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视频交通事件检测器在应用中的几个问题
2018-04-27 12:13:53

0. 前言
        近几年来,高速公路机电系统智能化建设取得了很大的发展,智能化和自动化程度逐步提高,其成就在很大程度上来自于交通事件监测系统的贡献。一般而言,交通事件监测系统由前端摄像机、后端的视频交通事件检测器、图像存储设备、以及通信网络组成,其核心设备是视频交通事件检测器。视频交通事件检测器对实时图像进行分析,当分析过程中监测到用户所关心的异常事件时,发出报警信号并记录事件过程。目前,视频交通事件检测器的产品已经处于成熟阶段,国内市场上有十几家厂商提供视频交通事件检测器,其中包括某些国外品牌。各个厂家在产品宣传以及系统方案上各有不同,导致在每个高速公路机电项目中的视频交通事件监测系统的设计方案乃至设备的要求也不同,进而影响系统的投资和系统效能。本文根据目前高速公路视频交通事件检测器的主流厂商的设备情况,从整个系统的资源优化、系统设计角度,就设备的平台类型、处理能力、接入方式和标准、机械结构、功能、性能以及应用条件等方面对设备的选型提出几点意见和看法,供使用者参考。
1. 平台类型
        平台分为硬件平台和软件平台。硬件平台主要分成两种:一种是基于数字信号处理器 DSP 的平台,另一种是基于通用CPU 的工控机或者服务器平台。前者的集成度较高、模块化较好,一般是每个模块处理一路视频,并且提供一路视频输出和一路网络接口输出。多路视频时可以用多模块组合实现。单纯从设备本身来说,这种设计的灵活性很好,但从整个系统设计的角度来看,这种模块式结构却需要占用大量的网络资源,原因就在于每路处理器仅能处理一路且从独立的网络接口输出数据。当系统的摄像机数量在几百路时,则需要网络交换机的端口数量也达到几百个。因此,对于高速公路机电系统来说,除非把监测设备安装在前端(而前端安装会带来维护上的困难),否则这种资源占用从总体上来说是不经济的。后者的资源通用性较好。以往普遍认为这种平台的可靠性不及 DSP 平台,其原因在于DSP 平台的接插件机构数量较少,而工控机或者服务器平台的接插件数量较多,造成该平台不稳定。这是一个误区。众所周知,中心的数据库服务器大多数采用 IBM、HP、DELL、浪潮、曙光等品牌,其结构中包含了很多接插件,但是其稳定性和可靠性却没有问题。因此,以结构原因判定 DSP 优于工控机或者服务器平台是站住脚的。这不是一个技术优劣问题,而是一个产品的品质问题。因此,问题的核心不在于是选择 DSP 还是工控机或者服务器,而在于整体的质量。从通用性以及升级维护的角度看,选择服务器平台是一个很好的选择。通常一个工控机或者服务器平台可以处理多路视频,目前通常是八路视频。与 DSP 平台相比,系统所占用的网络端口数量仅仅是 DSP 平台的 1/8。所以可以节约中心系统的网络交换机配置,减少网线的布线量,从工程角度来看有利于提高整体可靠性。
2. 处理能力
       处理能力是指单台设备能够处理的视频数量。处理能力越大,系统所使用的设备数量越小,从而可以使整个系统更简洁、对网络资源的需求小、布线数量降低、后续的维护工作量也大大减少。
3. 接入标准
       接入标准是指交通事件检测器的视频信号输入格式。以往标清模拟监控系统中都是采用标准的 PAL-D 制式的模拟视频信号、BNC 连接器。这种接口方式的通用性很好,但是需要为每路视频配置视频分配器。近年来,随着远程传输系统以及中心平台数字化趋势的发展,越来越多的视频在中心平台中以数字视频流的方式进行传输和存储,视频流标准多数采用 H.264。所以从技术优化角度来看,应该要求交通事件检测器能够直接接入 H.264 格式的压缩视频流。但是在实际工程中,各个中心平台所采用的数字视频流标准略有不同,意味着不同厂家的 H.264 视频流不能相互实现编解码。所以,要采用 H.264 数字压缩视频流接入方式,中心平台的 H.264 标准必须开放并提供能够实现二次开发的 SDK 控件。
4. 机械结构
       在高速公路领域,交通事件检测器一般安装在监控中心。所以在机械结构上采用 19”标准机架式安装结构,高度有 4U、3U、2U、1U 等。当处理的视频数量较多、需要的设备数量较大时,较小的设备能够为中心节省更多的安装空间,也可能减少安装机柜的数量。
5. 功能
5.1 检测功能
        一般来说,交通事件检测器的检测功能可以分为车辆检测功能、非机动车和行人检测功能、道路环境检测功能、天气环境检测功能四大类。车辆检测功能包括停车、逆行、拥堵、车辆驶出道路、车辆起火和烟雾、车速异常;非机动车及行人检测功能包括自行车、人力车、畜力车;道路环境主要指路面障碍物(俗称抛撒物、遗落物);天气环境主要指能见度。对于特定的监测环境,诸多事件并不要求同时监测。比如在隧道中,车辆驶出道路、能见度等不需要监测。另外需要说明的是,目前事件检测器检测的能见度并不是气象学意义上的能见度,而是通过图像对比度的分析对人眼的可视距离作出的一个定性的判断,只是借用了气象学上的“能见度”来表述。因此,必须结合监测环境、使用场合以及监控要求,提出对交通事件检测功能的需求。
5.2 存储功能
       目前的交通事件检测器本身都配置了硬件存储部件,具有一定的数据和图像存储能力。但是,对于完整的交通事件监测系统来说,不能以事件检测器本身的存储部件作为整个系统的数据和事件图像存储的载体。

其原因在于:
(1) 当检测设备既要实现对图像的实时处理,又要满足对数据和图像信息的存储、查询、检索两个不同性质的要求时,有可能造成资源冲突,其结果是检测性能下降或者数据查询速度降低。
(2) 通常情况下,为了便于数据和图像记录的维护和检索,会使用数据库进行管理。如果要求事件检测器承担存储功能,就会在每台检测器上安装数据库系统,导致软件成本上升;其二,对于后期的数据管理和维护造成不便。因此,从整个系统设计的角度,应该将数据的管理和存储作为独立的系统进行整合配置、统一设计,在设计中考虑对于事件监测系统数据和图像存储的需求。事件检测器本身的存储部件可以作为暂时存储,存储容量可以小一些。
6. 性能
        在性能方面,主要关注的是事件检测率、误检率、交通流量。对于事件检测率和误检率必须要具体问题具体分析。首先,被检测目标的大小不同,在场景中所占的图像像素数量不同,对特征的细节表现程度也不同,从而导致对不同目标的判别准确度不同。其次,由于摄像机安装角度的影响,同一目标在画面中不同位置所占的像素数量也不同,因此在画面不同位置的检测精度也有差异。