基于视频监控和电子地图的实时路况查询系统设计

摘要：随着机动车投放数量的迅速攀升，干线公路交通量也不断增加，交通安全问题日益突出。对干线公路运行状况信息进行有效及时的监控和也是交通管理的迫切需求。本作品设计了一个基于视频监控和电子地图的实时路况查询系统，基本实现了对路况信息的实时采集和，为广大用户和管理部门提供了便捷服务，具有广阔的发展前景。

关键词：交通安全 视频监控 电子地图 实时路况查询

1.研究背景

随着我国经济建设的蓬勃发展，城市的人口和机动车拥有量也在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。因此，深入研究解决城市交通问题有着极为重要的现实意义。要建设城市交通问题，就必须准确掌握交通信息。将视频流分析和电子地图路况显示查询将为城市智能交通建设具有积极影响。

2.视频监控和电子地图的结合

在现有的交通管理系统中，仅将视频监控用于信息统计和分析，以此了解道路状况，这些信息只方便管理者的管理工作，并没有真正服务于出行用户。电子地图是一种很好的路况表现形式，是传统地图与计算机技术、GIS技术、网络技术相融合的产物，是空间信息和专题信息的结合，是提供地理信息公共服务的重要渠道。

基于视频监控和电子地图的实时路况查询系统是一种交通流视频监控和电子地图技术相结合的计算机处理系统。通过对道路交通状况信息与交通目标的各种行为（如违章超速，超车等等）的实时检测，实现自动统计交通路段上行驶的机动车的数量、计算交通量、车速、占有率等各种交通参数[1]，实时提取路况信息。同时，将检测和识别到的交通信息存储起来，为分析和交通管理、路况信息提供依据，将分析后的路况数据信息用于电子地图路况信息绘制和显示，因此它也是一个交通信息的管理系统。

3.视频监控的主要技术

作为事件检测系统，所有问题的关键是系统应具有从复杂的图像中提取出所要检测对象的特征信息的能力。简而言之，视频检测实质是从视频流截取出的图像，目标识别就是从截取的图像中将检测对象（车辆、行人等交通主体）进行剥离[2]。所以为了正确的识别出交通检测对象，这里面涉及到了以下2个关键技术。

3.1 基于统计模型的背景更新

为了使背景模型对外界光线变化具有自适应性，必须实时的对背景模型进行更新。背景中固定的部分也可能发生移动，发生移动后的区域在一段时间内将被误检为运动目标，但不应该永远将其看作是运动目标，这也需要有一个有效的背景更新策略。另外，运动目标也可能长时间的停留在场景中，对于这部分，本文认为在一段时间后将其看作是背景的一部分。

在检测过程中，有时前景与背景亮度值相差很小，部分前景目标可能被漏检掉，若对背景中相应部分也进行更新，会生成错误的背景模型，对后面的检测过程造成影响。因此，选择最近N帧没有前景目标通过的像素点进行更新。具体更新过程如下：

（3.1）

其中Bn（x，y），Bn+1（x，y）分别代表当前和下一帧背景值，

分别代表该点最近的N个亮度值。 为更新系数，控制背景更新的速度。在背景更新的过程中需要在前景与背景之间做出判断，在t时刻，x处的像素是否是前景像素，其判断标准如下：

（3.2）

当 时，则x处的像素是前景像素，否则为背景像素。其中，T为阈值。

4.系统设计

4.1系统结构

基于视频监控和电子地图的实时路况查询系统是一个集图像采集、图像处理、信息分析、信息管理、信息和信息查询为一体的综合性系统。归纳综合后，本系统的设计可大致分为五个模块，分别是视频图像采集、视频检测处理、信息存储和管理、视频检测显示终端和基于web电子地图路况显示。综上所述，本系统的总体结构如下图3所示：

4.2电子地图路况显示

电子地图[5]路况显示需从信息存储和管理数据库中提取交通流参数，在电子地图的基础上添加路况信息。在高速公路上，交通事件会影响道路的通行能力，特别会体现在道路的区间平均速度上。因此，可以采用交通流参数检测系统采集的数据对道路的通行能力进行等级界定，然后以图形化界面显示。本文以高速公路为例，根据车辆运行的平均速度，采用3种通行能力监测等级及显示方式，如表1所示。

系统通过上述指标来表征各路段运行效果。其中，绿色为正常行驶显示状态，橙色与红色为事件检测警示状态。在电子地图路况显示时，为方便显示，红色表示拥堵，绿色表示畅通，黄色表示缓慢。

5.总结和展望

视频交通检测只是用于实时路况的采集，并没有和电子地图和地图信息相结合。以视频监控和电子地图相结合的路况查询和监控系统，必定会给管理人员和出行用户提供更高效便捷的服务。希望本系统的实现能顺利完成，经测试后能投入使用，为实际应用带来便捷服务。

参考文献：

[1]赵祥模，靳引利.高速公路监控系统理论及应用[M]. 北京：电子工业出版社

[2]杨枝灵.Visual C++数字图像获取处理及实践应用[M].北京： 人民邮电出版社， 2003

[3] 何最红.基于视频的交通流参数检测方法研究[D]. 广东： 广东工业大学， 2006

[4]孙大跃.高速公路紧急救援体系研究[D].西安：长安大学， 2006

[5]杜研文.电子地图与应用[M]. 北京：测绘出版社，2007