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论文源自《基于图像处理技术的高速公路交通流异常情况告警系统研究》项目。这是在自主研发的分布式宽带监控数据单元W—DMDU在宁通、宁连、宁淮等高速公路成功运行,监控图像数量的急剧增加,人力监控方式容易遗漏重要交通流异常信息,已无法适应大量监控要求,而进一步承担的省级项目。
文中在分析全程联网监控系统的基础上,给出了预警系统总体设计方案,包括网络构架、系统功能、模块划分、系统软件平台等内容,提出了系统实现主要难点,包括极大的视频运算量、车辆的遮挡、与全程联网监控系统的内在关系、视频编码不兼容、跨平台处理、系统安全性等一系列问题。从中引出对关键算法的相应研究。
文中解析了预警系统的关键算法机理。诸如,ROI获取及其背景图像获取、边缘检测、车道分割线重建细节;摄像机标定;运动车辆检测算法及其图像的平滑处理、动态背景升级、灰度图二值化、图像的形态滤波处理细节;运动车辆跟踪算法及其车辆分割、车辆位置预测、目标匹配算法细节。
文中的研究重点在于系统构建及实现。主要研究内容有:(1)分析了预警系统终端的功能需求,在此基础上进行了模块划分,解析了终端模块开发中采用的技术及其优势和特点,包括GTK,GLADE,SDL等,简要介绍了视频编解码的标准,分析了Linux下各种进程通信方式特点。在此基础上,文中给出了终端各个模块的实现流程,并对各个模块的具体实现进行了阐述,包括视频显示模块,解码模块,打开视频流模块,打开事前录像模块,预警发送控制模块,异常事件处理模块。(2)分析了预警服务器的实际功能需求,提出了服务器设计思想及功能划分,探讨了并行运算的特点和优势,对超线程技术与多核体系结构进行了研究,阐述了守护进程的特点以及实现,分析了OpenCV以及IPP两个图像处理库在图像运算中的优势。给出了服务器中各个模块的实现流程,并对各个模块软件具体实现进行了详细的介绍,包括多进程设计,守护进程实现,图像处理模块以及FFmpeg编码模块。(3)阐述了系统通信模块的实现,比较了各种通信方式,给出了组播通信的工作原理、特点以及实现组播的前提条件。在组播通信的基础上,给出了预警系统中终端与服务器之间、终端与检测进程之间的通信实现。(4)对系统数据库模块的实现进行了研究,分析了MySQL数据库在Linux的优势特点,阐述了数据库库表设计及各个表的结构,解析了数据库功能具体实现方法,包括数据检索、数据查询以及报表打印等。
文中最后根据系统的运行结果,总结了系统的创新及特点:与现有监控系统松耦合,和目前的工作方式不冲突,也为今后监控方式的过渡打下良好的基础;多进程并行计算,充分利用多核CPU并行计算能力,大大提高系统吞吐率;基于OpenCV和IPP的图像库,大大提高运算效率;平台移植方便,采用的开发工具具有跨平台能力,可以方便的进行平台移植;造价低,无需二次投资。并展望了进一步的研究工作.