CN103676829A - 基于视频的智能城市综合管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视频的智能城市综合管理系统及其方法，它由摄像机、信号传输平台、综合监测分析仪组成，其特征是摄像机与信号传输平台相连接、信号传输平台与综合监测分析仪相联，综合监测分析仪内安装有微处理器、综合监测软件模块等，其特色是信号传输平台可以因地制宜采用有线或无线激光传输方式，综合监测分析仪可以进行大容量多通道的视频分析和检测，对城市交通要道、公共场所、机场、码头…等城管范围进行实时录像和信息处理，并把监测信息传送到城市综合智能管理中心，从而实现对城市检测区域的实时综合监控。它结构先进简单，抓拍和测量完美融合，抓拍及时，综合城管参数测量准确，实时性广，是城管视频监测的前瞻性产品。

Description

基于视频的智能城市综合管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种利用图像识别的监控领域，特别是一种基于视频的智能城市综合管理系统。

背景技术：

本发明申请，是本公司同一天申请的3个发明专利之一，在其另一个申请文件《枪球联动道路交通参数采集及违章抓拍系统》中，它“涉及一种双摄像机联动的智能交通监测系统，它由枪式摄像机、球式摄像机、网络交换机、事件分析仪、交通检测软件模块和信号控制器组成，其特征是枪式摄像机和球式摄像机安装在被检测车辆的前上方，并与网络交换机相联接、网络交换机与事件分析仪相联，事件分析仪内安装有微处理器、交通检测软件模块等，由此构成的道路路口检测局域网，它通过城市电信主干网或专用光缆连接至城市交通指挥中心，实现道路视野范围内的交通视频实时监视、录像和违章车辆的轨迹抓拍，它结构先进简单，抓拍和测量完美融合，抓拍及时，交通参数测量准确，实时性广，是交通视频监测的前瞻性产品。”但它在使用时，一个监测点，至少需要安装2套这种系统装置，在十字路口使用时，则需要安装4套系统装置，每套系统装置，都需要2台摄像机、1台网络交换机和1台事件分析仪，特别是传输视频信号的网络交换机是采用有线传输，安装每套设备，必须开挖水泥地面，铺设专用电缆和专用光纤，这样，部件杂而散，安装工程量大，建设周期长，设备和安装使用成本增加，这些都急需改进。

这里，还要指出的是，在城市新建的重大项目，有的没有现成的电信主干线和专用光缆，一切都得重新构建，使得网络交换机的无线信号传输的弊端特别突出。

一些图像识别和视频检测的业内人士，平常也在思考这个问题，也希望找到一个理想的无线信号城市平台，但他们往往想到的是，常用的无线网络平台：如网络路由器、红外线、蓝牙、卫星微波、WAP等等，但它们有的抗干扰能力差（尤其是大雾、雨天、阳光、电磁及有关环境干扰），有的传输距离短，有的价格昂贵，所以，迟迟得不到突破。本发明在多年的探索中，发现无线激光通信 ：⑴无需申请频率使用许可证，无须授权执照   ⑵．信息容量大，安全保密  ⑶．建网快，实施成本相对低廉 ，其造价约为光纤通信工程的五分之一 ⑷ 设备尺寸小， 由于光波波长短（约零点几微米到几十微米），在同样功能情况下，光收发终端的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多，具有功耗小、体积小、重量轻等特点。所以，大胆地选用无线激光通信作为其突破口，是本发明专利的重要内容之一。 

另外，智能化城市管理，是当今社会发展的系统工程，它不仅需要城市交通监督管理智能化，在城市的环境保护、治安防灾、卫生检疫和文明建设的实施过程中，在城市大型商业街区、机场、港口、码头、火车站、长途客运站、旅游景点等城市窗口地带的管理上，也急需逐步实现管理智能化、科学化。因此中外一些城市，也都在进行这方面的研究和探索，寻求城市智能管理由单项向综合、由单体向区域化发展。我们认为，在这个关节点上，基于视频的城市交通监测，现在发展得比较快、技术较成熟，是寻求成熟综合智能管理的突破口，为此，专利申请文件《枪球联动道路交通参数采集及违章抓拍系统》中的缺陷亟待改进，城市综合智能管理的瓶颈必须突破。

因此，目前在智能城市综合监测管理领域，急需一种结构简单、集交通、环保、治安、卫生等监管为一体的监测系统。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术不足之处，提供一种基于视频的、结构简单、应用广泛的智能城市综合监测系统及其方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于视频的智能城市综合管理系统，它由摄像机、信号传输平台、综合监测分析仪和调控器组成，摄像机安装在被检测区域的前上方, 其特征是摄像机与信号传输平台相连接、信号传输平台与综合监测分析仪相联，综合监测分析仪内安装有微处理器、综合监测软件模块、信号输入输出组件，摄像机对城市交通要道、公共场所、机场、码头…等城管范围进行实时录像、有关交通参数（车流量、瞬时速度、平均速度、时间占有率、队列长度、车头时距、车道占有率、）的视频采集和违章车辆（压线、逆行，调头、闯红灯、超速、）的轨迹抓拍，有关城市违章的视频采集、违章事件的轨迹抓拍和特写抓拍，由以上构成的城市综合检测局域网，它通过城市电信主干网或专用光缆连接至城市综合智能管理中心（以下简称后台），并能通过调控器对监测区域的交通和城管秩序进行实时现场调控，从而实现对城市检测区域的实时综合监控。

按所述方案，所述综合监测分析仪中安装的城区综合监测软件模块含有：

（1） 视频流输入模块

（2） 视频解码模块

（3） 综合视频分析模块

（4） 摄像机联动模块

（5） 交通检测模块

（6） 环保检测模块

（7） 治安检测模块

（8） 文明卫生检测模块

（9） 违规图片合成模块

（10） 综合控制信号模块

（11） 城管信息传输模块

摄像机在城管检测区域进行实时视频采集，所采集的视频流通过信号传输平台传送给综合监测分析仪，经过上述有关综合监测软件模块的分析运算，从而进行多种城管视频数据采集、计算，用以实现受检区域的画面显示、城管通用参数的计算、传输、异常城域事件报警和城管违章事件的检测与抓拍，并可显示清晰可识别的车牌信息，反映违章车辆信息、扰乱治安信息、滥扔垃圾信息、破坏环境信息和不文明信息，实现对监测区域的实时检测和协同管理。

按所述方案，摄像机至少包括一台摄像机，有的根据使用的区域和用途的不同，还可以包括2台、3台甚至多台不同功能的摄像机，各摄像机内有多组拍摄图像参数（如亮度、对比度、饱和度、曝光时间等）的默认值设置，后台城管人员可以进行远程自动或手动调控；在区域监测现场，有关人员也可在综合监测分析仪上，插入外接式键盘，对其进行手动或自动调整，还可以对城市违章的视频参数及其违章阈值进行调整。

按所述方案，所述的信号传输平台，大多采用有线网络传输平台：即摄像机的传输信号，用同轴电缆或光纤连接到信号传输平台中的网络交换机上，后者再用专用网线与综合监测分析仪连接，最后，综合监测分析仪通过城域电信主干线或专用光缆连接至城市综合智能管理中心的局域网；在一些特定区域，也可采用无线激光通讯机构成的网络传输平台：即用无线激光发射机与摄像机有线连接后，激光发射机把摄像机的输入信号经过解码、调制后所得到的电信号，向综合监测分析仪的安装点定向发射，固定在综合监测分析仪附近的无线激光接收机，接受到此信号后，随即进行解码、还原成原始视频信号，并有线传送到综合监测分析仪，综合监测分析仪进行分析处理后，既可以通过城域电信主干线或专用光缆连接至城市综合智能管理中心，也可以用无线激光发射机发射综合智能管理中心(5)，这样，从监测到监管的全过程，实现实时而安全的全无线通信信息传输；所述的无线激光通信机，包括无线激光通信接收机、无线激光通信发射机。

按所述方案，所述的综合监测分析仪，可以同时对摄像机中的1台或多台监测视频信号进行实时处理、分析和融合，并及时发出调控指令，实现集成监测。这在一些城市窗口、三岔道口、十字道口、码头、车站以及一些特色区域，它们大都安装有众多的不同类型的摄像机，其简单、集成和成本优势很明显。

按所述方案，所述的摄像机内安装有1台枪式摄像机和1台球式摄像机，当在正常工作的情况下，枪式摄像机所采集的视频数字信号，经过综合监测分析仪中的视频综合分析模块的分析和判断，对违反城管法规的视频，发出异常区域事件的信号，驱动城区监测软件模块中的摄像机联动模块工作，并随即发出调整球式摄像机的拍摄角度及镜头焦距的指令，后者按此指令迅速抓拍异常区域事件发生的过程和特写画面，综合监测分析仪采集此违章信息后，随即向后台发出区域违章事件的预警信息，并把制作的违章合成图片发送到后台，供城管工作人员调控和处理。

按所述方案，所述的摄像机内，若仅安装1台球式摄像机，它就兼备正常监视和及时抓拍违章事件的双重功能，只是在一旦发现违章事件的视频，随即按照综合监测分析仪的指令，调整球式摄像机的拍摄角度及镜头焦距，迅速抓拍异常区域事件发生的过程和特写画面，综合监测分析仪采集此违章信息后，随即向后台发出区域违章事件的预警信息，并把制作的违章合成图片发送到后台，供城管工作人员调控和处理，抓拍完成后，马上又恢复到原先设定的正常监测状态。

按所述方案，所述的城管通用参数有：

1交通参数：车流量、车辆瞬时速度、车辆平均速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率

（2）治安参数

（3）环境参数

（4）文明及卫生参数

按所述方案，按城区综合监测软件模块中的工作流程，它们进行联动抓拍和传输违规信息，是这样实现的：（1）枪球校准：根据枪机所传违规车辆坐标调整球机角度，确保两个相机视野中心一致；（2）枪球映射：以枪机所传的违规事件坐标为特征点建立一个以地面为参照系的立体模型；（3）球机校准：对球式摄像机的拍摄视窗上均匀分布的众多个像素拍摄点位，进行多次缩放和旋转，保证每帧摄像都能拍摄一幅标准车辆的特写画面，再把众多次调整的相机偏移的角度和焦距的调整数据，记录在微处理器的（ ROM）芯片内，作为以后调整画面角度的计算操作数据，使枪式摄像机与球式摄像机在检测时实现协同控制；（4）球机抓拍：枪式摄像机按照预先设定的车辆视频参数违章阈值的规定，一旦发现有违反城管法规的视频，就随之发出异常区域事件的数字信号，驱动摄像机联动模块工作，并随即发出调整球式摄像机的拍摄角度及镜头焦距的指令，球式摄像机按此指令迅速抓拍异常区域事件发生的过程和特写画面；（5）违规信息传输：所拍摄图像信息，按城管信息传输模块的工作流程，进行多源异构数据融合和数据实时同步传输：即对抓拍的违规视频图像以YUV格式进行违规图片合成，然后把压缩及合成后的图片以JEPG格式，经FTP进行上传至后台；违规事件的文本信息则通过WEBSERVICE进行上传至后台；以文字和图片的形式，实时同步发出所监测的区域事件的预警信息和存档资料。。

按所述方案，所述的实现对所监测区域的实时监控，是在区域正常运行的情况下，在后台区域监控的滚动视屏上，可同时显示一至多幅摄像机所拍摄的区域全景视屏和特定区域的视屏，视屏的下方，还可以实时播放有关区域的主要的交通参数、环保参数、文明参数、卫生参数和天气情报等；当区域交通受阻或不良事件发生时，综合监测分析仪启动综合控制信号模块工作，随之驱动调控器：可以实时控制区域路口的红绿信号灯、开启受检区域的的城管广播、向110报警、向本市电视和广播电台传输视频和音频信号……；当区域有违章事件时，其违章合成图片，随即出现在后台的监测视屏上，同时存入当天该区域的违章事件档案。此外，后台的城管值班人员，还可以根据区域和全市的城管实况，调控综合监测分析仪，对监测区域交通和安防进行远程统筹控管。

按所述方案，所述的交通参数的测量方法，实现步骤为：

⑴ 在道路路口对系统设备进行安装、调试；

⑵ 在道路上选取参照实物a、b、c、d，作为点坐标，并量取各线段的实际距离；

⑶ 将各线段实际数据输入到视频分析模块，确定系统图像坐标系与世界坐标系的映射关系以便于系统对车辆速度的计算；

⑷ 建立映射关系后，系统可对道路上任意区域的交通参数进行检测,若检测区域为矩形ABCD，CD长度为L且与道路行车方向平行；

⑸ 当车辆进入线段AB时，视频分析模块开始对车辆轨迹进行跟踪并开始计时；

⑹ 当车辆驶出线段DC时，视频分析模块停止计时，并自动计算车辆通过AD线段所需时间，以上数据传输至交通参数测量模块；

⑺ 当车辆驶出线段DC时，视频分析模块对通过车辆进行计数，以上数据传输至交通参数测量模块；

⑻ 交通参数测量模块根据系统要求，统计单位时间内通过参照物区域的车辆数量，计算出车流量；根据通过检测区域车辆的时间，计算出车辆通过检测区域的平均速度。 

（9）交通参数的计算方法是：当AB线段的某一车道上有车辆通过时，自动跟踪程序启动，并开始计时，这时刻为t1；；在正常情况下，DC线段先有车辆通过，当首先进入AB线段的第1辆车离开DC线段时，车辆累计记数为1，自动跟踪终止，并结束计时，这时刻为t2,同样，当进入AB线段的第2辆车离开DC线段时，车辆累计计数为2，……,直到t2时刻，进入AB线段的最后一辆车离开DC线段时，车辆累计计数为N，这时在△t时间内（△t＝t2－t1），该车道上的车流量N就准确地检测出来了；当车流同时在检测区域内的多条车道上行驶时，系统可单独对每辆车进行跟踪，这时系统可以按车道数量划分检测区域，进行分道检测，综合统计，检测出该条道路的单向车流量、双向车流量，快速准确的实施对于道路路面的整体检测。

当测量单车的平均速度时，我们已设定检测区ABCD中，AB到CD的 直距离为L,系统跟踪、检测出它通过检测区的时间为△t，按公式，可计算出单车平均速度V:

V = L /△t（M/S）

同样，当测量单向车道上，车辆的平均速度时，只要把在这段△t时间内，通过该区的各车辆的的单车平均速度进行累计平均即可。同理，一条道路的双向车流量、一条道路的车辆平均速度、当道口是三岔口、十字道口、或多条道口交叉时，全道口的车流量和车辆平均速度都可准确地检测出来。

同理，应用上述检测方法和检测结果，其它的交通参数，如车辆瞬时速度（△t缩短即可）、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率等准确而方便地检测和统计出来，不再赘述。只是本发明系统可以按照不同城市和各个区域的交通特征，参照国家《交通信息采集标准》（GB/T 24726-2009）,对上述检测参数进行有特色定义、定规和选取，以便简单而高效地进行道口的智能交通监管。

 

与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：

1、多视窗检测画面

本发明系统中，大多安装有两台或2台以上的摄像机，它们采集的视频流经解码后，可同时在综合监测分析仪和后台5的监控画面中显示，在不影响正常区域 序的前提下，城管人员可随时对区域环境、交通、安保情况进行多角度、多方位检测，并对监测区域发出实时管控指令。

2、对区域特定点进行检测

本发明系统中，综合监测分析仪，实时分析监测视频，并可自动调节摄像机的镜头拍摄角及焦距，对受检区域中间的行车违章、环境违章、治安违章、卫生违章和文明违章事件进行抓拍、记录其发生过程中的细节，从而较全面反映违章主体（车辆、违章人）的特征和违章证据，如合成车辆特写图片，对车牌进行分析，包括车牌颜色识别、字符识别等；准确记录车窗抛物、小偷窃物、异常火警、破坏绿化等视频记录，城管违章管理提供了有力证明，这极大地弥补现有电子警察检测的缺陷，减少有关城管人员的工作量，并可替代专门的警车抓拍和人工定点抓拍，节省了城管人力，并极大提高了城管的服务能力和监管水平。

3、交通参数的采集和测量准确、全面；

本系统从前上方对路口车辆进行检测，可避免因红灯造成的交通参数的测量误差；同时，本发明系统采用一整套合理有效的摄像机坐标定位、车辆跟踪、车辆计数等测量方法，能快速获得一系列高精度的交通信息参数，为公平合理的交通监管实时提供了大容量的交通信息和可靠的违章证据。

4、路口交通实时调控

交通事件综合检测分析仪对采集到的路口交通信息实时进行分析、计数，并随及发出指令到道口的交通信号的控制器，控制路口的红绿信号灯、开启路口的交通广播等，从而保证道口交通顺畅有效。

5综合监测分析仪设计容量大、一机多用、性价比高

本发明系统的核心组件——综合监测分析仪设计容量大、一机多用、结构简单、全天候工作，性价比高，所含交通检测软件模块容量大，抓拍和测量的方法先进，综合参数测量准确，这都使得本发明系统性价比高、成本低廉、适用面广，为确保城管规范化、智能化和及时性提供了有力的装备保障，此外，本发明系统对城管中一些其它常见的弊端：违法建设、违法填湖、擅自下挖建筑物底层地面、临街住宅开设门面、占道经营、非法营运、油烟噪声污染、住宅楼开设餐饮等行为也可进行监测和管理。

6选用无线激光信号传输平台，增加了系统的灵活性

在城市新建的重大项目，有的没有现成的电信主干线和专用光缆；在区域监测点众多的，安装有线信号传输平台十分不便的情况下，采用无线信号城市平台，不用开挖路面、铺设电缆和光纤，建设周期短、成本低、便于推广使用。

7本发明系统，集城市智能交通监测、环境监测、安防监测、文明及卫生监测于一体，综合管理效率高、集约度高、成本低，实现城市管理资源共享，是城管装备发展的一次跨越，在技术装备上、在城市社会管理改革的硬件上是一个成功的尝试，它必将会倒逼城市经济结构、行政管理结构和行政机构的改革，促进社会科技、经济、政治结构的平衡发展，推动行政机构和政治改革的发展，有较大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的智能城市综合管理系统的结构方框图

图2是本发明系统软件运行流程图

图3是本发明系统枪式摄像机抓拍违章压线变道车辆的示意图

图4是本发明系统球式摄像机抓拍违章压线变道车辆的特写示意图

图5是本发明系统车流量及车辆平均速度的测量方法示意图

图6是是本发明系统在十字道口安装使用示意图

图7 是本发明系统枪式摄像机抓拍车窗抛物示意图

图8是本发明系统球式摄像机抓拍车窗抛物的特写示意图

图9是本发明系统枪式摄像机监测安防禁止进入区域的示意图

图10是本发明系统球式摄像机抓拍可疑人员进入禁区的特写示意图

图11是本发明系统无线激光传输平台的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明系统进行进一步详细的说明：

1、先以摄像机内安装有1台枪式摄像机和1台球式摄像机，对受检区域道口进行交通监测为例，进行说明：如图1、图2、图3、图4和图5所示，将枪式摄像机和球式摄像机2安装在受检区域道路前上方4－8米左右的横杆（或者道路旁立杆）上，这两台摄像机尽可能靠近安装，距离不超过1米，并把它们用专用网线连接到信号传输平台（这时平台2中采用的是网络交换机或者光纤收发器，当摄像机和综合监测分析仪的距离小于50M时，使用网络交换机；当其连接距离超过50米时，应用光纤收发器取代网络交换机），后者再与综合监测分析仪连接，最后，通过城域电信主干线或专用光缆连接至城市综合智能管理中心（后台）。

以上设备安装好后，在路口对两部摄像机进行调试：先调节好枪式摄像机的道口监测范围，然后调整球式摄像机2的安装角度和摄像镜头焦距，保证球式摄像机的视野范围尽量和枪式摄像机一致，此点作为球式摄像机抓拍坐标系的原点，同时，综合监测分析仪中的摄像机联动模块，应用双目视觉原理，自动对枪式摄像机和球式摄像机的对应点进行比对，建立一个以地面为参照系的立体模型并保存在微处理器中，对球式摄像机上均匀分布的众多个像素拍摄点位进行多次缩放和旋转，保证每帧摄像都能拍摄一幅标准车辆的特写画面，再把多次调整的相机偏移的角度和焦距的调整数据，记录在微处理器的ROM芯片内，作为以后调整画面角度的计算操作数据；并可通过后台对系统各项分析参数进行设置，以及对违章标准进行设置。

本发明系统工作时，视频流解码模块将输入的H264格式文件解压为YUV格式文件，并输入到综合视频分析模块；如图2所示，视频分析模块进行如下操作：

⑴将分析、计算所得的车流量、车辆瞬时速度、车辆平均速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率等交通参数数据通过综合监测分析仪的网络端口传输至后台，当判断为交通异常事件发生时，也通过网络端口发送报警信号至后台；

⑵将分析所得的交通参数数据传输至综合控制信号模块，并通过485通讯端口传输至控制器，从而可以实时控制区域路口的红绿信号灯、开启受检区域的的城管广播、向110报警、向本市电视和广播电台传输视频和音频信号……；当区域有违章事件时，其违章合成图片，随即出现在后台的监测视屏上，同时存入当天该区域的违章事件档案。此外，后台的城管值班人员，还可以根据区域和全市的城管实况，调控综合监测分析仪，对监测区域交通和安防进行远程统筹控管。

⑶ 当发生压线变道的交通违章事件时，枪球联动模块启动，具体操作如下：

⑶.1 由枪式摄像机根据视频分析模块所计算出的违章车辆轨迹进行抓拍（如图3所示），连续抓拍违章过程图片三张，当抓拍第二张图片时，球式摄像机接收到违章车辆的坐标位置信息；

⑶.2 随即球式摄像机根据标定所建立的三维地面模型，按照已接受到的违章车辆的坐标位置信息指令，变动其摄像机的方向及镜头焦距到指定位置，并抓拍车辆特写图片一张（如图4所示）；

⑶.3违法图片合成模块，将上述所获3张违章过程图片和车辆特写图片合成为1张，并将在特写图片里识别的车牌信息打印在合成图片的上方，压缩为JPEG格式文件；

⑶.4违法图片传输模块将合成图片通过网络端口传输至后台；

⑶.5 球式摄像机2完成抓拍后自动恢复至原始拍摄位置进行工作。

⑷当枪式摄像机拍到其它的违章事件（如车辆闯红灯、违停、逆行、压线变道、占用公交车道、超速等)，也都可按照上述压线变道的交通违章事件的工作流程，分析和检测出来。

下面是本发明系统在十字道口使用的另一个实施例：如图6所示，在十字道口，有4个受检道口，需要独立安装上述4套双视频检测系统，这样，只要把每套检测系统安装摄像机的立柱，紧固在十字道口的一个角上，使摄像机的检测视频覆盖它所对应的车流检测区即可，它们安装、调试、使用过程和方法与上述实施例相同，就可进行十字道口全方位检测和监管，图6中还具体显示出车辆违规变道、闯红灯和逆行的违章视频，检测和抓拍方法与上述相同。  

2、再以摄像机内安装有1台枪式摄像机和1台球式摄像机，对受检区域进行环境和卫生监测为例，进行说明：如上述实施例一样，对本发明系统设备进行安装，使用时，当检测区有车从车窗刚抛出窗外的违章事件发生时，摄像机的全景视频中，立刻显现，如图7所示，综合监测分析仪收到此视频信号经过分析处理，驱动文明卫生检测模块，并对抛洒物滞留事件进行计时；当抛洒物落地滞留时间达到报警要求时，视频分析模块发出报警信号（报警时间可以在15－90秒之间由手工设定）；在抛物事件进行记时的同时，枪球联动模式启动，球机立即抓拍抛物车辆的行车轨迹和车牌号码；以上所获得的抛物视频和证据及相关信息，传输至后台数据库中分类处理和存档，图8是本发明系统枪式摄像机抓拍车窗抛物落地的特写示意图。

3再以摄像机内安装有1台枪式摄像机和1台球式摄像机，对受检区域进行安全防范为例，进行说明：如上述实施例一样，对本发明系统设备进行安装，使用时，如图9所示，当安防检测区正常监测时，本发明系统枪式摄像机监测安防禁止进入区，并把监测视频信息实时传输到后台；一旦有可疑人员跨入禁区边线，系统即时报警、球机联动，球式摄像机迅速抓拍可疑人员进入禁区的特写示意图，进入后台显示、存档，并实时操纵调控器，到可疑人员进行阻截、电晕击，情况紧急时，还可以自动撒网捕控，做到监测区域万无一失，全天候平安。

以上是在监测区域应用城市电信主干线或专用光缆比较方便和区域所设的监测点不多的情况下，使用有线信号传输平台，无疑是合理的；但在城市新建的重大项目，没有现成的电信主干线和专用光缆；在区域监测点众多的，安装有线十分不便的情况下采用无线信号城市平台，就是合适而有效的选择了。

下面结合图11，具体说明采用无线激光通信机来构建信号传输平台的实施例： 

如图11所示，在监测区域，多个摄像机、2、……N ，各自与固定在其附近的无线激光通信机用专用电缆线相连，一个综合监测分析仪与固定在其附近的多通道无线激光通信机用专用电缆线相连，工作时，摄像机拍摄的视频电信号，有线传入各无线激光通信机，各无线激光通信机对接受到的电信号进行编码、调制和耦合，并从其发射窗口定向发射，多通道无线激光通信机收到此激光信号后，经过解码、 转换还原为原始视频电信号，然后，有线传入城市综合智能管理中心，供后者分析和监测使用。这样，在监控检测区，本发明系统实现了监测信号的无线传输。如果，该区域监测点周围的安装有城市电信主干线和专用光缆，那么，综合监测分析仪的监测结果信号，可以连接这些电信主干线和专用光缆，与城市综合智能管理中心 (后台)相连接；如果，该区域监测点周围的没有安装城市电信主干线和专用光缆，那么，综合监测分析仪的监测结果信号，也可以返回到多通道无线激光通信机，经调制后发射，经过1级或多级的激光无线传输，传输到后台。

Claims (11)

1.一种基于视频的智能城市综合管理系统，它由摄像机、信号传输平台、综合监测分析仪和调控器组成，摄像机安装在被检测区域的前上方, 其特征是摄像机与信号传输平台相连接、信号传输平台与综合监测分析仪相联，综合监测分析仪内安装有微处理器、综合监测软件模块、信号输入输出组件，摄像机对城市交通要道、公共场所、机场、码头…等城管范围进行实时录像、有关交通参数的视频采集和违章车辆的轨迹抓拍，有关城市违章的视频采集、违章事件的轨迹抓拍和特写抓拍，由以上构成的城市综合检测局域网，它通过城市电信主干网或专用光缆连接至城市综合智能管理中心，并能通过调控器对监测区域的交通和城管秩序进行实时现场调控，从而实现对城市检测区域的实时综合监控。

2.根据权利要求1所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是所述综合监测分析仪中安装的城区综合监测软件模块含有：

（1） 视频流输入模块

（2） 视频解码模块

（3） 综合视频分析模块

（4） 摄像机联动模块

（5） 交通检测模块

（6） 环保检测模块

（7） 治安检测模块

（8） 文明卫生检测模块

（9） 违规图片合成模块

（10） 综合控制信号模块

（11） 城管信息传输模块

摄像机在城管检测区域进行实时视频采集，所采集的视频流通过信号传输平台传送给综合监测分析仪，经过上述有关综合监测软件模块的分析运算，从而进行多种城管视频数据采集、计算，用以实现受检区域的画面显示、城管通用参数的计算、传输、异常城域事件报警和城管违章事件的检测与抓拍，并可显示清晰可识别的车牌信息，反映违章车辆信息、扰乱治安信息、滥扔垃圾信息、破坏环境信息和不文明信息，实现对监测区域的实时检测和协同管理。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是摄像机至少包括一台摄像机，有的根据使用的区域和用途的不同，还可以包括2台、3台甚至多台不同功能的摄像机，各摄像机内有多组拍摄图像参数的默认值设置，后台城管人员可以进行远程自动或手动调控；在区域监测现场，有关人员也可在综合监测分析仪上，插入外接式键盘，对其进行手动或自动调整，还可以对城市违章的视频参数及其违章阈值进行调整。

4.根据权利要求1或2所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是，所述的信号传输平台，大多采用有线网络传输平台：即摄像机的传输信号，用同轴电缆或光纤连接到信号传输平台中的网络交换机上，后者再用专用网线与综合监测分析仪连接，最后，综合监测分析仪通过城域电信主干线或专用光缆连接至城市综合智能管理中心的局域网；在一些特定区域，也可采用无线激光通讯机构成的网络传输平台：即用无线激光发射机与摄像机有线连接后，激光发射机把摄像机的输入信号经过解码、调制后所得到的电信号，向综合监测分析仪的安装点定向发射，固定在综合监测分析仪附近的无线激光接收机，接受到此信号后，随即进行解码、还原成原始视频信号，并有线传送到综合监测分析仪，综合监测分析仪进行分析处理后，既可以通过城域电信主干线或专用光缆连接至城市综合智能管理中心，也可以用无线激光发射机发射到城市综合智能管理中心，这样，从监测到监管的全过程，实现实时而安全的全无线通信信息传输；所述的无线激光通信机，包括无线激光通信接收机、无线激光通信发射机。

5.根据权利要求3所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是所述的综合监测分析仪，可以同时对摄像机中的1台或多台监测视频信号进行实时处理、分析和融合，并及时发出调控指令，实现集成监测；这在一些城市窗口、三岔道口、十字道口、码头、车站以及一些特色区域，它们大都安装有众多的不同类型的摄像机。

6.根据权利要求1或2所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是，所述的摄像机内安装有1台枪式摄像机和1台球式摄像机，当在正常工作的情况下，枪式摄像机所采集的视频数字信号，经过综合监测分析仪中的视频综合分析模块的分析和判断，对违反城管法规的视频，发出异常区域事件的信号，驱动城区监测软件模块中的摄像机联动模块工作，并随即发出调整球式摄像机的拍摄角度及镜头焦距的指令，后者按此指令迅速抓拍异常区域事件发生的过程和特写画面，综合监测分析仪采集此违章信息后，随即向后台发出区域违章事件的预警信息，并把制作的违章合成图片发送到后台，供城管工作人员调控和处理。

7.根据权利要求1或2所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是，所述的摄像机内，若仅安装1台球式摄像机，它就兼备正常监视和及时抓拍违章事件的双重功能，只是在一旦发现违章事件的视频，随即按照综合监测分析仪的指令，调整球式摄像机的拍摄角度及镜头焦距，迅速抓拍异常区域事件发生的过程和特写画面，综合监测分析仪采集此违章信息后，随即向后台发出区域违章事件的预警信息，并把制作的违章合成图片发送到后台，供城管工作人员调控和处理，抓拍完成后，马上又恢复到原先设定的正常监测状态。

8.根据权利要求1或2所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是，所述的城管通用参数有：

（1）交通参数：车流量、车辆瞬时速度、车辆平均速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率

（2）治安参数

（3）环境参数

（4）文明及卫生参数。

9.根据权利要求7所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是，按城区综合监测软件模块中的工作流程，它们进行联动抓拍和传输违规信息，是这样实现的：（1）枪球校准：根据枪机所传违规车辆坐标调整球机角度，确保两个相机视野中心一致；（2）枪球映射：以枪机所传的违规事件坐标为特征点建立一个以地面为参照系的立体模型；（3）球机校准：对球式摄像机的拍摄视窗上均匀分布的众多个像素拍摄点位，进行多次缩放和旋转，保证每帧摄像都能拍摄一幅标准车辆的特写画面，再把众多次调整的相机偏移的角度和焦距的调整数据，记录在微处理器的 ROM芯片内，作为以后调整画面角度的计算操作数据，使枪式摄像机与球式摄像机在检测时实现协同控制；（4）球机抓拍：枪式摄像机按照预先设定的车辆视频参数违章阈值的规定，一旦发现有违反城管法规的视频，就随之发出异常区域事件的数字信号，驱动摄像机联动模块工作，并随即发出调整球式摄像机的拍摄角度及镜头焦距的指令，球式摄像机按此指令迅速抓拍异常区域事件发生的过程和特写画面；（5）违规信息传输：所拍摄图像信息，按城管信息传输模块的工作流程，进行多源异构数据融合和数据实时同步传输：即对抓拍的违规视频图像以YUV格式进行违规图片合成，然后把压缩及合成后的图片以JEPG格式，经FTP进行上传至后台；违规事件的文本信息则通过WEBSERVICE进行上传至后台；以文字和图片的形式，实时同步发出所监测的区域事件的预警信息和存档资料。

10.根据权利要求1或2所述的基于视频的智能城市综合管理系统，其特征是，所述的实现对所监测区域的实时监控，是在区域正常运行的情况下，在后台区域监控的滚动视屏上，可同时显示一至多幅摄像机所拍摄的区域全景视屏和特定区域的视屏，视屏的下方，还可以实时播放有关区域的主要的交通参数、环保参数、文明参数、卫生参数和天气情报等；当区域交通受阻或不良事件发生时，综合监测分析仪启动综合控制信号模块工作，随之驱动调控器：可以实时控制区域路口的红绿信号灯、开启受检区域的的城管广播、向110报警、向本市电视和广播电台传输视频和音频信号……；当区域有违章事件时，其违章合成图片，随即出现在后台的监测视屏上，同时存入当天该区域的违章事件档案；此外，后台的城管值班人员，还可以根据区域和全市的城管实况，调控综合监测分析仪，对监测区域交通和安防进行远程统筹控管。

11.根据权利要求1或2所述的基于视频的智能城市综合管理系统的交通参数的测量方法，实现步骤为：

⑴ 在道路路口对系统设备进行安装、调试；

⑵ 在道路上选取参照实物a、b、c、d，作为点坐标，并量取各线段的实际距离；

⑶ 将各线段实际数据输入到视频分析模块，确定系统图像坐标系与世界坐标系的映射关系以便于系统对车辆速度的计算；

⑷ 建立映射关系后，系统可对道路上任意区域的交通参数进行检测,若检测区域为矩形ABCD，CD长度为L且与道路行车方向平行；

⑸ 当车辆进入线段AB时，视频分析模块开始对车辆轨迹进行跟踪并开始计时；

⑹ 当车辆驶出线段DC时，视频分析模块停止计时，并自动计算车辆通过AD线段所需时间，以上数据传输至交通参数测量模块；

⑺ 当车辆驶出线段DC时，视频分析模块对通过车辆进行计数，以上数据传输至交通参数测量模块；

⑻ 交通参数测量模块根据系统要求，统计单位时间内通过参照物区域的车辆数量，计算出车流量；根据通过检测区域车辆的时间，计算出车辆通过检测区域的平均速度； 

（9）交通参数的计算方法是：当AB线段的某一车道上有车辆通过时，自动跟踪程序启动，并开始计时，这时刻为t1；；在正常情况下，DC线段先有车辆通过，当首先进入AB线段的第1辆车离开DC线段时，车辆累计记数为1，自动跟踪终止，并结束计时，这时刻为t2,同样，当进入AB线段的第2辆车离开DC线段时，车辆累计计数为2，……,直到t2时刻，进入AB线段的最后一辆车离开DC线段时，车辆累计计数为N，这时在△t时间内，△t＝t2－t1，该车道上的车流量N就准确地检测出来了；当车流同时在检测区域内的多条车道上行驶时，系统可单独对每辆车进行跟踪，这时系统可以按车道数量划分检测区域，进行分道检测，综合统计，检测出该条道路的单向车流量、双向车流量，快速准确的实施对于道路路面的整体检测；

当测量单车的平均速度时，我们已设定检测区ABCD中，AB到CD的 直距离为L,系统跟踪、检测出它通过检测区的时间为△t，按公式，可计算出单车平均速度V:

V = L /△t（M/S）

同样，当测量单向车道上，车辆的平均速度时，只要把在这段△t时间内，通过该区的各车辆的的单车平均速度进行累计平均即可；同理，一条道路的双向车流量、一条道路的车辆平均速度、当道口是三岔口、十字道口、或多条道口交叉时，全道口的车流量和车辆平均速度都可准确地检测出来；

同理，应用上述检测方法和检测结果，其它的交通参数，如车辆瞬时速度、队列长度、车头时距、车道占有率、时间占有率，可准确而方便地检测和统计出来。

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