公路交通车辆违章行为检测与监控实现系统

摘要

随着国民生活水平的提高，全国汽车保有量不断增加，随之而来的是各种交通安全事故时有发生。通过国家交通管理部门发布的交通事故分析显示，交通车辆的违章行为在所有交通故事诱发因素中占较大比例。进一步对这些交通违章行为进行技术分析，最为常见的违章行为包括车辆违停、非紧急情况下违规占用应急车道、随意变更车道等。在众多交通事故的背后往往存在着“小违章”导致“大事故”的现象，因驾驶人员交通安全意识薄弱，没有认识到交通车辆违章行为的危害，从而造成交通事故发生，严重的交通事故还可能造成重大财产损失和人员伤亡，影响公民出行安全。另一方面，国家正加快数字化智能交通监控系统建设，交通安防监控系统是整个智能交通监控体系中的重要组成部分。因此，加强交通违章行为系统建设，加快交通车辆违章行为检测研究具有重要的现实应用价值和市场前景。
　　本文主要应用了计算机视觉处理技术、智能视频分析技术以及数字图像处理技术等相关前沿技术。所涉及的具体技术有图像处理技术、图像分割技术、目标检测与跟踪技术、数字信号采集与处理等相关技术。研究了能适应于公路交通场景监控的车辆违章行为监控系统，并重点对车辆违停、非紧急情况下违规占用应急车道、随意变更车道这三种交通事故诱发率占比较高的车辆违章行为的检测识别实现方案进行了研究和设计，并通过系统开发调试和实现验证。具体包括:
　　(1)本文对现有监控模式进行了优化设计，提出了一种基于视频流的自动保存取证监控系统。该系统主要针对现有交通监控模式中，采用的是视频检测自动抓拍的方式进行交通场景监控，整个监控模式实现系统有一个反应抓拍环节，整个抓拍环节涉及到一个控制信号的发出、传输、执行，需要一定的反应时间。本文提出的监控系统优势在于:在实际应用中，减少了反应抓拍环节，也就减少了很多信息传输环节，从而保证了整个监控系统的稳定性和实时性。
　　(2)本文提出了一种基于几何坐标图像区域自由分割方法，在进行交通监控场景特定区域设置时，可通过此方法自由设置场景中所要监控的特殊区域。此方法是针对在进行公路交通违章停车和非紧急情况下违规占用应急车道监控时，采用的监控摄像头都是广角摄像头，在现实监控场景中，几乎采用的是角度偏差，视野调整等方法进行特别区域的监控，但这一定程度上限制的监控范围，而且还可能产生漏检或误检的情况。此方法优势在于:一是通过分割去掉了视频监控场景中许多无用的图像区域，在进行后续的相关图像像素处理时能减少计算量，一定程度上节约了图像信息处理运算时间，提升了整个监控系统的实时性。二是去除了图像中非特殊监控区域上其他车辆的图像信息，在进行后期的违章车辆车牌识别时，保证了系统识别准确率。
　　(3)本文对这三种常见车辆违章行为的检测实现方案进行了优化设计，通过监控软件系统设计开发，程序编写和相关算法调用，采用本地监控视频素材，验证了本文优化设计的监控模式的有效性和三种常见违章行为的检测实现方案的可行性和实效性。通过相关测试验证，取得了较好的结果，并对相应输出结果进行总结分析，所得测试结果基本达到了方案设计效果，对进行实地交通场景实时监控和车辆违章行为检测提供了优化的解决方案。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景与意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 交通监控国内外研究现状

1．2．2 车辆违章行为监控模式分析

1．3 论文研究内容、技术路线与创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．3．3 研究创新点

1．4 论文结构安排

第2章 系统监控模式与违章行为检测方案设计

2．1 基于视频流的自动保存取证监控系统监控模式设计

2．2 违章停车行为监控实现方案

2．3 非紧急情况下违章占用应急车道行为监控实现方案

2．4 随意变更车道违章行为监控实现方案

2．5 常见违章行为联合监瞄契现方案

2．6 本章小结

第3章 公路交通监控视频图像预处理与分割

3．1 监控视频图像预处理

3．1．1 图像去噪平滑处理

3．1．2 图像金字塔采样处理

3．1．3 视频监控图像直方图均衡化

3．2 监控视频图像分割

3．2．1 监控视频图像分割方法分析

3．2．2 基于几何坐标的图像分割方法实现

3．3 本章小结

第4章 监控车辆的检测跟踪

4．1 运动车辆检测

4．1．1 背景差分法

4．1．2 背景建模的监控车辆检测

4．2 监控场景中的车辆跟踪

4．2．1 卡尔曼滤波算法跟踪

4．2．2 质心计算跟踪

4．2．3 车辆运动轨迹分析

4．3 本章小结

第5章 违章车辆的车牌识别

5．1 车辆图像获取

5．2 车牌定位

5．3 车牌字符分割

5．4 车牌字符识别

5．5 本章小结

第6章 软件系统的开发与测试

6．1 软件系统开发

6．1．1 系统开发环境

6．1．2 系统功能模块介绍

6．2 功能模块测试

6．2．1 违章停车行为检测

6．2．2 非紧急情况下违章占用应急车道行为检测

6．2．3 随意变更车道违章行为检测

6．2．4 常见违章行为综合检测

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果