[发明专利]基于信息物理网络的城市快速路交通实时监控系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于物联网与机器视觉领域，涉及一种利用传感器网络、视频图像处理、网络数据传输、通信系统控制等技术，针对时空大范围城市快速路网进行实时交通参数提取、交通状态识别与事故、事件检测，实现快速路网实时交通监控的系统与方法。

背景技术

目前，我国各大城市基于视觉的交通信息采集与道路监控系统的建设均已初具规模，通过道路交通检测器和视频摄像头组成的传感器网络，来实现城市道路交通的实时监控。监控系统内部交通信息的传输主要包括三种方式：一种是数据流，各个传感器节点向系统客户端发送数字信息，利用检测到的断面交通流量、平均速度等交通参数，来估计整个路网的道路交通状态，如美国的VII系统；另一种是视频流，直接将摄像头拍摄到的图像信息传输到系统客户端，用以直观的监控某一路段或特定交叉路口上的实际道路交通状况，如日本的UTMS系统；最后一种是以视频流为主、视频和数据的混合流，视频检测器一方面直接将摄像头拍摄到的图像信息传输到系统客户端，同时也将提取的数据传输到客户端，以反映交通的动态变化趋势，如A.Koutsia等提出的TRAVIS系统。

对于城市快速路网，由实验及实际应用可知，这几种交通信息传输方式各有利弊。数据流实时性好，而且现有通信技术支持大范围路网内海量交通数据的同步传输。然而，城市快速路上车辆走走停停现象非常普遍，单纯依靠交通检测参数，客户端无法准确区分交通拥堵是由于驶入车辆过多，还是由于发生了交通事故、事件等偶发因素造成的。视频流可以再现当时道路交通状况，但是受到摄像头安装位置与通信网络视频传输能力的限制，客户端不可能同步读取、接收、监控整个路网上的交通视频图像。同时大城市快速路出入口匝道较少，一旦发生拥堵，需要快速甄别是否发生了交通事故，及时处理。事实上，交通事故识别也不能依靠客户端逐一读取路网内每个摄像头的视频监控信息来实现。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可以实现实时交通参数自动提取、交通状态自动识别以及基于视频传输反馈控制法的交通事件半自动预测三大功能的城市快速路交通实时监控系统，并给出了实时监控方法。

一种基于信息物理网络的城市快速路交通实时监控系统，其特征在于包括：视频传感单元、视频图像处理器、网络通信和交通监控客户端。各部分之间的连接关系如附图1所示，其中，

视频传感单元，输出接视频图像处理器。采用固定视角采集一定路段的视频流，与视频图像处理器以一对一的方式直接连接，将采集到的视频流直接传输到对应的视频图像处理器。

视频图像处理器，位于视频传感单元和网络通信单元之间。用于交通参数提取、交通状态量化识别、交通事件初步自动预警、交通信息发送和视频流与控制信号接收。

交通监控客户端，通过网络通信单元与视频图像处理器相连。用于显示与存储各视频图像处理器的实时交通参数，显示各视频图像处理器的空间位置关系以及各自对应的交通状态量化指标，显示接收到的视频段及对应的相关信息，修正异常判断相关参数，交通信息接收，控制信号发送。

网络通信单元，分别与视频图像处理器和交通监控客户端相连，通过有线或无线网络通信，视频图像处理器与交通监控客户端互连，实现交通信息的传输和控制策略的实施；在视频图像处理器与交通监控客户端之间传输以下6种信号：

a．交通参数、状态量化指标；

b．交通参数、异常警示信号；

c．视频流文件起始与终止时间戳；

d．对应时间戳内的视频流文件；

e．异常判断的初始参数向量；

f．视频图像处理器重新开始工作的信号。

其中，a、b、d为由视频图像处理器发送到交通监控客户端的信息，c、e、f为交通监控客户端传输到视频图像处理器的信息。当视频图像处理器的交通事件初步自动预警模块预测出交通处于正常状态时，视频图像处理器传输a到交通监控客户端，交通监控客户端不发送信号；否则，视频图像处理器传输b、d到交通监控客户端，交通监控客户端传输c、e、f到视频图像处理器。

一种基于信息物理网络的城市快速路交通实时监控方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，视频图像处理器进行交通参数提取。

步骤二，视频图像处理器进行基于交通参数的交通事件自动预测。如果交通处于正常状态，转下一步；否则，转步骤五。

步骤三，视频图像处理器进行交通状态量化识别，将信号a打包并加入帧头后，发送到交通监控客户端。