专利名称：一种通过电子眼视频自动判断交通拥堵等级的方法
技术领域：
本发明涉无线城市视频监控技术应用领域，尤其是涉及一种通过电子眼拍摄道路 视频监控信息进行的交通拥堵程度的自动判断及查询方法。
背景技术：
交通拥挤是各大中城市越来越面临的现实问题，由于车辆越来越多，道路的建设 速度一般跟不上车辆的增长速度，因此堵车更象越来越普遍，尤其是在上下班高峰期尤为 严重。作为一个驾乘人员，在驾车要去某个目的地之前，能提前得到可选择的各条路线上的 各路段的堵车状况，就可以避开堵车严重的路段，选择最佳的行驶路线。但目前一般是通过 一些本地的广播电台的交通节目来获取上述信息，主要是由行驶在各路线的助人为乐的驾 乘人员朋友们将自己所在的路段的堵车状况通过电话或手机短信通知给交通节目主持人， 再由节目主持人广播出来。这种方式弊端很多，首先是信息不全面不完整，可能有的堵车 的路段上有驾乘人员重复发送堵车信息，也有的路段上没有人发送路况信息，而且都是人 为搜集、分析信息，缺乏一定标准，结果存在误差的可能性也较大。另外的上述的路况信息 是通过电台广播的方式单向传播的，没有互动性，需要某些路段的路况信息的驾乘人员必 须将电吧广播的路况交通信息完整收听，才能从中注意到是否有自己关注的路段的交通信 息，但这对很多驾乘人员来说都是有困难的，如必须打开收音机仔细听，不放过任何环节， 而且被关注的路段，在被关注的时间必须有助人为乐的驾乘人员主动将所在路段的路况信 息及时通知给交通节目主持人，而且由节目主持人及时广播出来，要完成这些每个环节并 不容易。对驾乘人员朋友来讲，最理想的情况是，对自己所关注的路段，最好是能立即查询 到准确的实时路况信息，因此城市道路中各路段的实时路况信息的自然采集、分析及查询 成为急待解决的问题。另一方面，随着通讯技术的发展及信息化的普及，乘车出行的人们对 前方道路拥堵状况的查询需求越来越强烈，进入3G时代，无线城市出在渐渐与人们的工作 生活息息相关，其中道路实况的查询就是无线城市的一项重要应用。但直接通过现场视频 来判断道路拥堵状况，网络流量大，查询效率低，尤其是当大量用户并发查询时，会造成网 络数据阻塞，需要通过一种专门的查询技术来实现。
发明内容
本发明为解决城市道路中的特定路段的堵车状况查询，提供了一种通过电子眼视 频自动判断交通拥堵等级的方法，该方法包括如下步骤步骤1 服务器接收电子眼发送的道路现场视频，提取视频图像中一定区域的前 景移动目标；这里不考虑视频中的道路背景及静止的目标，只提取移动的目标，主要是行驶 中的车辆；步骤2 检测每个移动目标的线性移动速率，并对所有移动目标按其速率值进行 排序；在这里分析移动目标在视频中的相对速率，指一定时间内某个目标的移动的直线距 离，考虑到发生堵车时，车辆一般是走走停停，因此选择一个合理的时间间隔，计算出车辆行进的平均速率。步骤3 保留排序表中速率值处于中间值的、且与中间值的差小于一定数值的移 动目标的速率值，去除其余的移动目标的速率值，并计算该保留的移动目标的平均速率值， 自动计算所检测道路上的正常速率减去平均速率的差值，将差值划分为不同的等级，自动 填写到所检测道路的拥堵等级数据库中；步骤4 服务器接收到手机发来的特定路段交通拥堵等级的查询请求，从步骤3的 数据库中自动调出所检测道路的拥堵等级发送给手机，可通过短信发送。在上述步骤中，监控服务器对视频图像进行连续分析，选择视频图像中特定移动 目标的相对移动速率，并将相对移动速率划分为一个以上等级，该等级就是交通拥堵程度 等级，相对移动速度越低，相应的交通拥堵程度等级越高，表示拥堵越严重，如交通拥堵程 度等级从低到高可分为“畅通、多车、微堵、较堵、重堵” 5个等级。在本发明中的上述特定移动目标具有一定的尺寸范围，该尺寸为视频画面中的相 对尺寸，这里的尺寸主要是指机动车的尺寸，因为堵车一般是指机动车而言的，因此在这里 的移动目标中，要排除行人及自行车等不构成堵车因素的较小目标。交通拥堵的主要原因就是车辆的行驶速率过低，因此要判断交通拥堵程度，就要 检测车辆的相对移动速率，相对移动速率的测量方法有两种，分别是(1)特定的移动目标 在连续拍摄的视频画面中，移动一定的距离除以所需时间的商；(2)或特定的移动目标在 其移动方向上的长度除以该移动目标的首尾端经过其移动线路上的某个特定点所需的时 间的商。一般的车辆在道路上行驶的速率经常是不同的，即使在堵车的时候也如此，因此 仅对个别的车辆的速率进行检测，结果是不准确的，但检测所有的车辆增加了技术复杂性， 而且结果也不准确，如在堵车的队伍中，有的车辆因驾乘人员好见缝抢行，移动得明显比其 他车快，但有的车因卡在特殊角落，也行长时间停滞不前或行动移动得明显比其他车慢，因 此计算平均速率也不合理，必须要将上述过快或过慢的车辆排队，只计算大部分正常移动 的车辆的平均速率，才有实际意义。鉴于这种情况，在计算相对移动速率时计算大部分正常 移动的移动目标的平均速率，将这些移动目标的特定时刻的相对速率建立正态分布曲线， 并在正态分布曲线上找出两个最大的速率突变点，将正态分布曲线分为3段，取中间的移 动目标速率平均值为相对移动速率。通过上述的步骤，监控服务器可以对特定区域内的交通拥堵程度进行自动判断， 而且可以计算出拥堵等级，然后这个结果可以提供给公众查询，该查询方法包括如下步 骤步骤A 监控服务器将每次测量并计算出的交通拥堵程度等级及其相对速率，以 及电子眼拍摄视频图像时的拍摄时间及监视区域编码自动登记到监控服务器的一个交通 拥堵查询表中；步骤B 手机登向监控服务器发送查询特定监视区域在特定时间的交通拥堵程度 等级的查询指令，当该特定时间为当前时间时也可以省略；这里的手机为接入互联网的电 脑，同时监控服务器也接入互联网；或所述的手机为接入通讯网的电话终端，如移动电话， 同时监控服务器也接入通讯网。步骤C 监控服务器从交通拥堵查询表中查找同时满足包含上述特定监视区域及
5特定时间的记录，如果省略特定时间时，则在查询包含特定监视区域的有记录中选择最新 登录的记录，如果找到，将记录内容发送给手机。上述的查询过程可通过监控服务器与手机间的信息交互而实现，具体有如下两种 方式I.自动语音方式通讯终端拨打分配给监控服务器的特定自动语音服务号码，接通后，根据监控服 务器的自动语音提示，在通讯终端上输入监视区域编码及特定时间，并将其发送给监控服 务器，如果该特定时间为当前时间时可省略；监控服务器接收到通讯终端发来的监视区域 编码及特定时间后，执行步骤B及步骤C的过程，并将查询的结果以语音方式播放给手机。II.短信方式通讯终端向分配给监控服务器的特定短信号码发送一条查询短信，短信内容为监 视区域编码及特定时间，监控服务器收到该查询短信后，提取查询短信中的监视区域编码 及特定时间后，执行步骤B及步骤C的过程，并将查询的结果以短信方式发送给手机。对上述技术方案的进一步改进在于，如果所述的监视区域包括有红绿灯的十字路 口，监控服务器向手机发送的结果中，还包括堵车进的红绿灯等待周期及等待通过时间，该 等待周期及等待时间的计算方法为如果需要监视的路段长度超出了电子眼的监视区域范围，则在需要监视的路段上 安装多个电子眼，形成多个相连的监视区域，以覆盖整个要监视的路段；在每个电子眼监视区域内，各计算一个车流平均速率，再将各监视区域的车流平 均速率计算一个平均值，就是整个监视路段的总车流平均速率，这里的速率计算只分析车 辆在绿灯是行驶的速率，不考虑等待红灯的时间；监视路段的长度除以上述的总车流平均速率，就得到车辆在绿灯时行驶的时间， 再除以要通过的十字路口的绿灯持续时间，就可以得到要等待的红绿灯周期个数，该个人 数乘以红绿灯循环一个周期的时间，就得到车辆在该整个路段上通过时所需的平均时间。本发明可带来如下有益效果在需要对交通拥堵进行监视的道路区域安装电子眼后，就可以实现道路交通拥堵 状况的自动分析判断了。由于目前不少大中城市的主要交通路段，尤其是有红绿灯十字路 口得电子眼已经非常遍及，而这些地方也是最容易发生堵车的地段，就可以直接利用现有 的电子眼资源实现交通拥堵状况的分析及查询，通过很低的建设成本及运营成本，可以为 广大的驾乘人员朋友们提供及时互动的交通路况信息查询。说明书附1为本发明的交通拥堵等级测试及查询流程图。
具体实施例方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合具体实施方式
对本发 明作进一步的详细描述。A市的某个十字路口是一个南北交通要道，其中由南至北路段经常发生路面堵车 现象，有时堵车现象很严重，为了疏导车流，在发生路面堵车时及时通知后来的车辆改道而 行，采用了本发明的交通拥堵程度的自动判断及查询方法，除了利用十字路口原有的电子眼外，在距离十字路口的该道路的500米内又依次安装了 4个电子眼，每100米为一个电 子眼，通过这5个电子眼，就拍摄该500米内的整条道路的路况视频了，这500米也是堵车 严重时的堵车区域，在此之外的600米处，有一个小的十字路口，在上述交通要道严重堵车 时，在此小的十字路口处树立交通牌提示后来车辆绕道而行。 将本发明的技术引入上述路段的堵车查询服务中，建立一个交通拥堵程度自动查 询中心，以后简称堵车查询中心。在堵车查询中心建立一个监控服务器，该服务器接入互联 网，并将上述的5个电子眼接入互联网，与监控服务器建立实时在线连接，电子眼拍摄的道 路现场视频图像可实时发送到监控网络的监控服务器，由服务器进行处理；见附
图1，为了提高分析的准确性，5个电子眼分别对各自监视的100米内的道路 车辆行驶速率进行分析，将分析的车辆的长度定义在300cm以上，也就是一般的小汽车的 最短长度，在电子眼拍摄的视频画面上，按500 1的比例缩小，因此在视频车面上的有效 车辆的最短长度为0. 6cm,即电子眼所拍摄到的道路上的视频车面中，移动的对象长度不低 于0. 6cm时，才对其移动速率进行检测，对低于这个长度的对象，对行人、自行车等不予考 虑(图1之101)。对道路上行驶的车辆按如下方法进行测速(图1之102)1、在电子眼监视区域的中间选择30米作为测速区，在电子眼拍摄视频图像画面 上，为6cm，在视频画面的道路中间标一个虚拟测速带，该测速带与道路垂直，在与道路平行 的方向上的长度6cm。2、在拍摄的视频画面中，当满足长度条件的车辆进入该测速带后，测量该车辆的 通过测速带所需的时间(指车头接触到测速带及车尾刚离开测速带所需时间)，可精确到 毫秒。如一辆车通过测速带的时间为6秒，则其速率为5米/秒，也就是18公里/小时。在这里电子眼要测量符合条件的所有车辆通过测速带的时间，在检测车辆通过测 速带的过程中，如果发现有车辆在行动测速度在行驶时改变了车道，则放弃测量，只测量未 变道的车辆的速率，可提高测量准确性。该测量过程在监控服务器上进行，根据对视频画面 中车辆通过测速带的时间来计算。该条道路在通向十字路口的方向为4车道，监控服务器 可一次测量每个电子眼监视区域内通过测速带的4辆车的速率，5个电子眼则一次可测量 出20辆车的速率，据此可计算出整个监视区域内该条道路上的车流的平均速率，从而判断 路面堵车状况。在上述的20辆车的速率数据中，部分不符合要求，需要在计算平均速率时 将速率异常的车辆排除。如其中5辆车变道行驶，其速率异常，视为无效数据。下面是从靠近十字路口开始的500米内5个电子眼所监视的区域内的某时测量的 15个车辆的有效速率数据，见表1，表中数字单位为秒，指每个电子眼监视的路段中4辆车 中的每辆车通过测试带的时间，其中表中最后的速率单位为米/秒。
第3辆车51362214第4辆车50433423每段速率1. 92. 32. 94. 57. 3总平均速率为3. 8米/秒表 1交流拥堵等级的划分(图1之103)上述数据是在整个500米的监视路段内所有的车辆在绿灯时行驶过程中测量的 即时速率及平均速率，一般来说，远离十字路口的各路段的车辆速率逐渐增加。为了更形象 地对堵车状况进行描述，也为公众提供交流方便，这里将相对移动速率划分为5个等级，该 等级就是交通拥堵程度等级，相对移动速度越低，相应的交通拥堵程度等级越高，表示拥堵 越严重，如交通拥堵程度等级从低到高可分为“畅通、多车、微堵、较堵、重堵”5个等级，见下 表2。
堵车等级速率范围(P)堵车描述110 < P畅通27 < P ξ 10多车34 < P ξ 7微堵41 < P ξ 4较堵5P彡1重堵表中P为车辆的平均速率，单位米/秒表2上表中对每种等级的速率范围给出了具体值，从这里可以看出表1所述的路段的 交通堵车等级为4等，是属于“比较拥堵”的情况。为了更进一步地分析堵车程序，可以估 计车辆在通过上述500米的堵车路段时需要的时间及等待的红绿灯周期，上述的速率只是 在绿灯时车辆移动时的数据，因此平均速率为车辆在绿灯期间的平均移动速率，则以上述 的3. 8米/秒的平均速率为行驶完500米的路段，所需的行驶时间约为132秒(500 + 3. 8)， 在这个十字路口，红绿灯变化周期为140秒，路段上，南至北路段的绿灯时间为40秒，则行 驶132秒需要经过3. 3个(132 + 40)绿灯周期，通过该500米的路段总共需要的时间为462 秒(140*3. 3)也就是需要等待3个以上的红绿灯周期，约7. 7分钟。有了上述数据，堵车查询中心建立堵车查询数据库，就可以为公众提供服务了，将 上述的十字路口进行编号，由南至北路段的编号为1008，对外公布了查询的电话号码(同 时也是短信号码)为122160，以及杳询网址http://www. 122160. com。公司可以通过手 机短信、电话语音、上网三种方式来查询特定路段的实时堵车状况，下面通过三种查询方式
8(图 1 之 104)查询方式1 手机短信查询查询者在手机上编辑内容为要查询路段编辑的短信发送到堵车查询中心的短信 号码上，即在本实施方式中，短信内容为“1008”，短信的接收号码为“122160”。堵车查询中心的监控服务器接收到上述短信后，从短信中提取路段编号“1008”， 从车堵车数据库中提出该路段的最新堵车数据如下(本实施方式中前述的数据)当前平均速率3. 8米/秒；堵车等级4级，比较拥堵；路段通行时间约462秒；等待红绿灯周期3个以上监控服务器可将上述内容的短信回执给查询者，查询者就可以知道其查询的路段 的当前堵车情况了。对上述的查询还可以收费，这样可以为驾乘人员提供更多的服务内容， 如让查询者收看路段的现场直播视频，监控服务器可以将电子眼发来的视频片段发送给查 询者。查询方式2 电话语音查询上述的查询过程，也可以通过自动语音方式实现，在查询中心的监控服务器安装 语音查询系统，当查询者拨打电话号码122160接通后，语音提示查询者输入路段编号，查 询者可在自己的话机上输入“1008”，服务器自动将实施例1中的查询结果语音方式播报给 查询者。查询方式3:上网查询上述的查询过程，也可以通过电脑上互网联或手机上WAP网查询，在浏览器中输 入网址:http://www· 122160. com就可以进入查询网站主页，查询者输入路段编号“ 1008”， 实施例1中的查询结果将显示在页面上，查询者还可以播放该路段的现场视频，更直观地 了解该路段的堵车状况。
权利要求
一种通过电子眼视频自动判断交通拥堵等级的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤步骤1服务器接收电子眼发送的道路现场视频，提取视频图像中一定区域的前景移动目标；步骤2检测每个移动目标的线性移动速率，并对所有移动目标按其速率值进行排序；步骤3保留排序表中速率值处于中间值的、且与中间值的差小于一定数值的移动目标的速率值，去除其余的移动目标的速率值，并计算该保留的移动目标的平均速率值，自动计算所检测道路上的正常速率减去平均速率的差值，将差值划分为不同的等级，自动填写到所检测道路的拥堵等级数据库中；步骤4服务器接收到手机发来的特定路段交通拥堵等级的查询请求，从步骤3的数据库中自动调出所检测道路的拥堵等级发送给手机。
2.根据权利要求1所述的通过电子眼视频自动判断交通拥堵等级的方法，其特征在于 所述的特定移动目标具有一定的尺寸，该尺寸为视频画面中的移动目标的投影面积。
3.根据权利要求1所述的通过电子眼视频自动判断交通拥堵等级的方法，其特征在 于，所述移动速率的测量方法为特定的移动目标在连续拍摄的视频画面中，移动一定的距 离除以所需时间的商；或特定的移动目标在其移动方向上的长度除以该移动目标的首尾端 经过其移动线路上的某个特定点所需的时间的商。
4.根据权利要求1至3中任何一条所述的通过电子眼视频自动判断交通拥堵等级的 方法，其特征在于，所述的移动目标为一个以上，将这些移动目标的特定时刻的相对速率建 立正态分布曲线，并在正态分布曲线上找出两个最大的速率突变点，将正态分布曲线分为3 段，取中间的移动目标速率平均值为有效移动速率。
5.根据权利要求1所述的通过电子眼视频自动判断交通拥堵等级的方法，其特征在于 所述交通拥堵程度等级分为5个等级。
6.一种根据权利要求1或5所述的交通拥堵等级的查询方法，其特征在于，该方法包括 如下步骤步骤A 监控服务器将每次测量并计算出的交通拥堵程度等级及其相对速率，以及电 子眼拍摄视频图像时的拍摄时间及监视区域编码自动登记到监控服务器的一个交通拥堵 查询表中；步骤B 手机向监控服务器发送查询特定监视区域在特定时间的交通拥堵程度等级的 查询指令，当该特定时间为当前时间时省略；步骤C 监控服务器从交通拥堵查询表中查找同时满足包含上述特定监视区域及特定 时间的记录，如果省略特定时间时，则在查询包含特定监视区域的有记录中选择最新登记 的记录，如果找到，将记录内容发送给手机。
7.根据权利要求6所述的交通拥堵程度等级的查询方法，其特征在于所述的查询过程 可通过监控服务器的自动语音方式进行，方法是通讯终端拨打分配给监控服务器的特定 自动语音服务号码，接通后，根据监控服务器的自动语音提示，在通讯终端上输入监视区域 编码及特定时间，并将其发送给监控服务器，如果该特定时间为当前时间时可省略；监控服 务器接收到通讯终端发来的监视区域编码及特定时间后，执行步骤B及步骤C的过程，并将 查询的结果以语音方式播放给手机。
8.根据权利要求6所述的交通拥堵程度等级的查询方法，其特征在于所述的查询过程 可通过监控服务器与手机间的短信方式进行，方法是通讯终端向分配给监控服务器的特 定短信号码发送一条查询短信，短信内容为监视区域编码及特定时间，监控服务器收到该 查询短信后，提取查询短信中的监视区域编码及特定时间后，执行步骤B及步骤C的过程， 并将查询的结果以短信方式发送给手机。
9.根据权利要求6所述的交通拥堵程度等级的查询方法，其特征在于，如果所述的监 视区域包括有红绿灯的十字路口，监控服务器向手机发送的结果中，还包括堵车时的红绿 灯等待周期及等待通过时间，该等待周期及等待时间的计算方法为如果需要监视的路段长度超出了电子眼的监视区域范围，则在需要监视的路段上安装 一个以上的电子眼，形成一个以上相连的监视区域，以覆盖整个要监视的路段；在每个电子眼监视区域内，各计算一个车流平均速率，再将各监视区域的车流平均速 率计算一个平均值，就是整个监视路段的总车流平均速率，这里的速率计算只分析车辆在 绿灯是行驶的速率，不考虑等待红灯的时间；监视路段的长度除以上述的总车流平均速率，就得到车辆在绿灯时行驶的时间，再除 以要通过的十字路口的绿灯持续时间，就可以得到要等待的红绿灯周期个数，该个数乘以 红绿灯循环一个周期的时间，就得到车辆在该整个路段上通过时所需的平均时间。
全文摘要
本发明公开了一种通过道路实况视频的交通拥堵程度自动判断方法，包括如下步骤1)在需要进行交通拥堵监视区域安装电子眼，使电子眼的拍摄范围覆盖上述的监视区域；2)启动电子眼对上述的监视区域进行拍摄，并将拍摄的视频图像实时发送到监控服务器；3)监控服务器计算出移动目标的相对移动速率，并确定拥堵等级。用户可通过手机短信、电话语音或上网来查询特定路段的当前堵车数据。本发明可利用现有的电子眼资源，实现道路交通拥堵状况的自动分析判断及用户查询，通过较低的建设成本及运营成本，可以为广大的驾乘人员朋友们提供及时互动的交通路况信息查询。
文档编号G06F17/00GK101923777SQ20091010806
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者赵忠华 申请人:深圳市融创天下科技发展有限公司