道路监控摄像机在ITS智能交通系统中的应用

世界经济高速发展，交通工具数量急剧增加，交通状况日益恶化。为解决这一问题，美国、欧洲、日本上世纪60年代末期开始，便开始了智能运输系统(ITS, Intelligent Transportation System)方面的研究。在进入21世纪后，世界经济高速发展，道路交通日益繁忙。交通是经济的发展的命脉，但因交通建设的发展滞后车辆增长的速度及经济发展对道路交通需求，一个小小的突发事件就会引发严重的交通灾难，因交通事故而导致严重的人员伤亡和财产损失已引起世界各国的广泛关注尤其是大中城市，经常发生交通拥堵事件，像首都北京已经被称为“首堵”了。除道路的增加和扩建外，ITS成为目前世界各国交通运输领域竞相研究和开发的热点。据Philip Sayeg和Philip Charles预测，到2010年，中国和南亚五国的智能交通系统市场潜力估计在38亿美元左右。

在ITS智能交通系统中，交通监控系统无疑是最重要的，它就像人类的视觉系统。交通监控系统应由下例子系统组成：
（1）城市道路监控；
（2）高速公路监控；
（3）航道安全监控；
（4）地铁运行监控；
（5）突急事件疏通；

城市道路监控根据各城市的具体情况，在每个交通路口可以安装一个或数个固定式监控摄像机，外围再各配备一台云台摄像机。固定式监控摄像机采集城市各道路实时交通状况如交通流量、速度和通畅程度等视频信号，监控距离交通路口一定范围内的车辆，在白天和夜间清晰拍摄车辆牌照，而且还可以通过对所拍摄记录的机动车辆和其它道路交通信息的分析、处理，尤其是对车辆及其车牌信息的自动识别与处理，实现对交通违章、肇事逃逸和嫌疑车辆等的查控与处置，扼制并打击一些显见性违规违法行为，消除各种隐患。云台变焦摄像机需要控制中心人为控制，对摄像机进行水平360度，垂直90度及变焦控制，及时掌控监控点周围的交通突发事件的细节和交通堵塞情况。

高速公路监控系统与城市道路监控略有不同。高速公路与一般公路相比，具有线型好、设计标准高、交通流量大、行车速度快等特点，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通阻塞，一些车流量非常大的高速公路上都部署全程的监控系统。高速公路监控系统由全程监控、收费站监控、服务区监控以及为高速公路系统配套服务的电力监控。其中收费监控系统主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。这些监控系统可实施交通流量和交通运行监视，对关键点进行气象检测，对关键路段实施交通适时控制，及时发现各种异常情况并采取应急措施，对于车辆超速等违章行为记录，有效地保证了高速公路高速、安全、经济地运营管理。

航道安全监控系统主要用于监控船闸设备的监控、上下游船只之间距离、船闸与船之间距离、船只数量等，防止船只碰撞和开闸水位差引起的碰撞、翻船事故。

地铁运行监控系统主要用于地铁各站点，除了实时监看路网各站点运行情况、确保各站台周边环境和乘客的人身安全外，能在急紧事件状态（如火灾、爆炸、交通事故、有害气体泄漏等）下协调地铁站内车辆设备的运行。提高调度速度、及时疏导乘客。

城市突急事件调度包括医疗急救、火灾、地震、泥石流、山体滑坡、爆炸、有害气体、液体泄漏、罪犯逃跑等。一旦突发事件，就要借助交通系统的支持控制事态发展、维护社会稳定。

交通监控系统可以实时监视可控范围内交通运行情况，将车辆违章、拥堵等图文信息提供给交通主枢纽指挥中心给决策处理作依据，对车辆运行状况惊醒统计，辅助交管人员，提前发现和处理某些可能造成重大交通即事件的隐患，对于下雪、暴雨、台风等自然灾害发生时，采取正确的应急预案。它还是实时、公正、采集交通违章证据进行事后处理的科学管理手段。

作为监控系统核心的视频监控是用摄像机对场景拍摄，视频信号被采集到中央控制部门并被显示到监视器上，由人和计算机对视频图像进行分析，得出正确的判断。ITS智能交通中的道路视频监控也分为三种，一是早期采用的模拟视频监控，完全由人力来完成对监视画面的分析、判断；另一种是模拟和数字相结合，前端模拟摄像机输出模拟视频信号，后端通过计算机捕捉到有用的图像进行数字处理、智能分析；三是采用的数字视频监控，前端为具有智能的IP数字网络摄像机，这种监控技术引入了大量的计算机技术来协助人采集和管理所有视频信息，监控系统的性能得到了有效的提高。现在大部分交通监控系统采用的是模拟和数字结合的成熟方案，但数字视频监控技术的明显优势已经是它在迅速发展，随着计算机和网络技术的发展，先进成熟的数字视频监控系统将成为主流。

交通监控中的视频系统若比作人类的视觉系统，那么视频系统中的摄像机就像人类的眼睛，其重要性是不言而喻的，所以交通监控中摄像机的选择要求更为苛刻。

首先要考虑两点：一是摄像机性能，摄像机性能的好坏直接关系到在各种条件下能否拍摄出清晰画面，在夜间能否看清车牌，所拍图像色彩是否真实；二是摄像机的可靠性，摄像机要在可能发生的各种恶略环境下长期稳定工作，保证图像质量不恶化，故障率低。如果一个交通监控系统的“眼睛”不好或经常出毛病，即使系统其它部分再完美，整个系统的缺陷也是一目了然的。

交通监控摄像机中使用最多的是固定镜头摄像机，这类摄像机在选择和应用上应考虑以下几点：

1、对摄像机清晰度要求。图像水平分辨率要大于480线，高清晰度摄像机要配高清晰度监视器。

2、摄像机最低照度也称作灵敏度。最低照度指标不能只看前面的数字有多少，而应该看这个指标是在什么条件下测到的。如彩色最低照度0.15Lux/F1.4 /50IRE/AGC ON，这表明0.15Lux的低照度是用F1.4通光量镜头，视频信号测量电平在50IRE（350mv），AGC ON的条件下测出来的。如果换通光量大的F1.0镜头，视频信号测量电平在25IRE ，测出的低照度指标更低。1/2英寸CCD摄像机的灵敏度和图像质量要高于1/3 英寸CCD摄像机。

关于IRE，定义CCD摄像机的视频输出最大振幅为100IRE或者700毫伏，一个100IRE的视频表示可以完全驱动一个监视器表现最好亮度和对比度的优质影像，只有50IRE或350毫伏的视频表示只有一半的对比度，30IRE或者210毫伏表示只有原始振幅的30%，通常30IRE是最低的可用图像的数值，一个标准的摄像机当自动增益提高到最大增益时噪度等级应该在10IRE，因此能提供3:1或10dB信噪比可以接受的影像。一个在10IRE下测量的结果可以比在100IRE下测量的结果高出10倍，因此没有标出IRE等级的结果实际上是没有意义的。

3、摄像机的信噪比。在光线很好的情况下，摄像机的信噪比都很好，图像上看不出噪波点，但在光线较暗时，信噪比指标好的摄像机图像依然清晰噪波点少，信噪比指标差的摄像机，噪波点会淹没整个图像。

4、强光抑制。道路监控摄像机要求在夜间清楚拍摄车牌照，这就要求强光抑制指标要好。在专业广播电视摄像机，这个指标叫低垂直光斑。采用此项技术的摄像机，可以有效抑制迎面的强光，使车牌照较清晰的被捕捉到，画面真实完整。很多道路监控摄像机采用“日蚀”技术，在夜间拍摄车牌很好，但在白天也经常出现“日蚀”，这就影响了整体图像的美观和完整性。

5、背光补偿。摄像机在夜间拍摄车牌，背光补偿技术的好坏，直接关系到是否能清晰看清车牌，能否使后端视频检测和分析系统给出正确的判断结果。

6、摄像机的色彩还原。摄像机没有具体的色彩指标，只能用色度调整和白平衡调整使色彩真实还原。不同种类的摄像机色彩还原程度是不同的，这项指标只有通过调试及和现场真实色彩进行比较。

7、摄像机要质量可靠并在安装中要调试方便。道路监控摄像机大都安装在9~15米高的立柱上，安装和拆卸都需要专用工具车或危险的高空作业，如果质量不可靠或调试不方便，势必给施工和工程带来很大成本，并影响正常使用。

其实道路监控最理想的摄像机是宽动态摄像机，宽动态摄像机的强光抑制效果非常好，但目前CCD宽动态摄像机和DPS宽动态摄像机在拍摄快速移动的车辆时都不能给出满意的结果。随着新技术DPS的逐步成熟，今后的道路监控摄像机将广泛采用DPS宽动态摄像机。在收费站、停车场等场所，应用宽动态摄像机会取得很好的效果。