文/張廣玉

隨著交通業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展以及交通信息化程度的不斷提升，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮的作用越來越重要。由于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化程度不高，面對(duì)成百上千路的監(jiān)控視頻時(shí)，基本靠人工來進(jìn)行相關(guān)查詢和分析，嚴(yán)重影響工作效率及分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，也達(dá)不到智能交通實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及高效性的要求。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，視頻分析技術(shù)越來越重要，為智能交通提供了一種高效的監(jiān)控手段。

1 現(xiàn)狀需求

淮安市交通運(yùn)輸局下屬的公路管理處、航道管理處、運(yùn)輸管理處、地方海事局、港口管理局等職能部門，都建設(shè)了各自的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控點(diǎn)位比較分散，共計(jì)500 路左右，基本是數(shù)字高清監(jiān)控，但集中度和智能化程度不高，視頻查詢和分析基本靠各個(gè)職能崗位工作人員人工完成，效率不高，不能快速?gòu)暮Ａ康囊曨l數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，而且有時(shí)會(huì)漏掉某些有用的信息，處于“監(jiān)而不控”的狀態(tài)，對(duì)業(yè)務(wù)工作的正常開展產(chǎn)生一定影響。

1.1 視頻監(jiān)控?zé)o統(tǒng)一平臺(tái)

現(xiàn)階段存在于各個(gè)職能部門的視頻監(jiān)控系統(tǒng)都是分散孤立的，市局機(jī)關(guān)無法方便調(diào)看。在交通應(yīng)急管理及輔助決策方面迫切需要一個(gè)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控管理平臺(tái)，能夠方便調(diào)看各個(gè)職能部門的監(jiān)控點(diǎn)位，以便做好事前預(yù)防、事發(fā)應(yīng)對(duì)、事中處置和善后管理工作。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)缺乏預(yù)警性

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是錄像，監(jiān)控中心的大屏同時(shí)顯示監(jiān)控的路數(shù)也有限，而且職能崗位工作人員也很難做到對(duì)視頻監(jiān)控畫面的實(shí)時(shí)監(jiān)視，導(dǎo)致一些突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不了提前預(yù)警的功能，只能在事件發(fā)生后調(diào)取錄像，作為取證的依據(jù)。

1.3 視頻數(shù)據(jù)查詢檢索難

因視頻監(jiān)控點(diǎn)位過多，產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)量非常大，視頻數(shù)據(jù)內(nèi)容也非常復(fù)雜，在進(jìn)行查詢或取證時(shí)，只能靠相關(guān)工作人員人工對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的檢索和篩選，每一分一秒的畫面都得仔細(xì)核對(duì)，非常困難，且耗費(fèi)大量時(shí)間及人力物力。

1.4 監(jiān)控系統(tǒng)無分析功能

現(xiàn)階段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)間較早，相關(guān)技術(shù)不成熟或是當(dāng)時(shí)業(yè)務(wù)工作對(duì)系統(tǒng)的要求不高，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)功能比較單一，沒有更好的發(fā)揮出視頻數(shù)據(jù)應(yīng)有的有效性及實(shí)用性，隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的逐漸成熟及交通業(yè)務(wù)的快速發(fā)展促使視頻分析成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須具備的一項(xiàng)重要功能。

2 建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)各職能部門視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，依托交通專網(wǎng)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范，結(jié)合交通自身業(yè)務(wù)發(fā)展需求，基于視頻分析技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一高效的交通監(jiān)控綜合管理平臺(tái)。通過對(duì)各職能部門視頻監(jiān)控管理平臺(tái)等基礎(chǔ)資源的全面整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)、NVR（NetworkVideo Recorder，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)）等視頻監(jiān)控設(shè)備的展示和集中管理。在此基礎(chǔ)上，通過圖像視覺等技術(shù)對(duì)視頻資源信息進(jìn)行處理，采用相關(guān)編碼算法進(jìn)行分析和理解，將目標(biāo)特征信息與序列圖像進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別有用的事件或目標(biāo)并發(fā)出警報(bào)，必要時(shí)可對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景中的變化自動(dòng)跟蹤，實(shí)現(xiàn)在不需要人為干預(yù)情況下的自動(dòng)分析和判斷目標(biāo)行為的功能，為相關(guān)業(yè)務(wù)工作的開展提供更加可靠、高效的服務(wù)支撐。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 實(shí)施過程

3.1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

圖1

圖2

因是在各職能部門已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行整合建設(shè)，故采用后臺(tái)服務(wù)器部署模式。通過部署在交通監(jiān)控綜合管理平臺(tái)的專用服務(wù)器集群來實(shí)現(xiàn)視頻分析應(yīng)用功能，這種模式有效避免了視頻采集前端設(shè)備處理能力不足的缺陷，通過后臺(tái)專用服務(wù)器集群的強(qiáng)大處理能力來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜事件及目標(biāo)的分析，也方便與其他業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的對(duì)接，由此擴(kuò)大視頻分析應(yīng)用的范圍。由于視頻分析引擎運(yùn)行在后臺(tái)服務(wù)器端，系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常高，優(yōu)化及升級(jí)也非常方便。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)資源整合

依托交通專網(wǎng)，通過視頻監(jiān)控平臺(tái)對(duì)接的方式整合各職能部門的視頻監(jiān)控系統(tǒng)資源，方便數(shù)據(jù)和管理的統(tǒng)一。實(shí)現(xiàn)客戶端系統(tǒng)狀態(tài)的統(tǒng)一檢測(cè)及監(jiān)控視頻圖像的結(jié)構(gòu)化。面向用戶，以“一張圖”的方式，直觀展示交通事件的預(yù)測(cè)預(yù)警管理及交通通行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。

市局機(jī)關(guān)通過?？低曇曨l監(jiān)控管理平臺(tái)對(duì)接各職能部門的視頻監(jiān)控平臺(tái)，統(tǒng)一接入經(jīng)篩選后的數(shù)字高清攝像機(jī)的視頻進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)各路視頻信號(hào)的調(diào)看，在設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)設(shè)定、事件記錄、報(bào)警通知等方面都可實(shí)現(xiàn)管理和控制，并可在電子地圖上對(duì)監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)注及視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽展示。

3.3 視頻分析系統(tǒng)

視頻分析技術(shù)是交通監(jiān)控綜合管理平臺(tái)的核心應(yīng)用，通過相關(guān)程序算法對(duì)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，過濾掉干擾信息，從視頻信號(hào)中提取有價(jià)值的目標(biāo)或事件，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像內(nèi)容的智能化判斷。

將各職能部門的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像通過ONVIF（Open Network Video Interface Forum，開放型網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇）協(xié)議接入綜合管理平臺(tái)，通過視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)，將原始視頻信息進(jìn)行處理和分析，借助技術(shù)手段讀取編輯過的信息流，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤、檢測(cè)、分類及行為理解分析，當(dāng)違反設(shè)定規(guī)則的行為被檢測(cè)出時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。通過結(jié)構(gòu)化視頻圖像分析，實(shí)現(xiàn)視頻圖像質(zhì)量檢測(cè)、交通參數(shù)計(jì)算及交通事件行為理解等功能。

3.4 硬件系統(tǒng)部署

基于交通云數(shù)據(jù)中心，配置4 臺(tái)虛擬機(jī)，分別用于視頻分析應(yīng)用服務(wù)器、視頻分析數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)、iVMS-8600 智能交通綜合管控平臺(tái)。部署動(dòng)視元視頻事件檢測(cè)系統(tǒng)一套，用于對(duì)監(jiān)控區(qū)域的各種交通事件等情況進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控。部署GPU 系統(tǒng)一套，含兩臺(tái)曙光GPU 服務(wù)器W560，每臺(tái)服務(wù)器配置2 顆CPU(Xeon E5-2650 V4)、32GB 內(nèi)存、3 塊600GB SAS 硬盤、2 塊NVIDIATesla P40 GPU，用于對(duì)交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析和人工智能學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的智能化分析和大數(shù)據(jù)分析。部署曙光DS800-G25 存儲(chǔ)系統(tǒng)一套，配置2 個(gè)存儲(chǔ)控制器、128GB Cache，共24 塊4TB 硬盤、32 塊600GB 10K SAS 硬盤，用于對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

3.5 軟件系統(tǒng)部署

部署海康威視iVMS-8600 智能交通綜合管控平臺(tái)，配置聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，包含Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例創(chuàng)建腳本、WEB 安裝程序、服務(wù)器安裝程序及C/S 客戶端安裝程序等，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的信息識(shí)別、查詢統(tǒng)計(jì)及智能研判等功能。部署商湯數(shù)據(jù)可視化工具及視頻分析系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)分析模型，可對(duì)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)性進(jìn)行分析和判斷，支持K-means 聚類、LDA 線性分類、一元線性回歸、HoltWinters 時(shí)序分析，通過深度分析算法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性洞察，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)含義和價(jià)值的深度挖掘，將深度分析的結(jié)果和描述性分析的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一展示，并可相互聯(lián)動(dòng)分析。

4 應(yīng)用情況

結(jié)合交通業(yè)務(wù)工作實(shí)際需要，目前選擇了8 路國(guó)省干線重要路段的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，可實(shí)現(xiàn)道路能見度分析、擁堵實(shí)時(shí)判斷、單位時(shí)間內(nèi)的車流量及異常情況統(tǒng)計(jì)等功能?？傮w應(yīng)用效果如圖3所示。

圖3

4.1 監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可根據(jù)視頻圖像質(zhì)量對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，例如抖動(dòng)、黑屏等異常狀態(tài)，還可對(duì)視頻圖像的無效率運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如異物遮擋、無道路等異常情況，監(jiān)測(cè)到的異常狀態(tài)及情況都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，方便運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并盡快處置。

4.2 路網(wǎng)及水域全天候監(jiān)測(cè)

平臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)無人值守，對(duì)路網(wǎng)及水域進(jìn)行晝夜不間斷的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，減少了對(duì)人工的依賴，通過相關(guān)視頻識(shí)別算法，可識(shí)別絕大部分車輛類型，直觀展示上下行的交通流參數(shù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高頻率更新，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精確度及時(shí)效性。

4.3 交通異常事件實(shí)時(shí)報(bào)警

當(dāng)監(jiān)控區(qū)域發(fā)生異常事件時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)判斷出事件類型，并發(fā)出警報(bào)信息，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)異常事件發(fā)生位置進(jìn)行定位，提供相關(guān)視頻信息，包括實(shí)時(shí)視頻和錄制視頻，對(duì)異常事件的所有資料自動(dòng)存檔，自動(dòng)完成檢測(cè)、報(bào)警、跟蹤、抓拍、發(fā)布等流程。

4.4 交通擁堵預(yù)警事前干預(yù)

通過對(duì)監(jiān)控區(qū)域交通流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將系統(tǒng)采集到的以時(shí)間和距離為參數(shù)的擁堵閾值與車流量閾值相比較，一旦達(dá)到相關(guān)規(guī)則數(shù)值，則自動(dòng)發(fā)出擁堵預(yù)警信號(hào)，可根據(jù)情況提前進(jìn)行交通疏導(dǎo)，降低擁堵發(fā)生的可能性，將擁堵事后處理的傳統(tǒng)方式改變?yōu)槭虑爸鲃?dòng)控制。

4.5 實(shí)時(shí)路況水情監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)

通過對(duì)監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取相關(guān)的交通參數(shù)及功能模塊閾值，在此基礎(chǔ)上判斷出未來一段時(shí)間監(jiān)控區(qū)域的交通運(yùn)行發(fā)展態(tài)勢(shì)，并預(yù)測(cè)出交通異常事件對(duì)道路及水域的影響程度，以及持續(xù)的時(shí)間，自動(dòng)給出相關(guān)建議措施并可分析出在無人工干預(yù)的情況下可能出現(xiàn)的后果。

4.6 道路水域團(tuán)霧檢測(cè)報(bào)警

根據(jù)視頻圖像清晰度的差異對(duì)當(dāng)前時(shí)刻能見度進(jìn)行判斷和轉(zhuǎn)化，采用相關(guān)算法獲得能見度數(shù)據(jù)，當(dāng)預(yù)設(shè)的能見度閾值低于當(dāng)前的能見度數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)出警報(bào)，通過可變情報(bào)板等系統(tǒng)發(fā)布相關(guān)信息，使公眾出行時(shí)或巡查人員能夠提前做好準(zhǔn)備措施。

5 結(jié)語

通過采用先進(jìn)的視頻分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和業(yè)務(wù)整合，及時(shí)獲得各類交通參數(shù)及事件等數(shù)據(jù)，可與其他交通業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)智能化、結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)分析等功能，為應(yīng)急管理、輔助決策和智慧交通建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐，進(jìn)一步提升了業(yè)務(wù)工作效率和交通服務(wù)水平。