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1、湖南邵怀高速公路雪峰山隧道视频车辆检测技术的运用 中铁一局集团电务工程有限公司 李刚 华国哲 张志军 朱详 杨德臣 李林韩紫龙 王建强 张守标 李召虎 习洁 陈丹洁摘要 雪峰山隧道位于国道主干线上海至高速公路湖南省邵阳至怀化段，是邵阳至怀化高速公路上最大的控制工程。视频检测，是一种结合视频图像和电脑识别的图像处理技术。通过隧道内无盲点的视频车辆检测技术，并通过隧道内外的诱导设备迅速发布，防止交通事故发生，将异常事件的发生率和危害性降到最低。关键词 雪峰山隧道 视频车辆检测 技术 运用一、引言近年来，长达几公里的高速公路长大隧道重大交通事故屡屡发生，2006年，仅四川成渝高速上中梁山隧道就发生交
2、通事故167起，其中二次事故130余起，造成直接经济损失3000万元以上，并致使成渝高速经常出现堵塞，最长的堵塞时间长达近4小时。2007年5月31日，安徽境内的合巢芜高速试刀山隧道发生车辆起火爆炸，顿时整条隧道内充满浓烟，数百人逃生。雪峰山脉位于湖南西南部，因其地势险要，沟壑纵横，群峰耸峙，素有“天险”之称。它也是制约湘西经济发展的天然屏障。雪峰山隧道位于国道主干线上海至高速公路湖南省邵阳至怀化段，是邵阳至怀化高速公路上最大的控制工程，雪峰山隧道为上下行分离的双洞隧道，其中左线隧道长6969m，右线长6985m；隧道的开通可缩短公路里程约30km，大大节约运营费用。同时为湘西的经济发展开辟了
3、绿色通道。目前在全国高速公路隧道长度上位于第三位。l 长大隧道的安全不能忽视近几年的研究表明：首先高速公路20%30%的事故是一次事故；其次50%多的二次事故在一次事故发生后的10分钟内发生的，这一比例在隧道内还会提高10个百分点左右。很多情况下，在隧道内封闭狭小的空间内，单调的视觉环境、驾驶人员的视线受阻、与外界的隔离感造成的情绪紧张，由于一次很小的事故，会引发一系列恶性的二次事故。如果后方毫无准备的驾驶员及时获取到前方事故的信息，二次事故是可以避免的。同时，研究还表明，对于高速公路来说，更多的交通延误是由事故引起的偶发性阻塞，而不是车流量过大造成的常发性阻塞，隧道内事故危害性大，事故处理难
4、度大常常造成更长时间更为严重的阻塞，其直接经济损失和间接经济损失远高于路面事故。雪峰山隧道从设计上已经充分意识到这一点，通过隧道内无盲点的视频车辆检测技术，帮助交通管理人员迅速处理隧道内交通事件，并通过隧道内外的诱导设备迅速发布，防止二次事故发生，将异常事件的发生率和危害性降到最低。二、视频车辆检测器原理视频检测，是一种结合视频图像和电脑识别的图像处理技术。雪峰山隧道视频车辆检测器由设置在隧道壁上的定焦摄像机及视频处理器组成。首先通过监控计算机在视频处理器上产生的现场图像上设置虚拟车辆检测域，用于模拟环形感应线圈或轴车辆检测器。当车辆通过虚拟检测域时，视频处理器就会产生视频检测信号，并在对其分
5、析处理后输出交通量、车速、占有率等交通数据。l 视频车辆检测可靠性高视频处理器的核心是视频算法，包括视频采集、视频数字化、车辆检测和车辆跟踪（或交通参数提取）4个阶段。在车辆检测阶段，通过有无车辆的虚拟检测域进行对比，检测到车辆，进行车辆计数（即交通量），并提取若干车辆特征参数。在车辆跟踪阶段，连续数帧视频中，用于车辆检测阶段提取的特征参数跟踪车辆，然后对视频帧进行比较，并根据帧的时间间隔和由检测域删格确定的空间距离，可计算出车速、车头间距等参数；由交通量和车速可进一步确定占有率等参数。视频处理器可达到每秒30帧视频，可以满足数据实时性的要求。此外，视频处理器通过检测交通参数的突变，如速度骤减
6、、占有率骤升等，通过设置阀值，并运用事故检测算法，可检测到不同类型的事故，如车辆停止、车辆排队、车辆阻塞、行车方向错误等。l 视频车辆检测的精确度、准确度高雪峰山隧道监控系统采用Autoscope视频车辆检测系统，在隧道壁上架设一个被用来做传感器的摄像机和镜头，然后将摄像机图像通过传输网络（光纤）传回到监控中心用于处理分析。 一般来说，现有的摄像机系统都能为后端的分析系统提供一个25帧/秒的PAL制式或者30帧/秒的NTSC制式的模拟视频图像，帧与帧之间的图片变化，实际上就是车辆或者物体移动的轨迹，如下图所示。而每一帧图片都是由上百万个微小的像素点所组成的。人的肉眼在每秒钟之内只能分辨12帧图
7、片，所以在摄像机的视频图像以25帧/秒的速度在人的肉眼前面不断叠加播放时，人的肉眼是没有办法分辨出每一帧上物体实际移动的踪迹的。但是随着计算机技术的飞速发展，使得计算机处理器完全有能力并以足够快的速度去分析和处理每一帧图片。因此，基于计算机技术的图像分析系统在对每一帧图片进行数字化后（通常摄像机的视频图像是模拟信号，而计算机系统只能处理数字信号），会根据图片上每一个像素点的灰度和/或彩色信息，而赋予其一个值（如下图所示）。这时，图像分析系统就能根据每一个像素点（或者一组像素点）的值在帧与帧交替时的变化情况来判断物体的移动轨迹或者运动情况。这就是一个视频车辆检测系统的基本算法。雪峰山隧道视频检测
8、系统的任务就是通过对视频图像的分析，及实时图像与背景的对比，检测出交通数据以及交通事件。此技术特点简单表示如下：-=通过对隧道内的监控摄像机传回的视频信号进行分析和处理，自动判断拥堵、行人、停车、抛洒物等异常交通行为发生，自动检测车流量、速度、占有率等多种交通数据；并通过对交通数据和异常交通事件的综合分析，进行异常交通事件的自动记录、自动录像、自动报警和各类联动处理，提示管理人员进行应急处理。三、视频车辆检测技术性能l 摄像机安装位置及角度要求雪峰山隧道内摄像机的安装位置受隧道高度的限制不能安装在更高的位置，为了在监控和检测时车大灯的灯光不直射入摄像机，摄像机安装方向一般选择车辆离去的方向。摄
9、像机的安装角度依靠视域确定，一般隧道内每个摄像机的监控范围是100200米，摄像机的视域范围如果取得太大，那么最远处的图像就会在光学上连为一体，不利于检测；如果我们取较近的部分作为有效的检测视域，这样检测就会出现盲点。所以雪峰山隧道监控摄像机安装位置为150米，这样就可以把在摄像机视域范围中的每个部分都作为有效的检测视域，进行高质量的全程无盲点检测。l 摄像机的选型要求雪峰山隧道视频车辆检测系统采用高速公路上运用最广的PELCO彩色摄像机，为了有效的消除光学噪声、能见度、照明条件和图像遮挡4个方面影响。我们对摄像机和镜头进行了要求。对摄像机要求摄像机应能产生对比度正常、无重影、无杂波的高清晰图
10、像，坚固，具有防风雨、防灰尘的功能，并符合如下要求：1) 摄像机：彩色l/3CCD。2) 视频制式：PAL制。3) 最低照度：彩色1 1ux，黑白0.1 1ux。4) 清晰度：470线。5) 信噪比：48dB。6) 自动增益（AGC）：ON（9dB18dB可调），OFF。7) 带背景光补偿和强光反相抑制功能。8) 白平衡：自动检测白平衡。9) 镜头接口： C或CS型接口。10) 视频输出：1.0VP-P，阻抗75（BNC）。11) 工作温度：-10+60。对镜头要求1) 变倍、变焦自动光圈镜头。焦距范围：10200mm光圈范围：F2.4F3602) 定焦自动光圈镜头。焦距：50mm光圈：Fl.
11、4F3603) 镜头接口：C或CS型接口。l 视频车辆检测数据全面、详实雪峰山视频车辆检测系统，可以对隧道内任一路段发生的下列意外交通事件事故进行检测：超高/低速车辆：超过由用户定义最大/小阀值速度的车辆。高密度：超过由用户定义最大阀值密度的交通流。高占有率：超过由用户定义最大阀值占有率的交通流。排队长度超限：可检测车辆的排队长度超出指定值。逆向行驶：反方向行驶的车辆。违章停车：在非法停车处停车的车辆。超长车辆：超过由用户定义车长阀值的车辆。行人检测：道路出现行人车辆遗撒物检测：车辆货物遗落，大面积漏油等能见度的检测（当照度低于由用户设定的能见度阀值时）l 大大提高了雪峰山隧道的安全系数准确检
12、测到上述事件，一方面管理人员采取有效措施积极处理，同时通过隧道入口处的诱导屏，发布隧道内的交通事件，提醒驾驶人员减速慢行，避免事故，使车辆顺利通过隧道。交通数据的采集和分析对制定最佳的交通规划十分必要，同时，有效的利用交通流数据变化还可以对交通事件的发生进行辅助判断和确认。针对隧道的特殊性来说，在隧道入口处的诱导屏，在隧道畅通的前提下如果可以提供当前通过隧道的当前平均车速，对于提醒驾驶员做好进入隧道前的准备工作安全通过隧道很有帮助。通过设置，系统可以直接检测以下四类数据：时间：通过当前检测点车辆的时间速度：通过当前检测点车辆的速度长度：通过当前检测点车辆的长度分类：通过当前检测点的车辆的类型，
13、可根据车辆长度将车辆分为5类通过对上述四类数据进行分析，可以得出如下数据类型：车流总量（辆/小时）：由用户设定的时间间隔内检测到车辆数量。时间占有率（%）：按时间百分率测量的车道占有率。车辆分类：按用户定义可分为五类车。车头时距（秒）：车辆间的平均时间间隔。车辆速度（公里/小时）：时间间隔内的平均速度。车间距（米）：相邻车辆之间的距离车辆密度：每公里的车辆数。服务水平：由用户定义的平均速度和车流阈值所确定。空间占有率：按百分率计量的车辆长度总和除以时间隔内车辆平均行驶距离。通过前端检测子系统得到的上述数据在后端管理系统中可以进行分析处理。隧道监控管理所工作人员可以根据需求设置按车道、按时段、按摄像机得到相关的交通数据，用于交通管理。四、结束语高速公路的隧道视频车辆检测是十分必要的。这样的系统不仅能做到事故发生时第一时间提醒管理人员，尽量避免二次事故的发生；而且运营单位通过交通数据的走势分析和历史分析，预警异常交通事件，防患于未然。“应用为先，管理至上”，基于这一正确指导思想，雪峰山隧道视频车辆检测系统大大提升了邵怀高速最大控制性工程雪峰山隧道的建设质量。同时便于业主的管理和维护，联动控制、统一管理。可以大大提升隧道交通安全的管理水平。 /
