一種基於視頻融合的平面交叉口交通衝突檢測方法
2023-06-15 21:49:51 2
專利名稱：一種基於視頻融合的平面交叉口交通衝突檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種基於視頻融合的平面交叉口交通衝突檢測方法。利用多個分布在平面交叉口的攝像頭對路口的交通狀況進行拍攝和實時存儲，將拍攝所得的視頻進行融合，得到路口交通狀況全景圖。在全景圖中對運動物體的運動參數進行提取，從而計算出交通衝突數目和交通衝突嚴重程度，實現對交叉路口的安全評價。
背景技術：
交通衝突技術在世界上許多國家已經得到廣泛地應用，成為國際上用於定量研究多種交通安全(特別是地點安全)問題及對策的重要方法。國外的主要研究成果及結論有CharlesV. Zegeer等在1976年，應用交通衝突技術評價了信號交叉口綠燈信號延時系統的有效性；美國W. D. Glouz等對大墩薩斯城地區46個信號交叉口與非信號交叉口的事故與衝突進行了調查，將事故和衝突分為12種類型，並建立了模型；BrianL. Allen等通過對交叉口衝突和碰撞發生過程的分析，對交通衝突技術進行了修改補充，得出結論交通衝突技術能夠可靠地預測和評價交通事故；EzraHauer等在1984年論述了交通衝突技術的有效性，分析了點估計法和極大似然估計法的差別，認為極大似然估計法的效果較好，與實際值較為接近。另外，各個國家關於交通衝突技術的研究也各有特點美國利用利用交通衝突技術研究交叉口存在的各種問題，並分析交叉口的信號與交通流的關係，評價有問題的交叉口的設計要素；英國道路交通研究所認為，根據廣義的衝突定義不可能找出衝突與事故的關係，但嚴重衝突卻與事故密切相關，所以可用衝突法作為研究交叉口交通安全的評價方法；瑞典通過實驗發現，受傷事故與交通環境、交通量及車輛密切相關，可用衝突技術評價交通安全措施的效果及交叉口重新改造的效果。我國的交通衝突技術始於20世紀80年代後期，目前尚處於起步階段，目前的研究重點主要集中在交通衝突技術的有效性、調查技術、嚴重衝突的判別標準和分級標準等方面，系統性較差。國內的主要研究成果及結論有1988年湖南大學通過國際學術交流，正式邀請了 TCTCT主席C. Hyden博士(瑞典 LUND大學)來華講學，第一次正式將TCT介紹到我國交通工程界；1994年西南交通大學出版社出版了由張蘇翻譯的專著《交通衝突技術術》，比較系統的闡述了交通衝突技術；1997 年，北京工業大學建立了平面交叉口交通衝突概率分布模型及安全評價標準；1998年西南交通大學將城市交通安全進行了分級，分為特別安全、安全、邊緣安全和不安全四個等級， 分級標準採用時均衝突與混合當量交通量的比值來確定；2000年，西安公路交通大學周偉、羅石貴在《中國公路學報》上發表了《路段交通事故多發點的衝突判定方法》一文，論文在總結現有方法的基礎上，通過分析比較，建立了一種基於交通衝突技術的路段交通事故多發點判定方法，並應用鄭州黃河公路大橋的衝突觀測數據，驗證了該模型的有效性；2001 年羅石貴、周偉在《公路交通科技》上發表了《路段交通衝突技術研究》，該文章利用交通衝突技術，對路段交通衝突進行了定義和分類，著重研究了嚴重衝突的判別標準和分級標準，進一步完善和改進了現有交通衝突技術理論，為路段交通安全評價提供了一種新的研究方法；2003年，王海星、肖貴平將交通衝突技術與平面信號控制交叉口的入口交通量相結合， 引入了 TC/MP⑶(交通衝突數量/交叉口進口混合當量交通量)的概念，通過研究交通流量與交通衝突的關係，嘗試利用模型，由交通量分析推算出交通衝突數量，然後進行交通流量對安全評價的影響分析。目前國內的大部分研究還集中在驗證交通衝突是否可靠、確定哪種衝突類型與事故次數存在著強相關性以及建立衝突與事故的換算模型上，關於交通衝突檢測的研究較少，譚鐵牛等提出了一種基於三維模型車輛跟蹤的交通事故概率預測方法，但是基於攝像頭的交通衝突檢測目前在國內尚屬少見。目前一些專利應用了攝像頭對車輛進行掃描從而獲取其運動參數。如專利申請號200810156777，專利名稱《基於線陣CCD的測量高速公路上車輛位置與速度的方法》；專利申請號200910209481，專利名稱《一種通過多攝像頭聯動判斷目標空間位置的方法和系統》；專利申請號200910119341，專利名稱《基於線陣C⑶攝像機的車輛速度測量裝置》。這些專利只是利用道路視頻進行車輛速度和位置的檢測，並沒有涉及到對交叉口的視頻進行融合從而檢測交通衝突的方法。因此，研究交叉口視頻融合技術對於檢測交通衝突及其安全評價有重要的意義。
發明內容
本發明通過以下技術實現1、視頻融合技術根據交叉口的大小，選取2 3個轉角附近位置放置攝像頭，對交叉口車輛運行狀況進行拍攝。拍攝時要求各個方向的攝像頭同步工作，調整拍攝角度使得兩兩攝像頭之間拍攝的畫面有部分重疊，並且所有攝像頭拍攝的畫面能夠覆蓋整個交叉口。利用Visual C++和OpenCV，將所有攝像頭拍攝所得視頻融合至一個視頻中，從而該視頻能夠反映整個交叉口的交通狀況，視覺上更加直觀。2、圖像序列處理和運動參數提取技術利用視頻檢測程序對融合後的視頻進行圖像處理，獲知路口運動物體的運動參數；通過等間隔時刻運動物體的坐標和灰色預測模型對物體的運動軌跡進行預測，確定交通衝突點的位置和衝突距離；在對交叉路口衝突統計和交通量統計的基礎上，利用灰色聚類分析對交叉口的安全狀態做出評價。3、實現步驟(1)在平面交叉口選取多個轉角位置0 3個)，各放置一臺攝像頭，對交叉口車輛運行狀況進行同步拍攝；(2)將各個攝像頭拍攝的視頻融合至一個視頻文件中，融合後的視頻能反映整個交叉口的運行狀況；(3)通過對運動物體進行視頻檢測與跟蹤，確定道路交通量和運動物體的運動參數，包括位置、速度、方向、類型；(4)結合已有的運動物體坐標和灰色預測模型，確定交叉口交通衝突相關參數，包括衝突點的位置和衝突距離；(5)根據路口交通流量和衝突參數，利用灰色聚類模型，確定衝突嚴重程度，進行交叉路口安全評價。本發明具有以下特點利用攝像頭拍攝交叉口交通狀況，效果更加直觀；將各個攝像頭的數據融合後能夠快速、準確的確定運動物體的參數；可以避免目前主要用的人工觀測法帶來的較大誤差，同時能提高效率；結合灰色聚類分析對路口安全進行評價，具有更強的說服性。
圖1攝像頭布置圖 圖2建立交叉口現場坐標系圖3移動目標運動軌跡示意圖
具體實施例方式(1)在交叉口的4個轉角中選取2個放置攝像頭(圖1)。將攝像頭放置於三腳架上，並儘量升高；調整各個攝像頭的角度，使得兩兩攝像頭之間拍攝的畫面有部分重疊，並且所有攝像頭拍攝的畫面能夠覆蓋整個交叉口。為了方便起見，把現場測量坐標系的X軸和y軸定位在交叉口相互兩個垂直的方向上(圖2)。(2)將各個攝像頭拍攝的視頻進行融合，對融合後的全景圖進行分析，並通過視頻檢測檢測出運動物體。(3)利用視頻檢測的方法，確定運動物體的位置、速度、方向角和運動物體類型； 實時記錄進入交叉口的運動物體數量，完成交通量的統計；同時結合運動物體類型，結合以下換算值表1，計算當量交通量；表1混合當量交通量換算值
權利要求
1.一種基於視頻融合的平面交叉口交通衝突檢測方法，其特徵在於包括如下步驟(1)在平面交叉口選取多個轉角位置0 3個)，各放置一臺攝像頭，對交叉口車輛運行狀況進行同步拍攝；(2)將各個攝像頭拍攝的視頻融合至一個視頻文件中，融合後的視頻能反映整個交叉口的運行狀況；(3)通過對運動物體進行視頻檢測與跟蹤，確定道路交通量和運動物體的運動參數，包括位置、速度、方向、類型；(4)結合已有的運動物體坐標和灰色預測模型，確定交叉口交通衝突相關參數，包括衝突點的位置和衝突距離；(5)根據路口交通流量和衝突參數，利用灰色聚類模型，確定衝突嚴重程度，進行交叉路口安全評價。
2.根據權利要求1所述的基於視頻融合的路口交通衝突檢測及安全評價方法，其特徵在於，所述的步驟(1)，具體是指在交叉口的4個轉角中選取2個放置攝像頭；將攝像頭放置於三腳架上，並儘量升高；調整各個攝像頭的角度，使得兩兩攝像頭之間拍攝的畫面有部分重疊，並且所有攝像頭拍攝的畫面能夠覆蓋整個交叉口 ；為了方便起見，把現場測量坐標系的χ軸和y軸定位在交叉口相互兩個垂直的方向上。
3.根據權利要求1所述的基於視頻融合的路口交通衝突檢測及安全評價方法，其特徵在於，所述的步驟0)，具體是指將各個攝像頭拍攝的圖像進行融合，融合後的全景圖能夠反映整個交叉口的運行狀態。
4.根據權利要求1所述的基於視頻融合的路口交通衝突檢測及安全評價方法，其特徵在於，所述的步驟(3)，具體是指利用視頻檢測的方法，確定運動物體的位置、速度、方向角和運動物體類型；實時記錄進入交叉口的運動物體數量，完成交通量的統計；同時結合運動物體類型，計算當量交通量。
5.根據權利要求1所述的基於視頻融合的路口交通衝突檢測及安全評價方法，其特徵在於，所述的步驟G)，具體實現如下結合已有的運動物體運動參數計算相同時間間隔上來自不同方向的運動單元之間的距離，並預測物體的運動軌跡，如果兩物體預測的運動軌跡存在交叉，則交叉點即為衝突點，並對交通衝突數進行記錄。
6.根據權利要求1所述的基於視頻融合的路口交通衝突檢測及安全評價方法，其特徵在於，所述的步驟(5)，具體實現如下利用交通衝突參數，結合當量交通量和灰色聚類評價模型，完成衝突嚴重程度判定和路口安全評價。
全文摘要
一種基於視頻融合的平面交叉口交通衝突檢測方法，其顯著特徵是，利用多個攝像頭拍攝交叉路口(圖1)，將多個攝像頭視頻融合，並拼接成交叉口的全景視頻。通過對全景視頻處理，得出各個運動物體的運動參數，計算交通參與單元之間發生交通衝突的衝突參數及其嚴重程度，統計交叉路口嚴重衝突統計和交通量後，構建基於交通衝突的交叉口安全狀態評價方法，實現對交叉口安全狀態的評價與監控。基於視頻融合的平面交叉口交通衝突檢測方法具有成本低、準確、快速的特點，為進行路口交通衝突的研究帶來了便捷，有利於對路口交通管制實施有效改進，確保交通安全。
文檔編號G08G1/01GK102157069SQ201110082198
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者餘貴珍, 劉淼淼, 張喆, 王雲鵬, 田大新, 魯光泉 申請人:北京航空航天大學