基于监控视频分析的高速公路能见度检测与预警系统研究

摘要

近些年来，由于自然环境的恶化，由雾霾、沙尘、强光等引起的低能见度天气对我国高速公路安全行车的影响越来越为严重，高速公路沿线的能见度天气全面检测与预警处置需求也变得愈来愈迫切。相比于常规能见度测量仪器造价昂贵、采样空间小、安装复杂、维护困难等缺点，密布于高速公路沿线的监控摄像机电设备所记录的交通监控视频包含了丰富的能见度信息，为高速公路能见度探测提供了新的思路。有鉴于此，本文利用高速公路沿线监控摄像头拍摄的监控视频，设计了一种基于监控视频的能见度检测方法，并围绕该方法开发了一款分布式的道路能见度检测与预警信息系统。具体而言，本文的研究内容包括：
　　（1）系统总体框架设计。在分析我国交通行业能见度监测与预警需求的基础上，设计了基于监控视频分析的高速公路能见度检测与预警系统的整体框架。该框架主要由上位机和下位机两部分组成：下位机围绕高速公路现场的视频监控系统搭建，用于视频分析和能见度计算；上位机部署于路网信息中心，向用户提供能见度监控、低能见度预警处置、公共信息发布等功能。
　　（2）能见度检测方法。该方法利用密集布设于高速公路沿线的监控摄像头，在摄像头视野内安装固定规格与颜色模式的参照物挡板，并基于经典能见度理论及视频图像分析技术，通过分析摄像头所采集的参照物图像的失真程度来计算实时能见度值。实验验证表明，该算法具有较高的检测精度，可以很好地满足我国高速公路的能见度检测应用需求。
　　（3）能见度检测与预警系统研发。该系统的下位机子系统运行于现场嵌入式工控机，其核心软件程序具有插件式体系结构；上位机子系统基于JAVA EE技术研发，具有包含实体层、业务逻辑层、表现层等的分层体系结构。示范应用表明，该系统能够持续全面检测高速公路沿线能见度，并及时发布第能见度预警，具有重要的应用价值。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 主要研究内容及思路

1.4 论文章节安排

1.5 本章小结

第二章 需求分析与系统总体设计

2.1 能见度检测方法对比

2.2 高速公路能见度检测需求分析

2.3 高速公路能见度检测系统总体设计

2.4 本章小结

第三章 基于监控视频的能见度检测方法

3.1 气象学能见度定义

3.2 基于监控视频的能见度检测方法

3.3 能见度检测算法验证

3.4 本章小结

第四章 下位机子系统设计与实现

4.1 下位机硬件设备

4.2 下位机软件程序

4.3 下位机子系统研发要点

4.4 本章小结

第五章 上位机子系统设计与实现

5.1 软件总体框架设计

5.2 数据实体层的设计与实现

5.3 业务层设计与实现

5.4 表现层设计与实现

5.5 本章小结

第六章 系统测试及示范应用

6.1 系统测试

6.2 系统示范应用

6.3 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢