本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，具體是一種基于視頻分析的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，城市的汽車(chē)數(shù)量逐年增加，城市道路擁堵，交通事故頻發(fā)，車(chē)輛違章行為屢禁不止等問(wèn)題顯得越來(lái)越突出?，F(xiàn)代化交通控制系統(tǒng)的建設(shè)，可以大幅度的提高現(xiàn)有道路的利用率，同時(shí)減小交通部門(mén)的勞作強(qiáng)度，因此提出一種基于視頻分析的交通事件檢測(cè)方法。

交通事件是指道路上偶然發(fā)生的、非規(guī)律性的事件以及其參數(shù)的總和。本專(zhuān)利把交通事件的主體限定為交叉路口的車(chē)輛，把交通事件分為車(chē)輛違章以及車(chē)輛交通參數(shù)兩類(lèi)，其中車(chē)輛違章主要指闖紅燈、跨車(chē)道線(xiàn)行駛和不按導(dǎo)向車(chē)道行駛，交通參數(shù)包括平均通過(guò)時(shí)間、單位時(shí)間通過(guò)車(chē)輛數(shù)和平均車(chē)速。

公開(kāi)號(hào)為cn105448104a的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種闖紅燈違法抓拍系統(tǒng)，以單片機(jī)為核心，配合高清攝像機(jī)、紅燈信號(hào)檢測(cè)器、車(chē)輛檢測(cè)器、時(shí)鐘芯片以及遠(yuǎn)程通信模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)闖紅燈車(chē)輛，并發(fā)送給交管部門(mén)，該系統(tǒng)需要多種輔助設(shè)備支持，成本較高，另外由于路面環(huán)境惡劣，系統(tǒng)整體魯棒性并不強(qiáng)；公開(kāi)號(hào)為cn103050014a的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了交通車(chē)速檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，在每個(gè)車(chē)道上安置一個(gè)采集單元，其中采集單元包括第一、第二地磁傳感器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)信號(hào)節(jié)點(diǎn)用于采集地磁信號(hào)并計(jì)算車(chē)速，該方法具有檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)，但鋪設(shè)地磁線(xiàn)圈需要開(kāi)鑿路面，初期成本高，后期維護(hù)也不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于視頻分析的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)，由于路口相機(jī)安裝完畢之后，其視角內(nèi)的各車(chē)道線(xiàn)，信號(hào)燈等的位置也確定下來(lái)了，因此可以通過(guò)人工標(biāo)定或者自動(dòng)化標(biāo)定的方法來(lái)獲取這些交通信號(hào)標(biāo)志的信息。本發(fā)明的內(nèi)容建立在這些交通信號(hào)標(biāo)志的位置已事先標(biāo)定，并且各時(shí)刻的信號(hào)燈參數(shù)以及車(chē)輛軌跡信息也可獲取的基礎(chǔ)上，包括如下步驟：

步驟1：建立交叉路口的標(biāo)定信息，包括紅燈停直線(xiàn)bsl、左轉(zhuǎn)跟蹤停止線(xiàn)lsl、直行跟蹤停止線(xiàn)dsl和右跟蹤停止線(xiàn)rsl，它們由式(1)所示的二元組表示：

其中，bslp1(x,y)和bslp2(x,y)分別表示直線(xiàn)bsl在圖像中的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，式(1)中的其他含義以此類(lèi)推；

車(chē)道標(biāo)定的集合l如式(2)所示，其中n表示車(chē)道數(shù)，vli表示第i個(gè)車(chē)道，每個(gè)車(chē)道由左右兩條邊界線(xiàn)構(gòu)成，tli(x,y)和bli(x,y)分別表示車(chē)道vli左邊界線(xiàn)在圖像上的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，記左邊界線(xiàn)為lli＝(tli(x,y),bli(x,y))，tri(x,y)和bri(x,y)分別表示車(chē)道vli右邊界線(xiàn)在圖像上的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，記右邊界線(xiàn)為lri＝(tri(x,y),bri(x,y))，{l,d,r,ld,dr,lr,a}表示車(chē)道屬性，分別為左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)直行、直行右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、左中右均可，flagi表示車(chē)道vli的車(chē)道屬性取值；

對(duì)于任意從進(jìn)入交叉路口到離開(kāi)交叉路口的車(chē)輛，通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)與跟蹤算法獲取車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)軌跡，如式(3)所示，其中k為車(chē)輛的標(biāo)號(hào)，t表示用幀號(hào)表示的時(shí)刻，表示t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的實(shí)際時(shí)間戳；該車(chē)輛所在車(chē)道的信號(hào)燈狀態(tài)序列如(4)所示，其中j表示該車(chē)對(duì)應(yīng)的車(chē)道號(hào)，表示t時(shí)刻該車(chē)輛所在的第j個(gè)車(chē)道對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈狀態(tài)，{0,1}為信號(hào)燈狀態(tài)，0表示綠燈或黃燈，1表示紅燈：

步驟2：跨車(chē)道線(xiàn)行駛檢測(cè)，具體為：對(duì)于任意進(jìn)入交叉路口場(chǎng)景的車(chē)輛軌跡vk，它的初始位置為遍歷車(chē)道集合l，找到滿(mǎn)足式(5)的j即為vk的初始車(chē)道標(biāo)號(hào)：

其中，ta為計(jì)算三角形面積的函數(shù)，輸入為三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，輸出為三角形的面積，vlj為該輛車(chē)對(duì)應(yīng)的車(chē)道；

分析車(chē)輛軌跡vk，找到時(shí)刻ta，使其滿(mǎn)足：且且與bsl相交，其中,表示車(chē)輛ta時(shí)刻的位置與初始位置連接的線(xiàn)段；進(jìn)一步，對(duì)車(chē)輛軌跡中的每個(gè)t時(shí)刻的位置pt^k(x,y)，t<ta，記pt^k(x,y)與連成的線(xiàn)段為若l1和llj或l1和lrj存在交點(diǎn)，則判定車(chē)輛跨車(chē)道行駛，llj和lrj分別為對(duì)應(yīng)的車(chē)道vlj為的左右邊界線(xiàn)；

步驟3：不按導(dǎo)向車(chē)道行駛檢測(cè)，具體為：對(duì)于車(chē)輛的軌跡vk，令td表示車(chē)輛駛離檢測(cè)區(qū)域的時(shí)刻，根據(jù)式(6)可計(jì)算得到車(chē)輛消失時(shí)刻的方向direction，direction∈{left,direct,right}，left,direct和right分別表示車(chē)輛左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)；結(jié)合車(chē)輛vk的初始車(chē)道標(biāo)號(hào)j及其車(chē)道屬性flagj，若滿(mǎn)足：(flagj＝l&&direction≠left)||(flagj＝d&&direction≠direct)||(flagj＝r&&direction≠right)||(flagj＝ld&&direction＝right)||(flagj＝dr&&direction＝left)||(flagj＝lr&&direction＝direct)，則判定為不按導(dǎo)向車(chē)道行駛；

步驟4：闖紅燈檢測(cè)，具體為：遍歷車(chē)輛的軌跡vk，找到滿(mǎn)足下式的tb時(shí)刻：則判定為闖紅燈，其中，表示該車(chē)輛對(duì)應(yīng)車(chē)道vlj在tb時(shí)刻的信號(hào)燈狀態(tài)；

步驟5：平均通過(guò)時(shí)間檢測(cè)，具體為：設(shè)在給定時(shí)間內(nèi)有q輛車(chē)通過(guò)交叉路口，第k輛通過(guò)路口的時(shí)刻為t′k，k＝1,2,…,q，則平均通過(guò)時(shí)間tavg根據(jù)(7)計(jì)算：

其中，時(shí)刻t′k采用車(chē)輛通過(guò)該交叉路口的幀數(shù)表示；f為交叉路口監(jiān)控相機(jī)的幀率，單位為fps；

步驟6：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)車(chē)輛數(shù)檢測(cè)，具體為：設(shè)待檢測(cè)時(shí)間段的起始時(shí)間戳為time1，結(jié)束時(shí)間戳為time2，則單位時(shí)間通過(guò)車(chē)輛數(shù)按式(8)計(jì)算：

其中，num指在給定時(shí)間段[time1,time2]內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛總數(shù)；

步驟7：平均車(chē)速檢測(cè)，具體為：在給定時(shí)間段[time1,time2]內(nèi)的平均車(chē)速根據(jù)式(10)、(11)和(12)計(jì)算：

其中，t＝1,2,…,mk-1，cali表示通過(guò)事先標(biāo)定的每像素代表的物理距離。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明具有設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，檢測(cè)交通事件豐富，準(zhǔn)確率高以及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為交叉路口示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)闡述本發(fā)明的基于視頻分析的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)施方式。

步驟1：交叉路口數(shù)學(xué)模型建立，交叉路口如圖1所示，車(chē)輛停止線(xiàn)共有4條，分別為紅燈停直線(xiàn)(bsl，即圖中紅色線(xiàn)條)、左跟蹤停止線(xiàn)(lsl)、直行跟蹤停止線(xiàn)(dsl)和右跟蹤停止線(xiàn)(rsl)，根據(jù)事先標(biāo)定信息，把這4條直線(xiàn)分別參數(shù)化：

每個(gè)車(chē)道由4個(gè)點(diǎn)及其連線(xiàn)組成，車(chē)道vli,參數(shù)化為式(2)，其中n表示交叉路口車(chē)道數(shù),flag＝{l,d,r,ld,dr,a}表示車(chē)道屬性，分別為左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)直行、直行右轉(zhuǎn)以及全部：

車(chē)道的信號(hào)燈信息從外部獲取，參數(shù)化如下，其中i表示對(duì)應(yīng)的車(chē)道號(hào)，t表示時(shí)間，l＝{0,1}為信號(hào)燈狀態(tài)，0表示可通行(綠燈或黃燈)，1表示不可通行(紅燈)：

對(duì)于任意從進(jìn)入交叉路口到離開(kāi)交叉路口的車(chē)輛，由外部輸入車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)軌跡，參數(shù)化如下，其中i為車(chē)輛的標(biāo)號(hào)，t表示時(shí)間：

步驟2：跨車(chē)道線(xiàn)行駛檢測(cè)，進(jìn)入交叉路口場(chǎng)景的車(chē)輛它的初始位置為根據(jù)車(chē)輛的初始位置以及車(chē)道信息vlj，對(duì)于滿(mǎn)足式(5)的標(biāo)號(hào)j即為vi的初始車(chē)道標(biāo)號(hào)：

其中ta為計(jì)算三角形面積的函數(shù)，輸入為三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，輸出為三角形的面積，其中abs為求絕對(duì)值函數(shù)：

該方法的原理為，如果車(chē)輛位于車(chē)道內(nèi)，那么車(chē)輛的中心點(diǎn)與車(chē)道4個(gè)定點(diǎn)所組成的三角形面積應(yīng)該等于車(chē)道四邊形的面積，分析車(chē)輛軌跡vi＝{ptⁱ(x,y)|t＝1,2,.t.'}.，其中t’時(shí)刻，車(chē)輛第一次跨越紅燈停止線(xiàn)，車(chē)輛跨越紅燈停止線(xiàn)時(shí)，車(chē)輛當(dāng)前位置與初始位置連接的線(xiàn)段，紅燈停止線(xiàn)左端點(diǎn)bslp1(x,y)與右端點(diǎn)bslp2(x,y)連成的線(xiàn)段，兩者相交，因此跨越條件用下式(7)、(8)、(9)判斷：

通過(guò)式(7)、(8)、(9)判斷車(chē)輛跨線(xiàn)的同時(shí)，也求得了跨線(xiàn)的時(shí)間t’，對(duì)于車(chē)輛軌跡vi＝{ptⁱ(x,y)|t＝1,2,...t'}中的每一個(gè)點(diǎn)ptⁱ(x,y)，如果ptⁱ(x,y)與連成的線(xiàn)段l1和車(chē)道頂點(diǎn)tl^j(x,y)與bl^j(x,y)連成的線(xiàn)段l2(左邊車(chē)道線(xiàn))有交點(diǎn)，或者l1與車(chē)道頂點(diǎn)tr^j(x,y)和br^j(x,y)連成的線(xiàn)段l3(右邊車(chē)道線(xiàn))有交點(diǎn)，則說(shuō)明車(chē)輛跨車(chē)道行駛，屬于違章行為，予以記錄，其中線(xiàn)段相交方法通過(guò)式(7)、(8)、(9)求得；

步驟3：不按導(dǎo)向車(chē)道行駛，對(duì)于車(chē)輛的軌跡vi＝{ptⁱ(x,y)|t＝1,2,...t}，其中t為車(chē)輛駛離檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間，用式(5)、(6)判斷車(chē)輛的離開(kāi)條件，在獲得了車(chē)輛駛離檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間t之后，此時(shí)車(chē)輛的位置為ptⁱ(x,y)，通過(guò)下式判斷車(chē)輛為左轉(zhuǎn)、直行還是右轉(zhuǎn)：

結(jié)合車(chē)輛vi的初始車(chē)道標(biāo)號(hào)j及其車(chē)道屬性flag，判斷車(chē)輛是否不按導(dǎo)線(xiàn)車(chē)道行駛，如車(chē)輛最終判斷為左轉(zhuǎn)，但是初始車(chē)道j的車(chē)道屬性flag＝d，即直行，那么車(chē)輛vi在直行車(chē)道左轉(zhuǎn)，沒(méi)有按導(dǎo)向車(chē)道行駛，屬于違章現(xiàn)象，記錄下來(lái)；

步驟4：闖紅燈檢測(cè)，由(7)、(8)、(9)式，得到了車(chē)輛跨越紅燈停止線(xiàn)時(shí)的時(shí)刻t’以及車(chē)輛初始車(chē)道號(hào)j，由步驟3得到了車(chē)輛在駛離檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間t，對(duì)于車(chē)道j，各時(shí)刻的信號(hào)燈狀態(tài)由外部獲取，根據(jù)上述條件，根據(jù)下式判斷車(chē)輛是否闖紅燈，其中illegal(vi)＝1代表闖紅燈，反之則未闖紅燈：

上式中代表車(chē)輛跨越紅燈停止線(xiàn)時(shí)的信號(hào)燈狀態(tài)，代表車(chē)輛駛離檢測(cè)區(qū)時(shí)的紅綠燈狀態(tài)，若兩者都為1，則滿(mǎn)足了闖紅燈的兩個(gè)條件，故判定違章；

步驟5：平均通過(guò)時(shí)間，對(duì)于經(jīng)過(guò)交叉路口的每一輛車(chē)vi，其通過(guò)交叉路口的時(shí)間可以表示為ti，平均通過(guò)時(shí)間tavg通過(guò)下式求得：

設(shè)當(dāng)前路口的監(jiān)控相機(jī)的幀率為f(fps)，那么真實(shí)平均時(shí)間treal為:

步驟6：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)車(chē)輛數(shù)，設(shè)某一段時(shí)間t內(nèi)通過(guò)路口的車(chē)輛數(shù)量為n，視頻的幀率為f(fps)，單位時(shí)間通過(guò)車(chē)輛數(shù)通過(guò)下式計(jì)算：

式中t的含義同式(13)，即實(shí)際指的是視頻的幀數(shù)；

步驟7：平均車(chē)速，設(shè)車(chē)輛vi進(jìn)入時(shí)間為離開(kāi)時(shí)間為tⁱ(t指幀數(shù))，幀率為f(fps)，車(chē)輛行進(jìn)路程像素長(zhǎng)度為lⁱ＝lh+lw，若視頻中1像素對(duì)應(yīng)實(shí)際距離l(米)，車(chē)速及路口平均車(chē)速用下式計(jì)算，其中n表示車(chē)輛數(shù)：

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。