(信息技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用)案例7智能交通系統(tǒng)解決方案

案例7智能交通系統(tǒng)解決方案A7.1智能交通的概念A(yù)7.2交通開(kāi)展的現(xiàn)狀A(yù)7.3智能交通系統(tǒng)的開(kāi)展背景與動(dòng)因A7.4智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用范圍A7.5智能交通系統(tǒng)的作用A7.6智能交通系統(tǒng)的組成A7.7智能交通應(yīng)用系統(tǒng)智能交通是一個(gè)基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運(yùn)輸?shù)男谙到y(tǒng)。它的突出特點(diǎn)是以信息的收集、處理、發(fā)布、交換、分析和利用為主線的，為交通參與者提供多樣性的效勞。21世紀(jì)將是公路交通智能化的世紀(jì)，人們將要采用的智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportSystem或IntelligentTransportationSystem，簡(jiǎn)稱ITS)，是一種先進(jìn)的一體化交通綜合管理系統(tǒng)。ITS可以有效地利用現(xiàn)有交通設(shè)施、減少交通負(fù)荷和環(huán)境污染、保證交通平安、提高運(yùn)輸效率，因而，日益受到各國(guó)的重視。一個(gè)國(guó)家的興旺程度與之交通情況成正比關(guān)系，我國(guó)的交通運(yùn)輸目前存在如下一些問(wèn)題：

(1)根底設(shè)施短缺與其利用的低效率并存。

(2)根底設(shè)施建設(shè)速度落后于車輛增長(zhǎng)速度。目前，中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量約5000萬(wàn)輛，大城市機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)率到達(dá)15%，而城市道路每年僅增長(zhǎng)3%～5%。

(3)交通擁堵已成為大中城市交通中的普遍現(xiàn)象。(4)交通平安形勢(shì)嚴(yán)峻，造成的損失巨大。1999年，全國(guó)共發(fā)生412800起交通事故，其中83529人死亡，286808人受傷，因交通事故引起的直接損失折款多達(dá)21億元人民幣。

(5)機(jī)動(dòng)車尾氣排放已成為城市大氣污染的主要來(lái)源。一些大城市機(jī)動(dòng)車排放的污染物對(duì)多項(xiàng)大氣污染指標(biāo)的奉獻(xiàn)率已到達(dá)60%以上，嚴(yán)重地危害著人們的身體健康。

(6)運(yùn)輸效率低，能源消耗不斷上升。抽樣調(diào)查說(shuō)明，全國(guó)貨運(yùn)汽車實(shí)載率缺乏70%，而在汽車技術(shù)不斷提高的今天，運(yùn)輸汽油車油耗卻從百公里6.9L增加到8.4L。由此可以看出，交通管理的科學(xué)化、智能化對(duì)實(shí)現(xiàn)科學(xué)交通管理是十分必要的，也是十分緊迫的，交通管理落后將會(huì)極大地影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展。因此，大力開(kāi)展智能交通對(duì)于社會(huì)的開(kāi)展與進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用。

智能交通系統(tǒng)的前身是智能車輛道路系統(tǒng)(IntelligentVehicleHighwaySystem，IVHS)，智能交通系統(tǒng)將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系，從而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。A7.1智能交通的概念

目前，世界上對(duì)智能交通系統(tǒng)使用最為廣泛的地區(qū)是日本，它的VICS系統(tǒng)相當(dāng)完善和成熟，其次是美國(guó)、歐洲等地區(qū)，在我國(guó)的北京、上海和廣東等地也已廣泛使用。A7.2交通開(kāi)展的現(xiàn)狀1994年我國(guó)局部學(xué)者參加了在法國(guó)巴黎召開(kāi)的第一屆ITS世界大會(huì)，為中國(guó)ITS的開(kāi)展揭開(kāi)了序幕。

1996年交通部公路科學(xué)研究所開(kāi)展了交通部重點(diǎn)工程?智能運(yùn)輸系統(tǒng)開(kāi)展戰(zhàn)略研究?工作，1999年?智能運(yùn)輸系統(tǒng)開(kāi)展戰(zhàn)略研究?一書(shū)正式出版發(fā)行。

1999年由交通部公路科學(xué)研究所牽頭，全國(guó)數(shù)百名專家學(xué)者參加的“九五〞國(guó)家科技攻關(guān)重點(diǎn)工程?中國(guó)智能交通系統(tǒng)體系框架研究?工作全面展開(kāi)，2001年課題完成，通過(guò)國(guó)家科技部驗(yàn)收，2002年出版?中國(guó)智能交通系統(tǒng)體系框架?一書(shū)。2000年，科技部會(huì)同國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、公安部、交通部、鐵道部、建設(shè)部和信息產(chǎn)業(yè)部等部委及相關(guān)部門(mén)在充分協(xié)商和醞釀的根底上，建立了開(kāi)展中國(guó)ITS的政府協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)——全國(guó)智能交通系統(tǒng)(ITS)協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室，并成立了ITS專家咨詢委員會(huì)。

2002年4月由科技部正式批復(fù)的“十五〞國(guó)家科技攻關(guān)“智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)和示范工程〞重大工程正式開(kāi)始實(shí)施，北京、上海、天津、重慶、廣州、深圳、中山、濟(jì)南、青島和杭州等十個(gè)城市是首批智能交通應(yīng)用示范工程的試點(diǎn)城市。2002年9月，由中國(guó)科技部和交通部共同舉辦的“第二屆北京國(guó)際智能交通系統(tǒng)(ITS)技術(shù)研討暨技術(shù)與產(chǎn)品展覽會(huì)〞在北京舉行。

2003年11月，科技部馬頌德副部長(zhǎng)第一次率中國(guó)政府代表團(tuán)參加在西班牙馬德里舉辦的第十屆ITS世界大會(huì)，科技部聯(lián)合交通部、建設(shè)部、公安部和北京市政府聯(lián)合申辦的“2007年第十四屆ITS世界大會(huì)〞獲得成功，這標(biāo)志著中國(guó)的智能交通系統(tǒng)建設(shè)將在更加開(kāi)放、競(jìng)爭(zhēng)與合作并存的環(huán)境中加速開(kāi)展。

2004年10月，科技部第一次大規(guī)模組團(tuán)參加在日本名古屋舉辦的第十一屆ITS世界大會(huì)，中國(guó)政府展覽團(tuán)在ITS大會(huì)的首次展覽獲得了成功。

2007年10月9日至13日，第十四屆智能交通世界大會(huì)在北京展覽館舉行。大會(huì)展示了中國(guó)多年來(lái)各部門(mén)、各地區(qū)在ITS領(lǐng)域所取得的成就，并加強(qiáng)了中國(guó)在ITS領(lǐng)域的對(duì)外交流。

2007年至今智能交通的開(kāi)展更加順利，各個(gè)城市相繼建立了自己的智能交通系統(tǒng)，盡管水平參差不齊，但這些交通管理系統(tǒng)對(duì)城市道路管理起到了積極的推動(dòng)作用。

1．汽車開(kāi)展的社會(huì)化

工業(yè)化國(guó)家在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)下，大都經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)開(kāi)展促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展、而汽車產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展又刺激經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的過(guò)程，這使得這些國(guó)家較快地走入了汽車化時(shí)代。A7.3智能交通系統(tǒng)的開(kāi)展背景與動(dòng)因汽車化社會(huì)帶來(lái)的諸如交通阻塞、交通事故、能源消費(fèi)和環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題日趨惡化，交通阻塞造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，使道路設(shè)施十分興旺的美國(guó)、日本等國(guó)家也不得不從以往只靠供給來(lái)滿足需求的思維模式轉(zhuǎn)向采取供、需兩方面共同管理的技術(shù)和方法來(lái)改善日益鋒利的交通問(wèn)題，這些建立在汽車車輪上的工業(yè)國(guó)家在探索既要維護(hù)汽車化社會(huì)、又要緩解交通擁擠問(wèn)題的解決方法的過(guò)程中，旨在借助現(xiàn)代化科技改善交通狀況到達(dá)“保障平安、提高效率、改善環(huán)境、節(jié)約能源〞的目的的ITS概念便逐步形成了。2．人類環(huán)境的可續(xù)化

工業(yè)化國(guó)家在工業(yè)化、城市化開(kāi)展的進(jìn)程中面臨著日益嚴(yán)重的資源短缺與環(huán)境惡化問(wèn)題，這一問(wèn)題在開(kāi)展中國(guó)家身上也同樣存在。20世紀(jì)50年代以來(lái)，生存與開(kāi)展問(wèn)題成為人類社會(huì)面臨的最緊迫的任務(wù)，1972年在聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議上通過(guò)了?人類環(huán)境宣言?。

城市化是生產(chǎn)力開(kāi)展的一個(gè)必然結(jié)果，按世界經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的規(guī)律，城市化水平到達(dá)30%以上就將出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的飛速開(kāi)展階段。美國(guó)、日本和英國(guó)等興旺國(guó)家在1990年城市化水平已經(jīng)分別到達(dá)了75%、77%和89%，這些國(guó)家針對(duì)交通開(kāi)展對(duì)資源和環(huán)境的影響，逐步調(diào)整交通運(yùn)輸體系與結(jié)構(gòu)。這些國(guó)家都經(jīng)歷過(guò)為滿足車輛開(kāi)展的需求而大力開(kāi)發(fā)建設(shè)交通根底設(shè)施(如美國(guó)1944年規(guī)劃的7萬(wàn)千米高速公路規(guī)劃，經(jīng)過(guò)50年根本完成，但仍會(huì)產(chǎn)生擁擠和阻塞)，在大量土地、燃油等資源占用和消耗的同時(shí)，不但交通需求沒(méi)有完全滿足，而且還造成汽車尾氣由于道路擁擠帶來(lái)的排放量劇增的問(wèn)題，這不僅在經(jīng)濟(jì)上造成了巨大損失，也給環(huán)境帶來(lái)了惡劣的影響。60和70年代以來(lái)，由于石油危機(jī)及環(huán)境惡化，工業(yè)化國(guó)家開(kāi)始采取以提高效益和節(jié)約能源為目的的交通系統(tǒng)管理(TSM)和交通需求管理(TDM)措施，同時(shí)大力開(kāi)展大運(yùn)量軌道及實(shí)施公交優(yōu)先政策，在社會(huì)可持續(xù)化開(kāi)展的目標(biāo)下調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，建立對(duì)能源均衡利用和環(huán)境保護(hù)最優(yōu)化的交通運(yùn)輸體系。ITS作為綜合解決交通問(wèn)題的方法，隨著信息技術(shù)的迅速開(kāi)展在興旺國(guó)家孕育開(kāi)展，90年代以后，保護(hù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開(kāi)展和與環(huán)境相協(xié)調(diào)的新一代交通運(yùn)輸系統(tǒng)，成為世界范圍內(nèi)的重要開(kāi)展趨勢(shì)。3．信息技術(shù)智能化

交通管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化，一直是人們綜合治理、解決交通問(wèn)題所追尋的目標(biāo)，早期的交通信號(hào)控制系統(tǒng)裝置采用了電子、傳感和傳輸?shù)燃夹g(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，尤其是計(jì)算機(jī)、GPS和信息通信技術(shù)的普及和應(yīng)用，交通監(jiān)視控制系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)等在交通管理中發(fā)揮了很大的作用，但這些技術(shù)只是對(duì)車輛或道路實(shí)施科學(xué)化管理，范圍單一，有局限性，系統(tǒng)性不強(qiáng)。80年代后期以來(lái)，世界范圍內(nèi)的冷戰(zhàn)結(jié)束以后，工業(yè)化國(guó)家用于軍事和國(guó)防領(lǐng)域的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、信息采集與提供系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)、電子與電子通信技術(shù)等高新技術(shù)轉(zhuǎn)向民用化，軍事上的投入也大局部轉(zhuǎn)移到對(duì)民用技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上。與此同時(shí)，包括我國(guó)在內(nèi)的廣闊開(kāi)展中國(guó)家也借助和平、穩(wěn)定的國(guó)際環(huán)境加快了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)開(kāi)展，開(kāi)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速開(kāi)展促進(jìn)了世界范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的巨大變化：工業(yè)化國(guó)家在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域由于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)向開(kāi)展中國(guó)家集中而失去了明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，于是開(kāi)始醞釀開(kāi)辟高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。在這種國(guó)際環(huán)境背景下，代表一場(chǎng)信息革命到來(lái)的信號(hào)而引起了全球的極大關(guān)注的“信息高速公路〞信息技術(shù)得到了飛速開(kāi)展，尤其是國(guó)際信息網(wǎng)絡(luò)“Internet〞的建立，加快了全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程。

智能交通的應(yīng)用范圍主要包括機(jī)場(chǎng)或車站客流疏導(dǎo)系統(tǒng)、城市交通智能調(diào)度系統(tǒng)、高速公路智能調(diào)度系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)車輛調(diào)度管理系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車自動(dòng)控制系統(tǒng)等。A7.4智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

智能交通系統(tǒng)的作用在于通過(guò)人、車、路的和諧、密切配合提高交通運(yùn)輸效率，緩解交通阻塞，提高路網(wǎng)通過(guò)能力，減少交通事故，降低能源消耗，減輕環(huán)境污染。A7.5智能交通系統(tǒng)的作用

智能交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性的系統(tǒng)，從系統(tǒng)組成的角度可分成如下假設(shè)干個(gè)子系統(tǒng)。由圖A7.1可以看出，智能交通的核心系統(tǒng)主要包括交通綜合信息共享平臺(tái)、公共交通、貨物運(yùn)輸、交通管理、電子收費(fèi)、電子政務(wù)、應(yīng)急指揮和公眾效勞等。A7.6智能交通系統(tǒng)的組成

圖A7.1智能交通系統(tǒng)的組成1．先進(jìn)的交通信息效勞系統(tǒng)(ATIS)

ATIS是建立在完善的信息網(wǎng)絡(luò)根底上的。交通參與者通過(guò)安裝在道路、車輛、換乘站、停車場(chǎng)及氣象中心的傳感器和傳輸設(shè)備，向交通信息中心提供各地的實(shí)時(shí)交通信息。

ATIS得到這些信息并通過(guò)處理后，實(shí)時(shí)向交通參與者提供道路交通信息、公共交通信息、換乘信息、交通氣象信息、停車場(chǎng)信息以及與出行相關(guān)的其他信息；出行者根據(jù)這些信息確定自己的出行方式、路線。更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，當(dāng)車上裝備了自動(dòng)定位和導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)可以幫助駕駛員自動(dòng)選擇行駛路線。圖A7.2給出了一些公共交通自動(dòng)售票機(jī)。

圖A7.2公共交通自動(dòng)售票機(jī)2．先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)(ATMS)

ATMS有一局部與ATIS共用信息采集、處理和傳輸系統(tǒng)，但是ATMS主要是給交通管理者使用的，用于檢測(cè)控制和管理公路交通，在道路、車輛和駕駛員之間提供通信效勞。它將對(duì)道路系統(tǒng)中的交通狀況、交通事故、氣象狀況和交通環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視，依靠先進(jìn)的車輛檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)獲得有關(guān)交通狀況的信息，并根據(jù)收集到的信息對(duì)交通進(jìn)行控制，如信號(hào)燈、發(fā)布誘導(dǎo)信息、道路管制、事故處理與救援等。圖A7.3給出了城市道路GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖A7.3城市道路GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3．先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)(APTS)

APTS的主要目的是采用各種智能技術(shù)促進(jìn)公共運(yùn)輸業(yè)的開(kāi)展，使公交系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平安便捷、經(jīng)濟(jì)和大運(yùn)量的目標(biāo)。如通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)、閉路電視等向公眾就出行方式、路線及車次選擇等提供咨詢效勞，在公交車站通過(guò)顯示器向候車者提供車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。在公交車輛管理中心，可以根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)合理安排發(fā)車、收車等方案，提高工作效率和效勞質(zhì)量。4．先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)(AVCS)

AVCS的目的是開(kāi)發(fā)幫助駕駛員實(shí)行車輛控制的各種技術(shù)，從而使汽車的行駛變得平安、高效。AVCS包括對(duì)駕駛員的警告和幫助、障礙物防止等自動(dòng)駕駛技術(shù)。

5．貨運(yùn)管理系統(tǒng)

貨運(yùn)管理系統(tǒng)是指以高速道路網(wǎng)和信息管理系統(tǒng)為根底，利用物流理論進(jìn)行管理的智能化的物流管理系統(tǒng)。綜合利用衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)、物流信息及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有效地組織貨物運(yùn)輸，提高貨運(yùn)效率。6．電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)

ETC是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費(fèi)方式。通過(guò)安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載器與在收費(fèi)站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通信，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而到達(dá)車輛通過(guò)路橋收費(fèi)站不需停車而能交納路橋費(fèi)的目的，且所交納的費(fèi)用經(jīng)過(guò)后臺(tái)處理后清分給相關(guān)的收益業(yè)主。在現(xiàn)有的車道上安裝電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)，可以使車道的通行能力提高3～5倍。

另外，電子收費(fèi)系統(tǒng)也已經(jīng)走進(jìn)了社區(qū)車輛管理，圖A7.4給出了不停車收費(fèi)系統(tǒng)示意圖。由圖中可以看出，這是一個(gè)社區(qū)不停車收費(fèi)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)許多大中城市社區(qū)廣泛使用，它的應(yīng)用一方面大大簡(jiǎn)化了車輛計(jì)費(fèi)過(guò)程；另一方面杜絕了非社區(qū)住戶占用社區(qū)停車資源，有效地保障了社區(qū)業(yè)主停車的合法權(quán)益。

圖A7.4不停車收費(fèi)系統(tǒng)示意圖7．緊急救援系統(tǒng)(EMS)

EMS是一個(gè)特殊的系統(tǒng)，它的根底是ATIS、ATMS及有關(guān)的救援機(jī)構(gòu)和設(shè)施，通過(guò)ATIS和ATMS將交通監(jiān)控中心與職業(yè)的救援機(jī)構(gòu)聯(lián)成有機(jī)的整體，為道路使用者提供車輛故障現(xiàn)場(chǎng)緊急處置、拖車、現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)和排除事故車輛等效勞。

其實(shí)，從系統(tǒng)的功能上講，智能交通大體可分為以下三個(gè)主要局部。1)交通信息采集系統(tǒng)

在智能交通信息采集方面主要有人工輸入、GPS車載導(dǎo)航儀器、GPS導(dǎo)航、車輛通行電子信息卡、CCTV攝像機(jī)、紅外雷達(dá)檢測(cè)器、線圈檢測(cè)器和光學(xué)檢測(cè)儀。

2)信息處理分析系統(tǒng)

信息處理分析系統(tǒng)主要包括：信息效勞器、專家系統(tǒng)、GIS應(yīng)用系統(tǒng)和人工決策等。3)信息發(fā)布系統(tǒng)

信息發(fā)布途徑方面主要包括互聯(lián)網(wǎng)、、車載終端、播送、路側(cè)播送、電子情報(bào)板和效勞臺(tái)等。

為了便于大家進(jìn)一步了解智能交通的詳細(xì)內(nèi)容，這里介紹一些相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)方案。

A7.7.1基于視頻流的交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．根本概念

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃開(kāi)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量也在急劇增長(zhǎng)，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通事故時(shí)有發(fā)生。A7.7智能交通應(yīng)用系統(tǒng)交通問(wèn)題已經(jīng)成為城市管理工作中的重大社會(huì)問(wèn)題，阻礙和制約著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的開(kāi)展。因此，深入研究解決城市交通問(wèn)題有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。要解決城市交通問(wèn)題，就必須準(zhǔn)確掌握交通信息。目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的交通流檢測(cè)方法有人工監(jiān)測(cè)、地埋感應(yīng)線圈、超聲波探測(cè)器和視頻監(jiān)測(cè)這四種。其中，視頻監(jiān)測(cè)方法比其他方法更具有優(yōu)越性。

視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)是一種利用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)道路交通狀況信息與交通目標(biāo)各種行為(如超速、違章停車和超車等)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)交通路段上行駛的機(jī)動(dòng)車的數(shù)量、計(jì)算行駛車輛的速度以及識(shí)別劃分行駛車輛的類別等各種有關(guān)的交通參數(shù)，到達(dá)監(jiān)測(cè)道路交通狀況信息的作用。同時(shí)，將檢測(cè)和識(shí)別到的交通信息存儲(chǔ)起來(lái)，為分析和交通管理提供依據(jù)，因此它也是一個(gè)交通信息的管理系統(tǒng)。2．視頻交通流檢測(cè)和車輛識(shí)別系統(tǒng)

視頻交通流量檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)集圖像處理系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)為一體的綜合系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)圖像處理主要由圖像輸入、圖像存儲(chǔ)和刷新顯示、圖像輸出和計(jì)算機(jī)接口等幾大局部組成，這些局部的總體構(gòu)成方案及各局部的性能優(yōu)劣直接影響處理系統(tǒng)的質(zhì)量。圖像處理的目標(biāo)是代替人去處理和理解圖像，因此實(shí)時(shí)性、靈活性、精確性是對(duì)系統(tǒng)的主要要求。1)系統(tǒng)構(gòu)成

通過(guò)攝像機(jī)將道路交通流圖像捕捉下來(lái)，再將這些捕捉到的序列圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理、圖像分析和圖像理解，從而得到交通流數(shù)據(jù)和交通狀況等交通信息，系統(tǒng)的構(gòu)成圖如圖A7.5所示。

圖A7.5視頻交通流檢測(cè)和車輛識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成圖2)系統(tǒng)工作原理

(1)通過(guò)系統(tǒng)初始化，對(duì)系統(tǒng)中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如每秒采集圖像的幀數(shù)、圖像二值化的門(mén)限值(閾值)等。由圖像采集系統(tǒng)將攝像機(jī)攝取的路段上行駛車輛的視頻圖像按序列連續(xù)捕捉下來(lái)并數(shù)字化，存入內(nèi)存或幀緩存中。

(2)將這些采集到的序列數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理(如濾波除噪、圖像銳化、增強(qiáng)比照度等)。

(3)對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行圖像分割，并對(duì)分割后的目標(biāo)圖像進(jìn)行特征提取(圖像描述)。(4)用提取的特征進(jìn)行分類識(shí)別。通過(guò)相應(yīng)的算法進(jìn)行計(jì)算，得到車輛的計(jì)數(shù)、車輛速度，并將獲得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

(5)將圖像分割和特征提取得到的特征與模型庫(kù)里建立好的車輛模型進(jìn)行模式匹配，識(shí)別出車輛的類型，將識(shí)別出的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

(6)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析輸出有關(guān)報(bào)表或圖片。3．視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1)軟件功能概述

(1)能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的路段上通過(guò)車輛的數(shù)目進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)。

(2)能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)速度測(cè)量。

(3)能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)車輛進(jìn)行車輛類型識(shí)別。

(4)能夠?qū)z測(cè)和識(shí)別獲得的交通數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

(5)能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)輸出。

(6)能夠?qū)ο到y(tǒng)測(cè)量到的車輛數(shù)目和每輛車的速度能實(shí)時(shí)處理并顯示。(7)能夠?qū)囕v的長(zhǎng)度、車頭間距和排隊(duì)長(zhǎng)度等交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。2)功能模塊設(shè)計(jì)

視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)是由系統(tǒng)初始化模塊、圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、圖像分割模塊、特征提取模塊、流量統(tǒng)計(jì)模塊、類型識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊組成的。下面列出幾種主要的功能模塊。

(1)系統(tǒng)初始化模塊。為系統(tǒng)設(shè)定初值，包括設(shè)定圖像輸入?yún)?shù)(采集圖像的分辨率，圖像采集卡視頻端口的制式、亮度、比照度和每秒采集的幀數(shù)等)、檢測(cè)區(qū)域的大小和個(gè)數(shù)、速度檢測(cè)標(biāo)線以及像素間距與實(shí)際路長(zhǎng)的比例系數(shù)、各種車輛類型的特征量、圖像二值化及檢測(cè)區(qū)域內(nèi)特征點(diǎn)的閾值等，并建立識(shí)別的匹配模板。

(2)圖像采集模塊。將攝像機(jī)傳輸來(lái)的視頻圖像按初始化設(shè)置的要求捕捉下來(lái)并將其數(shù)字化，然后存儲(chǔ)到內(nèi)存里。采集圖像的數(shù)字化是通過(guò)安裝在計(jì)算機(jī)上的視頻捕捉卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而圖像捕捉控制是由軟件來(lái)完成的。捕捉軟件可以按每秒1～25幀(PAL制)或1～30幀(NTSC制)來(lái)捕捉圖像并存儲(chǔ)在幀緩存或計(jì)算機(jī)內(nèi)存里以備預(yù)處理系統(tǒng)調(diào)用。(3)圖像預(yù)處理。對(duì)采集到的圖像進(jìn)行濾波除噪，主要采用中值濾波算法降低噪聲。因?yàn)橹兄禐V波具有抑制圖像噪音并保持輪廓清晰的特點(diǎn)。對(duì)濾波去噪后的圖像進(jìn)行銳化，銳化算法采用二階差分法。再對(duì)銳化后的圖像進(jìn)行比照度增強(qiáng)，比照度增強(qiáng)算法采用直方圖均衡法。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的圖像，可視化效果得到改善，利于對(duì)圖像進(jìn)行分割。

(4)圖像分割模塊。對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行目標(biāo)與背景別離，也就是把車的圖像與背景別離開(kāi)來(lái)，以便于對(duì)車輛目標(biāo)的處理，提高運(yùn)算速度。分割可以有很多算法。圖像二值化算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，符合圖像處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，所以采用圖像二值化分割。這種方式的分割，主要問(wèn)題是如何確定閾值(灰度門(mén)限)。根據(jù)實(shí)際情況，可以采用自適應(yīng)門(mén)限法來(lái)確定閾值。

3)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)采用VisualC++

6.0編程實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的界面和整體構(gòu)架。界面由視頻顯示區(qū)、視頻控制區(qū)、控制中心區(qū)和數(shù)據(jù)顯示區(qū)四大塊構(gòu)成，視頻顯示區(qū)主要是將道路車流的視頻信號(hào)顯示出來(lái)，以便于觀察和在畫(huà)面上進(jìn)行檢測(cè)區(qū)域設(shè)置。視頻控制區(qū)用于連接外部視頻信號(hào)源及選擇檢測(cè)區(qū)個(gè)數(shù)?？刂浦行膮^(qū)又分為：

(1)檢測(cè)控制，功能是啟動(dòng)或關(guān)閉檢測(cè)程序。

(2)檢測(cè)區(qū)域設(shè)置，可進(jìn)行視頻區(qū)設(shè)置、檢測(cè)線設(shè)置。

(3)檢測(cè)靈敏性控制區(qū)，功能是調(diào)節(jié)滑塊以到達(dá)調(diào)整檢測(cè)精度和速度精度的目的，實(shí)際上就是對(duì)閾值的調(diào)節(jié)。

(4)視頻格式控制區(qū)，作用是設(shè)定輸入信號(hào)的制式及調(diào)節(jié)信號(hào)的亮度、比照度等參數(shù)。

(5)數(shù)據(jù)查詢功能主要是對(duì)已識(shí)別并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)并由圖表輸出。數(shù)據(jù)顯示區(qū)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量到的各檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的交通車流數(shù)目和當(dāng)前通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的車輛速度，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的界面如圖A7.6所示。

圖A7.7給出了一個(gè)交通流量統(tǒng)計(jì)圖，這只是很小的一段車流量統(tǒng)計(jì)。由圖A7.7可以看出，早上7:00至早上8:10期間3個(gè)車道各自的車流量統(tǒng)計(jì)分布情況。通過(guò)流量統(tǒng)計(jì)便可知道該道路什么時(shí)間段是流量頂峰時(shí)段，指揮調(diào)度中心便可以依據(jù)多日的統(tǒng)計(jì)進(jìn)行交通疏導(dǎo)。

圖A7.6視頻交通流檢測(cè)及車輛識(shí)別系統(tǒng)的界面

圖A7.7交通流量統(tǒng)計(jì)圖總之，利用電視視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)及通信技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)交通進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制是一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景的研究方向。它的目標(biāo)就是用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)分析攝像機(jī)拍攝的交通圖像序列來(lái)對(duì)車輛、行人等交通目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、定位、識(shí)別和跟蹤，并對(duì)檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別的交通運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的交通行為進(jìn)行分析和判斷，從而既完成各種交通流數(shù)據(jù)的采集，又進(jìn)行與交通管理有關(guān)的各種日常管理和控制，形成一個(gè)全方位立體化的數(shù)字交通監(jiān)控網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)交通管理智能化。

因此，開(kāi)展視頻交通監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，對(duì)于提高我國(guó)視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)水平、促進(jìn)我國(guó)城市道路建設(shè)、改變我國(guó)交通以人管理為主的被動(dòng)局面、實(shí)現(xiàn)城市交通管理智能化都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。A7.7.2電子警察(闖紅燈)系統(tǒng)

目前，城市交通阻塞已成為世界性的難題，尤其是違規(guī)闖紅燈、超車等行為給國(guó)家和人民造成了巨大的損失和危害。與傳統(tǒng)的人工警察相比，電子警察有著多種無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)：可24小時(shí)不間斷地工作、路口不需要人工警察、可大大緩解警力缺乏的現(xiàn)象，無(wú)需發(fā)薪資，鐵面無(wú)私、絕無(wú)徇私舞弊行為，違章識(shí)別率高、無(wú)誤判行為，全部自動(dòng)化傳輸、集中處理。電子警察(闖紅燈)系統(tǒng)適用于全國(guó)各地區(qū)，對(duì)各種復(fù)雜路口可全天使用。該系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析，全面反響闖紅燈車輛的違章過(guò)程，并為依法處分提供了最充足的法律依據(jù)。圖A7.8給出了電子警察(闖紅燈)管理系統(tǒng)布防示意圖。圖A7.9展示了電子警察(闖紅燈)管理系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)示意圖。

圖A7.8電子警察(闖紅燈)管理系統(tǒng)布防示意圖

圖A7.9電子警察(闖紅燈)管理系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)示意圖A7.7.3移動(dòng)查車系統(tǒng)

多年以來(lái)，超速行駛一直是導(dǎo)致交通事故的主要原因之一，給社會(huì)和家庭帶來(lái)巨大損失。由于車速快導(dǎo)致發(fā)生緊急情況時(shí)制動(dòng)距離長(zhǎng)，因此必須采取有效手段，減少由于超速引起的交通事故與違章現(xiàn)象?！爸悄苄瓦`章抓拍系統(tǒng)〞是一套高科技電子設(shè)備，為維護(hù)交通執(zhí)法提供了一種先進(jìn)的手段。在許多交通場(chǎng)合如無(wú)人值守的路口、公交專用道等場(chǎng)合經(jīng)常會(huì)發(fā)生違章行車現(xiàn)象(超速、逆行和非法占道等)，嚴(yán)重破壞了交通秩序。該系統(tǒng)能夠?qū)`章車輛進(jìn)行自動(dòng)判斷與圖像記錄；執(zhí)法部門(mén)可以根據(jù)該系統(tǒng)所提供的車輛違章過(guò)程的圖像記錄，對(duì)違章司機(jī)進(jìn)行追究和處分。圖A7.10給出了超速、闖紅燈檢測(cè)抄牌系統(tǒng)和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。

圖A7.10超速、闖紅燈檢測(cè)抄牌系統(tǒng)和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)A7.7.4電子稱重系統(tǒng)

電子稱重系統(tǒng)主要是為了防止重車超載的行為發(fā)生，尤其是在高速行駛的狀況下，重車的超載不僅對(duì)路面造成極大傷害，更對(duì)他人有高度危險(xiǎn)性。因此，地磅站提供重車載重測(cè)量工作，對(duì)違規(guī)的重車及其駕駛員給予開(kāi)罰單的懲戒處分。圖A7.11給出了汽車電子稱重系統(tǒng)和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。

圖A7.11汽車電子稱重系統(tǒng)和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)A7.7.5卡口監(jiān)管系統(tǒng)

卡口監(jiān)管系統(tǒng)全面適合于住宅小區(qū)、政府機(jī)關(guān)、智能大廈、工廠、企業(yè)、娛樂(lè)場(chǎng)所及公共場(chǎng)所，可大大節(jié)約人力物力，對(duì)車輛進(jìn)行出入收費(fèi)的有效管理。其主要特點(diǎn)包括讀卡距離在300mm以上，對(duì)車輛進(jìn)出、停放時(shí)間的記錄及查詢，對(duì)出入車輛的圖像進(jìn)行比照，對(duì)外來(lái)車輛的停放、收費(fèi)管理。從而有助于對(duì)內(nèi)部車輛和外來(lái)車輛的進(jìn)出進(jìn)行現(xiàn)代化的管理。圖A7.12分別給出了卡口監(jiān)管實(shí)物系統(tǒng)－公路收費(fèi)站。

圖A7.12卡口監(jiān)管實(shí)物系統(tǒng)－公路收費(fèi)站A7.7.6LED交通誘導(dǎo)電子大屏幕系統(tǒng)

LED交通誘導(dǎo)電子大屏幕系統(tǒng)能通過(guò)LED顯示屏實(shí)時(shí)顯示路況信息、交通誘導(dǎo)、道路指示、交通通報(bào)、交通標(biāo)語(yǔ)、泊位信息和天氣信息等；可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查詢系統(tǒng)提供交通信息；相關(guān)信息可通過(guò)交通電臺(tái)播送；通過(guò)發(fā)送軟件的遠(yuǎn)程控制命令控制顯示屏的顯示狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)顯示屏的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)；操作人員在中控室即可輕松操縱顯示屏的運(yùn)行，節(jié)省了人力，可實(shí)現(xiàn)高效、便捷的管理。圖A7.13給出了LED交通誘導(dǎo)電子大屏幕系統(tǒng)示意圖和實(shí)物圖。

圖A