一种公路精准定位视频监测系统及方法

技术领域

本发明属于智能交通领域技术领域，特别是一种公路精准定位视频监测系统及方法。

背景技术

目前普通国省干线路侧固定视频监控分布密度较高，且广泛采用带有云台控制的PTZ摄像机。在传统的路网视频监测模式中，监控系统处于一种被动监控模式，一般是交通事件发生以后，值班人员通过监视画面或其他途径获得事件信息，然后手动操作控制键盘，将监视画面切换到最佳角度，进行事件的记录和处理。这种监控模式是一种完全被动式的，它需要值班人员精力高度集中，长时间的观察会使值班人员的视觉十分疲劳，这就体现不出系统的先进性、主动性、智能性。目前路网视频监控图像只能定位到PTZ摄像机安装点位里程桩号，但是如果业务人员查询两个摄像机点位之间、具体里程桩号的视频图像，则不容易定位，需要工作人员通过手动操作摄像机旋转角度、调整焦距来查看，依据经验在视频中看到熟悉场景或交通标志、里程桩，截取对应大致桩号的视频图像，这不利于精准的路网管理及养护巡查。特别是公路改扩建施工、养护施工、交通拥堵、交通事故等场景，由于缺少摄像机与公路空间位置定量化匹配关系，缺少相邻摄像机之间协同联动机制，难以全面精准化感知以上非常态化场景运行状态，难以有效支撑应急指挥调度等业务高效运行。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提出一种公路精准定位视频监测系统及方法，实现PTZ摄像机预置位与里程桩号匹配、视频或图片精准定位查询。将非结构化、连续的视频数据离散化，为不同摄像机预置位匹配公路空间参考信息，实现地理数据与视频数据的相互融合与补充，有效利用云台旋转、光学变焦提升监控水平。改变传统的路网视频监测模式，提供一种主动式、动态化视频监控模式，对于不同里程范围公路能够自动采用相适应的云台旋转、光学变焦，能够较好地观察远距离小目标细节信息，提高已有高清摄像机利用效能。不管是常态化日常路网管理还是非常态化路网监测场景，只需要值班人员输入所需监测路段里程桩号或者在地图上点选相应位置，即可获得覆盖相应公路里程桩号范围的视频或图片，显著提高公路视频监测效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：第一方面，提供了一种公路精准定位视频监测系统，所述系统包括摄像机、车载卫星定位终端、摄像机预置位设置模块、摄像机预置位与里程桩号匹配模块、视频或图片精准定位查询模块和可视化客户端，各模块支持有线或无线通信方式进行数据交互；所述摄像机，安装于公路上的固定物上(一般安装于公路路侧、中央隔离带的固定杆件上)；所述摄像机预置位设置模块、摄像机预置位与里程桩号匹配模块、视频或图片精准定位查询模块作为系统软件部分，可自由组合部署于公路行业管理部门，通过可视化客户端，供业务人员操作使用；

所述车载卫星定位终端，用于实时获取巡查车辆行驶位置的经纬度信息；

所述摄像机预置位设置模块，用于自动设置摄像机预置位，并建立每个摄像机预置位与所拍摄路段经纬度范围数据的一一对应关系，形成摄像机预置位与经纬度匹配关系表；

所述摄像机预置位与里程桩号匹配模块，用于按照经纬度与里程桩号的换算关系，对每个摄像机预置位所拍摄路段经纬度范围数据进行换算，得到所拍摄路段里程桩号范围数据，建立摄像机预置位与里程桩号匹配关系表；

所述视频或图片精准定位查询模块，用于基于摄像机预置位与里程桩号匹配关系表，以及用户输入的里程桩号或里程桩号范围，定位查询相应里程桩号或里程桩号范围的视频或图片。

进一步地，所述摄像机采用PTZ摄像机，配置有云台，支持摄像机水平旋转、上下俯仰移动及镜头光学变焦控制。

进一步地，所述摄像机预置位，包括上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，每一个摄像机预置位均对应云台水平旋转角度p、上下俯仰移动角度t以及镜头光学变焦参数z这三个参数，并形成一对一关系；

预置位具体如下：利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，自动设置PTZ摄像机可观测最远距离路段的摄像机预置位，记做极限预置位；每个PTZ摄像机均有公路上行、下行两个监测方向，上行、下行两个监测方向各有一个极限预置位，分别记做上行、下行极限预置位；上行、下行极限预置位之间，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，自动顺序设置每个PTZ摄像机的不同摄像机预置位，记做中间预置位；中间预置位按照朝向上行、下行不同方向，继续细分为上行、下行中间预置位；上行、下行中间预置位之间，涉及PTZ摄像机从上行向下行或者从下行向上行旋转位置，记做过渡预置位。

进一步地，所述视频或图片精准定位查询模块，支持输入里程桩号S

进一步地，所述视频或图片精准定位查询模块，支持输入里程桩号范围{S

第二方面，提供了一种公路视频全方位精准定位监测方法，所述包括以下步骤：

步骤1，搭载有车载卫星定位终端的巡查车，沿着在公路路侧或者中央隔离带的固定杆件上安装有PTZ摄像机的公路，由里程桩号从小到大方向行驶，并实时向摄像机预置位设置模块发送巡查车当前行驶位置的经纬度信息；

步骤2，摄像机预置位设置模块根据巡查车当前行驶位置的经纬度信息，结合PTZ摄像机安装位置的经纬度信息，调度距离巡查车当前行驶位置最近的PTZ摄像机拍摄视频或图片；随着巡查车行驶过程，逐个调度PTZ摄像机拍摄视频或图片；之后基于PTZ摄像机拍摄视频或图片，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，逐个设置PTZ摄像机的上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，并形成摄像机预置位与经纬度匹配关系表；

步骤3，将摄像机预置位与经纬度匹配关系表输入摄像机预置位与里程桩号匹配模块，按照经纬度与里程桩号的换算关系，对每个摄像机预置位所拍摄路段经纬度范围数据进行换算，得到所拍摄路段里程桩号范围数据，建立摄像机预置位与里程桩号匹配关系表；

步骤4，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号，按照摄像机与里程桩号匹配关系表，调度距离所输入里程桩号最近的PTZ摄像机，采用与输入里程桩号相匹配的摄像机预置位拍摄视频或图片。

进一步地，步骤4替换为：

通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号范围，根据摄像机预置位与里程桩号匹配关系表，进行如下判断：若具有一个摄像机预置位所拍摄路段里程桩号范围{S

进一步地，步骤2中所述基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，逐个设置PTZ摄像机的上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，具体如下：

在PTZ摄像机视角下，调度PTZ摄像机拍摄视频或图片，以巡查车辆为目标，基于深度学习方法实现巡查车辆目标识别并跟踪；其中，基于深度学习方法识别巡查车辆目标，巡查车辆在图片中占有像素尺度需≥M*N，且巡查车辆在图片中占有像素尺度M*N记做目标识别最小像素尺度；

巡查车辆搭载有车载卫星定位终端，由小里程桩号向大里程桩号行驶过程中，相对于每一个PTZ摄像机，巡查车辆是由远及近、行驶通过、行驶远离过程：

第一个经过PTZ摄像机的上行极限预置位，设置方法如下：根据PTZ摄像机分辨率、靶面尺寸规格、焦距、光学变焦倍数这些参数，按照巡查车辆在所拍摄视频或图片中间位置，且在所拍摄视频或图片中占有像素尺度＝目标识别最小像素尺度时，利用摄像机成像原理自动计算巡查车辆距离PTZ摄像机的最远距离，此时PTZ摄像机所需设置的云台水平旋转角度p

第二个经过PTZ摄像机的上行中间预置位，设置方法如下：当巡查车辆驶出极限预置位拍摄视频或图片范围时，PTZ摄像机根据基于深度学习的巡查车辆识别及跟踪，按照巡查车辆行驶轨迹自动调整PTZ摄像机云台水平旋转角度、上下俯仰移动角度以及镜头光学变焦参数，保证巡查车辆在拍摄视频或图片中间位置，且占有像素尺度＝目标识别最小像素尺度，此时PTZ摄像机云台水平旋转角度p

第三个经过PTZ摄像机的过渡预置位，设置方法如下：PTZ摄像机根据基于深度学习的巡查车辆识别及跟踪，按照巡查车辆行驶轨迹自动调整PTZ摄像机云台水平旋转角度、上下俯仰移动角度，保证巡查车辆在拍摄视频或图片中间位置，且占有像素尺度＞目标识别最小像素尺度，此时PTZ摄像机云台水平旋转角度p

第四个经过PTZ摄像机的下行中间预置位，设置方法如下：PTZ摄像机根据基于深度学习的巡查车辆识别及跟踪，按照巡查车辆行驶轨迹自动调整PTZ摄像机云台水平旋转角度、上下俯仰移动角度以及镜头光学变焦参数，保证巡查车辆在拍摄视频或图片中间位置，且占有像素尺度＝最小目标物识别像素尺度，此时PTZ摄像机云台水平旋转角度p

第五个经过PTZ摄像机的下行极限预置位，设置方法如下：当巡查车辆进入预估下行极限预置位拍摄视频或图片范围内时，根据巡查车辆在视频或图片中的位置及占有像素尺度关系，调节PTZ摄像机上下俯仰角，保证巡查车辆在视频或图像中间位置、占有像素尺度＝最小目标物识别像素尺度，此时PTZ摄像机所需云台水平旋转角度p

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)提出PTZ摄像机预置位与里程桩号匹配方法，由于车辆是公路行业视频监测的重要对象，因此本发明以搭载车载卫星定位终端的巡查车作为目标，通过车载卫星定位终端获取巡查车辆实时经纬度信息。在此基础上，巡查车辆在安装有PTZ摄像机的公路上行驶时，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，并根据巡查车辆在PTZ摄像机采用不同预置位拍摄图片中的位置关系，即可得到每一个摄像机预置位所拍摄路段经纬度范围数据。结合经纬度与里程桩号换算关系，即可得到每一个摄像机预置位拍摄路段里程桩号范围，建立摄像机预置位与里程桩号匹配关系表。

(2)提出公路视频或图片精准定位查询方法，本发明依据建立的摄像机预置位与里程桩号匹配关系表，结合已知的PTZ摄像机里程桩号，自动计算拍摄路段里程桩号范围包含输入里程桩号的对应PTZ摄像机及相应的摄像机预置位，即可调度该PTZ摄像机按照相应的摄像机预置位拍摄视频或图片，确保业务人员按照里程桩号查询的路段在所拍摄视频或图片的中间位置，实现自动调度PTZ摄像机精准定位聚焦到所查询里程桩号路段进行拍摄。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明一个实施例中公路精准定位视频监测系统的组成示意图。

图2为本发明一个实施例中公路精准定位视频监测方法的流程示意图。

图3为本发明一个实施例中公路精准定位视频监测方法的实施示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在一个实施例中，结合图1，提供了一种公路精准定位视频监测系统，所述系统包括摄像机、车载卫星定位终端、摄像机预置位设置模块、摄像机预置位与里程桩号匹配模块、视频或图片精准定位查询模块和可视化客户端，各模块支持有线或无线通信方式进行数据交互；所述摄像机，支持便携式搭载在巡查车辆上；所述摄像机预置位设置模块、摄像机预置位与里程桩号匹配模块、视频或图片精准定位查询模块作为系统软件部分，可自由组合部署于公路行业管理部门，通过可视化客户端，供业务人员操作使用。

这里优选地，所述摄像机采用PTZ摄像机，为已有设备，一般安装于公路路侧、中央隔离带的固定杆件上，安装高度一般为8至12米，配置有云台支持摄像机水平旋转、上下俯仰移动及镜头光学变焦控制，相邻PTZ摄像机之间间距为几百米到数公里不等，已知PTZ摄像机安装位置的里程桩号、经纬度。

进一步地，在其中一个实施例中，所述摄像机预置位，包括上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，每一个摄像机预置位均对应云台水平旋转角度p、上下俯仰移动角度t以及镜头光学变焦参数z这三个参数，并形成一对一关系；

预置位具体如下：利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，自动设置PTZ摄像机可观测最远距离路段的摄像机预置位，记做极限预置位；每个PTZ摄像机均有公路上行、下行两个监测方向，上行、下行两个监测方向各有一个极限预置位，分别记做上行、下行极限预置位；上行、下行极限预置位之间，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，自动顺序设置每个PTZ摄像机的不同摄像机预置位，记做中间预置位；中间预置位按照朝向上行、下行不同方向，继续细分为上行、下行中间预置位；上行、下行中间预置位之间，涉及PTZ摄像机从上行向下行或者从下行向上行旋转位置，记做过渡预置位。

进一步地，在其中一个实施例中，所述视频或图片精准定位查询模块，主要存在2种情形：

(1)支持输入里程桩号S

(2)支持输入里程桩号范围{S

在一个实施例中，结合图2，提供了一种公路视频全方位精准定位监测方法，包括以下步骤：

步骤1，搭载有车载卫星定位终端的巡查车，沿着在公路路侧或者中央隔离带的固定杆件上安装有PTZ摄像机的公路，由里程桩号从小到大方向行驶，并实时向摄像机预置位设置模块发送巡查车当前行驶位置的经纬度信息；

步骤2，摄像机预置位设置模块根据巡查车当前行驶位置的经纬度信息，结合PTZ摄像机安装位置的经纬度信息，调度距离巡查车当前行驶位置最近的PTZ摄像机拍摄视频或图片；随着巡查车行驶过程，逐个调度PTZ摄像机拍摄视频或图片；之后基于PTZ摄像机拍摄视频或图片，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，逐个设置PTZ摄像机的上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，并形成摄像机预置位与经纬度匹配关系表；

步骤3，将摄像机预置位与经纬度匹配关系表输入摄像机预置位与里程桩号匹配模块，按照经纬度与里程桩号的换算关系，对每个摄像机预置位所拍摄路段经纬度范围数据进行换算，得到所拍摄路段里程桩号范围数据，建立摄像机预置位与里程桩号匹配关系表；

步骤4，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号，按照摄像机与里程桩号匹配关系表，调度距离所输入里程桩号最近的PTZ摄像机，采用与输入里程桩号相匹配的摄像机预置位拍摄视频或图片；或，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号范围，根据摄像机预置位与里程桩号匹配关系表，进行如下判断：若具有一个摄像机预置位所拍摄路段里程桩号范围{S

进一步地，在其中一个实施例中，步骤2中所述基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，逐个设置PTZ摄像机的上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，结合图3，具体如下：

在PTZ摄像机视角下，调度PTZ摄像机拍摄视频或图片，以巡查车辆为目标，基于深度学习方法实现巡查车辆目标识别并跟踪；其中，基于深度学习方法识别巡查车辆目标，巡查车辆在图片中占有像素尺度需≥M*N，且巡查车辆在图片中占有像素尺度M*N记做目标识别最小像素尺度；

巡查车辆搭载有车载卫星定位终端，由小里程桩号向大里程桩号行驶过程中，相对于每一个PTZ摄像机，巡查车辆是由远及近、行驶通过、行驶远离过程：

第一个经过PTZ摄像机的上行极限预置位，设置方法如下：根据PTZ摄像机分辨率、靶面尺寸规格、焦距、光学变焦倍数这些参数，按照巡查车辆在所拍摄视频或图片中间位置，且在所拍摄视频或图片中占有像素尺度＝目标识别最小像素尺度时，利用摄像机成像原理自动计算巡查车辆距离PTZ摄像机的最远距离，此时PTZ摄像机所需设置的云台水平旋转角度p

第二个经过PTZ摄像机的上行中间预置位，设置方法如下：当巡查车辆驶出极限预置位拍摄视频或图片范围时，PTZ摄像机根据基于深度学习的巡查车辆识别及跟踪，按照巡查车辆行驶轨迹自动调整PTZ摄像机云台水平旋转角度、上下俯仰移动角度以及镜头光学变焦参数，保证巡查车辆在拍摄视频或图片中间位置，且占有像素尺度＝目标识别最小像素尺度，此时PTZ摄像机云台水平旋转角度p

第三个经过PTZ摄像机的过渡预置位，设置方法如下：PTZ摄像机根据基于深度学习的巡查车辆识别及跟踪，按照巡查车辆行驶轨迹自动调整PTZ摄像机云台水平旋转角度、上下俯仰移动角度，保证巡查车辆在拍摄视频或图片中间位置，且占有像素尺度＞目标识别最小像素尺度，此时PTZ摄像机云台水平旋转角度p

第四个经过PTZ摄像机的下行中间预置位，设置方法如下：PTZ摄像机根据基于深度学习的巡查车辆识别及跟踪，按照巡查车辆行驶轨迹自动调整PTZ摄像机云台水平旋转角度、上下俯仰移动角度以及镜头光学变焦参数，保证巡查车辆在拍摄视频或图片中间位置，且占有像素尺度＝最小目标物识别像素尺度，此时PTZ摄像机云台水平旋转角度p

第五个经过PTZ摄像机的下行极限预置位，设置方法如下：当巡查车辆进入预估下行极限预置位拍摄视频或图片范围内时，根据巡查车辆在视频或图片中的位置及占有像素尺度关系，调节PTZ摄像机上下俯仰角，保证巡查车辆在视频或图像中间位置、占有像素尺度＝最小目标物识别像素尺度，此时PTZ摄像机所需云台水平旋转角度p

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

步骤1，搭载有车载卫星定位终端的巡查车，沿着在公路路侧或者中央隔离带的固定杆件上安装有PTZ摄像机的公路，由里程桩号从小到大方向行驶，并实时向摄像机预置位设置模块发送巡查车当前行驶位置的经纬度信息；

步骤2，摄像机预置位设置模块根据巡查车当前行驶位置的经纬度信息，结合PTZ摄像机安装位置的经纬度信息，调度距离巡查车当前行驶位置最近的PTZ摄像机拍摄视频或图片；随着巡查车行驶过程，逐个调度PTZ摄像机拍摄视频或图片；之后基于PTZ摄像机拍摄视频或图片，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，逐个设置PTZ摄像机的上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，并形成摄像机预置位与经纬度匹配关系表；

步骤3，将摄像机预置位与经纬度匹配关系表输入摄像机预置位与里程桩号匹配模块，按照经纬度与里程桩号的换算关系，对每个摄像机预置位所拍摄路段经纬度范围数据进行换算，得到所拍摄路段里程桩号范围数据，建立摄像机预置位与里程桩号匹配关系表；

步骤4，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号，按照摄像机与里程桩号匹配关系表，调度距离所输入里程桩号最近的PTZ摄像机，采用与输入里程桩号相匹配的摄像机预置位拍摄视频或图片；或，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号范围，根据摄像机预置位与里程桩号匹配关系表，进行如下判断：若具有一个摄像机预置位所拍摄路段里程桩号范围{S

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于公路视频全方位精准定位监测方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

步骤1，搭载有车载卫星定位终端的巡查车，沿着在公路路侧或者中央隔离带的固定杆件上安装有PTZ摄像机的公路，由里程桩号从小到大方向行驶，并实时向摄像机预置位设置模块发送巡查车当前行驶位置的经纬度信息；

步骤2，摄像机预置位设置模块根据巡查车当前行驶位置的经纬度信息，结合PTZ摄像机安装位置的经纬度信息，调度距离巡查车当前行驶位置最近的PTZ摄像机拍摄视频或图片；随着巡查车行驶过程，逐个调度PTZ摄像机拍摄视频或图片；之后基于PTZ摄像机拍摄视频或图片，利用基于深度学习的巡查车辆目标识别及跟踪，逐个设置PTZ摄像机的上行、下行极限预置位，中间预置位，上行、下行中间预置位，以及过渡预置位，并形成摄像机预置位与经纬度匹配关系表；

步骤3，将摄像机预置位与经纬度匹配关系表输入摄像机预置位与里程桩号匹配模块，按照经纬度与里程桩号的换算关系，对每个摄像机预置位所拍摄路段经纬度范围数据进行换算，得到所拍摄路段里程桩号范围数据，建立摄像机预置位与里程桩号匹配关系表；

步骤4，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号，按照摄像机与里程桩号匹配关系表，调度距离所输入里程桩号最近的PTZ摄像机，采用与输入里程桩号相匹配的摄像机预置位拍摄视频或图片；或，通过可视化客户端向视频或图片精准定位查询模块输入里程桩号范围，根据摄像机预置位与里程桩号匹配关系表，进行如下判断：若具有一个摄像机预置位所拍摄路段里程桩号范围{S

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于公路视频全方位精准定位监测方法的限定，在此不再赘述。

本发明能够通过PTZ摄像机预置位与里程桩号匹配，实现业务人员按照里程桩号对相应路段视频或图片的精准定位查询，显著提升公路行业管理效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。