（载运工具运用工程专业论文）基于线阵ccd成像交通信息采集和检测技术的研究.pdf

摘要 智能交通系统i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 是新一代的交通信息管理和控 制系统，它充分利用现代电子、控制、计算机和数据通讯等技术，能大大提高交通运输 的安全性和运行效率，及时提供道路车辆流量和路况信息，记录违章车辆，增强突发交 通事故的处理能力，为人们的出行提供快捷、舒适的交通服务，从而促进交通运输事业 的迅速发展。 作为智能交通系统的重要组成部分，道路交通信息的实时采集是智能交通信息采集 的关键内容之一。及时、准确地获取各种交通参数是实现交通控制智能化的必要前提条 件，道路交通检测器及其检测技术的高低将直接影响道路交通系统的整体运行效率和管 理水平。由于基于图像分析及计算机视觉为基础全天候对车辆进行监测和识别的技术逐 渐成熟，交通检测也由人工观察交通现象、手动控制交通信号转向视频检测。视频检测 方法能够利用视频跟踪车辆的手段，自动检测以交通流量为主的交通参数，实现交通信 号控制并对危险事件进行报警，无疑它是一种有发展潜力的交通信息采集方法。 本论文对基于线阵c c d ( c h a r g e c o u p l e dd e v i c e s ) 成像检测系统的几个关键技术 进行了研究，着重就交通场景下的背景提取、交通视频图像中车辆的检测和跟踪、车牌 识别以及交通视频监控系统的实现等重要而基本的问题进行了深入的探讨。 具体说来，本论文所做的主要研究工作可概括如下： ( 1 ) 提出了一种基于小波变换的背景提取方法及利用平均方差代替均值的o t s u 阈 值选取方法。结合小波变换的特点，针对线阵c c d 扫描图像，提出了一种基于小波变 换的背景提取方法。该方法能够有效的消除灯光等噪声，能够较好的提取出背景信息。 同时，针对在背景提取过程中，阈值的选取对背景的提取具有较大的影响，本论文利用 图像的灰度平均方差反映了图像灰度分布的特性，提出了一种利用平均方差代替均值的 o t s u 阈值选取方法，即改进的o t s u 分割方法。 i ( 2 ) 提出了一种基于主动轮廓外力场模型p m f ( p e r o n a m a l i kf i e l d ) 的车辆分割 方法。该方法利用经典的p e r o n a - m a l i k 各向异性去嗓模型具有保护边界信息的特点，将 经过p e r o n a m a l i k 模型处理后图像的负梯度作为外力场，研究其对车辆分割结果的影响， 从而提出了一种基于主动轮廓外力场模型p m f 的车辆分割方法。该方法不仅能够保持 车辆的边界信息，克服了传统外力场不能进入车辆图像凹部的缺陷，而且对初始曲线的 约束较少。 ( 3 ) 提出了一种加权迭代车辆匹配方法。现有的大部分匹配方法都是基于均方误 差最小的原理，即最小二乘法。当噪声是高斯噪声时，最小二乘法是最优的，但在实际 过程中，经常会出现一些出格数据，若把出格数据当作高斯噪声，那就有可能导致错误 的结果。针对这种噪声，本论文提出了一种加权迭代车辆匹配方法，该方法首先利用加 权来进行车辆匹配，再利用各点余差的倒数作为下一次迭代的权值，如此循环，就可以 使出格数据的权值接近于0 ，最后完成高精度的车辆匹配。本方法可以克服最小二乘法 鲁棒性差及随机抽样方法计算量大的缺点，模拟实验和真实实验数据结果表明，该匹配 方法具有运算量小、鲁棒性好等优点。 ( 4 ) 提出了一种用于牌照识别的图像增强方法。牌照区域分割是牌照识别的关键 步骤，增强图像中的牌照区域，抑制背景区域，可以有效降低牌照区域分割的难度。本 方法将图像分解为一组二值图像的组合，然后在二值图像上计算各连通分量及其特征参 数，利用牌照区域和背景区域对应的连通分量的特征差别，可以有效抑制背景而保留牌 照。处理后的二值图像可重构出牌照区域增强的部分。本论文还采用等高线标记代替连 通分量标记，以减少计算量，使得该方法具有实用性。实验显示，该方法能够有效地突 出了牌照区域而抑制了背景，提高了牌照定位分割的效果，可以很好地用于实际的牌照 识别系统中。 ( 5 ) 实现了一种基于线阵c c d 摄像机的交通信息采集和检测系统。交通信息是交 通管理和规划的基础和关键，实时动态地采集描述交通流的各种参数和检测各种交通事 i i 件，并对这些信息进行有效地处理和应用，对提高交通系统的运行效率、减少交通事故、 提高紧急事件的应急能力、优化交通系统的规划设计和有效评价交通系统的运行指标具 有很重要的作用。为了获取交通信息，本论文实现了一种基于线阵c c d 摄像机的交通 信息采集和检测系统。该系统主要由数据库、图像库、视频触发、图像抓拍、断面计时、 参数获取和牌照识别等主要功能模块组成，具有视频触发、瞬时速度检测、超速实时处 理、车型识别和交通量统计、车辆通行记录等功能。 关键字：智能交通系统，车辆分割，车辆检测，车辆匹配，主动轮廓模型，出格数据，图像增 强，车牌识别 a b s t r a c t a d o p t i n g a d v a n c e dt e c h n i q u e si ne l e c t r o n i c s ，a u t o m a t i o n , c o m p u t e ra n dd i g i t a l c o m m u n i c a t i o n , e t c ，t h ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i e i t s ，r e p r e s e n t st h en o v e l g e n e r a t i o no ft r a f f i ci n f o r m a t i o nm a n a g i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e m ，w h i c hc a l lp r o v i d et r a f f i c i n f o r m a t i o no fv o l u m eo fv e h i c l e so rs t a t eo fr o a d si nt i m e ，k e e pr e c o r d so ft r a f f i ci r r e g u l a r i t y , e n h a n c ea b i l i t yo fs u d d e nt r a f f i ca c c i d e n t s ，p r o m o t et r a f f i cs a f e t y & e f f i c i e n c yt o g e t h e r 诵t h c o n v e n i e n ts e r v i c e sf o rp u b l i ct r a v e l sa n db e t t e ri m p r o v e m e n t so fe n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya n d t h e r e f o r ea d v a n c e sn a t i o n a lt r a f f i ct r a n s p o r t a t i o nc a u s eg r e a t l y a so n eo fe s s e n t i a lp a r t si ni t s ，t h er e a l t i m ec o l l e c t i o no fr o a dt r a 伍ci n f o r m a t i o np l a y s av i t a lr o l ei ni t si n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n i ti san e c e s s a r yp r e m i s et oo b t a i nv a r i o u st r a f f i c p a r a m e t e r st i m e l ya n dp r e c i s e l ya n dl e v e l o fr o a dt r a f f i cd e t e c t o r sa n dc o r r e s p o n d i n g d e t e c t i n gt e c h n i q u e sh a v ed i r e c te f f e c to nm a n a g e m e n to rr u n n i n gl e v e lo ft h ew h o l er o a d t r a f f i cs y s t e m w i t ht h em a t u r i t yo fa l l s i d e dv e h i c l es u r v e i l l a n c ea n dd e t e c t i o nt e c h n i q u e s b a s e do ni m a g ea n a l y s i sa n dc o m p u t e rv i s i o n , d e v e l o p m e n to ft r a f f i cd e t e c t i o nw a sa l s o c h a n g e df r o mo b s e r v a t i o no ft r a f f i cp h e n o m e n aa n dt r a f f es i g n a lc o n t r o l l i n gm a n u a l l yt o w h i c hb a s e do nv i d e od e t e c t i o n c l ed e t e c t i o nb a s e do nv i d e om e t h o dc o u l dd e t e c tt h e m a i nt l a j j c i cp a r a m e t e ro ft r a f j 6 i cv o l u m ec o m p l e t e l yb ym e a n so fv i d e ov e h i c l et r a c k i n g ， c o n t r o lt r a f f i cs i g n a la u t o m a t i c a l l y , a n da l a r m 、析md a n g e r o u so c c u r r e n c e i ti su n d o u b t e d l ya m o s tl i v e l yt r a f 丘ci n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nm e t h o dw i t hd e e pp o t e n t i a l t h i st h e s i sh a sp e r f o r m e ds o m er e s e a r c h e so ns e v e r a lv i t a lt e c h n i q u e so ft r a f f i c p a r a m e t e r sd e t e c t i n gs y s t e mb a s e do nl i n e c c dc a m e r a , i te m p h a s i z e so n d e t a i l e dd i s c u s s i o n a b o u tt h ei m p o r t a n ta n db a s i ci s s u e su n d e rt r a f j f i cs c e n e ss u c ha sb a c k g r o u n de x t r a c t i o n , v i d e o v e h i c l ed e t e c t i o na n dt r a c k i n g ，p l a t er e c o g n i t i o n , r e a l i z a t i o no ft r a f f i cs u r v e i l l a n c es y s t e ma n d d a t as t r e a ms i m u l a t i o ne t c f o rt h e s ep r o b l e m s ，s o m ed e e pv i e w p o i n t so ra c t u a lr e a l i z a t i o n m e a n si sp r e s e n t e da n dn e c e s s a r yt e s ta n ds i m u l a t i o ni sp e r f o r m e d i nd e t a i l t h em a i nr e s e a r c hw o r kf i n i s h e di n t h et h e s i sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 ab a c k g r o u n de x t r a c t i o nm e t h o db a s e do nw a v e l e tt r a n s f o r m a t i o na n da ni m p r o v e d m e t h o df o ro t s ut h r e s h o l da r ep r e s e n t e d c o m b i n i n gt h ef e a t u r eo fw a v e l e tt r a n s f o r m a t i o n , a b a c k g r o u n de x t r a c t i o nm e t h o di sp r e s e n t e db a s e do i li m a g ef r o ml i n e - c c do a m e r a t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dc a ne f f e c t i v e l yp o l i s ht h en o i s ef r o m v l a m pa n de x t r a c tt h eb a c k g r o u n d a tt h es a m et i m e ，b a c k g r o u n de x t r a c t e di sd e p e n d e do nt h e t h r e s h o l de l e c t i o n a n dt h ea v e r a g eo fi m a g eg r e yr e p r e s e n t st h ed i s t r i b u t i n go fi t s o ，t h e i m p r o v e do t s ut h r e s h o l dm e t h o dt h a tt h ea v e r a g ei si n s t e a do fv a r i a n c ei sp r e s e n t e d t h er e a l e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ei m p r o v e do t s ut h r e s h o l dm e t h o dc a l le f f e c t i v e l ye x t r a c tt h e b a c k g r o u n d 2 a ne x t e r n a lf o r c ef i e l df o ra c t i v ec o n t o u rm o d e l p m fi s p r e s e n t e d t h e p e r o n a - m a l i km o d e lw h i c hi sac l a s s i c a lm e t h o do fa n i s o t r o p i cr e m o v i n gn o i s e sh a st h e a d v a n t a g eo fr e m a i n i n gt h ee d g em a po fi m a g e t h en e g a t i v eg r a d i e n to fr e s t o r e di m a g eb y p e r o n a - m a l i km o d e li sd e f i n e da se x t e r n a lf o r c e s ，a n dt h es e g m e n t a t i o nr e s u l t st h a ti ta f f e c t s o na c t i v ec o n t o u rm o d e la r es t u d i e d a c c o r d i n g l y a ne x t e r n a lf o r c ef i e l df o ra c t i v ec o n t o u r m o d e l - - p m fi sp r e s e n t e d t h e o r e t i c a la n a l y s e sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tp m fc a n r e t a i nt h ee d g ei n f o r m a t i o no fi m a g ea n de n t e ri n t ot h ee d g e sc o n c a v e se n t i r e l y i nt h em e a n t i m e ，p m fh a sl a r g ec a p t u r er a n g ew i t hf e wr e s t r i c t i o n st oi n i t i a lc u r v e s m o r e o v e r ，b e c a u s e p m fi sd e r i v e df r o mp e r o n a - m a l i k ，i ti sr o b u s tt ot h en o i s e 3 at r a f f i cm a t c hm e t h o db a s e do ni t e r a t i v ew e i g h ti sp r e s e n t e d ，w h i c hc a ne f f i c i e n t l y d i s c a r dt h eo u t l i e r s n o w , m o s to fm a t c hm e t h o di sb a s eo nl e a s tm e a n s q u a r em e t h o d w h e n t h en o i s ei sg a u s s i a nd i s t r i b u t i o n ，t h es o l u t i o nb a s e do nl e a s tm e a n - s q u a r em e t h o di sb e s t b 吨 w h e nt h eo u t l i e r sa p p e a r , a n dt h eo u t l i e r sa r er e g a r da st h eg a u s s i a nn o i s e ，w h i c hm a y b er e s u l t i ne r r o rs o l u t i o n s o ，t h eo u t l i e r ss h o u l db ed i s c a r d e d t h ew e i g h to fe a c hp o i n ti sd e t e r m i n e d b a s e do nt h ei n v e r s eo fe r r o ra n dt h ee r r o ri so b t a i n e db a s e do nt h ew e i g h t a f t e rs e v e r a l i t e r a t i o n s ，t h ew e i g h t so ft h eo u t l i e r st r e n dt oz e r oa n dt h em a t c hr e s u l ti so b t a i n e dw i t hg o o d a c c u r a c y t h em e t h o dc a l lo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g e so fb o t h t h el e a s t - s q u a r e sm e t h o da n d t h er a n d o ms a m p l ea n dc o n s e n s u sm e t h o d t h et h e o r ya n de x p e r i m e n t sw i t hb o t hs i m u l a t e a n dr e a ld a t ad e m o n s t r a t et h a tt h em e t h o di sv e r ye f f i c i e n ta n dr o b u s t 4 an e wi m a g ee n h a n c e m e n tm e t h o df o rc a l l i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o ni sp r e s e n t e d s e g m e n t a t i o no fl i c e n s ep l a t er e g i o ni sak e yp r o c e d u r ei nac a l l i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o n s y s t e m ，e n h a n c i n gt h ep l a t er e g i o no ft h ec a p t u r e di m a g ea n ds u p p r e s s i n gt h eb a c k g r o u n d a r e ac a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h ed i f f i c u l t yo ft h ep l a t es e g m e n t a t i o nt a s k i nt h i sp a p e r , t h e i m a g eu s e df o rl i c e n s er e c o g n i t i o ni sd e c o m p o s e di n t oag r o u po fb i n a r yv e r s i o n s ，a n dt h e n c o n n e c t e dr e g i o n si nt h eb i n a r yi m a g e sa r el a b e l e da n dt h e i rf e a t u r ep a r a m e t e r sa r ec a l c u l a t e d a st h ec o n n e c t e dr e g i o n si nt h ep l a t ea r e aa n dt h o s ei nt h eb a c k g r o u n da r ev e r yd i f f e r e n ti n t h ec a l c u l a t e df e a t u r ep a r a m e t e r s ，s ot h ec o n n e c t e dr e g i o n sw h i c hl i k e l yb e l o n gt ot h ep l a t e a r e ac a l lb ep r e s e r v e da n dt h eo t h e r sc a nb ee r a s e d an e wi m a g ew i t hp l a t er e g i o ne n h a n c e d c a nb er e c o n s t r u c t e df r o mt h ep r o c e s s e db i n a r yi m a g e s i no r d e rt or e d u c et h ec o m p u t a t i o n l o a da n dm a k et h em e t h o dr e a l i z a b l e ，c o n t o u rl i n e si n s t e a do fc o n n e c t e dc o m p o n e n tl a b e l i n g i su s e di nt h ep a p e rt od e s c r i b et h ec o n n e c t e dr e g i o n s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e p r o p o s e dm e t h o de f f e c t i v e l ye n h a n c e st h ep l a t ea r e aa n ds u p p r e s st h eb a c k g r o u n da r e a , i m p r o v e st h ep l a t es e g m e n t a t i o np e r f o r m a n c e t h en e wm e t h o dc a nb ew e l la p p l i e di nt h er e a l c a rl i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o ns y s t e m s 5 t r a f f i ci n f o r m a t i o ni st h ek e ya n df o u n d a t i o no ft r a f f i cm a n a g e m e n ta n dp r o g r a m m i n g t h er e a l - t i m ec o l l e c t i o no fr o a dt f a f | f i ci n f o r m a t i o n ，d e t e c t i o nt h et r a f f i ca f f a i r sa n dp r o c e s s i o n a n da p p l i c a t i o nt h e s ei n f o r m a t i o na n da f f a i r sp l a ya ni m p o r t a n tr o l eo ni m p r o v i n gt h e e f f i c i e n c yo ft r a f f i cs y s t e m ，t h ed e c r e a s eo ft r a f f i ca c c i d e n t ，i n c r e a s et h ea b i l i t yo fs o l v i n gt h e e m e r g e n c ya f f a i r sa n do p t i m i z a t i o no fp r o g r a m m i n gd e s i g n t oo b t a i nt r a f f i ci n f o r m a t i o n , a t r a t 五ci n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n dd e t e c t i o ns y s t e mb a s e do nl i n e - c c dc r m g 哩bi sp r e s e n t e d t h es y s t e mc o n s i s t so fd a t aa n di m a g el i b r a r y , v i d i ot r i g g e r , i m a g ec a p t u r e ，s e c t i o n c a l c u l a g r a p h , p a r a m e t e ro b t a i n i n g ，p l a t er e c o g n i t i o n , e t c a n dt h es y s t e mc a nd e t e c tt h et r a f f i c v e l o c i t ya n df l u x ，r e c o g n i s ep l a t e ，r e c o d et r a f 五c a tt h es a m et i m e ，t h em e t h o df o rv e h i c l ea n d i t sv e l o c i t yd e t e c t i o ni sp r e s e n t e da n d a p p l i e dt ot h es y s t e m t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a t t h es y s t e mc a na c c u r a t e l yd e t e c tt h et l a 伍ca n di t sv e l o c i t y k e y w o r d s ：i t s ；v e h i c l es e g m e n t a t i o n ；v e h i c l ed e t e c t i o n ；v e h i c l em a t c h ；a c t i v ec o n t o u r m o d e l ；o u t l i e r ；i m a g ee n h a n c e m e n t ；p l a t er e c o g n i t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 孝卫乡2 知，孑年，二月，口e l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 孛厶江 别帷轹守1 讼汐7 2 p 彳年，二月口日 洲秒年口月i o 日 长安大学博士学位论文 1 1 智能交通系统 第一章绪论 智能交通系统i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 是新一代的交通信息管理和控 制系统，它充分利用现代电子、控制、计算机和数据通讯等技术，能大大提高交通运输 的安全性和运行效率，及时提供道路车辆流量和路况信息，记录违章车辆，增强突发交 通事故的处理能力，为人们的出行提供快捷、舒适的交通服务，从而促进交通运输事业 的迅速发展【1 2 3 1 。 众所周知，解决交通问题的直接办法是提高道路的通行能力，但实际上可供修建道 路的空间有限，投资资金巨大。同时，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，单独从 车辆方面考虑或者单独从道路方而考虑，都很难从根本上解决问题。8 0 年代以来，世界 各发达国家虽然基本建成了四通八达的现代化国家道路网，但随着社会经济的发展，己 满足不了交通量增长的需求，交通拥挤和阻塞现象日益严重，交通污染、能源浪费和交 通事故频发越来越多的引起社会各界的普遍关注。经过长期和广泛的研究，这些国家已 从主要依靠修建更多的道路、扩大路网规模来解决日益增长的交通需求，逐步转移到从 系统的观念出发，把车辆和道路综合起来考虑，用高科技来改造现有的道路运输系统及 其管理系统，从而大幅度地提高路网的通行能力和服务质量，这就是智能交通系统i t s 。 日本、美国和西欧等发达的国家为了解决共同面临的交通问题，竞相投入大量的资金和 人力，开始大规模地进行道路智能交通系统的研究。 智能交通系统i t s 概念最初由美国提出的，其实美国自动化的交通管理水平以前是 落后于欧洲与日本的，由于美国土地资源相对比较丰富，因此相当一段时间内是靠修路 来解决交通拥堵问题。但近年来面对已经相当庞大的公路网，要想再占用大量土地，投 入大量资金大规模进行道路建设已经不可能。因此，1 9 9 1 年美国国会通过了“综合地面 运输效率方案( i s 认) ，旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个网络的效率， 第一章绪论 并于1 9 9 2 年5 月制定了国家智能交通系统战略规划，成立了i t s 的组织机构，并组 织政府、企业和院校联合进行智能交通系统体系结构的研究。1 9 9 5 年3 月，美国交通部 发布了“国家智能交通系统体系结构”，提出了智能交通系统的7 个大系统和2 9 个用户 服务子系统【4 5 6 1 。目前，美国在智能公共交通领域己建立起相对完善的车队管理( 通 讯系统、地理信息系统、车辆自动定位系统、乘客自动计数系统、公交运营软件系统、 交通信号优先系统) 、公交出行信息( 出行前公交系统、车站路边的公交信息系统、车 上公交信息系统、综合乘客信息系统) 、电子收费和交通需求管理技术等四大系统和多 个子系统及技术规范标准。 近年来，日本的智能交通发展也是相当迅速。为了实现交通智能化管理，日本于 1 9 9 3 年7 月成立了“车辆、道路与交通智能协会，主要是加强建设省、通产省、邮政 省、运输省和警事厅对智能交通系统的研究和应用。1 9 9 5 年8 月联合提出了高等信息 通讯在道路、交通和车辆方面的基本政府纲领，制定i t s 的统一发展规划。1 9 9 6 年制 定了日本智能交通综合计划，该计划侧重智能交通系统及应用的研究，为日本智能 交通系统的研究与开发做出了长远规划，其显著特点就是政府有关各部门共同参与，密 切合作【7 9 1 0 1 。1 9 9 9 年1 1 月，政府部门又联合制定了日本智能交通系统结构， 规定了工程技术用语及系统实施技术标准。与此同时，日本政府在i t s 领域进行了大量 的资金的投入、政策方面的优惠，以期形成i t s 产业，推动日本经济的发展。在过去的 5 到6 年里，己经有近4 0 万套车载导航系统在市场上应用。日本的i t s 主要应用在交通 信息提供、电子收费、公共交通、商业车辆管理以及紧急车辆优先等方面。 欧盟对i t s 的研究、开发也不甘落后。早在1 9 6 9 年，欧共体委员会就提出要在成 员国之间开展交通控制电子技术的演示。自1 9 8 6 年以来，西欧国家主要是在“欧洲高 效安全交通系统计划( p r o m e 删i s ) 和“保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划 ( d i 吖e ) ”两大计划指导下开展交通运输信息化领域的研究、开发与应用。欧洲是在 不同系统结构研究项目成果基础上进行分类和集成的，研究领域和实现的系统功能与 长安大学博士学位论文 美、日大致相同，但有些标准选择与美国有区别【1 2 1 3 1 。目前欧洲的智能交通处在国际领 先水平，至今已有相当一部分的研究成果投入到实际的应用当中。 我国是一个经济持续发展的发展中国家，改革开放以来，城市化发展十分迅猛，交 通流量迅速增加，交通阻塞、环境、污染等问题相应恶化，基础设施的利用与管理中的 弊端逐渐显露出来。改革开放以来，道路交通设施及管理设施虽然有较大改观，但跟不 上机动车增长速度。总体水平与发达国家有较大差距，特别是大多数路网结构不合理， 道路功能不完善，道路系统不健全。我国交通管理设施较缺乏，管理水平较低。即使各 地都建立了交通控制中心，大多只是实现了监视功能，而远没有发挥信息采集和控制功 能的效应。基于我国目前的交通状况，以往仅仅依靠修建更多的道路，扩大交通路网规 模已经不能解决日益增长的交通需求，而是应该利用高新技术来改造现有的道路运输系 统及其管理体系，从而大幅度地提高路网的通行能力和服务质量。所以，从我国的实际 情况出发，发展智能交通系统对缓解我国的交通运输具有巨大的现实意义。 虽然我国在i t s 领域的研究起步较晚，但随着智能交通技术越来越成为全世界关注 的一个焦点，我国不断加快对智能交通技术研究的步伐。一方面，从国外引进了一些较 为先进的交通控制、道路监控系统；另一方面，国家也加大了自主开发的步伐，并已经 取得了长足的发展。1 9 9 7 年在北京召开了智能交通系统发展趋势国际学术研讨会。1 9 9 8 年交通部正式批准成立了i s o f r c 2 0 4 中国委员会，进行中国智能运输系统标准体系框架 的研究，为国家制定道路交通运输的发展和政策提供科学依据。2 0 0 0 年2 月，我国成立 了全国智能运输系统协调指导小组及办公室，由国家科技部、原国家计委、原国家经贸 委、国务院发展研究中心、公安部、铁道部、交通部、建设部、信息产业部等国家综合 部门及行业管理部门共同组成，总体规划包括道路、铁路、水运、民航在内的中国i t s 发展战略、标准制定和人才培训，组织i t s 关键技术的攻关和示范工程【m1 5 , 1 6 , 1 7 , 1 引， 为推动交通系统的智能化发展提供了组织机制保障。此外，在2 0 0 0 年完成了中国i t s 体系框架研究和标准规范的制定。2 0 0 1 年，我国正式推出了i t s 发展的纲领性技术文件 3 第一章绪论 中国智能运输系统体系框架( 第一版) ，并在我国第十个五年规划期间进一步修订完 善。其中明确将我国i t s 分为交通管理、电子收费、交通信息服务、智能公路与车辆辅 助驾驶、城市公共交通管理、客运管理、货运管理、安全与紧急救援管理、交通基础设 施管理和i t s 数据管理等十大应用领域。为了规范本地区的i t s 建设，一些省市以国家 i t s 体系框架为依据，编制了本地区的i t s 发展规划。为了进一步推动i t s 在中国的发 展，加速i t s 的工程化应用和产业化进程，“十五 期间，科技部在“十五 国家科技 攻关重大专项中安排了“智能交通系统关键技术开发和示范工程 项目，该项目以中心 城市和高速公路相关应用项目为龙头，在城市智能化交通管理、公共交通系统、交通信 息服务、跨省市高速公路联网收费、高速公路智能化管理以及智能交通系统的产业化和 基础性工作等方面开展科技攻关和应用示范。第十四届智能交通世界大会于2 0 0 7 年1 0 月在中国北京召开，围绕着“智能交通创造美好生活 这一主题，这将进一步促进我国 i t s 学术研究的发展。 中国是当今世界上公路建设速度最快的国家，我国的智能交通系统在未来2 0 年内 仍然处于建设时期，根据国家的第九个五年规划和2 0 1 0 年发展纲要，交通部计划用3 0 年左右的时间完成公路主骨架、水运主通道、港站主枢纽和支持保障系统的规划建设。 公路主骨架的主要内容是：根据“五纵七横的布局框架，建设1 2 条约3 5 0 0 0 公里以上 高等级的国道公路主干线，到2 0 1 0 年，高速公路主干网络初步形成。 文献 1 9 ，2 0 ，2 1 ，2 2 ，2 3 ，2 4 】对智能交通系统的组成做了具体介绍，概括起来说， 它的大致组成如下： ( 1 ) 先进的交通管理系统a t m s ( a d v a n c e dt r a f f i cm a n a g e m e n ts y a e m ) ，是一种主 动控制的综合交通管理系统，它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象情况和交 通环境进行实时的监视和管理，根据收集到的信息，对交通进行控制，如：信号灯、道 路管制等。 ( 2 ) 先进的交通信息系统a t i s ( a d v a n c e dt r a f f i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，包括无线数 4 长安大学博士学位论文 据交通信息通道、车载移动电话接收信息系统、路由引导系统及选择最佳路径的电子地 图。它建立在完善的信息网络基础上，交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、 停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各处的交通信 息，系统得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通 信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息。 ( 3 ) 先进的公共交通系统a p t s ( a d v a n c e dp u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) ，包括公共 交通车辆定位系统、客运量自动检测系统、行驶信息诱导系统、自动调度系统、公交计 费系统、视野支持系统和旅客服务系统等。它的主要目的是改善公共交通的效率，提供 便捷、经济、运量大的公交系统。 ( 4 ) 先进的车辆控制系统a v c s ( a d v a n c e dv e h i c l ec o n t r o ls y s t e m ) ，主要由车辆 辅助安全驾驶系统和自动驾驶系统两部分组成。该系统在很大程度上改善和代替了驾