一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于物联网技术的城市交通大脑控制系统，涉及物联网技术领域，主要包括智能交通监控系统的设计，其中包括三个子系统:基于视频的车辆速度检测系统、基于视频的车辆行为语义分析系统和基于城市道路的车牌识别系统。将车辆速度检测系、车辆行为语义分析系统、车牌识别系统结合起来，组成一个智能交通监控系统。本发明专利技术提出的智能交通监控系统通过对基于物联网获取到的视频数据和图像数据进行处理，实现对车辆速度检测、车辆行为语义分析、车牌识别等功能，并且能够对违章车辆进行抓拍，然后识别违章车辆的车牌，有利于推动智能交通的管理与控制，降低交通事故的发生。生。生。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统
[0001]
：本专利技术涉及物联网领域，特别涉及一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统。
[0002]
技术介绍
：物联网(InternetofThings，简称IOT，被称为“物物相连的互联网”，是一个连接物理对象到互联网的网络，用于从这些物理对象中获取和处理信息。目前，较为公认的物联网的定义是:通过各种信息感应设备，按相应的协议把物品与互联网相连接，实现数据收集、传输和处理，并通过终端或者平台实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络。
[0003]目前，随着互联网的普及、物联网技术的发展、人们对于智能生活的向往，物联网技术被广泛地应用于各个领域，特别是智慧城市交通的建设。在智能交通中采用物联网技术，人们能通过部署在城市道路上的感知设备及时获取城市道路的状况，可根据路况选择合理的出行线路，减少道路拥堵;交通管理者可利用实时获取的交通道路信息在智能交通调度系统的帮助下，合理调整交通路口红绿灯的时长，缓解城市拥堵，优化交通流量，最大限度地提高现有交通资源的利用率。
[0004]智能交通系统(IntelligentTransportSystem，简称ITS的含义是指将物联网应用于智能交通领域，利用各种先进的传感器设备、网络传输技术、信息处理技术和计算机视觉技术，连接行人、车辆与道路，建立一个全面、准确、及时的综合管理和控制的交通监控系统，具有广泛和全方位的功能。通讯设备负责处理和调整各种交通状况，建立高效的管理和服务运行系统，充分利用道路交通设施，提高道路车辆通行的效率和安全，实现交通运输服务、管理智能、运输管理的集成化发展。
[0005]随着智能交通监控系统对人们生活的影响越来越大，车速检测系统、车辆行驶行为语义分析系统、车牌识别系统作为智能交通监控系统的一部分，显得越来越重要。其中，车牌识别系统简称LPR(LicensePlateRecognition)，广泛应用于停车场、高速公路收费站等领域。车速检测系统在高速公路及城市道路上都有大量应用，对于交通安全、杜绝交通事故等现象起着至关重要的作用。车辆交通行为的自动识别与语义分析作为智能交通监控系统中的关键部分，近年来引起了世界各国研究机构的高度重视。通过对城市道路交通监控方向的探究有利于及时发现车辆的异常交通行为，并迅速将异常信息发送到控制中心，从而有利于交管部门及时采取有效措施，防止严重交通事故发生。
[0006]
技术实现思路
：本专利技术要解决的问题是：利用智能交通监控系统通过对视频和图像数据的处理，实现对车辆速度检测、车辆行驶行为语义分析、车牌识别等功能，并且能够对违章车辆进行抓拍，然后识别违章车辆的车牌，有利于推动智能交通的管理与控制，降低交通事故的发生。提供了一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统，包括三个子系统:基于视频的车辆速度检测系统、基于视频的车辆行为语义分析系统和基于城市道路的车牌识别系统，智能交通监控系统通过对基于物联网获取到的视
频数据和图像数据进行处理，实现对车辆速度检测、车辆行为义分析、车牌识别功能，并且能够对违章车辆进行抓拍，然后识别违章车辆的车牌。
[0008]所述一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统设计步骤如下：步骤一：车辆速度检测子系统首先设置虚拟线圈，然后通过车牌定位和车牌识别得到车辆经过固定距离所需要的时间，最后利用距离除以时间得到车辆速度。
[0009]步骤二：车辆行为语义分析子系统通过视频检测并跟踪运动车辆目标，检测出车辆的行驶轨迹，结合车辆行驶轨迹与车道线段之间的关系，实现检测及分析车辆行为语义，然后判别车辆是否有违章行为，最后实现违章行为报警的功能。
[0010]步骤三：车牌识别子系统，首先利用最大稳定极值区域法对车牌字符进行粗略定位，再结合车牌特征和车牌字符特征对车牌进行精准定位，就可以得出准确的车牌区域。之后再利用车牌字符分割、车牌识别，识别出车牌号码。
[0011]进一步地，物联网的感知层通过摄像头采集系统所需的数据，摄像头设置在城市道路的正上方或者道路一侧，高度为5
‑
10米之间。
[0012]基于视频的车速检测算法的主要原理，基于最基本的物理运动学，通过计算车辆运动位移除以车辆运动时间得到车辆运动速度，具体车速计算公式如下所示。
[0013]进一步地，在视频中设置两个或两个以上虚拟线圈，虚拟线圈车速检测算法的具体步骤为：第一步，根据道路交通摄像头的安装位置及摄像头拍摄的路面情况，设置合适的车辆速度检测虚拟线圈，设置两个，并己知两个虚拟线圈之间的实际距离。
[0014]第二步，判断车辆是否经过虚拟线圈1，如果经过则定位识别车辆的车牌号码，并记录车辆经过的时间，然后执行第三步，否则循环第二步。
[0015]第三步，判断车辆是否经过虚拟线圈2，如果经过则定位识别车辆的车牌号码，并记录车辆经过的时间，然后执行第四步，否则回到第二步。
[0016]第四步，当车辆经过两个虚拟线圈后，得到同一辆车经过两个虚拟线圈所消耗的时间，又己知虚拟线圈之间的实际距离，即可通过速度计算公式求出车辆经过虚拟线圈的平均速度。
[0017]进一步地，首先分析车辆行为语义表示的特征，其中，中间车道线L1的方程如下所示，式中，a为车道线的斜率。
[0018]进一步地，基于视频的车辆行为语义分析，采用Hough变换检测车道线，用于后续的车辆行为语义分析，Hough变换的原理就是利用坐标转变，利用两个空间中的点与线的对称性，把图像空间中的直线检测问题转换为参数空间中的点检测。
[0019]进一步地，如果参数空间中使用直线方程，当图像空间直线斜率为无穷大时，选择采用极坐标方程。
[0020]进一步地，Hough变换检测图像中直线的步骤为:将彩色图像处理成灰度图像，其次对灰度图像进行边缘检测，然后对边缘检测的结果作Hough变换，最后得到直线检测结
果。
[0021]进一步地，基于视频的车辆行为语义分析，采用卡尔曼滤波实现跟踪运动车辆目标，卡尔曼算法的基本原理如下：首先创建一个预测模型，描述随时间的变化而改变的随机动态变量，对于状态空司xERn，引入一个线性微分方程描述，后对随机变量进行实时观测，利用卡尔曼滤波对状态值进行最优估计，由于相邻两帧时间间隔短，可以认为跟踪目标状态基本没有变化，所以可以假设目标在此期间是匀速的，基于此，定义卡尔曼滤波的系统状态x、是一个四维的向量(x,Y,Vx,Vy)T，参数分别代表运动目标在x,y坐标轴的位置和速度，根据匀速的运动模型，定义状态转移矩阵A和观测矩阵H。
[0022]进一步地，实现对车辆行为的语义进行理解与分析，需要提取车辆行为的运动特征。只有选取了合适的运动特征才能准确地描述车辆行为，常用的运动特征有:目标位置、运动速度、运动反向。
[0023]本专利技术与现有技术相比的有益效果为：（1）本专利技术的智能交通监控系统通过对基于物联网获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统，包括三个子系统:基于视频的车辆速度检测系统、基于视频的车辆行为语义分析系统和基于城市道路的车牌识别系统，其特征在于：智能交通监控系统通过对基于物联网获取到的视频数据和图像数据进行处理，实现对车辆速度检测、车辆行为义分析、车牌识别功能，并且能够对违章车辆进行抓拍，然后识别违章车辆的车牌；所述一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统设计步骤如下：步骤一：车辆速度检测子系统首先设置虚拟线圈，然后通过车牌定位和车牌识别得到车辆经过固定距离所需要的时间，最后利用距离除以时间得到车辆速度；步骤二：车辆行为语义分析子系统通过视频检测并跟踪运动车辆目标，检测出车辆的行驶轨迹，结合车辆行驶轨迹与车道线段之间的关系，实现检测及分析车辆行为语义，然后判别车辆是否有违章行为，最后实现违章行为报警的功能；步骤三：车牌识别子系统，首先利用最大稳定极值区域法对车牌字符进行粗略定位，再结合车牌特征和车牌字符特征对车牌进行精准定位，就可以得出准确的车牌区域，之后再利用车牌字符分割、车牌识别，识别出车牌号码。2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统，其特征在于：物联网的感知层通过摄像头采集系统所需的数据，摄像头设置在城市道路的正上方或者道路一侧，高度为5
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10米之间；基于视频的车速检测算法的主要原理，基于最基本的物理运动学，通过计算车辆运动位移除以车辆运动时间得到车辆运动速度，具体车速计算公式如下所示，。3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的城市交通大脑监控系统，其特征在于：在视频中设置两个或两个以上虚拟线圈，虚拟线圈车速检测算法的具体步骤为：第一步，根据道路交通摄像头的安装位置及摄像头拍摄的路面情况，设置合适的车辆速度检测虚拟线圈，设置两个，并己知两个虚拟线圈之间的实际距离；第二步，判断车辆是否经过虚拟线圈1，如果经过则定位识别车辆的车牌号码，并记录车辆经过的时间，然后执行第三步，否则循环第二步；第三步，判断车辆是否经过虚拟线圈2，如果经过则定位识别车辆的车牌号码，并记录车辆经过的时间，然后执行第四步，否则回到第二步；第四步，当车辆经过两个虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，
申请(专利权)人：威海南海数字产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：