CN102081844A - 一种交通视频行为分析与报警服务器 - Google Patents

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CN102081844A CN 201110026713 CN201110026713A CN102081844A CN 102081844 A CN102081844 A CN 102081844A CN 201110026713 CN201110026713 CN 201110026713 CN 201110026713 A CN201110026713 A CN 201110026713A CN 102081844 A CN102081844 A CN 102081844A
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余胜生
孙伟平
陈小平
李榕
魏卓
李晓振
叶思
裴仁旺
廖红虹
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一种交通视频行为分析与报警服务器，包括视频源输入单元、中央处理单元、报警单元、显示单元和存储单元，视频源输入单元向中央处理单元提供多路交通视频数据流，中央处理单元同时对各路视频数据流进行各种交通行为违规分析，依据违规分析结果触发报警单元，报警单元以设定方式进行报警，显示单元实时显示交通视频和交通行为违规分析过程及结果，存储单元存储包含车辆违规全过程的交通视频流和违规分析结果的记录。本发明同时且独立地对多路交通视频流中多种交通行为（包括越线、逆行、违停、交通事故、车流量统计）并行进行实时分析，能够实时的发现各路视频流中车辆的违规行为，并在很短时间内做出报警处理。

Description

一种交通视频行为分析与报警服务器
技术领域
本发明属于交通监控和智能视频分析领域，具体涉及一种交通视频行为分析与报警服务器，依据交通视频流实时地进行各种交通行为分析与报警。
背景技术
智能视频分析是指通过实用计算机技术从视频信号中提取有用的信息，并对视频内容进行实时智能分析。其本质是计算机对视频中“有用内容”的提取和理解的过程，这一过程的关键是计算机对视频场景中发生的特定事件或目标的特定行为进行分析、理解、识别并采取某些措施。
随着公共交通安全意识的增加，交通监控***已取得了长足的发展，并得到了广泛的应用。但是目前绝大多数视频监控***还不具备智能分析视频内容的能力，所有的监控视频必须依靠人力处理。然而，依靠人力监测众多的摄像头拍摄的视频具有很大的局限性：一是人的精力有限，不可能随时关注视频信息；二是视频信息量巨大，同一时间显示在电视墙的镜头有限，往往会漏掉一些值得关注的信息；三是视频信息难以得到综合分析，容易造成对事态的错误估计。因此大量的视频事实上只是起到了“事后查询”的作用，没有发挥信息化处理的最大效用。
在交通监控***中通过使用智能视频分析技术，能够有效地过滤掉90％以上的正常视频。当预先定义的特定事件发生时，***的自动报警功能提醒视频监控人员关注该事件并确认是否采取某种措施，因而无须监控人员随时盯着监视器观看，大大解放监控人员劳动量的同时，提高了监控人员的工作效率。智能视频分析技术提高了对特定事件的实时监测与报警能力，大大缩短了对事件做出反应和采取相应策略的时间。由于视频内容分析算法通常比较复杂，与天气条件和光线变化密切相关，而且没有有效的方法可以提高其并行度，所以目前的智能交通监控***往往是针对特定的应用场景和特定的事件，难以做到多路并行分析。因此，开发能够同时处理多路视频、多个场景下的多种行为分析的智能交通监控设备是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有交通监控***的不足，提供一种交通视频行为分析与报警服务器，实时处理多路视频、多个场景下的各种交通行为分析。
一种交通视频行为分析与报警服务器，包括视频源输入单元、中央处理单元、报警单元、显示单元和存储单元，视频源输入单元向中央处理单元提供一路以上的交通视频数据流，中央处理单元同时对各路视频数据流进行不同交通行为违规分析，依据违规分析结果触发报警单元，报警单元以设定方式进行报警，显示单元实时显示各路交通视频和交通行为违规分析过程及结果，存储单元存储包含车辆违规全过程的交通视频流和违规分析结果。
进一步的，所述中央处理单元包括
目标识别模块，用于在各路交通视频数据流中识别出车辆和行人；
交通行为分析模块，用于跟踪车辆和行人，对其运动行为进行违规分析；
车牌识别模块，用于控制摄像头捕获有违规行为的车辆车牌号；
中央处理模块，用于协调控制上述模块执行相应功能。
进一步的，所述交通行为违规分析包含对车辆越线、逆行、违停、事故、闯红灯、车流量的分析。
进一步的，所述报警方式有：(a)将违规分析结果传送给现有交通监控***；(b)通过电子邮件或手机短信将违规分析结果通知相关人员；(c)激活声光设备报警。
进一步的，所述交通行为分析模块采用粒子滤波算法跟踪车辆和行人。
本发明的技术效果体现在：
交通视频行为分析与报警服务器能够同时且独立地对多路交通视频流中多种交通行为(包括越线、逆行、违停、交通事故、车流量统计)并行进行实时分析，能够实时的发现各路视频流中车辆的违规行为，并在很短时间内做出报警处理。当分析发现有车辆违规行为时，自动控制PTZ摄像头获取车牌的近景视频流以提高车牌识别的准确率。本发明除了能对交通车辆的各种违规行为进行综合检测外，还能实时对交通路况进行统计分析(包括车辆计数和车速计算)以判定当前道路的拥堵等级，便于交通管理人员调控车流走向减少道路拥堵情况的发生。交通视频行为分析与报警服务器在进行各种分析的同时，将监控画面实时的显示在监视器上，以便监控人员直观的查看当前监控路段的具体情况和交通行为违规分析的过程和结果。交通视频行为分析与报警服务器不仅能处理实时的视频流，还能对多种格式(包含H.264，avi等)的交通监控视频录像进行各种交通行为违规分析。
交通视频行为分析与报警服务器支持对交通违规行为做必要的存储记录，作为证据以便日后能查询。包括触发带预录的录像存储以记录车辆违规的完整过程，可供需要时查看车辆的违规录像；将违规车辆违规的地点、时间、违规行为类型以及车牌号写入数据库以便查询和统计。
交通视频行为分析与报警服务器支持针对交通违规行为做相应的报警处理。包括激活声光设备报警以提醒监控人员有车辆违规行为发生，监控人员可根据提示做出相应的处理；给相关人员发送E-mail描述道路交通情况和车辆违规行为，可供相关人员随时随地查看任何路段的交通拥堵情况和车辆违规情况；给现有的交通视频监控***发送报警信息以便现有的监控***对车辆违规行为做同步处理，这样就能与现有的交通视频监控***完美的兼容。
附图说明
图1为本发明整体结构图。
图2为中央处理单元结构示意图。
图3为本发明应用实例示意图。
具体实施方式
本发明交通视频行为分析与报警服务器既能独立的组成一个交通监控***，又能与现有的交通监控***结合，在不改变现有交通监控***架构的基础上方便地扩展现有的交通监控***。交通视频行为分析与报警服务器能大大减少监控人员的工作量，提高公共交通的监控力度。
下面以本发明与现有交通监控***结合应用为例详细说明。
本实施例硬件平台为：
处理器(四核)：Intel(R)core(TM)i5 cpu 750 @2.67GHz；
显示卡：NVIDIA GeForce 9800GT；
端口：prolific USB-to-Serial Comm Port；
网络适配器；
海康威视DS-4008HC音视频压缩卡；
其中，四核处理器用于支持多线程并行分析AVI格式的八路视频流；显卡用于支持高清视频图像的显示和分析算法的加速以实现同时且独立对八路视频流进行实时分析；端口用于支持PTZ摄像头控制；网络适配器用于支持报警信息传输；海康威视DS-4008HC音视频压缩卡用于支持同时对八路视频流进行实时的采集和压缩编码。
本实施例整体结构如图1所示，包括视频源输入单元、中央处理单元、报警单元、显示单元和存储单元。
(1)视频源输入单元
通过视频采集卡同时对八路交通视频流进行采集、编码，并进行解码和转码为AVI格式的交通视频数据流。
(2)中央处理单元
中央处理单元包括目标识别模块、车辆越线检测模块、车辆逆行检测模块、车辆违停检测模块、车辆事故检测模块、红绿灯路口车辆违规行为检测模块，交通流量统计模块、车牌识别模块和中央处理模块。各模块间的关系如图2。
目标识别模块，根据高斯背景建模方法检测出当前视频流中的运动物体，并根据一些特征(包括大小、长宽比例、直方图信息等)识别出车辆和行人，过滤掉其他物体的干扰。
车辆越线检测模块，根据粒子滤波技术跟踪目标识别模块识别的车辆，当车辆运动轨迹穿过双向道路中间的黄线时，判断其为越线。
车辆逆行检测模块，根据粒子滤波技术跟踪目标识别模块识别的车辆，当车辆运动轨迹方向与车辆所在道路的指定行驶方向相反时，判断其为逆行。
车辆违停检测模块，根据粒子滤波技术跟踪目标识别模块识别的车辆，当车辆在预先划定的不允许停车的区域内停车的时间达到一定时间(如2分钟)时，判断其为违停。
车辆事故检测模块，根据粒子滤波技术跟踪目标识别模块检测到的运动物体(车辆和行人)，当有两个或两个以上物体的运动轨迹出现交叉并突然停止时，判断为交通事故。
红绿灯路口车辆违规行为检测模块，自动识别红绿灯路***通灯的当前状态，当有车辆在红灯时通过当前路口时，判断其为闯红灯。
交通流量统计模块，对目标识别模块识别的车辆数目和车辆的运动速度进行统计，判断当前路段的交通拥堵程度。
车牌识别模块，当以上各模块发现有车辆违规行为时，自动控制PTZ摄像头捕获近景车牌视频流并识别车牌。本模块除了支持这种单摄像头的车牌识别方法，还支持双摄像头的车牌识别方法，即一个摄像头捕获监控场景的全景信息以供以上各模块分析，另一个摄像头捕获监控场景中车辆必经的子区域，当车辆发生违规行为并进入这一子区域时自动捕获近景车牌视频流并识别车牌。
中央处理模块，协调控制中央处理单元其它模块执行相应功能，若发现有违规行为，即向报警单元发送报警信息。报警信息包括违规车辆的车牌号、违规类型(包括越线、逆行、违停、事故、闯红灯)、违规起止时间、违规路段。
(3)报警单元
报警单元包括报警接收模块、同步报警模块、E-mail报警模块、声光报警模块；
报警接收模块，接收中央处理单元的报警信息；
同步报警模块，将报警信息通过网络传送给现有的交通监控***，以便现有的交通监控***根据报警信息自动采取相应的处理措施；
传讯报警模块，报警信息传通过电子邮件形式或手机短信传给相关人员；
声光报警模块，当中央处理单元发现有交通违规行为时，激活声光设备报警，提醒监控人员注意并作出相应的处理；
(4)显示单元
实时显示视频源输入单元采集到的视频，以及中央处理单元作交通行为违规分析时的运动物体跟踪过程和违规分析结果。
(5)存储单元
负责对视频源输入单元采集到的视频流进行存储管理和车辆违规日志的记录管理，包括日志记录模块和录像存储模块。
日志记录模块，当中央处理单元发现有交通违规行为时，记录车辆的具体违规信息(包括违规车辆车牌号码、违规类型、违规时间、违规路段等)，方便日后查询和统计车辆违规信息。
录像存储模块，当中央处理单元发现有交通违规行为时，记录下当前路段当前时间段内车辆违规过程的完整录像，作为车辆违规的证据。
本发明目标跟踪选用粒子滤波算法，为了以更快速度的对多路交通视频流并行进行多种交通行为违规分析，可对该算法作局部改进，改进处具体为：1.标定道路的具***置，使跟踪算法只对道路范围内的车辆进行有针对性的跟踪，从而减少了跟踪算法处理的数据量，提高运算速度；2.对车道以往的车辆历史运动轨迹进行学习，为跟踪算法提供指导信息，从而减少了跟踪运动车辆所需的粒子数目。可以看出，改进之处减少了计算量，在保证跟踪效果的前提下，减少了跟踪算法的复杂度，提高运算速度。
本实例具体实施步骤如下：
1.接入视频流
为了不干扰现有的交通监控***的架构，前端摄像头采集的视频流传回监控中心后，通过视频分频器新分出一路视频流，原来的视频流依旧按照原来的方式接入原交通监控***，新分出的视频流接入交通视频行为分析与报警服务器。
2.连接摄像头控制线
为了在交通视频行为分析与报警服务器发现交通违规行为时，能自动控制PTZ摄像头获取车辆的近景视频流提高车牌识别的准确率，需要连接控制摄像头的控制线。本实施例设备支持的控制协议是派尔高pelco P/D等RS485/RS422协议，以前部署的监控***使用的摄像头支持的协议可能是AD/AB曼码协议，可以通过协议转换器在不更换前端摄像头的情况下直接兼容。
3.接入交通监控***所在的网络
随着公共交通安全意识的增强，道路监控摄像头的数量在不断增长，大大加重了监控中心监控人员的工作负担，监控人员已无法对所有的监控画面同时进行监视。为了克服随着监控摄像头不断增加而人力难以面面俱到的监视的困难，交通视频行为分析与报警服务器将作为现有视频监控***的“眼睛”，自动分析视频中车辆的各种违规行为，并在发现车辆的违规行为时通过网络向原交通监控***发送报警信息。
4.监控场景配置
调控八个摄像头分别到适合的监控位置，并根据当前八个摄像头监控场景道路的具体情况对八路视频分别进行道路配置。包括画车道线，画禁止停车的违停区域，画车道方向以及子监控区域(子监控区域对应第二摄像头的监控范围)。
5.分析配置
根据八个摄像头监控场景的具体情况，可以对八路视频分别进行车辆行为违规分析配置，各路可以同时进行所有的违规行为分析或者只进行某些违规行为分析。这些违规行为分析包括车辆的越线检测、车辆的逆行检测、车辆的违停检测、车辆的事故检测、车牌识别、以及交通流量统计。
6.报警配置
当交通视频行为分析与报警服务器发现交通违规行为后，会自动记录车辆违规日志、触发带预录的录像存储。还可以根据需要设置相应的报警处理并为这些处理指定相关的参数。可选择通过网络向原有的交通监控***发送同步报警信息(交通监控***的IP)、通过网络给相关人员发送E-mail报警(输入相关人员的E-mail地址)、以及声光报警。
经过以上步骤后，本实例开始对八路视频流同时且独立的按照设置的道路信息进行选择的多种行为分析。本实例对某路视频进行分析时的某帧运行效果如图3。其中，
当前帧最左边和最右边的线条表示当前监控场景中预先标定的车道位置，本实例只对这两条线区域之间的运动物体做行为分析。
当前帧中间的直线表示根据当前监控场景预先标定的双向道路的黄线，是判断车辆越线的标准。
当前帧中的箭头方向表示根据当前监控场景预先标定的各车道规定的车辆行驶方向，是判断车辆逆行的标准。
当前帧中的四边形区域表示根据当前监控场景预先标定的禁止停车的违停区域，当车辆在这一区域停止运动达到一定的时间(时间可设)，则认为其违停。
当前帧中车辆上的矩形框表示本实例检测识别到的车辆，并对其跟踪做各种行为分析。
综上所述，本发明设备能以简单的方式与现有的交通视频监控***兼容，可以同时且独立对多路视频流进行多种车辆行为分析，在车辆发生违规行为时给监控中心发送报警信息，且本发明服务器设备在车辆发生违规行为时会有针对性的自动录像记录车辆违规的全过程及车辆违规日志，使得在日后需要查看相应车辆违规录像的时候，能通过违规车辆车牌号查询车辆违规日志“一键”再现车辆违规的全过程，通过车辆违规日志也能方便的查询各个监控路口、各个时间段、各种违规类型的车辆违规行为的统计信息。

Claims (5)

1. 一种交通视频行为分析与报警服务器，包括视频源输入单元、中央处理单元、报警单元、显示单元和存储单元，视频源输入单元向中央处理单元提供一路以上的交通视频数据流，中央处理单元同时对各路视频数据流进行不同交通行为违规分析，依据违规分析结果触发报警单元，报警单元以设定方式进行报警，显示单元实时显示各路交通视频和交通行为违规分析过程及结果，存储单元存储包含车辆违规全过程的交通视频流和违规分析结果。
2. 根据权利要求1所述的交通视频行为分析与报警服务器，其特征在于，所述中央处理单元包括
目标识别模块，用于在各路交通视频数据流中识别出车辆和行人；
交通行为分析模块，用于跟踪车辆和行人，对其运动行为进行违规分析；
车牌识别模块，用于控制摄像头捕获有违规行为的车辆车牌号；
中央处理模块，用于协调控制上述模块执行相应功能。
3.根据权利要求1所述的交通视频行为分析与报警服务器，其特征在于，所述交通行为违规分析包含对车辆越线、逆行、违停、事故、闯红灯、车流量的分析。
4.根据权利要求1所述的交通视频行为分析与报警服务器，其特征在于，所述报警方式有：（a）将违规分析结果传送给现有交通监控***；（b）通过电子邮件或手机短信将违规分析结果通知相关人员；（c）激活声光设备报警。
5. 根据权利要求1所述的交通视频行为分析与报警服务器，其特征在于，所述交通行为分析模块采用粒子滤波算法跟踪车辆和行人。
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