本发明涉及交通监测领域，具体而言，涉及一种基于视频图像的桥梁交通监测系统、方法及存储介质。
背景技术：
1、交通监视系统，使道路上的交通信息与交通相关信息尽量完整和实时；交通参与者、交通管理者、交通工具、道路管理设施之间的信息交换实时和高效；控制中心对执行系统的控制更加高效；处理软件系统具备自学习、自适应的能力，目前，大多数的桥梁交通系统，都是采用视频图像的方式进行交通监测，且大多数都是根据每一帧的图像中汽车的数量决定，但是由于这种方式并不能很好的判断桥梁是否拥堵，存在图像中汽车数量多，但是有序通行，依旧通行流畅的情况，因此这种监测方式，监测的效果并不佳。
2、因此我们对此做出改进，提出一种基于视频图像的桥梁交通监测系统、方法及存储介质。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：针对目前存在的大多数的桥梁交通系统，都是采用视频图像的方式进行交通监测，且大多数都是根据每一帧的图像中汽车的数量决定，但是由于这种方式并不能很好的判断桥梁是否拥堵，存在图像中汽车数量多，但是有序通行，依旧通行流畅的情况，因此这种监测方式，监测的效果并不佳。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供了基于视频图像的桥梁交通监测系统，以改善上述问题。
3、本申请具体是这样的：
4、包括以下步骤：
5、s100、视频采集：通过安装在桥梁关键位置的高清摄像头持续不断地采集桥梁区域的视频流；
6、s200、预处理：对每帧图像进行噪声滤除、对比度增强和帧间配准处理；
7、s300、车辆检测与跟踪：
8、s301、背景建模：利用混合高斯模型（gmm）进行背景建模，区分前景和背景，gmm更新公式可以表示为，其中是权重，是学习率，是当前像素属于背景的概率，为时间节点；
9、s302、运动物体分割：将移动的车辆从背景中分割出来；
10、s400、振动频率提取：桥梁在车辆通行时会发生自然振动，这种振动可以反映桥上的交通流量和车辆类型，较重或较多的车辆会使得桥梁产生更大的振动，通过安装在桥梁上的传感器来测量桥梁的振动信号，然后使用信号处理技术分析振动信号的频谱特征，通过算法识别出当前的交通状况，比如是否拥堵、是否有重型车。
11、感兴趣区域选择：确定桥梁结构的关键部位（关键部位为图像中桥梁的中段，是桥梁结构中最容易受到振动影响的部分）作为分析的感兴趣区域（roi)；
12、位移测量：通过连续帧间的像素位移来估计roi的微小位移；
13、fft转换：运用快速傅里叶变换（fft）将时间域信号转化为频率域信号；
14、fft转换公式为，其中是时间序列，是对应的频谱，是样本总数，为复指数项，表示不同频率下的正弦波和余弦波的组合，用于计算每个频谱样本，分析fft结果，找到主要的频率成分，这些频率成分反映了桥梁的主要振动模式，识别出的频率峰值对应的频率就是桥梁的振动频率；
15、s500、环境光线变化模式分析；
16、s600、车辆灯光闪烁规律分析；
17、s700、交通状况评估：根据s400、s500、s600得出的桥梁振动频率、环境光线变化模式和车辆灯光闪烁规律与正常值进行对比，任意两种及两种以上的数据超过正常值的25%则判定为拥堵状态，反之为通畅状态。
18、作为本申请优选的技术方案，s200中，还包括以下步骤：
19、s201、噪声滤除：用自适应wiener滤波器去除图像中的随机噪声；
20、s202、对比度增强：使用直方图均衡化来提高图像对比度；
21、s203、帧间配准：使用特征匹配或光流法确保相邻帧之间的对应关系。
22、作为本申请优选的技术方案，s500中，还包括以下步骤：
23、s501、亮度值统计：计算每一帧中选定区域的平均亮度值；
24、s502、变化率计算：通过比较连续帧的亮度值变化率来识别天气变化和车辆经过。
25、作为本申请优选的技术方案，s600中，还包括以下步骤：
26、s601、灯光明暗变化检测：检测并记录车辆灯光的明暗变化，在夜间或低光照条件下，确定车辆头部或尾部的灯光区域，将灯光区域与其他背景分离，监测灯光区域的亮度值随时间的变化；
27、s602、psd计算：通过功率谱密度（psd）分析灯光闪烁的频率特性，应用周期图法或welch法计算灯光亮度值的psd，psd通过周期图法和welch法计算。
28、作为本申请优选的技术方案，s400中位移测量，具体通过计算相邻帧间同一特征点的位置差异，得到该点的位移向量，其中是时间时特征点的位置。
29、作为本申请优选的技术方案，s501中，选择固定的roi来代表整个场景的光照情况，计算每一帧中roi内的平均亮度值，，其中和是roi的高度和宽度，是像素的亮度值。
30、作为本申请优选的技术方案，s502中，变化率计算具体通过比较连续帧的亮度值变化率来监测环境光线的变化，变化率计算公式为：，其中是时刻的亮度值，是两帧之间的时间间隔。
31、作为本申请优选的技术方案，s602中，通过psd分析可以识别出灯光闪烁的频率特性，存在频率峰值，则表明灯光有规律性的闪烁行为，车辆的前灯和尾灯在行驶过程中会有规律地闪烁，尤其是在刹车或转向时，这些灯光信号可以作为交通流动态的一种指示，通过视频监控系统捕获的图像序列，运用图像处理技术和模式识别算法，可以分析车流中的灯光闪烁情况这种规律性可能是由于车辆转向灯的开启、紧急刹车灯的闪烁等引起，例如，当大量车辆同时刹车时，尾灯的亮起频率会显著增加，这可能是前方有障碍物或发生事故的标志。
32、一种基于视频图像的桥梁交通监测系统，包括以下模块：
33、视频采集模块，用于采集桥梁区域的视频流；
34、数据处理模块，包括预处理单元、车辆检测与跟踪单元、振动分析单元、光照变化分析单元、交通状况评估单元；
35、存储模块，用于存储系统中的各个数据；
36、网络传输模块，用于远程监控和数据上传；
37、电源供应模块，用于对其他模块进行供电。
38、与现有技术相比，本发明的有益效果：
39、在本申请的方案中：
40、1.通过提取图像中信息，经过算法演算，可以通过视频图像中的桥梁振动频率、环境光线变化以及车辆灯光闪烁规律判断桥梁的交通拥堵情况，相较于图像中汽车数量的方式，这些监测方式监测效果更好，且并非单一因素判断，而是综合判断，这样更加减小了误判的可能，监测效果好。
1.一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s200中，还包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s500中，还包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s600中，还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s400中位移测量，具体通过计算相邻帧间同一特征点的位置差异，得到该点的位移向量，其中是时间时特征点的位置。
6.根据权利要求5所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s501中，选择固定的感兴趣区域roi来代表整个场景的光照情况，计算每一帧中感兴趣区域roi内的平均亮度值，，其中和是感兴趣区域roi的高度和宽度，是像素的亮度值。
7.根据权利要求6所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s502中，变化率计算具体通过比较连续帧的亮度值变化率来监测环境光线的变化，变化率计算公式为：，其中是时刻的亮度值，是两帧之间的时间间隔。
8.根据权利要求7所述的一种基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，s602中，通过功率谱密度psd分析可以识别出灯光闪烁的频率特性，存在频率峰值，则表明灯光有规律性的闪烁行为。
9.一种基于视频图像的桥梁交通监测系统，用于实施如权利要求8所述的基于视频图像的桥梁交通监测方法，其特征在于，包括以下模块：
10. 一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求 1-8任一项所述方法的步骤。
