汪文斌，　于艳玲

(中海网络科技股份有限公司，上海 200135)

基于视频的自助发卡车道异常行为检测

汪文斌，于艳玲

(中海网络科技股份有限公司，上海 200135)

摘要:为有效实现对高速公路自动发卡机的监控管理，减少异常取卡盗卡情况的发生，提出一种基于视频的自助发卡车道异常行为检测系统。通过视频检测手段，编写视频检测算法，利用目标提取、目标跟踪等方法实时检测发卡车道内目标的行为，发现异常后通过以太网及时报警，并按照用户的设置对发卡机和报警器进行控制。模拟测试结果表明：系统能有效实现对自动发卡机的监控管理，可直观、及时地反映收费站现场情况，是高速公路收费站现代化管理的重要手段。

关键词:自助发卡；异常取卡；目标跟踪；视频监控

0引言

随着我国社会经济快速发展，高速公路上车辆的通行量日益增长，收费站面临着严峻的挑战。对此，一些人员编制不足的收费站设置了自助发卡车道，以方便司机自助快速取卡，顺利通过。但是，此种方式在给车辆通行带来便捷的同时，也逐步显现出一些问题：一些不法分子利用自动发卡机的漏洞多次取卡后倒卖高速通行卡，从而进行逃费、漏费等一系列违法犯罪活动。这种行为不仅会给国家带来经济损失，而且会扰乱高速公路上正常的通行秩序，造成交通安全隐患。

目前计算机视频分析技术在各个行业中被广泛应用。智能分析系统能让前端摄像机实时、自动“发现情况”，主动“分析”视野中的监视目标，同时判断出这些被监视目标的行为是否存在异常动作，并对已经出现或将要出现的异常行为及时向值班人员发出警报，切实提高高速公路的安全防范能力，实现智能化监控。

2应用环境

监控摄像机安装在自动发卡车道的雨棚灯附近，满足照射车尾的安装要求，具体安装位置及监控范围实景见图1。

(a) 摄像机安装示意图

(b) 摄像机监控范围实景图

3检测原理

3.1思路概述

经检测，目前高速公路自动发卡机车道存在的异常取卡行为主要有机动车倒车反复取卡、摩托车取卡和行人取卡等。

(1) 对于机动车倒车反复取卡，主要检测车辆在特定区域是否存在倒车异常行为，若有倒车，即发出报警信号；

(2) 对于摩托车取卡和行人取卡，只要检测到摩托车、行人出现在特定区域并逗留取卡，就直接发出报警。

检测到以上行为时，除了发出警报信息以外，还要将行为图片和视频作为证据保存起来。

3.2机动车逆行检测法

机动车检测采用轨迹跟踪法，通过分析车辆一段时间内的行驶轨迹来判断该车辆是否正常通过发卡车道。车辆正常通过自动发卡车道时，行驶至自动发卡机，触发发卡线圈，按键取卡，然后继续向前行驶通过收费站。如果车辆在行驶至栏杆机位置时又往后倒车，为异常行为。

3.2.1目标轨迹跟踪

对于车辆以及其他明显区别于行人的道路目标，采用角点跟踪算法。目标运行过程中，用变模板正向最小差值匹配跟踪算法，同步寻找角点在每帧图像中出现的位置；当找到新的目标位置时，用当前位置信息更新模版数据。匹配及跟踪原理见图2。车辆正常通过车道轨迹及异常情况下轨迹对比见图3。

图2匹配跟踪原理

3.2.2逆行车辆检测

为实现对车辆逆行事件的精确检测，分别对每行像素进行车辆正确行驶方向的标定。受采样频率和车辆速度的限制，可认定在相邻3个像素范围内车辆的运动轨迹呈均匀变化，此时计算误差较小。假定图像大小为720×288，从图像下边沿第0行像素开始分别对各行像素进行方向标定，对于远离摄像机方向为行驶正方向的路段，其第k行方向矢量为

(1)

(a) 正常通过车辆

(b) 异常车辆

对于驶向摄像机方向为行驶正方向的路段，其第k行方向矢量为

(2)

对于逆行车辆，其实际行驶的方向与车辆正确行驶方向的夹角具有一定特征，模型可简化为图4。

(a) 同向行驶路段车辆正确行驶方向设置

(b) 双向行驶路段车道正确行驶方向设置

车辆在正常行驶过程中，其行驶方向并不会突然发生剧烈的转变，故可对图5中所设的区域进行适当更改。这里将车辆逆行时的跟踪轨迹与标定车道线正确行驶方向的夹角定义为120°。为实现对事件的精确检测，规定对于每条目标运动轨迹，当其与车道正常行驶方向的夹角超过120°的数量大于设定的阈值时，则判定该条运动轨迹为逆行轨迹，即被跟踪车辆出现逆行行为。

图5　车辆行驶方向与设定正确行驶方向向量示意图

(3)

在实际检测过程中，当θ>120°时，则将相应计数器加1；当满足逆行条件的数量大于设定阈值时，则可判定当前跟踪车辆逆行。

3.3摩托车及行人异常取卡检测法

摩托车和行人的体积较小，盗卡方式各异，因此采用轨迹分析的方法很难包罗所有行为。但是，摩托车和行人与其他机动车辆的差异明显，很容易用车宽和车长对车型进行粗略分类，从而判断目标是否为摩托车、行人之类的小目标。因此在测试中，对行人和摩托车采用同一种方法检测，即运用局部检测和车型分类相结合的方法，通过在发卡机附近区域内检测是否存在小目标来判断是否有摩托车异常取卡。

3.3.1车辆长宽识别及位置定位

根据视频图像序列，对图像进行二值化编码，提取出车道移动目标(见图6)。采用Randon纵向和横向分别投影变换的技术进行分析，投影结果见图7。

图6视频图像二值化编码

(a) 纵向投影

(b) 横向投影

3.3.2车辆平面形状提取及定位

根据投影关系，可提取出车辆的平面形状，并定位出车辆的位置(见图8)。通过对比可判断出是否有摩托车停在发卡机处。

4测试数据统计

在贵阳某收费站运用该系统进行了模拟测试，安排了小汽车、摩托车和大卡车异常取卡试验，其中：小车为福克斯3厢；摩托车为常见的汽油摩托车；大卡车为重型卡车，车长>9 m，车高>5 m。测试方法为车道模拟测试。测试时间分别为15:00-17:00，19:00-21:00。试验数据见表1。

5结语

提出的基于视频的自主发共车道异常行为检测系统通过对新型视频分析报警系统和计算机技术进行有效结合，有效地实现了对自动发卡机的监控管理，减少了异常取卡盗卡情况。该系统平台可以直观、及时地反映收费站的现场情况，增强安全保障措施，是实现高速公路收费站现代化管理的重要手段，值得进一步推广。

(a) 机动车定位及形状尺寸

(b) 摩托车定位及形状尺寸

参考文献：

[1]张凡忠.智能视频分析技术在视频监控中的应用[J].中国安防，2013(12)：56-61.

[2]于艳玲，王韬，袁彬，等.基于视频的车速检测算法研究[J].现代电子技术，2013，36(3)：158-161.

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[6]谭中慧，张勇.利用轨迹跟踪的视频交通事件检测算法[J].上海船舶运输研究所学报，2013，36(2)：26-32.

收稿日期：2015-06-16 2015-04-08

作者简介：汪文斌(1976—)，男，安徽宿松人，工程师，硕士，主要研究方向为智能交通。 葛红(1983—)，女，安徽蒙城人，工程师，从事城市交通信息化咨询、设计工作。

文章编号：1674-5949(2015)03-069-05 1674-5949(2015)03-074-04

中图分类号：TP274；TP391.41

文献标志码：A

Video-based Abnormal Behavior Detection for Traffic Lane

WangWenbin,YuYanling

(China Shipping Network Technology Co ., Ltd，Shanghai 200135,China)

Abstract:The vehicle abnormal behavior detector is developed to guard against the illegal toll evasion on traffic lanes with the automatic card machine.The detector monitors the traffic lane with video camera and checks the behavior of vehicles in real time through target extraction, detection and tracking, and delivers alarm via network when any abnormal action is found. The system can also control the automatic card machine and the alarm device according to the setting. The simulation tests indicate that the system is able to remotely supervise the operation of the Automatic Card machine.

Key words:automatic card issuing; illegal card fetching; target tracking; video monitoring

上海支持船舶靠港使用岸基供电

近日，上海市人民政府批准同意市交通委、发展改革委和市财政局等部门共同研究制订的《上海港靠泊国际航行船舶岸基供电试点工作方案》(以下简称《工作方案》)。该《工作方案》已由上述3个部门联合印发实施。根据《工作方案》，上海市将通过节能减排专项资金和港口建设费，共同支持国际集装箱码头及邮船码头投资建设和使用岸基供电设施，支持范围包括岸电设施建设费、电力增容费、船舶使用岸电所致的电费差价和运行维护费。

在上海市大气污染物排放清单中，国际航行船舶是船舶污染物排放的首要来源，其排放量占船舶排放总量的90%以上。尤其是在停泊靠岸期间，其使用发动电所产生的污染物给上海市空气环境质量改善带来了很大压力。转而使用岸电后，其NOx排放量将减少99%，颗粒物排放量也只相当于辅机发电时的3%~17%。该做法在北美和欧洲等地已被较多使用，国内尚处于起步阶段。

此外，为进一步提高港口企业投资建设岸电设备的积极性，还将根据岸电设备的用电量对相关维护费用给予0.07元/kW·h的补贴，同时鼓励码头所在区县给予配套政策支持。目前上海市洋山冠东码头和吴淞邮船码头已启动岸电建设工作，大型远洋集装箱船舶有望在年内实现我国境内靠港使用岸电。今后，上海市使用岸基供电的码头和船舶的范围都将进一步扩大。