隧道視頻檢測系統解決方案

1、系統概述
1.1 系統構成
　 隧道視頻檢測系統主要由信息采集子系統、信息處理子系統、信息發布和誘導控制子系統（由監控處理中心提供）三個部分組成，共同完成交通流信息的采集、傳輸、處理、顯示與發布等功能。系統的構成如圖1所示。


圖1 隧道視頻檢測系統的總體結構
1.1.1 信息采集子系統
　 主要設備：視頻攝像頭
　 主要任務：全天候拍攝檢測范圍內的車流運行圖像
1.1.2 信息處理子系統
　 主要設備：
　 1) 視頻處理器
　 2) 視頻檢測上端軟件
　 主要任務：
　 1) 處理圖像；
　 2) 獲取并處理實時的交通流運行參數；
　 3) 傳送帶有虛擬檢測線圈的圖像，使管理者能夠監視交通流的運行狀況。
1.1.3 信息發布和誘導控制子系統（由監控處理中心提供）
　 主要設備：
　 1) 可變情報板
　 2) 電子限速標志
　 3) 入口控制設備
　 主要任務：向駕駛員和隧道管理者提供事件、擁擠、速度、服務水平等信息
1.2 系統檢測信息流程圖
　整個視頻檢測信息的傳輸流程如圖2所示。視頻檢測系統得到的交通流運行參數、車型、事件、擁擠、圖像等信息由視頻攝像頭傳到隧道監控處理中心后，監控處理中心通過對這些數據進行分析，將用于以下管理功能的實現：
（1）接受視頻檢測信息發送的事件、擁擠警告，通過視頻圖像或閉路電視圖像進一步確認事件是否發生及其地點、嚴重性等，而后采取相應的緊急救援或處理措施；
（2）由監視屏的動態視頻圖像監視各條路段上的交通流狀況；
（3）將視頻檢測獲得的流量、速度、事件、擁擠等信息通過可變情報板向駕駛員發布；
（4）通過更改視頻檢測系統的設置參數，控制視頻檢測系統的工作進程。
1.3 工程范圍
　 在隧道范圍內安裝視頻檢測攝像頭（與閉路電視系統共用），對隧道內各車道的交通流運行情況進行實時的檢測與監視。本次工程包括視頻檢測系統以下各項設備的生產、運輸、安裝、調試、試運行及缺陷責任期運行：
（1）視頻檢測攝像機
（2）多路視頻復用光端機
（3）視頻檢測視頻處理器
（4）視頻處理器機柜：可訂做，數目待定
（5）所需的電力電纜和信號電纜（包括電纜及電纜從路邊手孔到設備的敷設與連接）
（6）規范中沒有規定，但對于完成工程所必須的材料及工作。
2、系統的安裝
　整個視頻檢測系統的安裝內容主要包括：攝像頭、視頻處理器和視頻檢測上端軟件的安裝。
2.1 視頻攝像頭的安裝
2.1.1 平面布置圖
　視頻攝像頭的安裝位置如圖3（具體省略）與圖4（具體省略）所示。攝像頭朝向與車流行駛方向相反。
2.1.2 現場安裝圖
　在選取視頻攝像頭安裝位置時，應保證攝像頭的視線不受障礙物遮擋并有充分的檢測視距。綜合比較下，視頻攝像頭應設置在隧道拱壁中央，其安裝位置如圖5所示。
2.1.3 檢測范圍圖
　 當安裝高度一定（視具體情況而定）時，視頻攝像頭的檢測范圍為150米以內（如圖6所示）。



圖5 視頻攝像頭現場安裝位置圖

圖6 視頻攝像頭檢測范圍
2.2 視頻處理器的安裝
　對應于每臺視頻檢測攝像頭，整個視頻檢測系統共需要××臺視頻處理器（視具體情況而定）。所有的視頻處理器都放在隧道監控處理中心，負責處理攝像頭傳送的圖像。由于視頻處理器的臺數較多，監控處理中心需要專用機柜來統一放置視頻處理器。
2.3 視頻檢測上端軟件的安裝
　視頻檢測上端軟件安裝于隧道監控中心的視頻處理工作站上（PC機）。程序的安裝可參見上端軟件用戶手冊。
3、系統功能及技術指標
3.1 單個視頻處理器的功能
采集實時的交通流運行參數
采集的交通流運行參數包括：
1) 交通流量
2) 時間占有率
3) 車輛速度
4) 車流密度
5) 車頭時距
6) 車頭間距
采集的車型信息包括：
1) 車型分類（大型車、中型車、小型車）
 采集實時的事件信息
采集的事件信息包括：
1) 排隊
2) 停車
3) 逆向行駛
4) 照明變化
5) 散落物（一定體積以上）
 采集用于實時監控的圖像
3.2 整個視頻檢測系統的功能
　 視頻處理器采集的實時交通信息傳送到隧道監控處理中心后，由視頻檢測上端軟件完成所有參數的處理工作。視頻檢測上端軟件由：視頻檢測應用軟件、視頻檢測設置軟件、事件自動檢測及警告模塊、擁擠自動檢測及警告模塊、服務水平評價模塊五個部分組成。各部分的主要功能為：

（1）視頻檢測應用軟件主要功能（主界面如圖7所示）
 檢測參數處理功能：
 顯示檢測范圍內所有車道的車流情況
 顯示設定時間段內的車輛平均速度、時間占有率、平均車間距等
 顯示即時車頭時距
 顯示總車流量、對應車道的車流量、小型車流量、中型車流量、大型車流量
 繪制交通流量、速度、占有率等檢測參數的日變、周變、月變、年變統計圖
 設置統計圖的統計周期、車道等系統參數
 檢測參數的統計報表、查詢、存儲、打印等功能


圖7 視頻檢測應用軟件主界面
 附加功能：
 警告/紀錄檢測攝像機、視頻處理器或通訊線路的故障

（2） 視頻檢測設置軟件主要功能（主界面如圖8所示）
 調整檢測范圍的功能：
 顯示/調整檢測區域的水平/垂直距離
 界定各車道的邊界
 添加/刪除檢測的車道
 調整虛擬檢測線圈的功能：
 顯示/調整虛擬檢測線圈的位置、高度、寬度等指標；
 添加/刪除虛擬檢測線圈
 附加功能：
 確定全天不同時段車輛陰影的方向
 紀錄每次檢測參數調整的時間、取值等信息


圖8 視頻檢測設置軟件主界面
（3）事件自動檢測及警告功能
　為了使檢測的事件類型更廣、精度更高，本系統在視頻檢測上端軟件中加入了“事件自動檢測及警告”模塊，采用了車輛跟蹤檢測與事件算法檢測相結合的方法。事件檢測的基本原理如圖9所示。停車、排隊與逆向行駛是高速公路發生頻率較高的幾種事件。當視頻處理器得到的檢測信息中包含停車、排隊與逆向行駛信息時，上端軟件除記錄事件的發生位置外，還將發出警告信號；這些事件都是由視頻處理器根據車輛跟蹤技術直接檢測到的，因此稱為“車輛跟蹤事件檢測”。此外，上端軟件中還加入了事件檢測算法模塊，只要以某時段內檢測的交通流量、車輛速度及時間占有率作為輸入，在分析其是否發生異常變化的基礎上，就能判斷是否發生了事件，如果有事件，就發出警告；由于這種事件的判斷是由上端軟件中的事件檢測算法完成的，因此稱為“事件算法檢測”。除檢測事件外，該軟件還能對每次事件的發生、地點、類型等進行紀錄，方便以后的查詢。通過這些功能，監控中心可以及時發現并處理各路段的事件。

圖9 事件檢測的基本原理
（4）常發性擁擠自動檢測及警告功能
　 為了方便隧道管理者及時有效地發現交通擁擠，本系統在視頻檢測上端軟件中加入了“常發性擁擠自動檢測及警告”模塊，擁擠檢測的基本原理如圖10所示。根據擁擠的定義和常發性擁擠的特點，常發性擁擠可用下列參數度量：交通量、交通密度（輛/公里/車道）、占有率（時間占有率和空間占有率）、路段行程速度（時間）等。在交通擁擠發生時，行程速度參數反映交通流變化上最敏感，交通量次之，利用視頻檢測技術和擁擠檢測算法，可以準確及時地得到交通流量、行程速度及車道占有率和交通延誤等交通參數(后3個參數是傳統檢測方法無法準確得到的)，從而實現對道路擁擠程度的直接測量。如果有擁擠，就發出警告。

圖10 常發性擁擠檢測的基本原理
（5） 服務水平評價功能
　　服務水平是用來衡量道路為駕駛員所提供的服務質量等級。我國公路服務水平現分為四級，一級相當于美國的A、B兩級，二、三級相當于美國的C級和D級，四級相當于美國的E、F兩級，我國高速公路的適應交通量宜按二級（相當于美國的C級）來考慮。
　　利用視頻車輛檢測系統，可以直接得到隧道的交通流密度、速度，根據車型的判別結果可以得到折算成標準車的交通量，從而得到飽和度（V/C），利用這些參數，通過上端軟件中的“服務水平評價算法”就可以準確地得到基本路段的服務水平。
3.3 主要的技術指標
處理速度
1) 視頻處理器處理速度：20ms/幀
2) 上位軟件參數更新速度：≤30秒（可根據用戶要求調整）
檢測精度
1) 交通流量≥95%
2) 時間占有率≥90%
3) 平均速度≥90%
4) 車頭時距≥90%
5) 車頭間距≥90%
6) 正確觸發率≥90%
4、系統設備介紹
4.1 推薦攝像機
掃描系統：PAL標準，625行，每秒25幀
攝像器件：1/2”CCD
分辨率：水平480線，垂直350線
信噪比：大于50dB
最低照度：0.005Lux/F1.2
鏡頭架：C/CS
快門：關、1/100—1/100000、自動
光圈控制：ALC/ELC
背光補償
數碼變焦：2—10倍
4.2 推薦鏡頭
采用自動光圈變焦鏡頭，帶紅外濾色片
焦距：8—16mm
光圈：1.4—22
4.3 GDW-VD-2002型視頻檢測處理器
　　GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器接受標準視頻流，攝像機需架設在道路或隧道的合適位置(道路上方、路中央的隔離帶、路側、隧道內壁)，視頻信號經傳輸設備輸入視頻處理器，通過對圖像的分析與處理獲得所需的各種交通數據，檢測區域可在計算機或監視器的圖像畫面上自由設置。設備檢測到的各種交通數據既可存儲在設備本身的大容量非易失存儲器中，也可以通過通訊接口（RS232、RS485、以太網接口等），將檢測數據傳輸到遠端數據中心。
　 GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的使用非常簡單，用戶只需對照顯示器 或監視器上的現場圖像設置好檢測區域（模擬線圈），就可以同時檢測6-8個車道。當車輛經過這些模擬線圈時，各種交通數據就被提取出來，檢測數據可以實時發送，也可存在設備本身，在合適的時間傳送。
　GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器采用了嵌入式設計方案，采用工業級芯片，可以適應惡劣環境條件。
GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的技術指標如下：
1) 電源：220VAC
2) 檢測精度：車流量≥95% 、平均速度：≥90%
3) 接口： 1個RS232口，1個RJ45以太網口
4) 協議支持： 標準串行通訊協議
5) 標準IP地址和TCP/IP、IPX協議支持
6) 聯網能力：支持現有各種聯網方式
7) 數據格式：兼容其他檢測設備數據格式
8) 工作溫度：-40℃ -- +85℃攝氏度
9) 相對濕度：0 -- 95%
10) 視頻輸入：標準PAL/NTSC/視頻信號
11) 視頻輸出：標準PAL/NTSC/視頻信號
12) 數據輸出：RS232/LAN
13) 控制輸出：集電極開路
14) 自身檢測數據緩存空間：可以至少緩存三個月以上時間的檢測數據
4.4 視頻檢測信息處理工作站（上端軟件PC機）
1) CPU：≥2.0GHz
2) 芯片組：支持SDRAM PC133，400MHz系統總線，ATA/100，4個USB1.1端口
3) 內存：≥512MB 133MHz同步DRAM（non-ECC），可擴充至1.5G，可通過順序存在性檢測（SDP）自動檢測內存模塊
4) 硬盤：80GB（7200rpm），采用SMART II
5) 21”純平彩色顯示器
6) 獨立顯卡，顯存≥32MB
7) 100M網卡
8) 16倍速DVD-ROM
9) 軟盤驅動器：3.5” 1.44M
10) 標準鍵盤，鼠標