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智能交通信号控制系统应用视频检测技术方案
2012-06-24 21:40:06 来源：作者: 评论：0

智能交通信号控制系统应用视频检测技术方案
一、概述
我们知道智能交通系统最主要的任务就是：让交通更安全、更节省时间、更节省成本。为了协助交通界能够更完美的实现此目标，美国ITERIS公司专为ITS行业研发出一种目前国际上技术最为领先的智能交通信号控制系统应用视频检测技术——Vantage视频车辆检测器！
Vantage视频车辆检测器采用了国际上最先进的数字视频技术，它除了能够完美地融入于智能交通信号控制系统、电子警察抓拍系统，还能够无缝地整合到交通数据采集系统，其双重功用被广泛的应用于城市智能交通信号控制、城市电子警察、城市交通数据采集及公路隧道、桥梁的意外事故监控系统中。目前，Vantage视频车辆检测器在全球已有30000多个系统的运用业绩，已成为了全球在用业绩最多、最受用户欢迎的车辆检测产品之一。
本方案采用Vantage Edge2单、双路视频检测模块（硬件），集成到各种感应式信号灯控制机中，来实现交通信号的智能控制。Vantage Edge2模块可应用于城市点控、线控及面控系统中，实现感应式或自适应式控制，能够完美的与SCOOT、SCATS等系统无缝整合！
二、Vantage操作性能优势：
对于城市智能交通信号控制应用，Vantage视频检测技术与感应线圈检测技术相比，具有如下优势：
1、易于安装
Vantage视频检测器是利用安装在十字路口照明灯杆上的摄像机采集视频图像，然后由安装在信号灯控制机内视频处理模块进行分析处理，获取必要的信号灯控制信息，从而实现路口的智能控制！视频控制过程的实现只需在照明灯杆或专用立柱上安装必要的摄像机，而无需切割破坏路面，乃至铺设很长的线圈馈线电缆，最大程度的缩短了封闭道路的时间。另外，视频虚拟线圈的位置可以根据需要任意放置，而感应线圈安装在一个位置后就不能根据路况的变化而任意移动，否则重复切割路面会严重影响道路的使用寿命！
2、易于设置
Vantage 视频检测器本身具有全部的设置功能，完全可以不用笔记本电脑进行现场设置。每路视频图像上都可以显示一个设置菜单，利用鼠标和视频菜单便可在摄像机视频图像上画出检测区域并进行所有的参数设置，非常方便。
Vantage还具有动态区域设置（DZR）功能，此技术允许在任何时刻新建一个检测区域，或对一个检测区域进行修改，与此同时并不影响其它检测区域的正常工作。随后，一旦新的检测区域设置被保存，它便立即开始背景学习，进行检测！最有工程意义的是Vantage的操作非常简单，基本的培训工作不超过一小时便可完成。
另外，视频虚拟线圈的位置摆放可以根据路况任意调整，其线圈功能属性也可以根据需要进行设置，如：存在、延时、延迟、脉冲和计数。选用不同属性的线圈可以实现不同的控制需求，每路视频图像可以设置24个这样的虚拟线圈！
每个视频虚拟线圈的信号输出通道都可以任意定义，Edge2模块本身可提供4个独立的输出通道，如果需要还可以增加扩展输出通道，比如在控制信号灯的同时，还想增加闯红灯抓拍触发功能，我们就可以再增加4个输出通道。每个通道输出都有手动测试开关，利用这些开关可以极为方便的调试信号灯控制机的工作性能。
3、易于维护
在十字路口控制中经常会遇到交通状况变化或道路维修的时候，这时我们可能需要改变虚拟线圈的检测位置，这对视频检测来说非常简单，也不需要封路；而相对于感应线圈检测来说，就需要封路、重新切割路面，这样的维护工作需要大量的人力、财力。更甚者，如果感应线圈在使用过程中由于路面变形而断裂就更麻烦了！感应线圈的寿命大约在2－5年（根据交通量及路面温度而定），而Vantage视频检测器的使用寿命要超过10年。
此外，Vantage还具有VRAS远程管理系统，它是一个功能强大的软件工具，利用RS232通讯端口对Edge2进行远程管理控制，用于监测现场交通流，提供用户支持及系统诊断等功能，尤其是需要重新设置虚拟线圈时，您只需在监控中心便可完成，无需到现场操作，维护起来非常方便。
三、Vantage检测性能优势：
1、检测可靠性高
对于十字路口控制应用，在任何天气及光照条件下，Vantage视频检测器均能实现95-98％的检测精度，近似于进口高档感应线圈检测器（反应时间好于10ms）的检测精度。Vantage采用了数字信号处理技术（DSP），这使其能够面临各种天气情况及光照条件的挑战，不论是白天还是黑夜、下雨还是晴天，它都能够精确、可靠的提供交通检测。不受天气或温度的影响，真正实现全天候的检测控制。
另外，在一些特殊路况条件下，我们还可以层叠放置2-3个虚拟线圈，以提高检测的可靠性。
2、先进的视频检测算法
① 夜间检测难题的解决：在夜间检测时，Vantage系统会运行强制车灯检测算法（EHDA），当系统确定天色已黑时，它会自动运行EHDA算法，此算法将自动跟踪识别车辆前灯，从而减小夜间光线对检测精度的影响。
② 路面积水反光影响的解决：Vantage系统算法具有背景自适应、连续自动更新的功能，它能够识别路上的任何背景干扰因素，如积水反射光、抛洒物、树木和护栏的阴影等，如果有此类干扰背景存在于检测区域内，系统经过背景学习，会自动将它们定义为背景物质，从而实现可靠的检测。
③ 车辆阴影影响的解决：Vantage系统具有专门的阴影处理算法（SDA），它能够有效的识别车辆及其阴影，将其定义为同一移动车辆，而不进行重复检测，从而消除阴影对检测精度的影响。
④ 恶劣天气变化影响的解决：Vantage系统有双重保障来解决此问题，一方面，当天气非常恶劣，图像对比度非常低时，系统会自动切换到故障安全模式，发出警报，视为到处都是车辆，注意安全行驶！另一方面，采用三阶段图像分析算法，如果系统确定检测区域的检测有效性较好时，系统便运行正常的检测模式（S1）；一旦遇到恶劣天气的影响，如雨、雪、雾等，系统确定检测区域的检测有效性降低，系统会自动切换到（S2）模式，增加检测区域的灵敏度，实现精确的检测；当天气更为恶劣，检测区域的检测能力完全丧失时，系统便会自动切换到故障安全模式（S3），当天气转好，图像质量变好时，系统又会自动切换到正常检测模式。此三阶段图像分析算法有效地减小了恶劣天气对检测精度的影响。
⑤ 摄像机晃动影响的解决：在大风天气条件下，摄像机会产生很大的晃动，一般会影响图像处理，但Vantage系统采用了特殊的图像晃动补偿处理算法，避免了由于图像晃动造成的检测误差。
3、能够实现更多的检测功能
① 三个独立的现场结构设置：Vantage系统允许用户设置三个不同的现场虚拟线圈设置方案，其中一个用于正常交通状况下，另外两个用于特殊交通状况，如道路维修，临时道路交通状况等。三个结构设置可以相互切换，使设置工作更为简单。
② 主辅线圈联合控制功能（And/W）：Vantage系统可以实现两个虚拟线圈配合控制一个通道输出，一般主辅线圈安装要有一定距离，只有当主辅两个线圈同时被不同车辆占用，并达到一定时间后，主线圈才发出一个检测信号，这对感应式信号机控制非常有用。
③ 过滤行人检测功能：在视频十字路口控制中，由于大量的行人，可能对检测有一定影响，而Vantage系统可以过滤掉行人，可以避免由于行人经过而造成的误信号控制。这一功能对多行人路口交通信号控制非常有用。
④ 逆行车辆过滤功能：当检测区域属性设置为行驶方向向下时，逆向行驶的车辆将被过滤掉，不予检测输出！
⑤ 眩光检测功能：当检测区域被车辆眩光充满时，则相应的输出通道便输出一个检测信号，从而降低眩光对检测精度的影响，此功能特别适用于路灯光线较差的路口控制。
⑥ 绿灯强制通行功能（Green/Input）：此功能在国内应用较少，它是为了使快速行驶车辆顺利通过绿灯路口，而不需紧急刹车而设置的。当路口绿灯将要变成红灯时，而此时离路口一定距离的地方有车辆经过预设的专用虚拟线圈，那么此时的绿灯会延时，延时多久可以设置，一般由虚拟线圈与停车线的距离而定。
四、工程示例:
1、摄像机安装高度
大约在9.2～15米之间，只要图像清晰、车辆图像足够大，摄像机安装越高越好，并尽可能固定在检测区域的中间位置，建议安装高度在10米左右。如果不能满足这种要求，要尽可能的避免遮挡问题。另外，尽可能将摄像机固定在稳固的立柱上，特别是长期应用。
2、摄像机安装视域
摄像机视域取决于它的安装高度和镜头，一般摄像机视距为其安装高度的10倍。Vantage视频车辆检测器，具有0－100米的有效检测范围，可以同时检测4条车道，一般摄像机的视域要能容纳4.5～5条车道，为了保证检测的精度，要尽量确保视域中车辆停止线保持水平，右图为标准的视域范围：
3、检测区域的设置
虚拟线圈的大小一般接近于我们的大拇指肚大小，基本上与图像中夏利轿车的尺寸相同，这样可以避免漏检较小的车，又能保持较好的灵敏度。
虚拟线圈的放置位置不一定在每条车道的正中间，而是可以根据摄像机的视角略微偏移向某一侧，基本上要根据大多数车辆的行驶轨迹而确定。
每路视频图像最多可以设置24个虚拟线圈，也就是说它可以取代6个4通道的感应线圈检测器！每路视频图像有4个独立的通道输出，可以随意定义虚拟线圈的输出通道。如果必要，还可以将多个检测线圈重叠放置，设置主辅线圈，进行联合控制。所有设置通过面板鼠标即可完成。
4、对摄像机的要求
用于视频检测的摄像机必须是固定式的，云台摄像机通常不适合用于这种检测。不论是用于十字路口控制还是交通数据采集，对摄像机都要有一个最低的要求：
① CCIR/EIA 1Vpp (+/-20%)
② 1/3 CCD适应昼夜亮度变化，自动亮度调节，在夜间照度水平低于0.1 Lux或日间照度达到10000 Lux时所产生的视频图像仍为可用视频信号并具有可分辨特性；
③ 图像水平分辨率应在500线以上，垂直分辨率在350线以上；
彩色摄像机也可以使用，但要注意，彩色摄像机的灵敏度通常要比黑白摄像机低4倍左右，这样最大的影响是在晚上，在这种低对比度条件下检测的性能会很差。
5、使用VRAS远程管理软件设置
如果您想通过远程设置管理，使用VRAS软件模块即可。如下图：
我们可以通过VRAS软件对Edge2检测模块进行远程控制，可以设置检测区域的参数以及对检测模块进行各种操作，它为Vantage系统提供以下主要功能：
★ 远程浏览现场图像，单帧或连续帧两种模式
★ 浏览多个Vantage摄像机的图像
★ 为每台摄像机重新设置检测区域
★ 远程执行系统诊断
★ 远程获得交通统计数据
Vantage视频车辆检测器采用闪存的方式可以将参数设置存储起来，以防止数据意外丢失，即使有意外断电的情况也不会带来损失！
另外，如果您想用Edge2模块再采集一些交通数据，也没有问题，不必更换硬件，只需用我们提供的VSU软件模块将Express数据采集程序写入到Flash闪存中即可，非常方便！
五、Edge2硬件特点及技术指标
1、主要功能及特点
① 双路视频输入；
② 每路摄像机图像能够设置24个检测区域；
③ 每个Edge2具有4个通道输出，通过增加扩展模块，可以设置多达24个的通道输出；
④ 检测区域之间可以设置成“And”逻辑功能，来提供联合控制；
⑤ 每一个检测区域当有车辆存在时，可以持续输出一个存在信号；
⑥ 可以对系统进行远程设置及状态监控；
⑦ 采用FLASH闪存存储，使处理器具有编程能力，并能够实现多种应用；
⑧ 通过串口进行软件升级，不需要修改硬件，同时增加了用于储存数据的FLASH存储空间；
⑨ 易于操作的主菜单接口界面，使系统设置或维护不需要电脑即可完成；
2、接口指标
① 输入：BNC视频输入，RS170（NTSC），CCIR（PAL）
② 输出：BNC视频输出，RS170（NTSC），CCIR（PAL）
③ 75 Ohm或Hi－Z视频输入端口
④ USB型鼠标接口
⑤ DB9针RS232接口
⑥ RJ45与扩展模块连接接口
3、工作环境
① 环境温度：-37℃～+74℃
② 环境湿度：0％～95％，无冷凝
③ 电源：12VDC或24VDC（490/280mA）
六、感应式路口控制系统组成
Vantage视频车辆检测器是感应式路口控制系统的感应部分，在本方案中就不再论述信号灯控制机及摄像机等系统部件。Edge2模块可应用于单点路口控制、线控及面控系统中，实现感应式或自适应式控制，能够完美的与SCOOT、SCATS等系统无缝整合！
需要将Vantage Edge2集成到信号灯控制机中，Edge2模块适用于多种型号控制机，如170、TS-1、TS-2、2070、ATC等。一般只需将Edge2模块直接插入到信号灯控制机内相应的位置即可，非常方便。
1、系统部件组成
① Vantage Edge2视频检测模块（双路视频输入）
② Vantage Intersection十字路口控制专用软件（固化在Edge2中）
③ Vantage Remote Access System（VRAS）远程管理软件
④ 符合要求的摄像机
⑤ 感应式信号灯控制机
⑥ 信号灯

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