（交通信息工程及控制专业论文）移动检测技术研究.pdf

比 京交通大学硕 学位论文 摘要 摘 要 移动检测技术是一种新型的交通信息采集技术， 可用于获得路段的 旅行时j i ij 和平均旅行速度等交通信息， 在交通规划、事故检测、车辆诱 导、交通信息服务等领域可得到广泛的应用。 论文介绍了移动检测技术的系统组成、 数据采集方法及数据处理算 法， 在对旅行时间估计的应用中， 论文重点介绍了基于g p s 的移动检测 系统估计旅行时间的基本原理。 在理论研究的基础上， 论文结合北京市路网功能层次划分和整合技 术研究项目， 详细介绍了基于 g p s的移动检测系统的设计和实现过程， 对检测车的选择、 检测车数量的确定、 数据处理等关键技术作了详细阐 述。 论文通过人工测量方法与系统自 动实现方法的比较， 验证了旅行时 间估计算法的有效性， 并分析了误差产生的原因。 论文根据指标计算结 果， 初步实现了对北京市路网现状的评价。 由大量图表得出的结沦与北 京现有的交通状况基本相符。 可见， 利用移动检测技术对北京乃至其它 城市应用是可行的。 沦文最后对系统的应用前景进行了展望，并就系统今后的改进进 行了探讨。 关键字:全球卫星定位系统，地理信息系统，移动检测，地图匹配， 旅行时间 h1$ :蹂 导 师 问 惫 北京空通大学硕 学位论丈 abs t ract abs tr act p r o b e v e h i c l e s u s e d f o r in t e l l e g e n t t r a n s p o rt a t i o n s y s t e m i s a n e w t y p e o f d a t a c o l l e c t i o n t e c h n o l o g y , a n d c a n b e u s e d t o g e t s e g m e n t t r a v e l t i me a n d a v e r a g e t r a v e l s p e e d , w h i c h h a v e a w i d e u s e i n t h e fi e l d s t r a n s p o rt a t io n p l a n , a c c i d e n t d e t e c t i o n , n a v i g a t i o n o f l a n d v e h i c l e s t r a f f i c i n f o r ma t i o n s e v i c e t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e s y s t e m f r a m e w o r k , d a t a c o l l e c t i o n m e t h o d s a n d d a t a p r o c e s s i n g a l g o r it h m o f p r o b e v e h i c le s .加 a p p l i c a t i o n t o e s t i m a t i o n o f t r a v e l t i m e , t h e a l g o r i t h m o f e s t i m a t i o n o f t r a v e l t i m e b a s e d o n gp s i s i n t r o d u c e d on t h e b a s i s a t l e n g t h . o f t h e o r y , t h e p a p e r i n t r o d u c e s p r o c e s so f p r o b e v e h i c l e s s y s t e m b a s e d r o a d n e t . s o m e k e y t e c h o n i q u e s o n gp s i n d e s i g n d e t a i l a n d r e a l i z a t i o n c o mb i n e d wi t h ofhe b e ij i n g p r o b e a r e i n t r o d u c e d , s u c h a s c h o i c e v e h i c le s , s a m p l e s i z e , d a t a p r o c e s s i n g . t h e p a p e r c o n f i r m s v a l i d i t y o f t h e a r it h m e t i c b y c o m p a r in g m a n u a l r e c o r d i n g d a t a w i t h s y s t e m a u t o m a t i c c a l c u l a t i n g r e s u l t s , a n d a n a l y z e s t h e r e a s o n s l e a d i n g t o e r r o r . a c c o r d in g t o t h e r e s u l t , t h e p a p e r a c c o m p l i s h s t h e p r i m a ry e v a l u a t i o n o f c u r r e n t s t a t u s o f b e ij i n g r o a d n e t , w h i c h i s i n a c c o r d a n c e w i t h p r a c t i c a l s i t u a t i o n . t h e r e f o r e , w e c a n m a k e a c o n c l u s i o n t h a t a p p l i c a t i o n o f p r o b e v e h i c l e s t o b e ij in g u p t o o t h e r c i t i e s i s f e a s i b l e . i n th e l a s t p a rt o f t h e p a p e r , w e m a k e a n e x p e c t a t i o n a b o u t a p p l i c a t i o n f u t u r e o f t h e s y s t e m , a n d d i s c u s s e d t h e i m p r o v e m e n t o f s y s t e m k e y wo r d s : g p s , g i s , p r o b e v e h i c le s , ma p - ma t c h i n g , t r a v e l t i m e 北京交通人学硕 卜 学位论义 第一帝 第一章概 述 1 . 1选题背景 2 0 世纪六七十 年代， 世界经济进入了一个高速增长的时期， 交通工 具的数量急剧增加，导致了已有的道路远远满足不了经济快速发展的需 要，交通状况变得日益恶化。为了有效地解决交通阻塞问题，在扩建必 要的道路网的同时，世界各国都在不断地探索新的方法，并且进行了大 量的研究工作，其中美国、欧洲和日本所做的工作引人注日。到了 9 0 年代，计算机技术、信息技术、通信技术和电子控制技术飞速发展，人 们意识到利用这些新技术把车辆、道路和使用者紧密地结合起来，将会 更有效地解决交通阻塞问题，而且对交通事故的应急处理、环境保护和 节约能源等都有显著效果。于是人们充分利用系统的观点，来重新审视 运输系统， 进而导 致智能交通系 统( i n t e l l i g e n t t r a n s p o rt a t i o n s y s t e m s - i t s ) 的诞生。 i t s是在交通运行过程中系统地将先进的信息技术、计算机技术、 数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自 动控制技术、运筹学、 人工智能等学科成果综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强 了车辆、道路和使用者之间的联系，从而形成一种定时、准确高效的综 合交通系统。美国、欧洲和日本己成为世界智能交通系统的三大基地。 另外一些国家和地区的智能交通系统研究也有相当规模，如澳大利亚、 韩国、新加坡、香港等。可以说，全球正在形成一个新的智能交通系统 产 业， 难以 计 数的 大 小 项目 正 在开 发， 发 展规 模 和 速 度 惊人， 以“ 保 障 安全、提高效率、改善环境、节约能源”为目 标的工 t s 概念正在逐步形 成 0 0 9 o 年代初， 我国学者开始关注国际上工 t s 的发展，1 9 9 5 年以 后， 我国关于智能交通系统的研究、试验和国际交流日益频繁。交通部已将 智能交通系统列入中长期规划。同时，许多单位、高校和科研院所等也 都分别成立了智能交通系统工程研究中心，专门进行智能交通系统研 究。 从美国、 日本、 欧洲以及我国的智能交通系统研究与开发内容来看， i t s 是一个基于完善信息系统的综合高效管理系统， 道路交通信息是所 有 工 t s 项目中最为重要和核心的内容之一， 也是制约 工 t s 研究计划顺利 执行的关键因素0 1 。从 广义信息角度看 ，i t s可用图1 - 1 所示的i t s 信息流模型表示。 从图中看出， i t s 研究内容是针对交通信息的各种操作， 包括信息 采集、处理、 发布和利用等，因此i t s可以认为是信息技术在交通领域 内的具体应用。 其中数据采集是利用各种检测设备获得交通量、 路面参 数、 车辆速度等信息: 数据处理技术用于分析交通量、 速度等传输来的 】 北京交通大学硕士学位论文第一章 信息， 并进行事故预测、 车辆诱导、 选择控制策略; 信息发布是指通过 各种信息媒体向广大i t s 用户提供处理得到的交通信息， 并将该信息施 加给车辆、 行人或交通标志等。 实现交通管理从简单 静态管理到智能动 态管理的转变，满足了人们对实时、动态及历史交通信息的需求。 运 输 系 统 一 、数 据 采 集 =二 j l i5 一月 犷 藻藏疏一二 二 - 1 u .9 j 1j a 一一 一一 于 一 一丫 图1 一 1 i t s 信息流模型 交通信息的采集技术有很多种，比如感应线圈检测、超声波检测、 红外线检测、 微波检测、 视频图像处理技术、 全球卫星定位系统( g l o a b a l p o s it io n in g s y s t e m - g p s ) 和自 动 车 辆识 别等 2 l 。 这 些交 通 信息 采 集技 术各 有利弊， 通常采用多数据源信息 融合的方式获得可靠的交通信息。 除了 传统的交通信息采集技术， 我们可以 利用检测车( p r o b e v e h i c l e ) 获得路 段旅行时间、平均旅行速度等信息， 并称之为移动检测技术。 该技术与 传统的交通信息采集方法相比具有数据采集灵活、 覆盖面广， 受自 然条 件影响小等优势。 1 .2国内外发展概况 1 .2 . 1国外发展概况 在i t s 研究领域，以实现道路的“ 信息化” 、 “ 智能化” 为目 标的交 通信息系统的开发与应用以欧洲、 美国、日本为中心迅速展开。同时众 多其它国家和地区也纷纷参与投入力量开展研究活动， 目前交通信息采 集系统已成为世界规模的热点研究课题。 下面介绍欧、 美、日具有代表 性的研究项目。 1 、欧洲 在欧洲， 与i t s 相关的开发项目 在不同层次上同步进行着。 其中有 政府主导的“ 欧洲机动化安全专用道路基础设施” ( d r i v e r : d e d i c a t e d r o a d i n fr a s t ru c t u r e f o r v e h i c l e s a f e t y i n e u r o p e ) 项目 ，也有民间主导的 p r o me t h e u s ( p r o g r a m - m m e f o r a e u r o p e a n t r a f f i c in与欧 e f f i c i e n c y a n d u n p r e c e d e n t e d s a f e t y : 1 9 9 5 年是p r o w it h h i g h e s t g r a m f o r mo b i l i t y t r a n s p o r t a t i o n i n e u r o p e ) 项目。这些开发项目 复杂地相互渗透， d r i v e . p r o m e t h e u s 相关的开发计划一直保持紧密地协调关系。 北京交通大 学倾 卜 学位论文 第一草 洲是以欧洲联合体为主导推进i t s的研究， 这对发展i t s的研究十 分有 利川 。闪为在欧洲任何rt e 家、 企业开发的交通信息系统， 都可以 在环境 不同的 1 2个国家做现场试验，从而可以开发出适合各种环境的技术 进而导致新技术的产生。 目 前在欧洲具有代表性的车辆旅行时间采集系统是 t r a f f i c - m a s t e r 系统。 该系统是以伦敦为中心， 在大范围高速公路上已经实际应用的系 统， 而且有效利用现有的寻呼网络来提供动态实时的行驶车速等交通信 息。 t r a f f i c - m a s t e r 系统由收集高速公路交通信息的传感器、 整理并发送 信息的控制中心、 以及接受发送来的信息并表示于显示屏上的车载终端 装置组成。 传感器向车体的前端和后端分别发射两束红外线， 根据这两束射线 经车辆反向后反向波的到达时间差来测定出车辆的速度。 传感器控制机 的电脑计算每 3分钟的平均速度，如果速度低于 4 0 k m / h ，则将此信息 发送到控制中心。 控制中心由很多台计算机组成。 其中有的用于收集数 据， 有的用于发送经分析处理的信息， 有的用于文字的录入等等。 车载 末端装置类似于收音机功能再加上显示器， 可以显示全部区域内或局部 放大的区域内的低速区间， 如果切换为文本方式看指定页， 则可以获知 关于事故、施工等有关的详细信息。 另 外， 欧 洲的e u r o s c o u t l 和l o c o m o t i v ( 1 系统是 利用安装 某种 检测设备的检测车辆在道路上行驶采集动态交通信息的系统。 2 、美国 美国的智能车路系统是最早的智能交通系统， 极大地促进了实时交 通信息的采集和处理的实施。 其中较典型的检测车信息采集系统是在伊 利诺依州芝加哥西北郊区测试动态路径引导的试验运行系统: a d v a n c e ( a d v a n c e d d r i v e r a n d v e h i c l e a d v i s o ry n a v i g a t i o n c o n c e p t ) o a d v a n c e主要目 的 在于确定是否能通过为驾驶者提供实时引导 来避免交通拥挤和改善行车质量。 a d v a n c e计划采用了多种技术， 包 括差分g p s 、 推算定位和基于地图匹配定位、 r f无线通信、 动态路径 引导、c d - r o m 地图存储、数据融合及其它技术，为驾驶者提供 连续 更新的导航指向 和指令。 整个a d v a n c e 试验区覆盖至少7 7 6 .6 6 k m 2 包括芝加哥城的一部分及芝加哥西北至少4 0 个社区。系统主要组成为 交通信息中 心及车内导航系统， 由r f 通信网 通过无线连接 1 8 1 。 在进行 现场试验和数据收集后， 在调度期间， 利用检测车辆收集的实际旅行时 间和其它交通数据对历史文件进行定期的脱机更新。 检测车辆是在行驶 期间报告路途实时交通数据的车辆。 静态文件是基于检测数据、 感应线 圈数据等其它信息的加权平均来更新的。动态交通数据处理有三项内 容: 事故检测、 数据融合和旅行时间预测( i 9 。 这三项任务每5 分钟执行 一次。 a d v a n c e运行现场试验侧重于熟悉测试区域道路网和居民区的 i 匕 京交通大学硕 卜 学位论文 第一章 驾驶者。 不熟悉道路的驾驶员， 如观光者可能更关心获得准确方向而非 节 省 旅行时间 2 0 ) 佛罗里达州中奥兰多的项目t r a v t e k 实时采集交通阻塞信息、 车辆 服务信息、出行信息， 还为装备了t r a v t e k 车载设备的汽车驾驶员提供 路 线诱导 信 息 5 j 在i t s 领域中， 交通参数的自 动处理也有发展， 包括理论、 方法和 应用的整合。 美国发展一种基于交通流的随机特性， 针对动态交通流模 型的感应算法。模型用于估计交通变量 ( 例如行程时间) ，直接用于动 态交通管理中。 交通信息采集中不同数据源的数据整合和数据检测问题已经备受 瞩目， 美国咨询工程协会研究了一种用于整合车辆旅行时间数据的模型 网。 而且在实际数据管理和应用中发展了几种成形的数据检测方法， 包 括a值检测和交通流理论检测。 3 、日本 在日 本， 有建设省、 警示厅和邮电省共同组织的车辆信息与通讯技 术( v e h i c l e i n f o r m a t i o n a n d c o m m u n i c a t i o n s y s t e m , v i c s ) 项目 中， 采 用一种新的远红外车辆检测器。 这种检测器可以作为高带宽双向通讯发 射与接收器， 向车辆提供实时车速等交通信息， 并从装备了这种检测器 的 车 辆获 取路 段 旅 行时 间 阴 。 国外的移动检测技术发展迅速， 目前已经转向于采集数据的整合和 处理分析，以及具有针对性的应用领域研究。 1 . 2 .2国内发展概况 我国许多城市现代化交通管理己初具规模， 智能交通控制系统集成 了交通电视监视、 交通信息检测、 交通信号控制、 交通信息综合、 交通 诱导、 停车管理、 交通违章检测和交通通讯等技术， 形成一个计算机管 理网络。智能化的交通信息采集和处理成为交通信息流的主体部分。 一方面由于财力所限，不可能一次性投入巨额资金来重新建立庞 大、 完整的信息采集系统， 另一方面许多大城市的交通管理在经历了近 十年的引进、 试验、开发与应用之后，已经有了一定的基础，因此有必 要也有可能利用现有交通设施建立起集实用性、 先进性和可扩展性为一 体的交通信息采集系统。 例如北京已有成套的g p s 车辆信息采集设施， 可将安装有 g p s定位设备和车载装置的车辆作为检测车，实时获取车 辆在各路段的旅行时间、旅行速度。 我国对于移动检测技术的研究和应用较少，有待于进一步深入探 讨。 国内的交通信息采集和处理相关软硬件的开发还比较薄弱， 尤其是 理论算法的研究。 但拥有很大的发展空间， 有利于向更加深入和广泛的 北京交通大学硕 仁 学位论文第一辛 领域发展。 北京市作为i t s示范城市， 同时进行北京市交通综合信息平 台、 智能交通管理、 先进公交系统的示范工程建设， 为交通信息采集特 别是移动检测这种不同于 传统信息采集方式的试验和应用提供了良 好 的发展空间。 1 .3论文主要研究内容 第一章是概述部分。 对论文的选题背景及移动检测技术在国内外的 发展情况进行了简单介绍，并概要叙述本文结构框架。 第二章是移动检测技术综述。 本章简要介绍了交通信息的分类， 以 及目前世界上应用的动态交通信息采集技术， 其中重点介绍了移动检测 技术，结合北京市实施移动检测技术的重要性阐述了其突出的实用价 值。 第三章阐述了移动检测技术在旅行时间估计中的应用。 本章详细介 绍了自 动车辆识别系统和车载 c, p s系统利用移动检测技术估计旅行时 间的原理及关键技术，总结了路段旅行时间的主要应用领域。 第四章结合北京市路网功能层次划分和整合技术研究项目阐述了 系统设计方案及实现过程。 详细描述了系统软件功能模块， 包括显示模 块、 数据格式转换模块、 数据预处理模块、 地图匹配及旅行时间估计模 块、数据筛选模块及数据库管理模块。 。 第五章对地图匹配效果进行了评价， 指出产生错误匹配的原因; 结 合人工记录试验， 对旅行时间估计算法进行验证， 对计算误差进行了分 析;并根据数据分析结果对北京市路网现状进行了评价。 第 六 章 在 对 论 文 总 结 的 基 础 上 得出 结 论， 并 对 移 动 检 测 技 术 今 后 的 发展进行展望。 北京交通大学硕 卜 学位论文第二章 第二章移动检测技术综述 交通信息的采集是i t s研究与开发的基础， 尤其是旅行时间作为重 要的交通信息， 世界各国都依据其各种交通基础设施， 开发出了各具特 色的信息采集系统， 移动检测技术正是其中之一。 本章简要介绍了交通 信息的分类， 以及目 前世界上应用的动态交通信息采集技术， 其中重点 介绍了移动检测技术。 2 . 1交通信息的分类 交通信息是实现城市交通智能化的关键所在， 而城市路网的旅行时 间的采集和应用处理是 工 t s各有关项目实施的核心基础数据和重要前 提之一。交通信息从总体上主要有静态和动态之分。 1 、静态交通信息 静态交通信息主要是指表示交通系统中如高速公路、 城市道路、 公 路设施等常规组成部分的性能、 特征和指标等信息， 这些信息相对固定， 具有一定的稳定性。具体应用如交通地理信息系统( g e o g r a p h y i n f o r m a t i o n s y s t e m - t r a n s p o rt a t i o n , g i s - t ) 对电 子 地图 的管 理。 2 、动态交通信息 交通动态信息主要是指公路和城市道路上所有移动物体所具有的 特定信息，包括旅行时间、车型、车流量、道路路口状态等。该部分的 研究涉及交通专用传感器的研制和开发、 多种传感器的融合、 信息的采 集和传输方法等。 常见的道路交通信息检测装置有地下埋设检测车辆通 过的电感线圈、 地上设置激光或微波测速通信仪及车牌识别摄像头等方 法， 主要以单车道上行驶的车辆作为检测对象， 这些方法结果确定， 但 检测条件的束缚性较大。 同时， 动态信息采集中产生的新问题是系统多种传感器的实时信息 冗余， 因而需要研究如何从大量冗余的信息中提取最少的有用信息， 减 少网络负担， 它涉及系统中的对象如何描述， 信息的传输路径如何控制， 以及海量信息过滤分析的高效算法等。 近来采用 g p s技术进行动态交通采集的研究越来越受到各国 研究 人员的重视，逐渐成为该领域的研究热点。 北京交通大学硕士学位论文 2 . 2动态交通信息采集方法 第_帝 2 .2 . 1动态交通信息采集方法的分类 i t s 的实施基础就是动态交通信息的实时采集和处理。 在i t s 提供 的各种动态交通信息中，交通状况信息是非常重要的。交通状况信息， 同时又是交通控制参数信息，包括旅行时间、 旅行速度、 交通流量、占 有率等交通特征参数， 以及交通事件和拥挤程度信息等等。 这些动态交 通信息又分为通过数据检测和计算得到的定量信息， 以及通过电视监视 系统和执勤人员提供的定性信息。 动态交通数据的采集可分为人工采集 和自 动采集两类技术。 人工采集技术包括人工观测法、 试验车移动调查 法和摄影法。 人工观测法是在选定地点及时间， 由测量人员计测和记录实测路段 的交通数据，此方法简单易行，不需要复杂设备，但需要较多的人力; 试验车移动调查法是通过在测定区间内驾车反复行驶测量求得区间内 交通数据的一种方法。 摄影法是在测定点的路面上作标记后， 对其作定 时摄影， 然后对照片进行处理可得出交通数据， 此方法成本高， 资料处 理工作量大。 人工测量方法适用于作短期内的调查， 不适合于交通的实 时控制和交通流的诱导。 2 .2 . 2动态交通信息的自 动采集技术 动态交通信息自 动采集技术有感应线圈检测、 超声波检测、 红外线 检 测、 微 波检测、 视频图 像处理技 术、 g p s 技术 和自 动车 辆识 别等。 北 京市现有的交通信息采集系统从8 0 年代中期开始建立，最初只有服务 于s 0 0 0 丁 交通信号系统的感应线圈检测器，后来，特别是2 0 0 0 年以后 逐渐建立起了多种交通信息采集系统。 ( 1 ) 感应线圈检测器 感应线圈检测器是目前使用最为广泛的交通数据检测装置， s c o o t系统就是利用它进行交通数据采集的。它是利用埋设在车道下 的环形线圈对通过线圈或存在于线圈上的车辆引起电磁感应的变化进 行处理而达到检测目的。 当车辆通过线圈时产生电感量的变化引起相位 的变化， 通过相位比较器获得一个相应的信号， 它可用来检测交通流量、 占 有率和点速度等。 ( 2 ) 超声波检测器 超声波检测器是通过接收由超声波发生器发射的超声波束并经车 辆反射的超声回波来检测车辆， 它由车道上方的超声波探头向下发射一 束超声波， 车辆通过这些波束时，引起波束反射回发送部件， 通过判断 信号与原反射回波信号在时间上的差异来检测车辆数、 车辆类型、 占有 北京交通大学硕学位论文第二章 率和排队长度。用双探头可以检测车速。 ( 3 ) 红外线检测器 红外线检测器一般采用反射式和阻断式检测技术。 反射式红外检测 器使用反射接收器， 用来反射光束和接收反射光束， 通过记录路面和车 顶反射率的变化对车辆进行检测。 阻断式红外检测器由位于道路一侧的 反射接收器和车道另一侧的强反射板组成， 车辆通过时， 反射波被切断 而检测到车辆。红外检测器能采集车辆流量、点速度和占用率信息。 ( 4 ) 微波检测器 微波检测器是按照多普勒效应原理工作。 该检测器向行驶的车辆反 射 l o mc的微波束时，波束被车辆阻挡而产生反射波，引起频率变化， 经过接收，鉴频放大，输入一个检测信号，以检测流量和点速度。 微波检测系统具有在恶劣气候下性能出色、 可检测静止的车辆、 可 以侧向方式检测多车道、 直接检测速度等优点。 此外其检测精度可达到: 1 ) 车流量、占有率: 误差小于6 % 0 2 ) 车速检测可达到误差小于 1 0 % 0 3 ) 实时存在检测:精度达9 0 % 。其不足之处在于维护成本较高。 ( 5 ) 视频图 像处 理 技 术 18 1 视频图像处理技术是将一段道路的交通状况摄成图像， 然后对图像 进行处理和分析。 采用这种技术获取数据，可通过下列两种方法:1 ) 通过控制中心大屏幕画面人工获取交通量信息; 2 ) 通过以 正常速度重放 录像带自 动采集交通量信息。 这两种方法获取交通量信息均存在磁带延 迟效应，即放带速度慢于交通事件发生的真实时间。因此， 使用采集到 的交通数据之前必须预先处理。 视频检测系统可以面式检测， 检测范围大， 一个摄像头可覆盖4 - 6 个车道，检测范围 5 0 -1 5 0米。而且检测精确度高( 车流量、占有率 误差小于 5 % ，车速检测误差小于 1 0 % ，实时存在检测精度达到9 5 % ，车 型检测误差小于5 % ，车流向检测误差小于5 % ，车辆行驶轨迹检测误差 小于1 0 % ， 车间距( 空距/ 时距) 检测误差小于5 % ， 通过时间检测误差小 于5 % ，交通流密度检测误差小于5 % ，交通事件检测误差小于 1 0 % ) 。同 时易于扩展， 检测器增加可在半日内完成， 施工周期短且不干扰正常交 通。 在发生故障的情况下， 更换故障摄像头很容易。 其可调节性也比较 好，可根据路面具体情况， 进行调节使检测性能达到最好。目 前，该技 术已成熟，并且前瞻性好，是以后检测器的发展趋势。 此外， 视频检测不仅可用于交通流检测， 还可用于交通监视， 其获 得的图像用于视频发布及违章处罚确认等。 其缺点是阴影、 积水或昼夜转换可造成检测误差及大型车辆会遮挡 随行的小型车辆，但前者可随着图像处理技术的进步而有所改善。 ( 6 ) g p s 技术 g p s是一个定位和导航系统。 利用美国国防部向卫星发送的民用码 ( c i a码) 和车载g p s 接收机，可对车辆进行定位。 北京交通大学硕 _ 学位论文 第_书 ( 7 )自 动 车 辆 识别 ( a u to m a t ic v e h i c l e s i n d e f in a t i o n 一 a v i ) 目动车辆识别技术是将一种小的电子标签装置在车窗上， 标签中有 一个微型无线电发射器， 它可发射出车辆自 身特征信息码， 在道路两侧 装有高灵敏度的天线及终端识别器，终端识别器能识别车辆自身特征 码， 并将信息送入计算机进行处理后可得出流量、 空间平均速度、 旅行 时间和车辆分类。 上述列举的七项检测技术， 在考虑数据获得的精确性、 可靠性、 一 致性和有效性方面各有其优缺点。 大部分这些采集技术只能提供点测量 数据。 例如超声波检测和红外线检测技术只能提供流量、 道路占有率和 点速度。 虽然全球卫星定位系统能够进行大范围的车辆跟踪调查， 但它 不能提供像交通流量和密度这样的基本的交通变量。 因此， 单一的一种 测量技术是不能全面、地检测出交通随空间和时间变化的特性的。表 2 - 1 总结了这些信息采集技术的测量能力和特点。 表2 一 工 各种交通信息采集技术测量能力汇总 采集技术测量能力特点 感应线圈检测流量、占有率、车辆存在 信息和点速度 点测量技术，使用厂 一 泛，检测 精度较高，受天气、交通影响 小:需要注意系统维护 超声波检测流量、占有率、车辆存在 信息和排队长 度 点测量技术，价格便宜，安装 方便， 维修容易， 使用寿命长; 检测精度不高，受天气影响大 红外线检测流量、 占有率、 车辆分类、 车辆存在信息和点速度 点测量技术，功率消耗低:受 天气影响大 微波检测流量、车辆存在信息和点 速度 点测量技术，多车道检测， 抗 干扰能力强，检测精度高，漏 检率低:需要考虑人体健康 视频图像处理技术流量、占有率、车辆存在 信息车辆分类、和点速度 多车道检测，使用方便:受环 境干扰，大量的计算任务和有 限的空间覆盖面 gp s 流量、占有率、车辆存在 信息和点速度 检测精度高， 大范围的车辆跟 踪，不依赖路边检测设施 自 动车辆识别流量、占 有率、车辆存在 信息和点速度 检测精度高，安装方便，功能 强大 北京交通大学硕 卜 学位论文 2 .3移动检测技术介绍 第_童 2 .3 . 1移动检测系统组成 移动检测技术是交通信息采集技术的一种， 但它和其它被动的交通 信息采集技术的不同之处是要靠检测车采集交通信息， 是一种主动的信 息采集方式。 利用移动检测技术获得的最主要的交通信息是旅行时间和 平均旅行速度， 在此基础上，可以实现交通规划、 事故检测、 车辆诱导 等交通管理手段。 另外， 近年来该技术还被提出用于高精度电子地图的 动态生成及更新， 大大扩展了其应用范围。 移动检测技术系统结构框图 如图2 - 1 所示: 车辆位置、 时间、速度 一-. 卜 闷 口 一 一 -一 一 通信网络 f 信息传输) 车辆位置、 时间、速度 -一. -书卜 月睡 - - 一 预测旅行时 间、事故检测 预测旅行时 间、事故检测 交通信息中心 ( 信息处理、发布) 图2 - 1 移动检测技术系统结构框图 从图中看出，移动检测技术的应用需要解决四个关键问题:1 ) 确 定系统所需的检测车百分比; 2 ) 数据采集方式的 选择; 3 ) 检测车辆与 交通信息中 心的通信方式; 4 ) 交通信息中 心数据的处理及发布。 与传统的交通信息采集技术相比， 可连续进行数据采集，如果需要，基于 移 动 检 测 技 术 具 有以 下 优 点 : 均 g p s的移动检测系统可以在二 十四小时内 连续采集交通信息; 2 )自 动完成数据采集， 不需要驾驶员 人工干预:3 ) 数据采集范围 广， 且灵活， 尤其在没有安装交通检测设 备的路段， 便可以 利用检测车采集交通信息;4 ) 不会对正常交通造成 影响: 5 ) 维护费 用较低。 移动检测技术的应用同时也存在一些问 题: 1 ) 涉及私人信息跟踪。 车辆的位置和时间信息在一定程度代表了驾驶员的私人信息， 若实时受 到交通信息中心的监控， 在启动系统前必需得到司机的配合:2 )不适 合在小范围内进行数据采集。 检测车辆的o d不确定， 如果监控范围太 小， 很可能在某一时间段覆盖范围内没有检测车辆， 不能保证实时采集 到可靠数据。 2 .3 .2数据采集方法 移动检测技术的数据采集方法分为两类: 动车 辆定 位( a u t o m a t i c v e h i c l e s l o c a t i o n 一 a v l ) 自 动车辆识别( a v i ) 和自 o a v l 根据定位技术的 不同 又分为卫星定位、 地面无线定位、 移动电 话定位三种方式， “ j 。 北京交通大学硕士学位论文第二章 g p s或者 g l o n a s s ( g l o b a l n a v i g a t i o n s a t e l l i t e s y s t e m ) ， 安装在车辆上的g p s 接收机能提供连续的实时定位信息: 经度、 纬度、速度、方向等。 卜 地面无线定位，与卫星定位采用的技术是一样的，不同的是地 面定位的发射源不在空间，而在地球表面， 通常发射源位于基 站或发射塔。 移动电话定位， 这种技术通过在离散位置跟踪具有移动电话的 司机从而获得车辆定位信息。 就国内定位技术的运用现状， g p s 技术的运用已经开始得到重视和 发展， 并开始步入深层和普遍运用阶段 许多城市的出租车、 车辆租赁、 物流配送等行业已经开始利用 g p s 技术。 2 . 3 .3 数据处理算法 在交通模拟模型中单个车辆在旅行中的行为可概括为三个方面: 其 一是在路段上的行驶行为; 其二是车辆到达交叉口前的排队行为; 其三 是通过交叉口的行为， 即车辆在一条路段上总的旅行时间为车辆在路段 行驶时间、在交叉口前的排队时间以及通过交叉口时间这三部分之和。 作为交通信息采集技术之一的移动检测技术是通过测量检测车在 路段上行驶的旅行时间估计路段的旅行时间， 该技术不区分车辆在路段 上的行驶行为， 一次得到车辆在该路段的旅行时间总和。 根据移动检测 技术的分类，数据处理算法也分两大类:一是基于 a v i的数据处理算 法;一是基于a v l的数据处理算法。 1 、 基于a v i 的数据处理算法 a v i通过路段两端安装的终端检测装置与检测车上安装的标签之 间的通信记录检测车的位置、 时间等信息， 同一车辆在路段入口和出口 的时间差就是该检测车在路段的旅行时间。 标签中有一个微型无线电发 射器， 它可发射出车辆自 身特征信息码， 道路旁的终端识别器通过识别 车辆自身特征码，确定车辆的旅行时间。可见，采用 a v i 技术估计路 段旅行时间算法简单，几乎只用到减法和平均算法，但由于 a v i 依赖 于路边设备， 不是所有路段两旁都安装了终端检测设备， 这限制了该技 术的大范围应用。 2 、 基于a v l的 数据处理算法 由于g p s 是较常用的车辆定位技术，我们主要讨论基于g p s 的数 据处理算法。 g p s 接收机可以连续记录车辆的时间、 位置、 速度等信息， 通过对这些信息的提取利用可以得到车辆在路段的旅行时间和平均旅 行速度。 分两步进行:首先， g p s 数据与电子地图匹配; 其次， 估计路 段旅行时间，并对多辆车检测结果进行数据融合。由于 g p s数据和电 子地图都存在较大误差， 若不能正确确定车辆位置， 就会对路段旅行时 北京交通大学硕十学位论文第二紊 间的估计产生影响，因此， 地图匹配部分是算法的核心，也是评价算法 的主要标准。 地图匹配有各种算法，比如有位置点匹配法、 轨迹曲线匹配法、 基 于地图拓扑关系的匹配算法、 基于模糊逻辑的匹配算法以及基于车辆行 驶状态的匹配算法等。 其中位置点匹配法逻辑简单、 易实现， 但在道路 密集、 道路形状复杂和交叉路口等情况下， 匹配准确率较低; 而其他算 法由于增加了判断规则， 匹配准确率高， 但算法复杂、计算量大。 位置 点匹配算法详细介绍见第三章。 旅行时间估计算法有两种， 一是确定车辆在路段的驶入时刻和驶出 时刻， 计算二者的时间差即可; 另一种方法是估计车辆在路段上行驶的 平均速度， 计算路段长度与平均速度的比值， 得到旅行时间。 算法详细 介绍见第三章。 2 .4北京市实施移动检测技术的重要性 实施移动检测示范系统可以弥补北京市现有交通信息采集系统存 在信息量不足， 信息种类有限等缺陷， 同时示范系统即使是小范围的实 施， 也可以为北京市交通运输系统规划、 管理提供非常有用的数据。 通 过示范系统的运行可以对关键技术进行试验， 积累运营管理经验， 探讨 适合的商业模式，为该系统的进一步扩展打下坚实的基础。 1 、北京市现有交通信息采集系统存在的问题 根据发展规划，到 2 0 0 4 年北京将在市区三环范围内建成 “ 二环四 横 两竖” 的 交 通信息采集系统。 尽管北京市交 通信息 采集无论在 检测方 式还是在检测范围 上都有了 较大的改善， 但相对于工 t s 的广泛实施还是 远远不够的，通过对系统的分析，我们认为还存以下问题: ( 1 )信息采集覆盖的区域非常有限， 信息采集点的数量和分布范围 还没有达到一定规模。 北京市交通信息采集主要覆盖的是三环以内的主干道和快速路。 其 中环形线圈检测器主要铺设在三横( 长安街、 平安大街、 地铁路) 两竖( 东 单大街、西单大街) 的主要交叉口:微波检测器和视频检测器主要安装 在二环和三环的部分断面;车牌照识别检测在地铁路上安装了2 0 套， 系统还处在试运行阶段。 对于大量的次干道、 支路，由于信息采集系统 没有覆盖到，所以得到的信 9 , 很有限。 ( 2 )所采集到的信息种类有限，信息缺乏充分的利用。 无论是环形线圈检测还是微波、 视频检测所采集数据多是流量、 占 有率、 地点车速等断面交通流信息， 对于能够直观反映道路交通运行状 况的路段平均速度和旅行时间信息非常少，目 前只有2 0 套车牌照识别 检测能提供相关数据。 目 前北京的交通信息采集系统主要功能还是服务 于交通信号控制， 还没有应用到i t s 其它子系统， 如路径诱导、出行者 1 2 北京交通大学硕 l 一 学位论文 第二章 信息系统等。 ( 3 )没有充分利用好安装有g p s 定位装置车辆获取的信息。 目 前北京的部分公交车、 警用车和出租车上都安装了gps 系统， 可 以向各自的控制中心上传一些数据， 但是由于安装g p s 琦 侣 关设备的初衷 并不是针对交通信息采集的需要，这些信息还没有得到更充分的应用。 具体表现为两个方面: 一是车载装置信息实时上传还没有完全解决， 上 传数据有限， 不能作为移动检测技术来充分利用作为一种有效的交通信 息采集手段; 二是各种gps 定位车辆仅供本部门使用需要， 上传的数据 不能集中、共享，从中提取更有用的交通流信息。 2 、北京市实施移动检测技术的机遇 ( 1 )北京市 工 t s 研究和交通综合信息平台的建立提供的机遇 北京市委、 市政府十分重视智能交通系统技术的应用和开发， 多次 指示要建设智能化的现代城市交通运输体系。 奥运申办成功以后， 市科 委于 2 0 0 1 年9 月设立重大研究专项 北京 工 t s 系统规划与示范工程研 究 。与此同时，国家科技部也将智能交通系统研究与开发作为“ 十五” 科技攻关项目，并在科技助奥运行动中，于2 0 0 2 年6 月批准了 北京 科技奥运 智能交通系统技术开发与应用项目， 选择北京作为工 t s 示范城市，同时进行北京市交通综合信息平台、 智能交通管理、 先进公 交系统的示范工程建设。 实时交通信息是工 t s 的基础和关键， 国家和北 京市对 工 t s研究和建设的大力支持为交通信息采集特别是移动检测技 术这种不同于传统信息采集方式的试验和应用提供了良 好的机遇。 另外， 在 北京 工 t s 系统规划与示范工程研究中的分课题二，北 京市路网功能层次划分及功能整合研究中， 我们使用gps 数据记录器记 录 移 动 车 辆的 运 动 轨 迹 ， 估 计 路 段 的 旅 行 时 间 、 旅 行 逸 度， 基 于 各 路 段 的信uv ,得到整个城市交通网络的现状评价。 最后在路网功能现状评价的 基础上， 进行北京市路网的合理功能层次的研究。 该项研究内容是移动 检测技术静态信息的使用， 其研究成果和经验将给移动检测技术采集实 时交通信息奠定基础。 ( 2 )奥运交通的机遇 2 0 0 8年奥运会即将在北京举行，奥运期间要求对奥运重点区域及 全市的交通运输进行良好的组织、指挥和管理，保证奥运交通的通畅、 快捷、 高效。 为了应对各种可能发生的情况， 奥运会期间需要更多的实 时交通信息来引导指挥交通， 对交通流进行诱导， 移动检测所能提供的 广泛区域内直观反映道路拥堵状况的交通信息将会非常有价值。另外， 2 0 0 8年奥运会期间为了对奥运圈范围内的人员和货物运输进行良好的 监控和调度，很多车辆， 如运送运动员、 奥委会成员、 观众、 奥运物资 的车辆都需要安装定位、 通信设备， 这为移动检测技术装置的同步安装 提供了很好的条件。 ( 3 )北京出租车调度系统建设 北京交通大 学硕_ t : 学位论文第_章 北京市交通委将进行北京市出租车调度系统的建设。 该系统主要针 对北京市出租车空驶率高等一系列问题， 提出了构建北京出租车调度系 统的思路。 该系统能够通过车载c p s 实时掌握出租车的位置， 并实现出 租车的派车、 调度功能。 该系统的实施也为移动检测系统的试验提供了 很好的条件。 3 、北京市实施移动检测技术的可行性 移动检测技术交通信息采集的