Η Μηχανική Όραση στη ιαχείριση της Κυκλοφορίας Ελευθέριος Τζελέπης ATS Traffic Systems, Ελλάδα 1. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η Μηχανική Όραση αποτελεί την τελευταία λέξη της τεχνολογίας στον κλάδο της Τηλεµατικής και ιδιαίτερα στον τοµέα της ανίχνευσης οχηµάτων και της διαχείρισης της κυκλοφορίας. Βασίζεται στην επεξεργασία της εικόνας, που λαµβάνεται µέσω κατάλληλα τοποθετηµένων καµερών, από εξειδικευµένες συσκευές και ουσιαστικά προσοµοιάζει τη λειτουργία των «παραδοσιακών» επαγωγικών φωρατών (loops) µε πολύ µεγαλύτερη ευελιξία και σαφώς περισσότερα πλεονεκτήµατα. Με τη Μηχανική Όραση ορίζονται Ζώνες Ανίχνευσης χωρίς την ανάγκη επέµβασης στο δρόµο για εγκατάσταση. Ο ορισµός των Ζωνών Ανίχνευσης γίνεται µε τη βοήθεια Υπολογιστή. Με τη Μηχανική Όραση προγραµµατίζεται µεγάλος αριθµός Ζωνών Ανίχνευσης που µπορούν να συλλέγουν σε πραγµατικό χρόνο όλες τις κατηγορίες των κυκλοφοριακών στοιχείων, ενώ παράλληλα, µε τη χρήση του παρεχόµενου λογισµικού αναπτύσσονται λογικές που ικανοποιούν τις απαιτήσεις του Κυκλοφοριολόγου Μηχανικού. 2. ΓΕΝΙΚΑ Μηχανική Όραση είναι η αυτόµατη ψηφιακή επεξεργασία εικόνας µε σκοπό τη µέτρηση Κυκλοφοριακών εδοµένων, την Ανίχνευση Κυκλοφοριακών Συµβάντων και τη Βελτιστοποίηση της Κυκλοφοριακής Ροής. Η Μηχανική Όραση έχει ως κύριο κορµό λειτουργίας κάµερες συγκεκριµένων προδιαγραφών καθώς και µονάδες ψηφιακής επεξεργασίας της εικόνας των καµερών αυτών. Αναλυτικότερα, οι κάµερες ενός συστήµατος Μηχανικής Όρασης τοποθετούνται σε κατάλληλα σηµεία (π.χ. ιστούς, κτίρια, γέφυρες κλπ). Ο χειριστής του συστήµατος χρησιµοποιεί έναν υπολογιστή και ελέγχει τη ζωντανή εικόνα (live video) που προέρχεται από τις κάµερες. Στη συνέχεια, µε το ποντίκι του υπολογιστή (mouse) ορίζει πάνω στην εικόνα «ζώνες ανίχνευσης», οι οποίες αντιστοιχούν στους «παραδοσιακούς» επαγωγικούς φωρατές. Έτσι, οι ζώνες ανίχνευσης προσοµοιάζουν τη λειτουργία των επαγωγικών φωρατών (loops).
3. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΟΡΑΣΗΣ Σε σχέση µε τους επαγωγικούς φωρατές, οι ζώνες ανίχνευσης της Μηχανικής Όρασης έχουν πολύ περισσότερα λειτουργικά πλεονεκτήµατα. Χαρακτηριστικά αναφέρονται: 1. Εύκολη ρύθµιση από το Κέντρο Ελέγχου. Το σύστηµα Μηχανικής Όρασης δεν απαιτεί καµία τοπική (on site) παρέµβαση. Αντίθετα ο χρήστης µπορεί να πραγµατοποιήσει τις οποιεσδήποτε ρυθµίσεις ή τροποποιήσεις από το Κέντρο Ελέγχου. 2. Επειδή οι ζώνες Ανίχνευσης είναι εικονικές και τοποθετούνται µέσω του υπολογιστή, είναι πολύ εύκολο να µετακινηθούν, να τροποποιηθούν, να διαγραφούν ανάλογα µε τις εκάστοτε συνθήκες της κυκλοφορίας και τις απαιτήσεις του χειριστή. 3. Ο χειριστής µπορεί να τροποποιήσεις τις παραµέτρους οποιασδήποτε ζώνης ανίχνευσης της Μηχανικής Όρασης από το Κέντρο Ελέγχου χωρίς παρενόχληση της κυκλοφορίας. 4. εν υπάρχει κανένας περιορισµός στον αριθµό ζωνών ανίχνευσης που µπορούν να δηµιουργηθούν στο οπτικό πεδίο της κάθε κάµερας Μηχανικής Όρασης. Επιπλέον, ζώνες ανίχνευσης µε διαφορετικές λειτουργίες µπορούν να τοποθετηθούν στο ίδιο ακριβώς σηµείο χωρίς να αλληλοεπηρεάζονται. 5. Ο χειριστής του Συστήµατος Μηχανικής Όρασης µπορεί να ελέγχει την κυκλοφοριακής κατάσταση στα σηµεία των ζωνών ανίχνευσης σε πραγµατικό χρόνο, µέσω της ζωντανής εικόνας από τις κάµερες. Επιπλέον, στην εικόνα αυτή µπορεί να παρακολουθεί τη λειτουργία των ανιχνευτών και να αποφασίζει για τυχόν µετακίνηση ή τροποποίησή τους. 6. Οι ζώνες ανίχνευσης, αντίθετα µε τους επαγωγικούς φωρατές δεν επηρεάζονται από την κατάσταση ή τις τυχόν φθορές του οδοστρώµατος, ούτε από τις καιρικές συνθήκες, µε αποτέλεσµα να µη χρειάζονται καµία συντήρηση. 7. Ο χειριστής του συστήµατος Μηχανικής Όρασης µπορεί να πραγµατοποιήσει τροποποιήσεις, αλλαγές ή αναβαθµίσεις στο σύστηµα µέσω ασύρµατης τεχνολογίας (Internet, WAN, dial-up, GSM, GPRS). Έτσι το σύστηµα γίνεται περισσότερο ευέλικτο και ασφαλές, αφού ο χειρισµός του µπορεί να επιτευχθεί και από αποµακρυσµένες περιοχές. 4. ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ Εκτός των λειτουργικών πλεονεκτηµάτων τους, οι ζώνες ανίχνευσης τηνς Μηχανικής Όρασης προσφέρουν πολύ µεγαλύτερο εύρος κυκλοφοριακών µετρήσεων. Πιο αναλυτικά, οι ζώνες ανίχνευσης χρησιµοποιούνται για: 1. Ανίχνευση Παρουσίας Οχηµάτων 2. Ανίχνευση Σταµατηµένων Οχηµάτων 3. Ανίχνευση Οχηµάτων που κινούνται σε αντίθετη κατεύθυνση. 4. Ανίχνευση Ουρών 2
5. Ταχύτητα Οχηµάτων 6. Μέτρηση Αριθµού Οχηµάτων 7. Ανίχνευση Συµβάντων εντός ή εκτός του οπτικού πεδίου των καµερών 8. Ανίχνευση Καπνού ή Οµίχλης σε σήραγγες 9. Ανίχνευση αντικειµένων στο οδόστρωµα 10. Κατάληψη λωρίδων κυκλοφορίας 11. Μέτρηση κυκλοφοριακών φόρτων 12. Κυκλοφοριακή Ροή (φόρτος/λωρίδα/ώρα) 13. Χρονικό ιάκενο µεταξύ οχηµάτων 14. Κατηγοριοποίηση (5 κατηγορίες Οχηµάτων) Για τις παραπάνω µετρήσεις ο χειριστής µπορεί να ρυθµίσει το σύστηµα ώστε να λαµβάνει συναγερµούς (alarms) όταν κάποιο από τα δεδοµένα ή κάποιος συνδυασµός δεδοµένων παρεκλίνει από τις τιµές (κατώφλιαthresholds) που ο ίδιος έχει ορίσει. Είναι χαρακτηριστικό ότι οι παραπάνω µετρήσεις καθώς και οι συναγερµοί µπορούν να ειδοποιούν το χρήστη σε πραγµατικό χρόνο (realtime) και ταυτόχρονα να αποθηκεύονται ως «ιστορικά δεδοµένα» (historical data) για δηµιουργία στατιστικών και για εκπόνηση µελετών από τους συγκοινωνιολόγους µηχανικούς. 5. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΕ ΕΘΝΙΚΗ Ο Ο 6. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΟΡΑΣΗΣ Η Μηχανική Όραση χρησιµοποιείται σε πληθώρα εφαρµογών, ακόµα και σε περιπτώσεις που η τοποθέτηση επαγωγικών φωρατών είναι δύσκολη 3
έως αδύνατη. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι τα τελευταία χρόνια έχουν πραγµατοποιηθεί εφαρµογές σε παγκόσµιο επίπεδο µε µεγάλη επιτυχία σε: 1. ιασταυρώσεις 2. Οδούς τόσο σε αστικό όσο και σε υπεραστικό περιβάλλον 3. Λεωφορειόδροµους 4. ίκτυα Τραµ 5. Σήραγγες αστικής περιοχής 6. Σήραγγες αυτοκινητόδροµων 7. Αυτοκινητόδροµοι 8. Ισόπεδοι και ανισόπεδοι Κόµβοι 9. ιόδια 10. Γέφυρες 11. Σιδηροδροµικά ίκτυα 12. Μετρήσεις Ανθρώπων 7. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ Στην Ελλάδα έχουν γίνει ήδη αρκετές εφαρµογές µε τη χρήση της Μηχανικής Όρασης. Πιο συγκεκριµένα: 1. Πιλοτικό Έργο «ΤΗΛΕΜΑΧΟΣ». Σε αυτό χρησιµοποιήθηκε η Μηχανική Όραση, µε ασύρµατη µετάδοση της εικόνας, για τη µέτρηση κυκλοφοριακών φόρτων στη λεωφόρο Κηφισίας και πιο συγκεκριµένα στην περιοχή των έργων για την κατασκευή της Αττικής Οδού. 2. Πιλοτικό έργο «PRIME». Η Μηχανική Όραση εφαρµόστηκε για τον εντοπισµό συµβάντων στη λεωφόρο Κύµης. 3. Πιλοτικό έργο «ΙΑΓΟΡΑΣ». Η τεχνολογία της Μηχανικής Όρασης από τις λεωφόρους Κηφισίας και Κύµης χρησιµοποιήθηκε συνδυαστικά, µε στόχο την ενηµέρωση των οδηγών µέσω πινακίδων µεταβλητών µηνυµάτων 4. Χρήση της Μηχανικής Όρασης στα διόδια του Γέρακα στην Αττική Οδό. Ο σκοπός χρήσης ήταν η µέτρηση των οχηµάτων που διέρχονται από τα διόδια καθώς και η κατηγοριοποίησή τους βάσει του µήκους τους. 5. Αεροδρόµιο Μακεδονία. Η Μηχανική Όραση χρησιµοποιείται για Ανίχνευση αεροσκαφών κινούµενων σε αντίθετη-µη κανονική κατεύθυνση καθώς και την ειδοποίηση του Κέντρου Ελέγχου Τέλος, να αναφερθεί ότι η Μηχανική Όραση θα χρησιµοποιηθεί για το έργο της Αθήνας «Αναβάθµιση Φωτεινής Σηµατοδότησης και ηµιουργία Ολοκληρωµένου Συστήµατος ιαχείρισης Κυκλοφορίας Νοµού Αττικής». Πιο συγκεκριµένα, 75 συστήµατα Μηχανικής Όρασης θα εγκατασταθούν σε οδούς ταχείας κυκλοφορίας, αυτοκινητοδρόµους και επιλεγµένους σηµατοδοτούµενους κόµβους, και γενικά σε σηµεία που 4
αναµένεται η πλειοψηφία των συµβάντων στην περιοχή της Αττικής. Ο λόγος που εγκαθίστανται σε οδούς ταχείας κυκλοφορίας και αυτοκινητοδρόµους είναι οι µεγάλες δυνατότητες και η αξιοπιστία του συστήµατος αλλά ιδιαίτερα η ευκολία µε την οποία µπορεί κανείς να κάνει πολλές και διαφορετικού είδους ανιχνεύσεις όπως ταχύτητα, αριθµός αυτοκινήτων, είδος οχηµάτων (κατηγοριοποίηση), ανίχνευση σταµατηµένων οχηµάτων, ανίχνευση οχηµάτων κινούµενων σε αντίθετη από τη νόµιµη κατεύθυνση, ανίχνευση συµβάντων, πέρα από τις κλασικές που είναι κατάληψη, χρονικό διάκενο µεταξύ οχηµάτων και ανίχνευση ουράς. Στους σηµατοδοτούµενους κόµβους τα συστήµατα Μηχανικής Όρασης, δεν τοποθετούνται για να αντικαταστήσουν απλά loops (τοπική επενέργεια) αλλά για στρατηγική ανίχνευση για τη διαχείριση της κυκλοφορίας. Τα συστήµατα που θα χρησιµοποιηθούν είναι Autoscope αποτελούνται από κάµερες Autoscope AIS, εγκατεστηµένες σε µεταλλικούς ιστούς 14 µέτρων. Η εικόνα από αυτές τις κάµερες θα µεταδίδεται µέσω ενός δικτύου οπτικών ινών στο νέο Κέντρο Ελέγχου. Εκεί θα εγκατασταθούν 75 επεξεργαστές εικόνας Autoscope Solo Pro NC, µε στόχο την επεξεργασία της εικόνας των 75 καµερών AIS. Όλα τα παραγόµενα από τα Autoscope Solo Pro NC δεδοµένα θα µεταφέρονται στον κεντρικό υπολογιστή των Autoscopes (Autoscope Server), ο οποίος θα είναι δικτυωµένος µε τον κεντρικό υπολογιστή της Siemens (CONCERT). Το «ενδιάµεσο» (interface) λογισµικό µεταξύ των δύο υπολογιστών, του Autoscope και της Siemens, είναι ένα λογισµικό XML, το οποίο αναπτύχθηκε µε επιτυχία από την ίδια την ATS Traffic Systems. Πρόκειται για την πρώτη µεγάλου µεγέθους εφαρµογή Μηχανικής Όρασης στην Ελλάδα, η οποία µε την επέκτασή της, θα αποτελέσει ένα εκτεταµένο δίκτυο ανίχνευσης κυκλοφοριακών στοιχείων, τα οποία θα δηµιουργήσουν µια βάση δεδοµένων. Το παραπάνω δίκτυο θα αποτελέσει ένα σηµαντικό εργαλείο για τη ρύθµιση και επιτήρηση της κυκλοφορίας, ενώ ταυτόχρονα η βάση δεδοµένων θα αποτελέσει ένα εργαλείο για στρατηγικούς σχεδιασµόυς νέων ρυθµίσεων ή νέων έργων υποδοµής που θα σχεδιαστούν. Γίνεται λοιπόν φανερό ότι η Μηχανική Όραση είναι η Τεχνολογία του µέλλοντος. Μια συνεχώς εξελισσόµενη τεχνολογία που έχει ως στόχο τη µείωση των καθυστερήσεων της κυκλοφορίας, του χρόνου ταξιδιού, των κυκλοφοριακών συµφορήσεων, της κατανάλωσης καυσίµου, της ατµοσφαιρικής ρύπανσης και την αύξηση της ασφάλειας των ταξιδιωτών και θα εξακολουθεί να αναπτύσσεται και να παίζει έναν ακόµα µεγαλύτερο ρόλο τόσο σε τυπικές όσο και σε νέες και µοναδικές εφαρµογές, όντας παράλληλα πιο οικονοµική, ακριβής και αξιόπιστη από ποτέ, υπερνικώντας τους παραδοσιακούς ανιχνευτές κάτω από συνθήκες παντός καιρού και φωτισµού. 5
8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Michalopoulos, P. G. and R. Jacobson. 1993. Automatic incident detection through video image processing. Traffic Engineering and Control, 34(2), 66-75. R.C. Waterfall and K.W. Dickinson. 1984. Image processing applied to traffic: 2 Practical Experience, Traffic Engineering and Control, Vol.25. Panda, D. P. and M. Brenscheidt. 1996. Automatic surveillance in tunnels for advanced traffic management systems. Proceedings ITS America Sixth Annual Meeting. Houston. Michalopoulos, P. G. 1996. Machine vision: the way ahead. ITS International Journal, 1(6), 76-80. Michalopoulos, P.G. (2000), «The role of Telematics in Traffic Management and Control, Lessons learned», Presentation, March 2000, Thessaloniki Machine Vision in Traffic Management English Summary Machine vision is the latest technology in the area of Telematics and especially in the sector of Vehicle Detection and Traffic Management. Machine Vision is based in the image processing. The image produced by appropriate installed cameras is processed by specialized devices (processors). As a result, machine vision is simulating the function of traditional loops, by providing to the end user much more advantages and flexibility. Using Machine Vision technology, the user can assign Detection Zones without any infection to the road traffic. The setup of the Detection Zones is done simply by using a computer. By using Machine Vision a big number of detection zones can be programmed; these detection zones will collect real-time all the traffic parameters, while, with the use of the provided software, the user can develop all logic functions and scenarios that can cover the needs of the Traffic Engineer. 6