ITS智能交通中的道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)

    世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，交通工具數(shù)量急劇增加，交通狀況日益惡化。為解決這一問題，美國、歐洲、日本上世紀(jì)60年代末期開始，便開始了智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS, Intelligent Transportation System)方面的研究。在進(jìn)入21世紀(jì)后，世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，道路交通日益繁忙。交通是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的命脈，但因交通建設(shè)的發(fā)展滯后車輛增長的速度及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對道路交通需求，一個(gè)小小的突發(fā)事件就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的交通災(zāi)難，因交通事故而導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失已引起世界各國的廣泛關(guān)注尤其是大中城市，經(jīng)常發(fā)生交通擁堵事件，像首都北京已經(jīng)被稱為“首堵”了。除道路的增加和擴(kuò)建外，ITS成為目前世界各國交通運(yùn)輸領(lǐng)域競相研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。據(jù)Philip Sayeg和Philip Charles預(yù)測，到2010年，中國和南亞五國的智能交通系統(tǒng)市場潛力估計(jì)在38億美元左右。

      在ITS智能交通系統(tǒng)中，交通監(jiān)控系統(tǒng)無疑是最重要的，它就像人類的視覺系統(tǒng)。交通監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)由下例子系統(tǒng)組成：

      （1）城市道路監(jiān)控；

      （2）高速公路監(jiān)控；

      （3）航道安全監(jiān)控；

      （4）地鐵運(yùn)行監(jiān)控；

      （5）突急事件疏通；

      城市道路監(jiān)控根據(jù)各城市的具體情況，在每個(gè)交通路口可以安裝一個(gè)或數(shù)個(gè)固定式監(jiān)控?cái)z像機(jī)，外圍再各配備一臺(tái)云臺(tái)攝像機(jī)。固定式監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集城市各道路實(shí)時(shí)交通狀況如交通流量、速度和通暢程度等視頻信號(hào)，監(jiān)控距離交通路口一定范圍內(nèi)的車輛，在白天和夜間清晰拍攝車輛牌照，而且還可以通過對所拍攝記錄的機(jī)動(dòng)車輛和其它道路交通信息的分析、處理，尤其是對車輛及其車牌信息的自動(dòng)識(shí)別與處理，實(shí)現(xiàn)對交通違章、肇事逃逸和嫌疑車輛等的查控與處置，扼制并打擊一些顯見性違規(guī)違法行為，消除各種隱患。云臺(tái)變焦攝像機(jī)需要控制中心人為控制，對攝像機(jī)進(jìn)行水平360度，垂直90度及變焦控制，及時(shí)掌控監(jiān)控點(diǎn)周圍的交通突發(fā)事件的細(xì)節(jié)和交通堵塞情況。

      高速公路監(jiān)控系統(tǒng)與城市道路監(jiān)控略有不同。高速公路與一般公路相比，具有線型好、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、交通流量大、行車速度快等特點(diǎn)，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發(fā)生交通事故和交通阻塞，一些車流量非常大的高速公路上都部署全程的監(jiān)控系統(tǒng)。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)由全程監(jiān)控、收費(fèi)站監(jiān)控、服務(wù)區(qū)監(jiān)控以及為高速公路系統(tǒng)配套服務(wù)的電力監(jiān)控。其中收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費(fèi)站的車道、收費(fèi)廣場、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況，對收費(fèi)車道通過的車輛類型、收費(fèi)員的操作過程以及收費(fèi)過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實(shí)施有效的監(jiān)督。這些監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)施交通流量和交通運(yùn)行監(jiān)視，對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行氣象檢測，對關(guān)鍵路段實(shí)施交通適時(shí)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常情況并采取應(yīng)急措施，對于車輛超速等違章行為記錄，有效地保證了高速公路高速、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)營管理。

      航道安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控船閘設(shè)備的監(jiān)控、上下游船只之間距離、船閘與船之間距離、船只數(shù)量等，防止船只碰撞和開閘水位差引起的碰撞、翻船事故。

      地鐵運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)主要用于地鐵各站點(diǎn)，除了實(shí)時(shí)監(jiān)看路網(wǎng)各站點(diǎn)運(yùn)行情況、確保各站臺(tái)周邊環(huán)境和乘客的人身安全外，能在急緊事件狀態(tài)（如火災(zāi)、爆炸、交通事故、有害氣體泄漏等）下協(xié)調(diào)地鐵站內(nèi)車輛設(shè)備的運(yùn)行。提高調(diào)度速度、及時(shí)疏導(dǎo)乘客。

      城市突急事件調(diào)度包括醫(yī)療急救、火災(zāi)、地震、泥石流、山體滑坡、爆炸、有害氣體、液體泄漏、罪犯逃跑等。一旦突發(fā)事件，就要借助交通系統(tǒng)的支持控制事態(tài)發(fā)展、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。

      交通監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)視可控范圍內(nèi)交通運(yùn)行情況，將車輛違章、擁堵等圖文信息提供給交通主樞紐指揮中心給決策處理作依據(jù)，對車輛運(yùn)行狀況驚醒統(tǒng)計(jì)，輔助交管人員，提前發(fā)現(xiàn)和處理某些可能造成重大交通即事件的隱患，對于下雪、暴雨、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，采取正確的應(yīng)急預(yù)案。它還是實(shí)時(shí)、公正、采集交通違章證據(jù)進(jìn)行事后處理的科學(xué)管理手段。

      作為監(jiān)控系統(tǒng)核心的視頻監(jiān)控是用攝像機(jī)對場景拍攝，視頻信號(hào)被采集到中央控制部門并被顯示到監(jiān)視器上，由人和計(jì)算機(jī)對視頻圖像進(jìn)行分析，得出正確的判斷。ITS智能交通中的道路視頻監(jiān)控也分為三種，一是早期采用的模擬視頻監(jiān)控，完全由人力來完成對監(jiān)視畫面的分析、判斷；另一種是模擬和數(shù)字相結(jié)合，前端模擬攝像機(jī)輸出模擬視頻信號(hào)，后端通過計(jì)算機(jī)捕捉到有用的圖像進(jìn)行數(shù)字處理、智能分析；三是采用的數(shù)字視頻監(jiān)控，前端為具有智能的IP數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，這種監(jiān)控技術(shù)引入了大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)來協(xié)助人采集和管理所有視頻信息，監(jiān)控系統(tǒng)的性能得到了有效的提高�，F(xiàn)在大部分交通監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模擬和數(shù)字結(jié)合的成熟方案，但數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的明顯優(yōu)勢已經(jīng)是它在迅速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)成熟的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為主流。

      交通監(jiān)控中的視頻系統(tǒng)若比作人類的視覺系統(tǒng)，那么視頻系統(tǒng)中的攝像機(jī)就像人類的眼睛，其重要性是不言而喻的，所以交通監(jiān)控中攝像機(jī)的選擇要求更為苛刻。

      首先要考慮兩點(diǎn)：一是攝像機(jī)性能，攝像機(jī)性能的好壞直接關(guān)系到在各種條件下能否拍攝出清晰畫面，在夜間能否看清車牌，所拍圖像色彩是否真實(shí)；二是攝像機(jī)的可靠性，攝像機(jī)要在可能發(fā)生的各種惡略環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，保證圖像質(zhì)量不惡化，故障率低。如果一個(gè)交通監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”不好或經(jīng)常出毛病，即使系統(tǒng)其它部分再完美，整個(gè)系統(tǒng)的缺陷也是一目了然的。

      交通監(jiān)控?cái)z像機(jī)中使用最多的是固定鏡頭攝像機(jī)，這類攝像機(jī)在選擇和應(yīng)用上應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

      1、對攝像機(jī)清晰度要求。圖像水平分辨率要大于480線，高清晰度攝像機(jī)要配高清晰度監(jiān)視器。

      2、攝像機(jī)最低照度也稱作靈敏度。最低照度指標(biāo)不能只看前面的數(shù)字有多少，而應(yīng)該看這個(gè)指標(biāo)是在什么條件下測到的。如彩色最低照度0.15Lux/F1.4 /50IRE/AGC ON，這表明0.15Lux的低照度是用F1.4通光量鏡頭，視頻信號(hào)測量電平在50IRE（350mv），AGC ON的條件下測出來的。如果換通光量大的F1.0鏡頭，視頻信號(hào)測量電平在25IRE ，測出的低照度指標(biāo)更低。1/2英寸CCD攝像機(jī)的靈敏度和圖像質(zhì)量要高于1/3 英寸CCD攝像機(jī)。

      關(guān)于IRE，定義CCD攝像機(jī)的視頻輸出最大振幅為100IRE或者700毫伏，一個(gè)100IRE的視頻表示可以完全驅(qū)動(dòng)一個(gè)監(jiān)視器表現(xiàn)最好亮度和對比度的優(yōu)質(zhì)影像，只有50IRE或350毫伏的視頻表示只有一半的對比度，30IRE或者210毫伏表示只有原始振幅的30%，通常30IRE是最低的可用圖像的數(shù)值，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的攝像機(jī)當(dāng)自動(dòng)增益提高到最大增益時(shí)噪度等級應(yīng)該在10IRE，因此能提供3:1或10dB信噪比可以接受的影像。一個(gè)在10IRE下測量的結(jié)果可以比在100IRE下測量的結(jié)果高出10倍，因此沒有標(biāo)出IRE等級的結(jié)果實(shí)際上是沒有意義的。

      3、攝像機(jī)的信噪比。在光線很好的情況下，攝像機(jī)的信噪比都很好，圖像上看不出噪波點(diǎn)，但在光線較暗時(shí)，信噪比指標(biāo)好的攝像機(jī)圖像依然清晰噪波點(diǎn)少，信噪比指標(biāo)差的攝像機(jī)，噪波點(diǎn)會(huì)淹沒整個(gè)圖像。

      4、強(qiáng)光抑制。道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)要求在夜間清楚拍攝車牌照，這就要求強(qiáng)光抑制指標(biāo)要好。在專業(yè)廣播電視攝像機(jī)，這個(gè)指標(biāo)叫低垂直光斑。采用此項(xiàng)技術(shù)的攝像機(jī)，可以有效抑制迎面的強(qiáng)光，使車牌照較清晰的被捕捉到，畫面真實(shí)完整。很多道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用“日蝕”技術(shù)，在夜間拍攝車牌很好，但在白天也經(jīng)常出現(xiàn)“日蝕”，這就影響了整體圖像的美觀和完整性。

      5、背光補(bǔ)償。攝像機(jī)在夜間拍攝車牌，背光補(bǔ)償技術(shù)的好壞，直接關(guān)系到是否能清晰看清車牌，能否使后端視頻檢測和分析系統(tǒng)給出正確的判斷結(jié)果。

      6、攝像機(jī)的色彩還原。攝像機(jī)沒有具體的色彩指標(biāo)，只能用色度調(diào)整和白平衡調(diào)整使色彩真實(shí)還原。不同種類的攝像機(jī)色彩還原程度是不同的，這項(xiàng)指標(biāo)只有通過調(diào)試及和現(xiàn)場真實(shí)色彩進(jìn)行比較。

      7、攝像機(jī)要質(zhì)量可靠并在安裝中要調(diào)試方便。道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)大都安裝在9~15米高的立柱上，安裝和拆卸都需要專用工具車或危險(xiǎn)的高空作業(yè)，如果質(zhì)量不可靠或調(diào)試不方便，勢必給施工和工程帶來很大成本，并影響正常使用。

      其實(shí)道路監(jiān)控最理想的攝像機(jī)是寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的強(qiáng)光抑制效果非常好，但目前CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)和DPS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)在拍攝快速移動(dòng)的車輛時(shí)都不能給出滿意的結(jié)果。隨著新技術(shù)DPS的逐步成熟，今后的道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)將廣泛采用DPS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。在收費(fèi)站、停車場等場所，應(yīng)用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)會(huì)取得很好的效果。

      目前道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)種類繁多，1/2英寸CCD攝像機(jī)應(yīng)用的較多，主要有日本JVC、Ikegami 日本池上、松下、索尼、英國貝克爾、三星等國際品牌和一些國內(nèi)品牌。一些大中城市道路監(jiān)控系統(tǒng)選用的攝像機(jī)還是以國外知名品牌為主，其中JVC TK-C1481 1/2彩色攝像機(jī)在道路監(jiān)控市場上一直占據(jù)著很大的市場份額，被廣大的智能交通系統(tǒng)集成商、甲方所認(rèn)可。然而日本池上公司的ICD-828P 道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)憑借著高品質(zhì)、色彩還原真實(shí)、高可靠性等特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中成為目前性價(jià)比最好的道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)。

      日本池上公司是世界著名的攝像機(jī)制造商，其廣播電視攝像機(jī)一直名列世界第一，并于1961年開始生產(chǎn)監(jiān)控?cái)z像機(jī)。池上公司將廣播電視攝像機(jī)中的低垂直光斑技術(shù)、背光補(bǔ)償中黑伽瑪、拐點(diǎn)自動(dòng)最佳調(diào)整技術(shù)及針對道路鈉蒸汽燈自動(dòng)白平衡調(diào)整等技術(shù)應(yīng)用到道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，加上池上一貫的高品質(zhì)、高可靠性等特色，使這款道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)成為道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)中的精品。

ICD-828P

      ICD-828P 1/2 英寸彩色道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)，具有水平分辨率530線，垂直光斑指標(biāo)為-126dB ( 池上廣播級攝像機(jī)為-135dB)。在監(jiān)控?cái)z像機(jī)中很少看到垂直光斑這項(xiàng)指標(biāo)，其實(shí)光斑是CCD傳感器的一個(gè)特性，在傳感器中沒有任何東西阻止強(qiáng)光穿射的曝光和在CCD上產(chǎn)生更多的電子，結(jié)果是在圖像中強(qiáng)烈的光出現(xiàn)時(shí)通常垂直斑紋也出現(xiàn)，在圖像中遮蓋了相關(guān)的細(xì)節(jié)。該款攝像機(jī)的最低照度是0.15Lux/F1.4/50IRE/AGC ON，信噪比大于52 dB。在公安部安全與警用產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢測的2臺(tái)產(chǎn)品最低照度為0.11Lux/F1.4/50IRE/AGC ON 和0.09Lux ,信噪比為57dB和59dB，而專業(yè)廣播電視攝像機(jī)信噪比在60~65dB。為便于工程商安裝調(diào)試攝像機(jī)，池上特有的遠(yuǎn)程遙控器RCU-701可使調(diào)試人員無需高空作業(yè),在施工現(xiàn)場很方便地調(diào)試攝像機(jī)參數(shù)。無論從技術(shù)指標(biāo)還是實(shí)際應(yīng)用的效果看，池上道路監(jiān)控像機(jī)都可以稱得上是精品。

道路監(jiān)控實(shí)景

ICD-828背光補(bǔ)償開

      盡管攝像機(jī)在智能交通系統(tǒng)中占據(jù)的比例很小，但其重要性是不用置疑的。在需要視頻采集的關(guān)鍵的位置應(yīng)選用較高性能的攝像機(jī)，在一般位置上只要性能指標(biāo)滿足要求即可，但可靠性還是主要考慮因素。這樣既可以降低系統(tǒng)造價(jià)，又可以滿足系統(tǒng)對前端攝像機(jī)指標(biāo)的要求。

      監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展是全數(shù)字化的智能數(shù)字監(jiān)控技術(shù)。其主要特征是前端攝像機(jī)智能化，在幾乎不需要人為干預(yù)的情況下，通過對攝像機(jī)拍錄的圖像序列進(jìn)行自動(dòng)分析來對動(dòng)態(tài)場景中的目標(biāo)進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，從而做到既能完成日常管理又能在異常情況發(fā)生的時(shí)候及時(shí)做出反應(yīng)，取代了監(jiān)控任務(wù)中人的大部分工作，是新一代的具有高度智能的監(jiān)控技術(shù)。從2006全球數(shù)字論壇上看，像英特爾這樣全球最大的芯片制造商已經(jīng)開始研發(fā)數(shù)字監(jiān)控芯片，智能數(shù)字監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于智能交通已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。