（通信与信息系统专业论文）基于远程网络和视频监控分析的urbantaxi场站管理调度系统研制.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：蓼差i 边 日 t ，一 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鏊主! 歪丝导师签名：燃k 多 yn 山东大学硕士学位论文 目录 摘j i 荽1 a b s t r a c t 。2 符号说明3 第一章绪论。4 1 1 研究背景4 1 2 研究现状6 1 3 研究内容8 第二章网络流媒体视频监控分析相关技术1 0 2 1 流媒体监控网络1 0 2 2 视频压缩编码1 1 2 3 视频开发框架1 2 2 4 视频分析中的数字图像处理1 3 第三章u r b a n - t a x i 场站监控分析服务系统设计l5 3 1 功能需求分析1 5 3 2 功能模型l7 3 3 系统部署实施方案与设计性能指标一1 8 3 4 开发环境l8 3 5 本章小结。1 9 第四章面向出租车检测的视频分析算法2 0 4 1 出租车检测识别算法2 l 4 1 1 背景差分法2l 4 1 2 背景建模：2 2 4 1 3 帧间差分法2 5 4 1 4 结合帧差的背景差分法2 6 4 2 图像中出租车区域分割2 8 4 2 1 积分投影法2 8 山东大学硕士学位论文 4 - 2 2 两次扫描法。2 9 4 3 出租车车流密度统计。3 1 4 4 仿真实现3 3 4 5 本章小结。3 4 第五章场站中心分布式网络流媒体监控系统3 5 5 1 网络传输模型3 5 5 2 流媒体分布式监控设计3 6 5 2 1 视频采集处理3 7 5 2 2 流媒体监控功能实现3 7 5 2 3 网络数据包处理3 9 5 2 4 关键信息的图像存储4 4 5 2 5 软件界面实现4 4 5 3 场站静态场景嵌入式监控系统。4 6 5 3 1 嵌入式系统硬件平台设计4 6 5 3 2l i n u x 系统移植。4 7 5 3 3 终端视频监控软件设计4 9 5 - 3 4 软件界面设计5 5 5 4 调度管理5 5 5 5 本章小结一5 7 第六章工作总结和展望5 8 6 1 工作总结。5 8 6 2 工作展望5 8 参考文献6 0 致谢6 5 攻读学位期间发表的学术论文及专利6 6 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t 1 e n g l i s ha b s t r a c t 2 n o t a t i o na n da b b r e v i a t i o n 3 c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 4 1 1b a c k g r o u n d 4 1 2t h es t a t u so f t h er e s e a r c h 6 1 3o r g a n i z a t i o no f t h ep a p e r 8 c h a p t e r2r e l a t e dt e c h o n o l o g y 1 0 2 1s t r e a m i n gm e d i am o n i t o r i n gn e t w o r k 10 2 2v i d e oc o d i n g ii 2 3v i d e od e v e l o pf r a m e w o r k 1 2 2 4d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g 1 3 c h a p t e r3d e s i g nu r b a n t a x is e r v i c es y s t e mf o r s t a t i o n s ：15 3 1d e m a n da n a l y s i s 1 5 3 ：2f u n c t i o nm o d e l 1 7 3 3d e p l o y m e n ta n dp e r f o r m a n c e 18 3 3d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 18 3 4s u m m a r y ：1 9 c h a p t e r4 v i d e oa n a l y f i c sf o rt e x id e t e e t i o n 2 0 4 1t e x id e t e c t i o n 2 1 4 1 1b a c k g r o u n d sd i f f e r e n t i a lm e t h o d 2 1 4 1 2b a c k g r o u n dm o d e l i n g 2 2 4 1 3f r a m ed i f f e r e n t i a lm e t h o d 2 5 4 1 4c o m b i n a t i o no f t w om e t h o d s 2 6 4 2i m a g es e g m e n t a t i o n 2 8 4 2 1i n t e g r a lp r o j e c t i o nm e t h o d 2 8 4 2 2t w i c es c a n n i n gm e t h o d 2 9 4 3a n a l y s i so f t a x id e n s i t y 3 1 4 4r e 鳓1 1 t so f l 飞es i m u l a t i o n 。3 3 i i i 4 5s u j n m a 巧”3 4 c h a p t e r5 s t a t i o n c e n t r ed i s t r i b u t e dn e t w o r km o n i t o r i n g 3 5 5 1t 觚m i s s i o nm o d e l 3 5 5 2 眺i o n c e n 勺哈s t r e a m i n gm e d i am o n i t o r i n g ”3 6 5 2 1 d c 0c a p t u r ea n dp r o c e s s i n g 3 7 5 2 2s t r e a m i n gm e d i am o n i t o r i n gf u n c t i o nm o d e l 3 7 5 2 3n 咖r kpa c _ k e t sp r o c e s s i n g 3 9 5 2 4i m a g es t o r a g e ”4 4 5 2 5s o f t w a r ed e s i g n ”4 4 5 3 e 】同) e d e dm o i l i t o r i n gs y s t e m 4 6 5 3 1h a r d w a l ed e s i g n 4 6 5 3 2l i n u xp o r t i n g 4 7 5 3 3s o f t w a r ed e s i g n 4 9 5 3 4h l t e r f 砬ed e s i g n 5 5 5 4s c h e d u l i n ga n dm a n a g e m e n t 5 5 5 5s 咖a 巧“5 7 c h a p t e r6 c o n c l u s i o n sa n de x p e c t i o n s 5 8 6 1c o n c l u s i o 璐5 8 6 2e x l ，e 幽。璐5 8 r e f e r e n c e s 6 0 a c k i l o w l e d g e m e n t 6 5 n l b l i c a t i o n s 6 6 i v 山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，城市智能交通系统( i t s ) 的研究备受关注，u r b a n - t a x i ( 城市出租车) 服务在城市交通中地位越来越重要，极大的影响着人们的生活出行，而火车站、 会展中心等高人流量场站点更是u r b a n t a x i 服务的重点场所。在此背景下，传统 管理调度手段过于低效，而网络流媒体监控与视频智能分析等先进技术具备十分 丰富的信息量、方便快捷的信息获取以及很好的灵活性，十分适合应用于 u r b a n - t a x i 场站服务的科学管理与高效调度。 本文阐述了基于远程网络和视频监控分析的u r b a n - t a x i 场站管理系统的设计 方案，并予以实现，其重点在于监控视频中出租车车流密度的实时分析以及场站 中心远程网络分布式监控设计。 本文针对出租车车流密度信息获取的视频分析过程分为两个阶段：图像中出租 车检测和图像出租车分割计数。首先是图像中出租车检测，利用场站环境出租车 运营特点，采用运动检测技术快速获取视频帧画面中包含出租车区域。其次是图 像分割计数，该阶段排除非出租车干扰区域，统计监控视频帧中的出租车数量， 得到实时出租车车流密度信息。 在图像出租车检测阶段，本文将传统背景差分法和帧间差分法相结合，并根据 场站环境具体特点做改进，有效的提高了检测精度。 在图像分割计数阶段，对效果较好的积分投影法和二次扫描法，取各自优点融 合成一种新方法，并在该过程中针对两出租车遮挡情况，给出处理方法。 针对城市u r b a n t a x i 管理中场站出租车管理中心的分布式布局特点，本文设 计远程网络流媒体分布式监控系统。在场站端，本文针对场站出租车监控的要求， 采用视频监控服务器和嵌入式监控相结合的设计，详细阐述两种监控模式下视频 的采集、播放等技术处理的原理与实现。针对网络流媒体数据传输问题，设计合 理的分布式网络传输方案，借助口组播技术实现中心多监控点对于特定场站监控 画面的获取，对设计方案进行详细分析并予以实现。 针对u r b a n t a x i 场站管理调度，除依靠网络流媒体实时监控所提供的现场画 面信息外，本文利用上述视频分析得到的出租车车流密度信息，设计一种 u r b a n - t a x i 场站管理调度智能提示系统。 关键词：远程网络；视频分析；出租车调度；场站监控；数字图像 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h eu r b a ni n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ( i t s ) i sv e r ym u c h c o n c e r n e d u r b a n - t a x is e r v i c ei sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nu r b a np u b l i c t r a n s p o r tw h i c hh a sg r e a t l yi m p a c t e do np e o p l e st r a v e l ，e s p e c i a l l yi ns t a t i o n ss u c ha s r a i l w a ys t a t i o n , c o n v e n t i o na n de x h i b i t i o n c e n t e r t r a d i t i o n a lm a n a g e m e n ta n d s c h e d u l i n gs y s t e m i st o oi n e f f i c i e n t h o w e v e r , a d v a n c e dt e c h n o l o g i e s ，s u c h 嬲 s u r v e i l l a n c eu s i n gi n t e m e ts t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g ya n di n t e l l i g e n tv i d e oa n a l y s i s ， w i t hr i c hi n f o r m a t i o n , c o n v e n i e n ta c c e s s i n ga n dg o o df l e x i b i l i t ya 豫v e r ys u i t a b l ef o rt h e s c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n de f f i c i e n ts c h e d u l i n go ft h eu r b a n - t a x is t a t i o ns e r v i c e t h et h e s i sd e v e l o p sam a n a g e m e n ta n ds c h e d u l i n gs y s t e mb a s e do nt h er e m o t e n e t w o r ka n dv i d e os u r v e i l l a n c ea n da n a l y s i si ns t a t i o ne n v i r o n m e n to ft h eu r b a n t a x i s e r v i c e i tp u t se m p h a s i so nr e a l - t i m ea n a l y s i so ft a x id e n s i t yi nm o n i t o r i n gv i d e oa n d t h ed e s i g no fd i s t r i b u t e ds t a t i o n - c e n t e rr e m o t en e t w o r km o n i t o r i n g a n dt h e n , d e v e l o p t h es y s t e m a n a l y s i so ft a x id e n s i t yi nm o n i t o r i n gv i d e oi sd i v i d e di n t ot w op h a s e s ，d e t e c t i n g a n dd i v i d i n g f i r s t , g i v e nt h es p e c i f i ce n v i r o n m e n to fs t a t i o n ss t u d i e d , a r e a st h a tc o n t a i n t a x i sa r ed e t e c t e du s i n gm e t h o d so fm o i l o nd e t e c t i o n i no r d e rt oi m p r o v ed e t e c t i n g p r e c i s i o n , b a c k g r o u n d sd i f f e r e n t i a lm e t h o da n df r a m ed i f f e r e n t i a lm e t h o da l ei m p r o v e d a n dt h e nc o m b i n e d s e c o n d , d i v i d et h ed i g i t a li m a g ea c c o r d i n gt ot a x ia r e a sd e t e c t e d a n dc a l c u l a t et h eq u a n t i t yo f t a x i a f t e rd o i n gi m p r o v e m e n tw o r ko f t r a d i t i o n a lm e t h o d s ， am e t h o dt op r o c e s sm u t u a lo c c l u s i o no ft w ot a x i si ss u g g e s t e d f o rt h es t a t i o n - c e n t e rd i s t r i b u t e dn a t u r e ，t h et h e s i sd e s i g nad i s t r i b u t e dm o n i t o r i n g s y s t e mu s i n gr e m o t en e t w o r ks t r e a mm e d i at e c h n o l o g y i nt h es t a t i o ne n d ，t h ed e s i g n p l a nc o m b i n e sm o n i t o r i n gv i d e os e r v e ro fp ca n de m b e d d e dm o n i t o r i n gs y s t e m v i d e o c a p t u r e ，m u l t i p l ep a t h sb r o a d c a s ta n ds o m eo t h e rn e c e s s a r yp r o c e s s i n ga r ed e s c r i b e di n d e t a i l f o rn e t w o r kd a t at r a n s m i s s i o n , i no r d e rt om a k em o n i t o r i n gv i d e om o r ef l u e n t a n dc l e a r , t h et h e s i sp r o v i d ed e t a i l e da n a l y s i sa n dr e a s o n a b l ed e s i g n b e s i d e sv i d e om o n i t o r i n g ，a tl a s t ，t h et h e s i sp r o v i d e saw a yo fi n t e l l i g e n tp r o m p tf o r t a x im a n a g e m e n ta n ds c h e d u l i n gw i t hr e a l - t i m et a x id e n s i t yi n f o r m a t i o nw h i c hi st h e r e s u l to f i n t e l l i g e n tv i d e oa n a l y s i s k e yw o r d s ：r e m o t en e t w o r k , v i d e oa n a l y s i s t a x is e r v i c e , s t a t i o nm o n i t o r i n g ，d i g i t a l i m a g e 2 山东大学硕士学位论文 c ，s p 2 p m p e g h o g o p e n c v m ，i u n t s c e m d 符号说明 c l i e n t j s e r v e r p e e r - t o - p e e r m o v i n gp i c t u r e se x p e r t sg r o u p h i s t o g r a m so f o r i e n t e dg r a d i e n t s o p e ns o u r c ec o m p u t e rv i s i o nl i b r a r y m a x i m u mt r a n s m i s s i o nu n i t 7 q a t i o n a lt e l e v i s i o ns t a n d a r d sc o m m i t t e e e m b e d d e dd e s k t o p 客户机服务器 点对点技术 动态图像专家组 方向梯度直方图 开源计算机视觉库 最大传输单元 ( 美国) 国家电视标准委员会 嵌入式桌面系统 3 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 一个城市的发展极大的依赖它所提供的公共服务设施的质量，当今社会，出行 已是人们极其重要的社会活动，尤其在一个城市之中，人们在生活工作中不停奔 波往来于各个场所，因而，公共交通服务设施在城市的现代化发展中，地位越来 越重要，良好的公共交通设施，可以给城市本地居民和外来游客提供便捷的出行 条件，大大节约人们花费在出行上的时间，有着极大的社会效益。 城市公共交通服务中，城市出租车服务因其方便快捷以及灵活的特性，在公共 交通中的地位不断提升，其服务质量直接影响一个城市的形象。据调查，仅济南 市城区就拥有超过8 0 0 0 辆出租车，而上海北京等城市，仅出租车服务提供单位就 有近3 0 0 余家，如此庞大的城市出租车队伍，不仅极大的方便了人们的出行，更 是很大程度上减少了人们对于私家车的需求，因而极大的降低了一个城市小汽车 的增长数量，这对于一个城市的环保与资源的节约，起到十分重要的正面影响。 与此同时，出租车司机一般均具有超长时间的驾驶经验，因此相对于私家车司机， 对于城市道路交通的安全也起到了难以估量的积极作用。 一个城市出租车的运营服务，在当今社会很大程度上集中在诸如火车站、汽车 站、会展中心、商业广场等场站点，它们是城市社会生活中重要性日益凸显的枢 纽，拥有极大的人员流动量，且事件多发，出租车在这些场站的服务质量，已然 成为人们对于城市出租车服务关注的热点，直接关系到场站的运行效率和城市社 会的和谐发展，因此，对城市场站出租车的监管调配服务的要求也在不断提高。 传统出租车的监管调配服务大多采用g p s 等相关设备，但其只能对管理调度 中心提供单辆出租车的位置等信息，无法得到场站具体的出租车运营信息，不能 满足城市出租车科学高效调度的新需求，尤其上述城市场站点对于大量出租车的 群体调度服务有着较高的要求，传统手段更是难以有效。而此类场站高效的出租 车调度服务，能够带来十分可观的社会经济效益，所以，伴随着u r b a n - t a x i 场站 4 山东大学硕士学位论文 服务的日渐重要和服务要求的不断提高，其科学高效的管理调度方法，具有十分 重要的研究价值。 u r b a n t a x i 场站出租车科学管理调度需要场站出租车运营状况信息和车流密 度等交通信息的实时获取，采用传统g p s 手段获取场站出租车运营状况信息，在 精度和信息量上，都无法与直观的视频监控手段相比拟。当前交通管理体系中交 通流参数检测和获取的方法主要有超声波检测、感应线圈检测、激光检测器、微 波多普勒检测、视频监控检测等f 1 1 1 2 1 1 3 1 ，其中传统地埋式感应线圈方法最为简单， 受外界环境影响最小，但其对道路破坏大，掩埋施工难度大，设备改动和维护不 便，能够获得的交通流参数也十分有限，大大限制了该方法的使用。超声波检测 方法有效距离短，检测精度难以满足实际需求，微波多普勒检测方法也存在类似 缺陷，而激光检测器手段受外界干扰较大，且对出租车遮挡情况难以处理。 相对以上手段，针对u r b a n - t a x i 场站出租车管理调度，视频监控检测方法具有 以下优势【4 】： ( 1 ) 信息量大，采用视频画面直接呈现感兴趣场站场景点出租车信息，最大 限度地满足调度管理的信息需求，且覆盖区域范围大。 ( 2 ) 非接触式信息采集获取，不会对场站路面造成破坏，通过增加视频采集 点可覆盖场站所有感兴趣场景点。 ( 3 ) 设备安装便捷，维护方便，且灵活性好，可针对日后场站管理需求的变 动随时做出调整。 ( 4 ) 抗干扰能力好，采用图像画面将交通信息直观显示，不会受外物隔挡或 多辆出租车相互阻挡而影响检测精度。 由此可见，视频监控检测方法可很好的满足u r b a n t a x i 场站出租车管理调度的 信息获取。 传统的视频监控手段，功能较为单一，多数只是简单的得到监控场所实时画 面，这虽然在部分程度上满足了出租车调度管理者所需的场站直观出租车运营信 息，然而在当今u r b a n t a x i 场站环境下，对出租车的视频监控还具有以下特点和 需求： ( 1 )场站出租车出现场点多，因而相应监控场景点多，不同场景点对监控 要求会有所不同，例如，出租车静止的场景点一般只需要获取清晰的 山东大学硕士学位论文 监控画面，而场站出租车专用出入通道口等处，出租车处于动态行驶 中的场景点则有必要获取出租车车流密度等信息。 ( 2 )全天2 4 小时监控与信息采集，重要的出租车调度信息，如出租车出入 场站的车流密度，需要能够不受监控人员疲惫影响，可以通过监控视 频智能分析获取。 ( 3 )单个场站的出租车监控信息需要汇总到管理调度中心，中心才能依据 各场站的信息，综合决策，指导城市出租车群体协同调度与服务。 上述要求传统单一的视频监控手段难以满足，这些特点要求u r b a n - t a x i 场站 调度服务需要将视频监控与计算机视频分析相结合，并根据不同场景点的不同需 求，灵活设计监控方式，与此同时，需要在城市出租车服务的所有重要场站和管 理调度中心各监控处理机之间，构建分布式出租车流媒体监控分析网络，使得中 心可以实时获取各场站的出租车运行服务信息。 由此可见，融合视频分析、图像处理、网络流媒体等前沿技术的综合高效视 频监控分析系统，一定能成为一种解决当前环境下u r b a n - t a x i 场站出租车调度服 务课题的成熟方法。 1 2 研究现状 针对u r b a n - t a x i 场站管理调度的网络流媒体视频监控分析，国内外很少有针 对性的研究，但在视频监控与分析以及交通车辆检测追踪领域，已有一定的研究 历史1 5 1 1 6 1 。 视频监控领域的发展已经经历了很长一段时间，大致经历了三个阶段，第一代 模拟监控系统，主要用于九十年代初及以前，限于当时的计算机及数字集成电路 发展水平，其主要采用模拟设备形成闭路电视监控系统。第二代是基于p c 的多媒 体本地视频控制监控系统，借助九十年代中后期计算机处理能力的快速飞跃和视 频领域技术的长足发展，结合计算机对视频采集处理的强大能力和显示设备高分 辨率下的多画面显示能力，使得视频监控系统有了一个阶跃性的进步。在全数字 化与网络化时代，第三代远程视频监控系统应运而生，采集、存储、处理、传输 6 山东大学硕士学位论文 均以数字形式实现，适合远距离传送，便于使用管理和维护，监控画面质量也有 了很大的提升。 国外的数字视频监控技术正朝着网络化、数字化、智能化、多元化的发展趋势 发展，较为领先的当属美国和以色列等高新技术较为先进的国家。借力于长期在 i c 、图像处理、数字通信技术上的领先，美国在该领域一直保持领先地位，其著 名的d i g i g u a r d 系统是一个功能完善，远程网络传输性能优越的数字安全防范系 统，其一代产品可利用5 6 k b p s 普通电话线以1 0 帧秒传输q c i f ( 3 8 4 x 2 8 8 ) 格式图 像，二代d i g i g u a r di i 系统在1 0 m b p s 局域网中传输q c i f ( 3 8 4 x 2 8 8 ) 格式图像，帧 速率可达2 5 帧秒，每一个监控端可达1 6 路视频信号输入，1 6 路警报信号输入， 2 路继电器输出，1 路音频对讲，支持远程操作及控制。以色列d 2 v r 数字视频网 络监控系统可图像自动压缩且压缩比可在宽范围内调节，远程监控流畅，回放稳 定。但此类系统价格十分昂贵，不适合在我国广泛应用。而受制于i c 设计能力等 的限制，国内的技术水平相比国外要落后一些，目前还没有高端的自主产权视频 编解码芯片，国内的相关产品在系统功能，可靠性，多画面播放效率，远程网络 实时性等有一定差距。但面对智能视频监控分析的广阔应用空间和以及其后的巨 大市场和经济效益，我国很多高校、科研机构和知名企业都涉及此技术并做了深 入研究，取得良好的成果。针对上述国内技术上的弱点，开发国家自主知识产权 的高性能智能视频监控分析系统已是势在必行。 对于u r b a n t a x i 场站监控视频分析，需要研究视频画面中出租车的实时检测， 在车辆的实时检测追踪研究方面，国际上一直在积极探索【7 1 ，早前时期，由于软硬 件技术的限制，研究成果一直未得到广泛的应用。而近年来，计算系统处理能力 和速度的飞速发展，使得该领域变得十分活跃。国际上，美国的i s s ( i m a g es e n s i n g s y s t e m ) 和p e e kt r a f i es y s t e mi n e 公司在视频车辆检测领域最为著名，i s s 的 a u t o s e o p e 视频车辆检测技术是国际上该领域最早的专利，该技术产品占全球市场 份额的4 5 ，已安装两万多套。其后续产品不断加以改进，各项性能趋于成熟， 该公司最新产品更是把变焦镜头，彩色摄像机，视频处理单元集成在一个高性价 比的处理单元内，对光线变化的鲁棒性好，性能更加优越。该类产品的核心是视 频检测器，包括计数检测，方向检测，速度检测，存在检测，有可靠的自动监视 功能，对车型、车间时距、占有率等各类重要交通数据进行实时采集。新加坡实 7 山东大学硕士学位论文 施的高速公路监控及信息诱导系统和日本东京大学生产技术研究所开发的交通监 控系统，主要完成交通数据采集和交通事故检测等功能，技术也十分先进，其很 多案例的成功实施也激发了科技界对智能视频车辆检测技术的大量关注。 相对国际领先水平，我国在这方面较晚起步嗍，各项研究与世界领先水准存在 一定差距，但我国城市化进程的高速度决定我国需要在此领域的投入更大的研究 力度。中国科学院、北京理工大学、浙江大学、清华大学等的相关研究团队已经 取得显著成果，但仍有较大的改进空间。 视频监控和交通车辆检测技术虽均已取得很好的研究成果和技术进步，但遗 憾的是，远程网络流媒体监控和面向出租车检测的视频分析，一直没有利用到 u r b a n - t a x i 场站环境中来，当前u r b a n t a x i 场站监控大多只是实现简单的本地画 面监控功能，由监控人员本身根据画面做出相关决定，没有监控视频的智能分析 能力，十分容易因为监控人员的疏忽疲倦等因素造成必要信息的忽视与相关必要 决定的遗漏，且无法与远程管理调度中心之间互动，更难以服务于整个城市的出 租车科学调度，因此在上文所述的u r b a n t a x i 场站监控系统中引入相关智能化技 术，将此与调度服务系统有机结合，并将城市各主要出租车服务场站和出租车管 理调度中心，以高效出租车服务为导向，组建成科学的调度管理网络，是对此 u r b a n - t a x i 场站调度服务技术缺陷的弥补，也是公共交通管理技术不断进步创新的 必然趋势。 1 3 研究内容 针对上述问题，本文探索面向u r b a n - t a x i 场站调度服务的智能网络流媒体监控 分析的关键问题，综合考虑当前与未来一段时间内，城市出租车场站环境对视频 监控与分析的需求，研究结合网络流媒体、视频监控、计算机图像处理等技术， 可稳定高效运行的u r b a n - t a x i 场站管理调度应用系统。本文的主要工作如下： 1 、分析u r b a n - t a x i 场站管理调度系统的具体需求，设计基于远程网络和视频 监控分析的u r b a n - t a x i 场站调度服务系统模型，其大致划分为场站视 频监控服务器、场站视频分析系统、场站静态场景嵌入式监控系统、 场站调度管理中心流媒体传输网络。 8 山东大学硕士学位论文 2 、研究u r b a n - t a x i 场站调度服务系统中监控视频的采集处理技术和流媒体监 控数据分布式网络传输方案。 3 、研究视频分析中的出租车实时检测问题，基于视频帧画面运动检测和图像 分割技术，并针对场站环境做具体分析与改进，实时获取场站出租车 车流密度信息。 4 、分别基于嵌入式l i n u x 系统和w m d o w s 系统开发平台，完成上述各系统模 块设计，并将他们有机结合，完成基于远程网络和视频监控分析的 u r b a n - t a x i 场站调度服务系统设计。 本文的组织结构安排如下： 第一章主要介绍基于远程网络和视频监控分析的u r b a n t a x i 场站管理系统研 究背景和现状，明确研究中的问题和研究方向。 第二章简要介绍网络流媒体视频监控与分析所涉及的相关技术基础。 第三章对本文设计系统做需求分析，并在此基础上设计科学合理功能模型。 第四章介绍u r b a n - t a x i 场站监控视频分析的原理与相关实验结果。 第五章介绍场站中心分布式网络流媒体监控系统的设计与实现。 第六章本文总结，分析可进一步研究的问题和方向。 9 山东大学硕士学位论文 第二章网络流媒体视频监控分析相关技术 网络流媒体监控技术是本文研究的u r b a n - t a x i 场站调度服务系统的主体骨架， 它涉及监控视频的流媒体网络传输，视频编码，视频数据的应用处理开发等关键 技术。由于视频本质上是一幅幅图像画面的连续播放，所以面向出租车检测与车 流密度获取的视频分析系统，在本质上属于计算机数字图像处理的范畴。 2 1 流媒体监控网络 u r b a n t a x i 场站远程网络的视频监控依靠网络流媒体监控技术，流媒体监控的 骨骼脉络是监控系统中的传输网络，流媒体监控网络的合理构建，是取得满意的 分布式网络监控效果的必要前提。 流媒体技术是一种新的以流的模式传送媒体数据的方式，它将多媒体数据压 缩成特定流媒体格式并采用流式传输方式经网络传送给数据请求端，可以边传输 边观看。 流媒体技术日趋成熟完善，其理念十分符合现代网络监控系统多站点分布式 实时监控的需求，因此得到广泛应用 9 1 。本文所探讨的u r b a n - t a x i 场站管理调度， 其城市多个场站，管理调度中心多处监控视频数据请求点的分布式网络监控特点， 正与网络流媒体技术相吻合。 在流媒体传输的网络结构中，较为典型的有c s 模式、p 2 p 模式等【1 0 1 【l l 】，传统 的c s ( 客户栅服务器) 模式是两个进程之间相互通信的有效方式，客户机发出 请求，服务器接收到之后，提供所请求的服务。而p 2 p 模式的思想是利用在同一 个网络中处于不同空间位置各个独立计算机上的资源，采用分布式计算模式为请 求资源用户提供服务，因而提高了资源利用率【1 2 】【1 3 1 。由于u r b a n - t a x i 场站监控系 统中仅有调度中心请求流媒体资源，且网络结构要求较为简单，因此传统的c s 模式配合m 组播技术更为适合。 数字视频数据经过压缩后数据量依旧十分庞大，尤其在有多路视频数据需要同 时传递时，很容易造成网络拥挤，因此，组建传输网络时，在面向连接的t c p 协 1 0 山东大学硕士学位论文 议和面向无连接的u d p 协议的选择中【1 4 1 ，自然倾向于效率高的u d p 协议，而通 过提高传输网络的可靠性可以弥补u d p 协议本身作为不可靠协议的缺陷。 在c s 网络结构中，面向无连接的典型程序结构如下图所示： 服务器端 客户端 图2 - 1 面向无连接的应用程序流程结构 网络传输可分为单点传输和多点传输，多点传输又可分为组播和广播两种。在 u r b a n - t a x i 场站监控分析的应用中，监控调度中心多监控点与众多监控站之间需要 多点传输，组播模式十分适合，p 组播技术可以很好的满足要求。它通过特定口 组播地址，可使m 数据报传送到一个组播群组中的所有主机。当某主机向一组网 络节点主机群发送信息时，它不需向每一个主机均发送一次，而是只将数据包传 递到特定的群组地址，这样，所有加入该群组的主机均可得到该数据，从而极大 的降低了发送者负担和节约网络带宽。p 组播地址的最高四比特为1 l l o ，其数字 表示上下界限为：2 2 4 0 0 0 - - - - 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 。 2 2 视频压缩编码 一般监控系统中使用的视频分辨率有c i f 系列标准和d l 标准，d l 相对c i f 系列标准分辨率更高，画面质量更为清晰。而视频压缩卡的编码格式同样有很多 种形式，监控中常用的有m j p e g 、m p e g 系列、v c 1 、r e a i v i d e o 、h 2 6 4 等视频 山东大学硕士学位论文 压缩技术，主要依据其解码后清晰度、压缩率