СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ НАРУШЕНИЙ ПРАВИЛ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
METHOD TO RECORD VIOLATIONS OF TRAFFIC REGULATIONS

Изобретение относится к области контроля движения дорожного транспорта, а именно к способам регистрации нарушений правил дорожного движения (ПДД) с использованием видеокамер.
Изобретение может быть использовано для контроля соблюдения ПДД и выявления и регистрации нарушений ПДД конкретными транспортными средствами (ТС). Изобретение может быть использовано в органах внутренних дел, обеспечивающих контроль дорожного движения.
С 1 июля 2009 года в России началось поэтапное введение систем автоматической фото- и видеофиксации нарушений правил дорожного движения и администрирования штрафов в области нарушений безопасности движения. Такие системы являются эффективным средством в борьбе за безопасность дорожного движения, а также предупреждают проявления коррупции при выписывании штрафов и повышают производительность работы автоинспекции.
Известен способ регистрации нарушений ПДД, приведенный в описании патента Российской Федерации №2374692, G08G 1/01, опубликован 27.11.2009 г. В данном изобретении производят захват изображения заданного участка дороги с движущимися ТС. Далее передают данные в электронно-вычислительное устройство по имеющимся каналам связи. После производят обработку данных о движении ТС и дорожной обстановке автоматическими программными средствами. Затем сравнивают полученные данные о движении ТС с допустимыми по ПДД на данном участке дороги. После чего производят автоматическую квалификацию и фиксацию нарушений ПДД и нештатных ситуаций с идентификацией конкретных нарушителей ПДД.
Недостатком данного решения является невозможность эксплуатации системы, реализующей данный способ, в условиях плотного потока транспортных средств, характерного для современных городских условий. При плотном движении невозможно таким образом однозначно соотнести факт измерения превышения допустимой скорости с каким-то одним конкретным ТС. Это происходит вследствие того, что определение скорости ТС и определение номера ТС производится разными устройствами, и при этом устройство определения скорости имеет зону охвата, в которую одновременно могут попадать несколько ТС. Дополнительно такое решение имеет недостаток, выраженный в дороговизне радара, обычно используемого в качестве измерителя скорости.
Известен также способ (см. патент Российской Федерации №2382416, G08G 1/052 опубликован 20.02.2010 г.), в котором производят захват изображения заданного участка дороги с движущимися транспортными средствами, передают данные в электронно-вычислительное устройство по имеющимся каналам связи, производят обработку данных о движении транспортных средств и дорожной обстановке автоматическими программными средствами, сравнивают полученные данные о движении транспортных средств с допустимыми по правилам дорожного движения на данном участке дороги, производят автоматическую квалификацию и фиксацию нарушений правил дорожного движения и нештатных ситуаций с идентификацией конкретных нарушителей правил дорожного движения. В этом способе скорость измеряется путем излучения в направлении движущихся по участку дороги ТС импульсов электромагнитного излучения, последующего приема импульсов отраженного электромагнитного излучения. Далее производят захват изображения при помощи видеокамеры после регистрации факта превышения ТС разрешенной скорости на данном участке дороге. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Недостатком данного способа является невозможность эксплуатации системы, реализующей данный способ, в условиях плотного потока транспортных средств, характерного для современных городских условий. При плотном движении невозможно таким образом однозначно соотнести факт измерения превышения допустимой скорости с каким-то одним конкретным ТС. Это происходит вследствие того, что определение скорости ТС и определение номера ТС производится разными устройствами, и при этом устройство определения скорости имеет зону охвата, в которую одновременно могут попадать несколько ТС. Дополнительно такое решение имеет недостаток, выраженный в дороговизне радара, обычно используемого в качестве измерителя скорости. В данном прототипе, кроме того, вводится требование на дополнительную калибровку видеокамеры и радара.
В предложенном изобретении ставится техническая задача создания способа регистрации нарушений ПДД одним типом устройств измерения, а именно видеокамерами, которыми уже частично укомплектованы посты, обеспечивающие контроль дорожного движения. При этом ставится задача осуществить возможность одновременного определения данных о движении в трехмерном пространстве всех ТС, попавших в поле зрение камер, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности контроля движения ТС, движущихся в плотном потоке, и достоверности доказательства нарушений ПДД конкретными ТС.
Данная техническая задача решается за счет того, что используют способ регистрации нарушений ПДД, в котором производят средствами видеофиксации захват изображения заданного участка дороги с движущимися ТС, передают данные в электронно-вычислительное устройство по имеющимся каналам связи. Производят обработку данных о движении ТС и дорожной обстановке автоматическими программными средствами. Сравнивают полученные данные с допустимыми по ПДД на данном участке дороги. Производят автоматическую квалификацию и фиксацию нарушений ПДД и нештатных ситуаций с идентификацией конкретных нарушителей ПДД. В качестве средства видеофиксации используют две или более видеокамеры, которые располагают на заданном расстоянии относительно друг друга таким образом, чтобы они снимали один и тот же участок дороги. Камеры можно располагать и горизонтально поперек дороги, и как-либо иначе, например, вертикально, одну над другой. Обработку данных о движении ТС производят с применением трехмерной реконструкции заданного участка дороги по изображениям указанных видеокамер и определением трехмерного положения ТС относительно дороги. Для определения трехмерной реконструкции заданного участка дороги в абсолютном масштабе расстояний используются набор двух или более контрольных точек заданного участка дороги или ТС, абсолютные расстояния между которыми заранее известны. Контрольными точками могут являться элементы дорожной разметки или границы государственного номерного знака ТС, или же расстояние между крайними левыми и правыми точками номера может вычисляться вдоль реконструированной трехмерной поверхности номера для компенсации его изгиба.
Данный способ регистрации нарушений ПДД иллюстрируется с помощью чертежей. На фиг.1 и фиг.2 показано два изображения модели автомобиля, соответствующие паре камер, с выделенными на изображении сопряженными точками.
Точки 1 и 2 являются маркерами на дороге, расстояние между ними можно принять равными, например, расстоянию между разметкой для полос движения. Расстояние между точками 1 и 2 считается заданным, и по нему определяются абсолютные расстояния между всеми точками.
В таблице показаны значения реконструированных расстояний между выделенными точками, рассчитанными согласно способу п.1, и измеренные линейкой расстояния. Наблюдается хорошее соответствие между измеренными и рассчитанными расстояниями в пределах погрешности измерений. Данная погрешность может быть уменьшена с увеличением разрешения камер.
N п/п
Номера точек
Расстояние (в мм), вычисленное по изображениям
Расстояние (в мм), измеренное линейкой
1
3-4
63.32
63
2
5-6
68.05
68
3
7-8
79.6
80
4
11-12
40.58
40
5
7-10
77.09
77
6
13-14
77.2
78
7
1-17
368.58
368
Реконструкция трехмерной сцены и расстояний до объекта с помощью стереокамер описана в литературе (Д.Форсайт, Ж.Понс, Компьютерное зрение, современный подход, перевод с англ, Москва. Издательский дом Вильямс, 2004). Если S - стереобаза, f - фокусное расстояние каждой из камер, Х - диспарантность на стереопарах изображений (т.е. разность расстояний в плоскости двух сенсоров камеры проекций одной трехмерной точки), то расстояние Z до объекта составляет
Z=S*f/X
Дифференцируя данное выражение по X, получим
Если под dX понимать точность определения диспарантности (которая ограничена, например, физическим разрешением сенсоров камер), то из последнего выражения следует, что при заданных S и f погрешность определения расстояния до объекта dZ растет квадратично с величиной самого расстояния Z. Данное физическое ограничение не позволяет измерять расстояния до удаленных объектов указанным способом с высокой точностью. Например, для видеосенсоров с высоким разрешением 1.3 Мпиксела и размером пиксела dx=5 микрон, для стереобазы S=1 м, на расстоянии Z=50 м, f=50 мм получим погрешность определения расстояния
dZ=5*10^-6*50^2/(1*0.05)=0.25 м=25 см.
Однако, как следует из приведенного выше анализа (формула 1), трехмерная реконструкция и определение расстояний до объекта на больших расстояниях, как в случае задачи фиксации нарушений ТС, с высокой точностью требует либо использования объективов с высоким фокусным расстоянием f (что сужает полезное поле зрения камер и, как следствие, зону контроля ТС на дороге), либо увеличения стереобазы S. Последнее не всегда возможно, например, если стереокамеры представляют единую цельную конструкцию, их положение относительно друг друга откалибровано и не должно меняться с течением времени.
Из теории компьютерного зрения также известно, что трехмерная реконструкция с точностью до масштаба сцены может быть выполнена камерами, для которых известны лишь набор внутренних параметров, а сами камеры могут быть расположены произвольным образом относительно друг друга, т.е. их внешняя калибровка является неизвестной.
Отсутствие требования внешней калибровки позволяет расположить камеры на значительном расстоянии друг от друга, например по разным сторонам дороги, или на ферме над дорогой. В этом случае стереобаза может составлять десятки метров.
При этом, как показано выше (формула 1), значительное увеличение стереобазы позволяет существенно увеличить точность определения расположения ТС в трехмерном пространстве.
Поскольку движение ТС осуществляется по полосам движения и так, что в поле зрения могут присутствовать стационарные объекты, то можно использовать заранее известные расстояния между элементами этих объектов для пересчета трехмерной реконструкции с точностью до масштаба в 3D реконструкцию с точностью до абсолютных расстояний.
Положение ТС в трехмерном пространстве, определенное с высокой точностью относительно дороги в разные моменты времени, позволяет с высокой точностью определить абсолютную скорость ТС.
Заявленный способ регистрации нарушений правил дорожного движения может быть осуществлен в промышленности с применением освоенных современных технологий, материалов и процессов и может быть использован для автоматического контроля соблюдения правил дорожного движения (ПДД), принятия решений по нарушениям ПДД, которые могут быть доведены до нарушителей без непосредственного участия человека.
Предложенный способ регистрации нарушений правил дорожного движения прошел экспериментальную проверку в ООО «Вокорд СофтЛаб». Экспериментальная проверка показала повышение эффективности контроля движения ТС, движущихся в плотном потоке, а именно возможность регистрировать нарушения, в частности нарушения скоростного режима, одним типом устройств измерения, а именно видеокамерами. Данный способ позволяет использовать при этом видеокамеры, которыми уже частично укомплектованы посты, обеспечивающие контроль дорожного движения. При этом создается возможность одновременного определения данных о движении в трехмерном пространстве всех ТС, попавших в поле зрение камер. Кроме того, появляется достоверная база для доказывания нарушений ПДД конкретными ТС. При этом предложенный способ позволяет повысить точность определения данных о движении ТС, в частности скорость, по сравнению с существующими.
Предложенный способ регистрации нарушений правил дорожного движения рекомендован к использованию для контроля дорожного движения органами внутренних дел и другими организациями.