位是否存在停駛車輛或無(wú)法監(jiān)測(cè)到車牌時(shí)，該算法會(huì)通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)警請(qǐng)求人工確認(rèn)(見(jiàn)圖2)。

單一的視頻算法在車輛較多且車牌遮擋嚴(yán)重的情況下會(huì)需較多的人工干預(yù)，而通過(guò)與地磁傳感器相結(jié)合可減少人工干預(yù)，并大幅度提高檢測(cè)精度和擴(kuò)大檢測(cè)距離。

2.2 視頻及地磁融合算法

在地磁感應(yīng)系統(tǒng)的幫助下，一臺(tái)高清球機(jī)可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)停車區(qū)域。在無(wú)車輛停駛的情況下，高清攝像機(jī)可作為路況及安全監(jiān)控相機(jī)；而當(dāng)?shù)卮艂鞲衅鞅卉囕v切割時(shí)，地磁傳感器會(huì)發(fā)送觸發(fā)信息給分析主機(jī)，分析主機(jī)將控制高清球機(jī)抓拍一張被切割的地磁傳感器方向的全景圖片，并控制高清攝像機(jī)聚焦到地磁傳感器所在位置，尋找及確認(rèn)停駛車輛的車牌信息，抓拍近景圖片。若車牌被其他車輛遮擋，則攝像機(jī)會(huì)在該車位相鄰車輛駛離后再次抓拍；若在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)相鄰車輛離開(kāi)，則系統(tǒng)會(huì)將報(bào)警信息發(fā)送給系統(tǒng)管理員，要求人工確認(rèn)是否存在車輛。當(dāng)?shù)卮艂鞲衅鞑辉俦挥|發(fā)時(shí)，地磁傳感器會(huì)再次發(fā)送信息給分析主機(jī)，分析主機(jī)將再次控制攝像機(jī)抓拍全景和近景圖片。若在抓拍近景圖片時(shí)同一輛車仍停留在原車位，則分析主機(jī)將在ns后再次確認(rèn)車輛信息；若車輛依然停留在原車位，則系統(tǒng)將回到原位等待其他傳感器的指令，并發(fā)送異常信息給系統(tǒng)管理員(見(jiàn)圖3)。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)基于視頻技術(shù)的車輛檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)車輛取證部分進(jìn)行詳細(xì)描述。該系統(tǒng)已在杭州進(jìn)行實(shí)地測(cè)試使用。以后將主要對(duì)支付平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行研究；同時(shí)，完善取證系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性，減少系統(tǒng)漏洞。

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Automatic On-Street Parking Monitoring and Recording Based on Video Analysis

MAOJialei

(China Shipping Network Technology Co., Ltd., Shanghai 200135, China)

Geomagnetic sensors are normally mounted in on-street parking zones for detecting vehicles parking. They know exactly how long a car has occupied the position but can not identify the car which should pay for that. Therefore, the parking administration arranges a large number of on site parking fee collectors. The personnel expenditure has been the major part of operation costs. This paper proposes a video-analysis based automatic method to gather complete parking information, including the car identity, which can replace the men watching.

on-street parking; automatic timekeeping; video analysis; ALPR; geomagnetic sensor

2016-10-14

茅嘉磊(1984—)，男，上海人，助理工程師，碩士，主要從事交通信息控制研究。

1674-5949(2017)01-0078-04

TP391.41

A