牡丹江城市智能交通管理监控系统案例解析

　
　　一、项目分析

　　牡丹市交警支队曾于1995年在市区建成了以信号控制系统、电视监控系统为主的指挥中心。由于当时的技术条件限制，光通讯采用自行敷设光缆，目前，由于牡丹江城区道路不断改扩建，原有的控制范围已经远远满足不了需要，路口设备严重老化，监控中心电视信号故障频频；信号控制检测器也基本全部失效；目前，一期建设的违章监测系统，也由于缺乏通信手段，只能采取人工取片的方式，大大影响了处罚的时效性。

　　通过前期指挥中心以及电子警察等子系统的建设和综合信息系统建设（一期），牡丹江交警支队已积累了部分系统建设的经验，但系统信息的互连互通仍具有较大差距。不能完全达到公安部金盾工程和畅通工程的要求，与牡丹江城市的地位严重不符，交通管理科学化、现代化建设与其他兄弟城市有较大差距。因此，加大投入建设道路交通基础性设施，进一步建设信号控制、道路监视、电子警察等子系统将是牡丹江交警支队的当务之急，在子系统建设的基础上，综合考虑集成指挥平台，以最大程度地发挥出现有交通指挥中心及各子系统的作用和功能为原则，以现有交通指挥中心和公安交通计算机网络系统为基础，以系统集成技术和网络技术为手段，以提高公安交通管理部门的快速反应能力、统一指挥调度和信息共享为目标，通过整合现有交通指挥中心内的各子系统，努力实现某市公安交通指挥中心的集成化和网络化，率先实现对交通指挥中心的集成化和网络化。以其使某市公安交通指挥水平达到全国先进水平。

　　二、项目设计

　　根据牡丹江市智能交通管理系统的建设目标，结合系统的建设现状及需求，将某市智能交通管理系统的建设内容概括为“一个中心，两类应用，三个支撑”具体来说，一个中心（本期需建）即交通指挥中心，是整个某市智能交通管理指挥系统的核心所在；两类应用指的是交通管理业务应用（本期需建）和交通信息服务（本期不含），三个支撑（本期不含）指的是通信网络、交通管理地理信息系统和安全管理系统。牡丹江市智能交通管理系统的逻辑结构如图3所示：

　　图3 系统逻辑结构图

　　1、系统架构

　　牡丹市智能交通管理系统主要功能是实现城市道路交通管理从简单、静态的管理到智能、动态的管理的转变，以交通管理地理信息系统为基础平台，将交通管理指挥系统各个系统集成在一起，成为一个有机的整体，在同一平台上对各子系统实施操作控制与管理，实现信息资源的共享。

　　图4 系统架构图

　　 交通管理的外场基础设施是整个智能交通管理指挥系统的基础，包括道路设施，道路标志标线，通信网络设施，交通信号灯，交通流检测器，摄像机，GPS定位车载机等。

　　交通管理数据平台是整个智能交通管理指挥系统的信息枢纽，完成多种交通管理相关数据的接入、存储、处理、交换、分发等功能，并面向业务应用系统服务，为实现交通管理业务系统的信息共享、以及开展交通信息服务提供数据支持。

　　交通管理地理信息系统是智能交通管理指挥系统的应用支撑。支撑交通管理指挥的各种业务应用，将各个业务系统的数据在交通地理信息系统中管理，实现交通数据的可视化管理和应用。

　　智能交通管理系统各项业务的最高决策指挥部门是交通指挥中心，指挥中心具有最全面的职能，执行交通管理指挥系统各个业务系统的决策，具体来说智能交通管理系统的业务系统包括交通流检测系统、视频监控系统、交通违章行为检测系统、GPS/GIS警车定位系统、交通信号控制系统、交通诱导系统、移动执法系统以及事故信息管理系统、交通违章记分管理系统和驾驶员和车辆信息管理系统等。

　　三、道路交通监控系统设计

　　视频监控系统能够提供道路交通的直观和实时交通状况，便于交通指挥人员对交通违章、交通堵塞和交通事故做出迅速及时的准确判断与指挥调度。牡丹市视频监控系统采用视频服务器支持局域网连接，实现了电视监控系统的网络发布及管理（即网络多媒体），使交通指挥人员及广大交通出行者通过网络能够高度共享现有电视监控资源。

　　城市道路交通监控系统采用模块化设计，并采用先进的在线学习技术，对各模块进行动态分配和调整，使系统能够自适应学习各种应用环境变化，从而大幅度提高系统的鲁棒性和应用性。城市道路交通监控系统采用基于IP的网络接口或其它数据接口方式，易于与其它设备接口。系统控制中心管理计算机与各监控点计算机的连接采用星形拓扑结构，每个监控点均可以通过网络互联与控制中心直接连接以传输交通事件通行数据信息和监控图像数据。网络互联采用光纤或DDN∕ISDN∕PSDN∕LAN∕ATM∕Internet/无线方式等通信方式。

　　CSST城市道路交通监控系统实现方式简单、配置方便，可以配置监视多个断面，可以根据实际情况灵活配置，成本也较低，并且增加车流量统计功能，抓拍率95%以上。不仅可以检测违章停车事件，同时还可以综合分析路口的交通流量、车型、车速、占有率等信息，满足智能交通信息采集的需求。因此，该系统不仅能满足交通事件检测的需求，而且在不增加摄像头的前提下能检测路口的交通信息，符合智能交通发展的需要，使业主避免了重复建设，节约了资金，提高了竞争力，使得无论在建设成本还是使用效果上都具有相当的优势。同时视频检测在电子警察应用方面为业主提供大量的增值业务，对于线圈和其它检测器无法检测的停车、非法占用公交专用车道等交通事件信息也能进行检测。

　　城市道路交通监控系统设计生产均严格按照上述标准进行，各项技术指标均满足标准的要求，并通过了公安部交通安全产品质检中心的合格检测。

　　牡丹市交警支队于XX年建成视频监控系统的一期工程，该系统覆盖了城区内的XX个主要路口。随着牡丹江城市的发展、城区规模的不断扩大，2009年在原有基础上又进行了二期扩建，蹭加在城区主要路口路段安装102个球形摄像机，在步行街安装20个云台摄像机。

　　1、系统结构

　　系统由前端路口控制部分、网络传输部分和中心管理部分构成。

　　（1）系统拓扑图

　　图5 系统拓扑图

　　（2）前端路口控制部分

　　 每个前端摄像机配备一台网络视频服务器的发射端（编码器），该设备负责把摄像机的模拟视频信号进行编码压缩为数字信号后以流模式向远程网络传输，网络视频服务器的发射端（编码器）又通过光纤收发器将网络视频信号用光纤作为媒介传至完成视频图像的传输。同时，在每个分区设置一个汇集点，每个汇集点只需2芯光缆即可完成网络连接。

　　图6 前端系统拓扑图

　　（3）网络传输部分

　　该部分主要将前端部分的全景视频信号通过光纤传输到交警数据中心，同时通过网络实现中心系统管理。

　　（4）交通事件检测部分

　　交通事件检测部分可以在前端处理，也可以通过光纤将信号接至中心进行处理，可以根据实际情况进行选择。交通事件检测部分对视频信号进行检测、识别、分析。综合得出车辆行为信息和流量信息，保存并上传至中心管理系统。

　　（5）中心管理部分

　　中心系统完成对路口的设备、数据通讯管理和数据处理工作。主要包括：数据查询、处理、发布模块；抓拍数据维护模块；车流量统计分析模块；设备管理监控模块；监测报警模块；用户管理监控模块。整个系统的模块结构如图7如示。

　　图7系统模块结构图

　　数据查询、处理、发布模块主要用于各类数据的综合查询和统计工作，包括交通事件、类型等数据查询、统计、分析等。

　　抓拍数据维护模块主要完成对抓拍形成的图像和录像数据的管理，包括增加、修改、删除及各类查询等。

　　车流量统计分析模块主要完成对各道路车流量、平均车辆速度、占有率等相关信息的计算、统计和处理，并可以根据以上数据对各道路实际情况进行科学预测和综合分析。

　　设备管理监控模块主要完成对相关各硬件设备运行情况的监控，保证系统正常安全的运行

　　监测报警模块的主要功能是根据事件检测结果进行判定，若发现异常情况，则立即发出警报，以提醒相关人员及时进行处理。

　　用户管理监控模块功能主要是对使用本系统的人员进行管理，其重点是对各类人员的操作权限进行严格控制，以保证系统的正常、高效运行。

　　2、系统工作原理

　　 城市道路交通监控系统采用先进的大区域车辆检测方式和多目标跟踪技术，不依赖背景分析和运动物体检测，有效的滤除了行人、自行车、阴影以及环境变化所导致的噪声信号，提高了系统的准确性，采用大区域车辆检测技术，只需划定好检测范围（可以为任意不规则形状），不需要任何虚拟线圈对车辆进行定位，设定简单快捷，稳定性好，可对任何进入该区域的车辆进行检测，识别和跟踪。识别准确误差小。

　　事件检测原理

　　系统由拍摄及图像采集单元、数据传输单元、检测单元以及中心管理单元组成。如图8所示。

　　图8系统原理结构图

　　图像数字化模块：前端采集的视频图像通过图像数字化模块转换成数字信号进入城市道路交通监控系统。

　　自学习背景划分区域、分析模块：对划定的区域背景进行分析，提取相应的特征。

　　检测运动物体（车辆）模块：城市道路交通监控系统的核心模块之一，在监测区域内依据车辆特征检测车辆，可以检测多个车辆，并可以区分大小车辆。

　　校准模块：这和以下的跟踪模块、判别模块以及上面的车辆检测模块是在循环中互相影响，互相修正的，通过综合前面的综合信息，判断车辆检测的正确与否，正是通过多次的校正、修改，保证了我们整个系统的正确率、有效率。

　　多目标跟踪模块：城市道路交通监控系统的核心模块之一，根据背景特征、车辆特征、以及前后几帧直接的信息连接，达到对多个目标的跟踪和分析，为判断车辆行为提供基础和依据。

　　行为判断模块：根据多目标跟踪模块跟踪区域内车辆行为的结果，综合判定车辆行为，并将异常行为如停车等信息输出。

　　交通事件处理模块：对行为判断模块所输出的结果信息按照事件类别进行保存、上传和报警。

　　3、中心单元

　　该单元由计算机硬件及专业的中心管理软件组成，硬件主要有数据服务器、计算机工作站、网络设备、电源设备等。

　　即安装在中心的设备，主要有：

　　 网络视频服务器接收端：还原网络中传输的数字信号为模拟视频信号及云台摄像机控制信号，送入矩阵进行视频图像的切换及云台摄像机动作的控制。

　　虚拟矩阵系统。

　　网络视频录像机：对网络中传输的数字信号进行数字化存储。

　　图9

　　为满足监控图像接入CSST矩阵系统的要求，在中心相应的配置136个网络视频服务器的接收端，负责把通过网络传入的数字信号还原为模拟的视频信号后由设备本身的BNC接口输出至新增矩阵的视频输入接口。同时新增矩阵系统将与原有矩阵系统进行联网，形成一个大的矩阵系统。在这个矩阵系统中的任意分控中心都可对前端设备进行控制。同时矩阵还可完成切换图像上电视墙的功能。

　　中心设置一台监控服务器，用以操作整个系统的实时视频和音频， PTZ 控制，回放，报警管理，轮巡，绑定轮巡和图像绑定，完成对网络视频服务器的配置、管理、维护等任务。

　　（本文由安防销售（中国）有限公司提供）

　　顾问点评

　　公安部金盾工程和畅通工程的开展，各地交管局和交警部门陆陆续续因应当地的交通状况和特点制定了城市智能交通管理的建设规划和改造计划。智能交通涉及的子系统较多，对实时性要求较一般系统强，且系统的幅面分布较广距离较远，传统建设模式主要靠自敷设光缆来进行联接和汇集，资金投入庞大，破路修复影响路面交通，施工周期长。当前已主要趋向租用运营商已有的预埋光缆和数据网络来进行前端设备和各个系统间的联接。在此再简单谈谈另外几个子系统新老应用的差别和趋势。首先是视频检测抓拍系统逐步取代传统的地感线圈感应抓拍系统，主要原因是地感线圈预埋位置固定且检测范围狭小，容易被钻空子绕行而过，而视频检测系统安装位置较高，覆盖面广，能自由制定检测规则和检测范围及筛选跟踪多个目标，具备明显的优势和灵活性；其次是联网的交通信号控制系统和交通诱导系统逐步取代传统的独立编程交通信号控制系统，主要原因是城市交通日渐繁忙拥挤且时间段较强，传统独立编程交通信号控制系统不能根据实时交通状况进行灵活调整，而联网的交通信号控制系统和交通诱导系统能根据实时的道路和交通状况进行调整，特别是在交通事故和突发事件发生时能有效进行疏导干预；再者就是集中管理平台协同管理将逐步取代传统各个子系统独立运行独立管理模式，其好处是不言而喻的，不但实现资源的有效共享，更保障了各子系统协同的实时性，便于日常管理和应急指挥。城市智能交通管理系统是个庞大而复杂的系统，各地应因地制宜，从当地的城市格局、交通状况、应用需求和资金预算多个方面综合考量来制定建设规划。

　　林堪华

　　深圳市浩铭安防工程有限公司项目经理

　　中国公共安全杂志社技术顾问