車流量檢測技術(shù)綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上車流量檢測技術(shù)綜述前 言城市智能交通已逐步得到社會各界的廣泛關(guān)注，如何通過智能交通系統(tǒng)建設(shè)來緩解日益嚴(yán)重的交通問題已成為交通領(lǐng)域的研究熱點。車流量檢測系統(tǒng)是智能交通(ITS)的基礎(chǔ)部分，在城市道路建設(shè)、國道高速公路建設(shè)、隧道橋梁建設(shè)以及交通流的基礎(chǔ)理論研究中占有很重要的地位。近年來，逐漸發(fā)展起來了以空氣管道檢測技術(shù)、磁感應(yīng)檢測技術(shù)、波頻檢測技術(shù)和視頻檢測技術(shù)等為代表的多種交通檢測技術(shù)。車流量檢測主要是通過各種傳感設(shè)備對路面行駛車輛進(jìn)行探測，獲取相關(guān)交通參數(shù)，以達(dá)到對公路各路段交通狀況及異常事件的自動檢測、監(jiān)控、報警等目的。較其它方法而言，基于視頻圖像的檢測技術(shù)涉及到視

2、頻采集、通信傳輸、圖像處理、人工智能以及計算機(jī)視覺等多個學(xué)科，具有安裝維修靈活、成本低、應(yīng)用范圍廣、可拓展性強(qiáng)和交通管理信息全面等優(yōu)點，并已經(jīng)在國內(nèi)外高速公路和公路的交通監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用。常用的基于視頻圖像的車輛檢測算法有：灰度法、背景差法、相鄰幀差法、邊緣檢測法等。隨著圖像處理技術(shù)、計算機(jī)視覺、人工智能的發(fā)展和硬件處理速度的提高，基于視頻圖像的車流量檢測技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。本文對各種車流量檢測方法進(jìn)行了綜述，并對基于視頻圖像的車流量檢測研究工作進(jìn)行了展望。1 傳統(tǒng)車流量檢測方法按照車輛信息獲取方式的不同，實際應(yīng)用當(dāng)中已經(jīng)產(chǎn)生了空氣管道檢測技術(shù)、磁感應(yīng)檢測技術(shù)和波頻檢測技術(shù)。1.1 空氣管

3、道檢測技術(shù)空氣管道檢測是接觸式的檢測方法，在高速公路主線的檢測點拉一條空心的塑料管道并作固定，一端封閉，另一端連接計數(shù)器，當(dāng)車輛經(jīng)過塑料管道時，車輪壓到空氣管道，管內(nèi)空氣被擠壓而觸動計數(shù)器進(jìn)行計算車流量的方法。顯然，該方法只能獲取單一的車輛信息，且方法繁瑣，壽命短，已經(jīng)被磁感應(yīng)檢測等技術(shù)所取代。1.2 磁感應(yīng)檢測技術(shù)磁感應(yīng)檢測器可分為線圈和磁阻傳感器兩種。環(huán)形線圈檢測器是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種檢測設(shè)備，由埋設(shè)在路表下的線圈和能夠測量該線圈電感的電子設(shè)備組成。車輛通過線圈，引起線圈磁場的變化，檢測器據(jù)此計算出車輛的流量、速度、時間占有率和長度等交通參數(shù)。利用一個LC振蕩器和一個通用單片機(jī)即構(gòu)

4、成了感應(yīng)線圈檢測系統(tǒng)。當(dāng)感應(yīng)線圈的電感L發(fā)生變化時，LC振蕩器的振蕩頻率也隨之變化，由單片機(jī)獲取其振蕩頻率并通過頻率變化給出高/低電平信號來判斷是否有車輛通過。磁阻傳感器的基本原理是在鐵磁材料中會發(fā)生磁阻的非均質(zhì)現(xiàn)像（AMR）。當(dāng)沿著一條長且薄的鐵磁合金帶的長度方向施加一個電流，在垂直于電流的方向施加一個磁場，合金帶自身的阻值會發(fā)生變化。利用AMR磁阻效應(yīng)生產(chǎn)的AMR磁阻傳感器成功地將三維方向(x,y,z)的單個傳感器件集成在同一個芯片上，并將傳感器與調(diào)節(jié)、補(bǔ)償電路集成，即可檢測到地磁范圍內(nèi)低于1高斯的磁場，根據(jù)一些鐵磁物體對地磁的擾動來檢測車輛的存在或識別車輛類型。磁感應(yīng)檢測技術(shù)不受惡劣天氣

5、氣候、日照光線強(qiáng)弱影響，性能穩(wěn)定，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計、交通控制和誘導(dǎo)等方面。但由于線圈固定埋設(shè)在地面，當(dāng)車輛違章非正常騎線行駛時，相鄰車道的兩個線圈均感應(yīng)到金屬車體并產(chǎn)生誤判，而且埋設(shè)感應(yīng)線圈后，路面可維修性降低。1.3 波頻檢測技術(shù)波頻車輛檢測是對車輛發(fā)射電磁波產(chǎn)生感應(yīng)的檢測方法（多為懸掛式檢測系統(tǒng)）。根據(jù)發(fā)射電磁波的不同可分為雷達(dá)（微波）檢測、超聲波檢測和紅外檢測等。1.3.1 雷達(dá)檢測技 車輛檢測雷達(dá)是調(diào)頻連續(xù)波（FMCW，F(xiàn)requency Modulated Continuous Wave）雷達(dá)。該雷達(dá)發(fā)出的電磁波頻率隨線性調(diào)制信號電壓的變化而變化。將該雷達(dá)安裝在馬路邊的豎

6、起高桿上，俯向下往各車道發(fā)射微波，并接收各車道上車輛反射回來的微波。由于不存在多普勒頻移，各車道上車輛和雷達(dá)之間的距離不同，反射回來的電磁波與當(dāng)前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率之差也不同，雷達(dá)通過對中頻信號進(jìn)行頻譜分析，并判斷各車道對應(yīng)頻率分量的強(qiáng)弱即可知道各車道有沒有車輛存在。 車流量檢測雷達(dá)主要由天線、收發(fā)組件射頻單元、線性調(diào)制FPGA單元、中頻放大器、信號處理機(jī)、ARM系統(tǒng)控制顯示裝置等7個單元組成。1.3.2 超聲波檢測技術(shù) 超聲波檢測器是基于聲波的傳播和反射原理，通過對發(fā)射波和反射波的時差測量實現(xiàn)位移測量的設(shè)備。由超聲波發(fā)生器發(fā)射一束超聲波，再接收從車輛或地面的反射波，根據(jù)反射波返回時間的差別

7、，來判斷有無車輛通過。每個車道上的超聲波檢測裝備各有前后二個探頭，根據(jù)車輛的通過進(jìn)程，超聲波探測結(jié)果分為所示的三種形態(tài)：等待車輛；車輛進(jìn)入檢測區(qū)；車輛到達(dá)第二檢測點。通分析這三種形態(tài)，即可得到整條道路的車輛速度與流量信息等。1.3.3 紅外檢測技術(shù)紅外檢測器是頂置式或路側(cè)式的交通流檢測器，一般采用反射式檢測技術(shù)。反射式檢測探頭由一個紅外發(fā)光管和一個紅外接收管組成。由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，經(jīng)紅外探頭向道路上輻射，當(dāng)有車輛通過時，紅外脈沖從車體反射回來，被接收管接收后經(jīng)過解調(diào)、放大、整流濾波后輸出一個檢測信號送入單片機(jī)。顯然，以上三種基于波頻檢測的方法中，由于電磁波在傳播過程中會隨著傳播距離

8、而衰減，回波信號非常微弱，幾乎被噪聲淹沒，而且實際應(yīng)用中還存在誤判、遮擋、安裝復(fù)雜、不便于維護(hù)、車流信息量不足等問題。因此，很多學(xué)者將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向基于視頻圖像的車流檢測。2 基于視頻圖像的車流量檢測隨著計算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理、人工智能和模式識別等技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)視頻技術(shù)在交通信息檢測中占據(jù)了越來越重要的地位。目前常用的基于視頻車輛檢測算法主要有：灰度比較法、背景差法、幀差法、邊緣檢測法。它通過對數(shù)字圖像的處理獲取交通流量信息，主要有以下優(yōu)點：(1) 能夠提供高質(zhì)量的圖像信息，信息量大,可以高效、準(zhǔn)確、可靠地完成道路交通的監(jiān)視和控制工作。(2) 安裝視頻攝像機(jī)方便、經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在國內(nèi)許多城市道路

9、已經(jīng)安裝了攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。(3) 計算機(jī)視覺和數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，滿足了系統(tǒng)實時性、可靠性方面的要求?；谝曨l圖像的車流量檢測技術(shù)的基本思想是在視頻圖片中的每條車道上設(shè)置一個固定區(qū)域作為虛擬的檢測線，再對該區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行處理，完成對車輛信息的獲取。背景差法將當(dāng)前輸入幀圖像與背景圖像進(jìn)行差值計算，以分離出車輛。但背景圖像需要實時刷新，影響因素較多。幀差法則是對相鄰兩幀圖像進(jìn)行差值計算，但不能支除攝像頭抖動引起的干擾，對靜止或速度慢（兩幀圖像中車輛運(yùn)動位移不明顯）的車輛無法有效檢測。邊緣檢測法通過對幀圖像進(jìn)行邊緣檢測，以提取車輛的邊緣特征進(jìn)行識別。該方法可在不同的光線條件下進(jìn)行檢測，但對于車

10、輛邊緣不明顯或存在道路隔離帶等干擾物體時可能造成漏檢和誤檢。針對傳統(tǒng)方法的不足,通過分析光照、車道和陰影等模型間的關(guān)系來判斷車輛的存在，提出了基于彩色虛擬檢測線的交通流信息視頻檢測方法。結(jié)合邊緣檢測法，在算法中采用預(yù)估校正、相關(guān)性修正等措施對幀差法進(jìn)行改善實時自動提取和更新背景邊緣并采用動態(tài)開窗的方式，利用邊緣信息作為車輛特征，提出了基于邊緣信息的背景差車流量檢測方法。結(jié)合光流法，根據(jù)光流場的信息判斷車輛通過，提出了基于虛擬線圈的光流法車流量檢測方法。利用攝像機(jī)標(biāo)定原理，根據(jù)成像模型提出了基于計算機(jī)視覺的車流量檢測算法。3基于視頻圖像的車流量檢測研究展望基于視頻圖像的車流量檢測技術(shù)有著廣闊的應(yīng)

11、用前景,對城市道路建設(shè)、國道高速公路建設(shè)、隧道橋梁建設(shè)、交通流的基礎(chǔ)理論與控制等都有著積極的支持作用。但是，在絕大部分實際應(yīng)用中都有漏檢、誤檢問題，基于目前已提出的各種方法，尚無一種能得到完美的解決，這也給進(jìn)一步的研究提出了挑戰(zhàn)。目前，基于視頻圖像的車流量檢測研究主要集中在以下幾個方面。3.1 改進(jìn)圖像處理方法基于視頻圖像的方法中，圖像處理過程均是它們的基礎(chǔ)。圖像處理涉及噪聲、光照條件變化、多物體遮擋、誤識別以及圖像處理速度與質(zhì)量問題。同時，為了獲取諸如車輛速度、加速度等更多的信息，有些學(xué)者將研究目光轉(zhuǎn)向光流法和計算機(jī)視覺理論。為了改進(jìn)圖像處理的質(zhì)量和速度，提高抵抗噪聲、光照條件變化等因素影響

12、的能力，有些學(xué)者提出將圖像處理的抽像層次提高到線的層次，計算直線和曲線的線流場,或是將基于特征的方法和基于光流場的方法相結(jié)合起來。認(rèn)為點-線對應(yīng)是對圖像運(yùn)動中孔徑問題最可靠的解決辦法，提出了線性規(guī)劃點-線對應(yīng)的方法計算運(yùn)動。文獻(xiàn)利用Hough變換點-線對偶性提出了空間直線的表示方法及直線線流場的解釋，并就直線線流場的計算做了研究。文獻(xiàn)給出了適合光流計算中二次曲線坐標(biāo)概念，提出用分段二次曲線描述邊緣，并計算得到二次曲線的光流。采用物體上的線作為圖像處理的特征基元，從理論上說，至少有兩個優(yōu)點：一是從噪聲圖像中進(jìn)行特征線的提取將比點更加穩(wěn)定，對噪聲的敏感程度也將降低；二是物體上的線（特別是棱線）是物

13、體的穩(wěn)定特征，它幾乎不受光照條件的影響。隨著線流場理論的不斷完善、增加更多的約束信息以及計算方法的不斷改進(jìn)，該方法將有很強(qiáng)的實際應(yīng)用意義。3.2 采用立體視覺的方法現(xiàn)有的視覺監(jiān)控中，幾乎所有的研究都是基于單目影像對運(yùn)動物體的監(jiān)測與跟蹤，所得到的運(yùn)動信息存在一個深度尺度因子，要想得到絕對移動量，需要一個附加條件。立體視覺研究的是由多目視頻圖像獲取物體三維幾何信息的方法，它符合人們觀察物體的習(xí)慣，也能獲得三維物體的景深信息。建立雙目或多目立體視覺運(yùn)動分析所要解決的核心問題是模型中的立體匹配問題。3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法的應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個超大規(guī)模非線性連續(xù)時間自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)。近年來，基于

14、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測方法得到了極大的發(fā)展。基于人工神經(jīng)網(wǎng)目標(biāo)檢測方法的基本思路是將每幀圖像分割為m×n個圖像塊，預(yù)處理后將這些圖像塊投影到一個線性濾波器組，得到不同的圖像模式；然后把這些不同的圖像模式根據(jù)預(yù)先計算得到的聚類原形進(jìn)行分類；最后用訓(xùn)練得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器來判斷圖像模式是否包含目標(biāo)。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，必將推動對車流量檢測技術(shù)的發(fā)展。4 結(jié) 語車輛檢測技術(shù)因其能夠為交通監(jiān)控管理與車輛控制提供有效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，有效地保障交通的順暢與行車安全，達(dá)到改善交通環(huán)境的目的而被越來越多的交通管理部門所使用?；谝曨l的車流量檢測技術(shù)以其直觀明了，安裝方便和維護(hù)費用相對較低等優(yōu)點，

15、成為了最有前途的大范圍采集交通數(shù)據(jù)的技術(shù)。相關(guān)文獻(xiàn)劉 東.ITS中的車輛檢測技術(shù)D北京:公安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,20(4):3539.彭仁明,賀春林.基于視頻的車流量檢測D.南充:西華師范大學(xué)學(xué)報.2004,25(4):404409.姜紫峰.車輛檢測器的進(jìn)展J.公路交通科技,1996,13(1):6265.李 寧.一種感應(yīng)線圈車輛檢測器的抗干擾方法D.現(xiàn)代電子技術(shù),2001,(12):7475.周 曄.數(shù)字信號處理系統(tǒng)在車流量檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究M.上海：華東師范大學(xué), 2007.張亞平,裴玉龍,王 富.現(xiàn)代交通檢測技術(shù)在城市快速路系統(tǒng)交通調(diào)查中的應(yīng)用M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)

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