《交通違章信息采集與處理》論文

包頭師范學(xué)院本科畢業(yè)論文論文題目：交通違章信息采集與處理院系：物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)：應(yīng)用物理姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：二零摘要隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國家庭的汽車擁有量越來越多，因而交通管理部門的管理工作量和工作壓力不斷上升。交通違章現(xiàn)象是現(xiàn)代交通中極其嚴(yán)重的一個(gè)問題，由此帶來的交通安全問題也更加突出。交通管理機(jī)關(guān)由于警力有限,不可能依靠人力對(duì)所有路段、路口實(shí)行全天候、全方位的管理，所以必須依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段來管理交通，使城市交通管理向高效、快捷的方向發(fā)展。本文主要針對(duì)中國一些基本的交通信息采集處理系統(tǒng)進(jìn)行研究。關(guān)鍵字：視頻采集檢測(cè)、信息采集、違章檢測(cè)系統(tǒng)、違章處理AbstractWiththecontinuousdevelopmentofChineseeconomy,ChinesefamilyPossessionofcarisincreasing,sothetrafficmanagementdepartmenttomanagetheworkloadandworkpressurerising.Trafficviolationphenomenoninmoderntransportationisaseriousproblem,whichbringstheproblemsoftrafficsafetybecomesmoreandmoreprominent.Thetrafficmanagementauthoritiesduetolimitedpoliceforce,cannotrelyonmanpowertoallsections,intersectionsofall-weather,all-roundmanagement,sowemustrelyonmoderntechnologymeanstomanagethetraffic,thecitytrafficmanagementtoefficient,fastdevelopment.ThispapermainlydirectedatChinasomebasictrafficinformationcollectionandprocessingsystemforresearch.Keywords:videocaptureanddetection、Informationcollection、theviolationdetectionsystem、Peccancyprocessing目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 2目錄 4\o"CurrentDocument"引言 5\o"CurrentDocument"1視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng) 6\o"CurrentDocument"視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng)簡介 6\o"CurrentDocument"1.2視頻檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 6\o"CurrentDocument"車輛違章處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6車輛違章檢測(cè)系統(tǒng) 6\o"CurrentDocument"1.3.2違章車輛信息查詢系統(tǒng) 71.3.3系統(tǒng)工作條件 8\o"CurrentDocument"1.4視頻檢測(cè)系統(tǒng)的功能 8\o"CurrentDocument"1.5視頻檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn) 8優(yōu)點(diǎn) 8缺點(diǎn) 8\o"CurrentDocument"1.6視頻檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用 8\o"CurrentDocument"2環(huán)形線圈感應(yīng)式采集技術(shù) 9\o"CurrentDocument"2.1特點(diǎn) 9\o"CurrentDocument"2.2工作原理 9\o"CurrentDocument"線圈施工規(guī)范 10\o"CurrentDocument"環(huán)線線圈在電子警察系統(tǒng)中的應(yīng)用 10\o"CurrentDocument"3微波采集檢測(cè)技術(shù) 11\o"CurrentDocument"3.1雷達(dá)測(cè)速儀 11\o"CurrentDocument"3.2遠(yuǎn)程交通微波檢測(cè)器（RTMS） 113.2.1工作原理 113.2.2功能和作用 11優(yōu)點(diǎn) 12\o"CurrentDocument"總結(jié) 13\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 14\o"CurrentDocument"致謝 15引言交通違章是誘發(fā)交通事故的根源,歷來是交通管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展,車輛違章信息采集與處理的技術(shù)也得到了長足的進(jìn)展。本文主要針對(duì)現(xiàn)實(shí)中一些應(yīng)用比較普遍的交通信息采集處理技術(shù)進(jìn)行歸納與研究，并對(duì)所存在的問題進(jìn)行一些總結(jié)。其中主要涉及視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng)、環(huán)形線圈感應(yīng)式采集技術(shù)、微波采集檢測(cè)技術(shù)。如何利用現(xiàn)如今的技術(shù)去對(duì)交通進(jìn)行監(jiān)管和預(yù)防，每種交通狀況應(yīng)該用哪種行之有效的方法進(jìn)行處理，例如常見的視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng)是利用視頻、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通動(dòng)態(tài)信息的采集，所采集的數(shù)據(jù)主要有流量、車速、車型分類、占有率、平均車距等。還有如環(huán)形線圈感應(yīng)式采集技術(shù)主要是針對(duì)闖紅燈這一違章現(xiàn)象進(jìn)行信息采集的。針對(duì)現(xiàn)如今的交通狀況做出適合與它的交通違章信息采集與處理系統(tǒng)就是本文研究的目的。視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng)視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng)簡介視頻采集檢測(cè)系統(tǒng)主要是利用視頻、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通動(dòng)態(tài)信息的采集。所采集的數(shù)據(jù)主要有流量、車速、車型分類、占有率、平均車距等。視頻采集檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用為信號(hào)控制、信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)、指揮提供動(dòng)態(tài)交通信息。視頻檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要設(shè)備有：前端信息采集設(shè)備、攝像機(jī)、視頻采集卡、工控機(jī)、中央控制管理系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)開發(fā)中用計(jì)算機(jī)作為運(yùn)算和處理的核心,將攝像頭架在車道的正方,高度大約6m,通過同軸電纜與計(jì)算機(jī)主機(jī)相連,用來監(jiān)控車道上的違章車輛。圖像采集卡用來將模擬視頻圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)碼相機(jī)通過USB口同計(jì)算機(jī)相連,用來對(duì)違章車輛進(jìn)行抓拍。車輛違章處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)車輛違章檢測(cè)系統(tǒng)車輛違章檢測(cè)系統(tǒng)軟件主要包括視頗圖像采集、車輛違章識(shí)別、車輛違章信息存儲(chǔ)傳輸三個(gè)部分,如圖1所示。其中車輛違章識(shí)別部分包括三個(gè)模塊,分別是預(yù)處理模塊、違章車輛檢測(cè)模塊、背景更新模塊。違章車輛信息存儲(chǔ)傳輸部分包括本機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和與服務(wù)器通信模塊。視 >視頻圖像預(yù)處理模 ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊頻^塊圖K淫害立伽込涮蠟壓像違早車輛檢測(cè)模塊采集服務(wù)器通訊模塊模 ?背景更新模塊 ?圖1車輛違章檢測(cè)系統(tǒng)軟件

下面,具體針對(duì)軟件的每一個(gè)模塊,詳細(xì)介紹一下具體思路和功能實(shí)現(xiàn)。軟件第一部分包含的視頻圖像捕獲模塊是車輛違章檢測(cè)系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ),它通過攝像頭將模擬視頻信號(hào)輸人圖像采集卡中然后再通過計(jì)算機(jī)與圖像采集卡的通信接口,實(shí)時(shí)捕獲數(shù)字圖像,并轉(zhuǎn)人相應(yīng)開辟的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行存放,為圖像預(yù)處理作基礎(chǔ)。該模塊可以完成的功能包括視頗輸人端口的確定,視頻輸人模式的選擇,視頻圖像亮度、對(duì)比度、飽和度的調(diào)整等。軟件第二部分是車輛違章識(shí)別部分,其中主要包括圖像預(yù)處理模塊、違章車輛檢測(cè)模塊、背景更新模塊。首先從內(nèi)存區(qū)域中讀取當(dāng)前輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括彩色空間變換、中值濾波、對(duì)比度增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)等。然后提取目標(biāo)車輛并判斷其是否為違章車輛,若是違章車輛,啟動(dòng)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行抓拍并對(duì)當(dāng)前視頻圖像進(jìn)行保存。在對(duì)違章車輛進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí),系統(tǒng)不斷的進(jìn)行道路背景更新,保證背景圖像的真實(shí)性。軟件第三部分是本機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和與服務(wù)器通信模塊。當(dāng)有車輛違章時(shí),我們需要對(duì)當(dāng)前全景視頻圖像進(jìn)行保存。當(dāng)前輸人的原始視頻圖像是RGP格式的裸數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊完成JPEG圖像壓縮功能，這樣可大大減小圖像存儲(chǔ)所需要的空間,同時(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。與服務(wù)器通信模塊主要完成的任務(wù)是通過調(diào)制解調(diào)器電話專線與指揮中心服務(wù)器建立連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器中，在服務(wù)器中的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)。1.3.2違章車輛信息查詢系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)庫的建立一般有兩種方法，第一種方法是基于文件名的多媒體數(shù)據(jù)庫。這種方法實(shí)際上并不把實(shí)際的多媒體信息存放在數(shù)據(jù)庫中，而是將包含多媒體信息的文件位置與名稱存放在數(shù)據(jù)庫中。第二種方法是通過數(shù)據(jù)庫中的長二進(jìn)制數(shù)據(jù)類型直接將多媒體信息存放在數(shù)據(jù)庫中。本系統(tǒng)采用第一種方法建立圖像數(shù)據(jù)庫。違章車輛圖像數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖3所示。用戶界面層圖2建立圖像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理層違章車輛圖像庫用戶界面層圖2建立圖像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理層違章車輛圖像庫違章車輛信息庫系統(tǒng)共分為三個(gè)結(jié)構(gòu)層次，用戶界面層、數(shù)據(jù)庫管理層、檢索對(duì)象層。在圖像信息庫中對(duì)與違章車輛圖像庫中圖像對(duì)應(yīng)的違章車輛顏色特征、車輛違章時(shí)間、違章地點(diǎn)、違章類型、車輛中心在圖像中的位置、圖像序號(hào)、圖像文件的存儲(chǔ)地址、圖像的文件名、圖像的顏色特征、查詢標(biāo)志等做了相應(yīng)定義。使檢索系統(tǒng)支持單一特征查詢和組合特征查詢。系統(tǒng)工作條件1）攝像頭距離地面高度在5.5一6m之間。鏡頭對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)路段。2）攝像頭固定牢固,不晃動(dòng)。3）當(dāng)室外光線強(qiáng)度較低時(shí),需要有較好的交通照明條件。視頻檢測(cè)系統(tǒng)的功能視頻檢測(cè)系統(tǒng)的功能主要有三個(gè)方面：1）實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)：車速、車輛數(shù)、車身長度、車隊(duì)長度。2）統(tǒng)計(jì)性交通數(shù)據(jù)：平均速度、車流量、道路占用率等。3）交通事故信息：停車、交通堵塞情況、等候車隊(duì)長度。視頻檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1）安裝、設(shè)置方便、不破壞路面、不中斷交通；2）可提供大量交通管理信息；3）單臺(tái)攝像機(jī)和處理器可檢測(cè)多車道，可判別交通異常、車輛違章、車牌號(hào)缺點(diǎn)1）大型車輛會(huì)遮擋隨行的小型車輛；2）陰影、積水反射或晝夜轉(zhuǎn)換可造成檢測(cè)誤差。視頻檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用1）在交通動(dòng)態(tài)信息采集中的應(yīng)用；2）在交通違章檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用；3）在交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；4）在交通安全方面的應(yīng)用。環(huán)形線圈感應(yīng)式采集技術(shù)特點(diǎn)1）目前世界上技術(shù)較為成熟的車輛檢測(cè)方法。2）可獲得交通流量、占有率、速度等數(shù)據(jù)。3）成本較低、準(zhǔn)確率高。4）線圈一旦老化，維護(hù)較為困難。5）施工與維護(hù)時(shí)，需中斷交通，開挖路面，破壞環(huán)境。工作原理如圖5所示圖3環(huán)形線圈工作原理環(huán)形線圈由金屬導(dǎo)線繞制而成，埋設(shè)于路面，通過饋線與檢測(cè)處理單元相連。檢測(cè)處理單元的組成1）中央處理器中央處理器是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算的模塊，一般是一個(gè)帶嵌入式操作系統(tǒng)的單板機(jī)，具備較強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算、存儲(chǔ)能力和通訊接口。通過對(duì)端口的掃描，捕捉電平的變化時(shí)間，以此計(jì)算出相應(yīng)的交通數(shù)據(jù)。一般檢測(cè)器的通訊接口包括RS232/485,比較先進(jìn)的還具有以太網(wǎng)接口和GPRS模塊。目前，在國內(nèi)大多數(shù)應(yīng)用中，由于監(jiān)控路面和監(jiān)控中心距離的關(guān)系，系統(tǒng)集成商普遍采用調(diào)制解調(diào)器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接的方式上傳數(shù)據(jù)，或者通過PLC中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。任何意外情況的發(fā)生導(dǎo)致處理器死機(jī)、故障等非工作狀態(tài)，都應(yīng)該能在短時(shí)間內(nèi)重新啟動(dòng)，且不應(yīng)超過三十秒。2）檢測(cè)卡檢測(cè)車輛通過或靜止在感應(yīng)線圈的檢測(cè)域時(shí)，通過感應(yīng)線圈的電感量會(huì)降低，檢測(cè)卡的功能就是檢測(cè)這一變化并精確地輸出相應(yīng)的電平?；竟ぷ髟恚簷z測(cè)處理單元用高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)線圈，在線圈周圍就產(chǎn)生了交變的電磁場(chǎng)，當(dāng)車輛通過線圈時(shí)，由于車體一般是由跌磁材料構(gòu)成，這就改變線圈周圍的導(dǎo)磁率，使得線圈的電感量增加，這樣車輛的通過狀態(tài)將被檢測(cè)到，同時(shí)狀態(tài)信號(hào)傳輸給檢測(cè)處理單元，由其進(jìn)行采集和計(jì)算。線圈施工規(guī)范1） 按規(guī)格，采用切路機(jī)在路面切出槽。槽寬4?8dm,深度30?50dm。2） 在四個(gè)角上進(jìn)行45度倒角。3） 從線圈至路邊切一條引線槽。4） 繞制線圈：繞線圈時(shí)必須將線圈拉直，但不要繃得太緊并緊貼槽底5） 沿引線槽雙絞引線至路邊。6） 用瀝青或軟性樹脂將切槽封上。環(huán)線線圈在電子警察系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖6所示1）無違法事件時(shí)，系統(tǒng)持續(xù)判斷是否有車輛通過檢測(cè)區(qū)域并監(jiān)測(cè)信號(hào)燈狀態(tài)。2）紅燈亮且有車輛通過時(shí)車輛進(jìn)入線圈1,系統(tǒng)開始監(jiān)控，如果在此紅燈周期內(nèi)，此車輛并未繼續(xù)前進(jìn)，只是停在線圈1上而并未離開，則系統(tǒng)會(huì)判定車輛沒有違法。如果在此紅燈周期內(nèi)該車輛繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)車輛離開線圈1車身壓在停車線上時(shí)，系統(tǒng)判定違法事件發(fā)生，發(fā)出控制指令拍攝第1張過程視頻照片。當(dāng)車輛進(jìn)入線圈2時(shí)，拍攝第2張違法過程視頻照片，同時(shí)抓拍違法細(xì)節(jié)照片。系統(tǒng)記錄車輛離開時(shí)刻，并啟動(dòng)違法過程錄像功能，將車輛越過停車線前2S,后3S總共5S時(shí)間段內(nèi)的視頻流進(jìn)行數(shù)字壓縮，以錄像資料文件形式保存，可以動(dòng)態(tài)完整地再現(xiàn)車輛違法的全過程，進(jìn)一步減少爭議。車輛離開線圈2時(shí)，攝像機(jī)抓拍第3張違法過程照片，從而形成完整的3張過程照片，包括車輛壓到停車線、離開停車線、繼續(xù)前進(jìn)等3個(gè)不同位置的狀態(tài)。至此，電子警察系統(tǒng)獲得了關(guān)于此次違法事件的所有圖像證據(jù)，包括了3張違法過程視頻照片，1張細(xì)節(jié)照片。如果從相鄰方向左轉(zhuǎn)車輛和對(duì)向車輛觸發(fā)線圈，由于是先觸發(fā)線圈2再觸發(fā)線圈1，系統(tǒng)可以判斷不是違法車輛以避免誤拍。

MAmg枝xnrttrfa機(jī)號(hào)按収善MAmg枝xnrttrfa機(jī)號(hào)按収善圖4環(huán)形線圈應(yīng)用微波采集檢測(cè)技術(shù)雷達(dá)測(cè)速儀把雷達(dá)波發(fā)射到一個(gè)移動(dòng)的物體上，根據(jù)反射回來的與目標(biāo)速度成比例的雷達(dá)信號(hào)，由測(cè)速儀內(nèi)部的線圈將該信號(hào)進(jìn)行處理，得到一個(gè)頻率變化，通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)處理后，得到目標(biāo)的速度。遠(yuǎn)程交通微波檢測(cè)器（RTMS）工作原理如圖7所示，RTMS向行駛的車輛發(fā)射調(diào)頻微波，波束被行駛的車輛阻擋而發(fā)生反射，反射波通過多普勒效應(yīng)使頻率發(fā)生偏移，根據(jù)頻率偏移可檢測(cè)出有車輛通過，經(jīng)過接收、處理、放大后輸出檢測(cè)信號(hào)，從而達(dá)到檢測(cè)交通信號(hào)的目的圖5圖5RTMS工作原理功能和作用1）精確檢測(cè)車流量、速度、排隊(duì)狀況等信息；2）具有存儲(chǔ)功能，可接入其他系統(tǒng)；3）檢測(cè)時(shí)，不中斷交通流。優(yōu)點(diǎn)更換不影響交通，可同時(shí)檢測(cè)多條車道，對(duì)路面要求不高，安裝便捷，維護(hù)方便。總結(jié)本文主要針對(duì)現(xiàn)實(shí)中一些應(yīng)用比較普遍的交通信息采集處理技術(shù)進(jìn)行歸納與研究，并對(duì)所存在的問題進(jìn)行一些總結(jié)。其中主要涉及視頻采集檢測(cè)處理系統(tǒng)、環(huán)形線圈感應(yīng)式采集技術(shù)、微波采集檢測(cè)技術(shù)，其中視頻采集檢測(cè)處理系