（交通信息工程及控制专业论文）高速公路车辆超速警示系统研究.pdf

摘要 随着国民经济的发展，高速公路的通车里程、机动车辆规模及流量大幅度增 加。提升高速公路服务水平，协调和诱导交通，保护司乘人员安全，降低事故发 生率成为当务之急，在事故多发路段，设置超速警示系统，为车辆驾驶人员提供 警示标志，以便驾驶人员在该路段提前减速，成为一种必要手段。实现实时的智 能交通监控对于交通信息收集、规范交通管理及减少交通事故发生等具有重要的 现实意义。 本文研究了车辆超速警示系统的组成及工作流程，阐述了雷达测速与视频测 速的原理及其方法；利用雷达测速方法进行初步的测速，通过视频图像处理进行 超速车辆定位，并对超速车辆抓拍车辆图像、自动识别车辆号牌号码、号牌类型 并进行记录监控；利用通讯技术，进行远程信息板显示警示信息。 通过研究车辆测速和车牌识别存在的问题，对车辆进行视频测速来解决车辆 的目标定位识别与车牌识别出现误差的问题。从视频图像处理的基础出发，研究 了视频图像初步处理、车牌区域确认、车牌区域提取以及字符分割技术；提取超 速车辆车牌区域，对该区域进行处理和字符分割；并深入研究了神经网络算法及 其发展，使用b p 神经网络算法进行车辆牌照识别，准确地识别超速车辆。对超 速车辆进行友情警示从而有效地对所有通过高速公路重点路段的车辆测速，实施 动态监控预警。 关键字：超速抓拍、车辆检测、字符识别、b p 神经网络 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y , t h et r a f f i cm i l e a g eo fh i g h w a y , s i z e s a n ds c a l e so fm o t o rv e h i c l e sa r ee x p e r i e n c i n gas u b s t a n t i a l l yi n c r e a s e m e n t e n h a n c i n gt h e l e v e lo fh i g h w a ys e r v i c e ，a s s o r t i n g 谢la n di n d u c i n gt r a f f i ct op r o t e c tt h es a f e t yo fd r i v e r s a n dp a s s e n g e r s ，r e d u c i n gt h ea c c i d e n tr a t eb e c o m eau r g e n ta f f a i r s e t t i n gu ps p e e d i n ga l e r t s y s t e ma n ds u p p l y i n gt h ed r i v e r sw i t l lw a r n i n gs i g n si nt h ea c c i d e n t - p r o n er o a ds e c t i o nc a n l e td r i v e r ss l o wd o w na h e a do ft i m et oa v o i dt r a f f i ca c c i d e n tt h a tc a u s e db yo v e r s p e e d i n g t h ei n t e l l i g e n tr e a l - t i m et r a f f i cm o n i t o r i n gi ss i g n i f i c a n tt ot r a f f i ci n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n , s t a n d a r d i z a t i o no ft r a f f i cm a n a g e m e n ta n dt r a f f i ca c c i d e n t sd e c r e a s ea n ds o0 1 1 i nt h i sp a p e r , i ts t u d i e st h ec o m p o s i t i o no fv e h i c l es p e e dw a r n i n gs y s t e ma n dw o r k f l o wa n de x p a t a i t e st h ep r i n c i p l e sa n dm e t h o d st h a tm e a s u r i n gt h es p e e dw i t ht h er a d a ra n d v i d e o ；u s e sr a d a rt om e a s u r i n gt h ep r e l i m i n a r ys p e e d i n ga n dt h e nl o c a t e st h ev e h i c l eu s i n g t h ev i d e oi m a g ep r o c e s s i n g ，c a p t u r e si m a g e so fv e h i c l e sw h i c hi so v e r s p e e d i n g ，a u t o m a t i c i d e n t i f i c a t st h en u m b e r p l a t e ，p l a t et y p e a n dr e c o r d st h e s ei n f o r m a t i o n ；u s e s c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g yt od i s p l a yw a r n i n gm e s s a g e sw i t hr e m o t em e s s a g eb o a r d b ys t u d y i n gt h ev e h i c l ed e t e c t i o na n dl i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o np r o b l e m s ，i tu s e st h e v i d e om e a s u r i n gm e t h o dt os o l v et h ev e h i c l el i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o na n di d e n t i f i c a t i o no f t a r g e tl o c a t i o ne r r o r s f r o mt h ev i d e oi m a g ep r o c e s s i n gb a s i s ，i t s t u d i e st h ei n i t i a l p r o c e s s i n go f v i d e oi m a g e s ，l i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o n , l i c e n s ep l a t ee x t r a c t i o na n dc h a r a c t e r s e g m e n t a t i o n ；e x t r a c t i n gt h es p e e d i n gv e h i c l el i c e n s ep l a t e ，p r o c e s s i n gt h er e g i o nu s i n g c h a r a c t e r so ft h e s e g m e n t a t i o n ；a n d t h e n i n - d e p t hs t u d y o ft h en e u r a ln e t w o r k a l g o r i t h m ，i t sd e v e l o p m e n t ，u s i n gt h e b pn e u r a ln e t w o r ka l g o r i t h mt or e c o g n i z et h e v e h i c l el i c e n s ep l a t ea n da c c u r a t ei d e n t i f i c a to fs p e e d i n gv e h i c l e s i tu s e ss p e e d i n ga l e r t s y s t e mt oa l e r tt h ev e h i c l e sw h i c ha r eo v e r s p e e d i n gs ot h a ti tc a ne f f e c t i v e l yf o c u so na l l s e c t i o n so ft h ev e h i c l eo nh i g h w a ya n dg i v ee a r l yw a r n i n g s k e yw o r d s ：o v e r s p e e dc a p t u r e ；v e h i c l ed e t e c t i o n ；c h a r a c t e rr e c o g n i t i o n ；b pn e u r a l n e t w o r k i i 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 随着经济的发展，高速公路开通里程增多，车辆数量不断增加与车辆性能的不断提 高，这些促进了经济的快速发展和人民生活水平的提高，同时也带来了超速行驶造成的 恶性交通事故，危害了人民生命财产安全。治理超速已经成为一个当前亟须解决的问题。 为此，相关主管部门就超速行车的治理问题，进行了多方面的研究和实践。如何准确、 可靠和及时的做出超速警示，治理超速成为了一个重要的课题。 1 1 研究背景 近年来，高速公路的开通里程与汽车数量呈几何级增长趋势，高速公路交通事故频 繁发生，大多数因超速行驶所致。超速是最常见的交通违法现象，也是造成交通事故的 重要因素，被“世界预防道路交通伤害报告 列为十大“影响事故发生的危险因素”之 首n 1 。2 0 0 6 年，全国共发生道路交通事故3 7 8 7 8 1 起，造成8 9 4 5 5 人死亡，直接财产损失1 4 9 亿元，其中因超速行驶导致1 1 8 0 4 人死亡，4 3 1 1 3 9 人受伤。2 0 0 7 年，全国共发生道路交 通事故3 2 7 2 0 9 起，造成8 1 6 4 9 人死亡，直接财产损失1 2 亿元，其中因超速行驶导致8 3 2 8 人死亡，3 8 0 4 4 2 人受伤心1 。2 0 0 8 年，全国共发生道路交通事故2 6 5 2 0 4 起，造成7 3 4 8 4 人死 亡、3 0 4 9 1 9 人受伤，直接财产损失1 0 1 亿元。2 0 0 9 年全国共发生道路交通事故2 3 8 万起， 造成6 7 7 5 9 人死亡、2 7 5 1 2 5 人受伤，直接财产损失9 1 亿元。 众所周知，造成超速行驶的原因很多，人自身因素是其主要因素，其它为车辆、高 速公路和环境因素。其中人是交通参与过程中的主体，人的素质与其身体状态直接关系 到交通安全。车辆性能提高与高速公路行驶条件改善是超速行驶的重要物质基础。随着 车辆性能的大大提高，最高车速一般都能达多j 1 8 0 - - 2 2 0 k r n h ，甚至更高，远远超出我国 高速公路实际最高限速1 2 0 k m h ，而且我国高速公路修筑质量也有了大幅度的提高，这 些都为驾驶人超速行驶提供了物质条件。环境因素是高速公路受周围气候的影响，特别 是发生雨、雪、冰、雹时，影响高速公路的路面，也影响高速公路的能见度，这些都给 超速行驶的车辆带来了巨大的危险。 要保证车辆驾驶人不超速行驶，首先必须清楚该路段允许的最高车速，然而目前我 国一些高速公路限速标志设立不尽合理，另外对于速度检测以及超速警示也做的不够， 具体表现在： 1 第一章绪论 1 、限速标准的不合理，一些高速公路因其自身所处的地域原因限速过低，有的比 普通等级公路的正常行驶速度还低： 2 、设置限速标志不科学，在限速路段前没有进行必要提示，车辆高速进入限速区 后才发现而陡然减速，不仅给驾驶员造成行车压力，同时还可能引起突发事故； 3 、运输公司为了追求效益最大化，过分强调效率并制定了与效率相关的激励机制， 这也为驾驶人超速驾驶埋下了祸根； 4 、雷达与视频测速的准确率还不够高，数据处理慢，受外界环境的影响大； 5 、视频抓拍的识别方面，车牌的定位比较难，特别是字符的分离和识别； 6 、超速警示屏的警示作用，受外界环境及本身的影响，也受通信方式的影响。 因而，研发出高精度、高速度、经济实用的动态实时的车辆超速警示系统，必将成 为公安机关与交通管理部门治理超速的有效的技术手段，从而提高高速公路使用的社会 效益和经济效益。 1 2 研究目的与意义 1 2 1 研究目的 利用现有技术：雷达视频测速、车牌识别与l e d 电子显示屏进行超速警示，在系 统设计中，为达到最优的性价比，将遵循以下设计原则： 合理性：以系统工程学及其它先进理论指导，使系统的各部分合理配置，有机融合 并尽可能地发挥设备潜力和软件功能，最大限度地提高系统性能价格比。 先进性：采用先进设备，使系统功能完备，易于升级换代，在保证其先进性的前提 下具有较长的生命周期。 实用性：系统功能充分满足车辆检测、警示超速车辆的实际需求，简便实用，易于 使用、管理、维护和扩展。 可行性：系统设计、选材、选型等选取高科技新产品，符合国家和地方政府的法规 政策和标准，与管理部门的管理制度相适应。 经济性：充分利用所选择的设备，控制整体设计的成本，与经济能力方面的实际情 况相吻合。 可靠性：采用高集成设备，采用自动监测、自动监控和容错等技术来保证可靠性。 安全性：系统具有防病毒、防震、防灾、防误操作能力，较强的抗干扰、抗静电能 力，以及数据备份、数据恢复等功能。还将提供用户等级权限保护，有效排除人为因素 2 长安大学硕士学位论文 的干扰。 1 2 2 研究意义 高精度、高速度、经济实用动态实时的车辆超速警示系统，将为公安机关与交通管 理部门提供有效的技术手段，使公安机关与交通管理部门有效地实施超速管理，保证行 车安全、行人安全、财产安全有着显著的社会效益和经济效益。同时，还具有以下意义： l 、不同于传统的检测系统，能够改变现场值勤、现场发现违章、现场处罚的传统 交通超速的管理模式，节约警力资源，提高了超速警示的作用； 2 、它基于硬件与软件相结合的检测警示模式不仅更具智能性，而且具有多功能的 特点，可以进行多种交通违章行为的监控； 3 、能够为处理超速车辆提供准确有力的证据，同时也给超速车辆提供警示； 4 、能够利用软件对雷达视频检测的数据进行处理分析，自动获取超速车辆信息， 使视频资源得以充分利用； 5 、开发高速公路车辆超速检测警示系统具有较高的理论意义和实际价值。 1 3 研究现状 智能交通系统( i n t e l l i g c mt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i t s ) 是在科学技术发展的背景下 产生的大范围、全方位、实时、高效的交通管理系统，它将先进的信息、数据通信、电 子控制及计算机处理等技术有机的融合，运用于地面交通管理体系。主要是使汽车与道 路的功能智能化，从而保障交通安全、提高交通效率、改善城市环境、降低能源消耗。 即在较完善的道路设施基础上，将先进的智能交通理论与高新技术集成并运用于道路交 通的整个过程，以协调车、路、人。智能交通系统强调的是系统性、实时性、信息交互 性以及服务的广泛性，与原来的交通管理与交通工程有着本质的区别。 1 3 i 国外研究现状 随着智能交通i t s 的发展，美国正在研究和部署车辆避碰、司机与车辆监控、车辆 与乘坐者安全性能改善等工作。欧洲正在支持开发聪明( s m a r t ) 的约束系统，制定采 用信息与通信系统的道路安全长期计划，开展为优化人机界面和道路安全的远程信息处 理“智能道路”的研究和示范，通过标准和使用者信息提高隧道中的安全，建立卫星定 位事故警示系统等。澳大利亚也正在用智能交通系统新技术改善道路安全h 1 。 美国是世界上公路最发达的国家之一，从上个世纪5 0 年代中期就开始按照公路网 3 第一章绪论 规划进行大规模建设，目前已实现了纵横交错、四通八达的现代化公路网络，高速公路 总长度已达1 0 万公里。但是随着经济与社会的发展，公路交通量与日俱增，其交通堵 塞、交通拥挤与交通肇事等现象日益增多。且公路占地多、环境污染和财力不足等诸多 原因，美国已不再主要用修建更多公路的办法来解决交通问题，而是致力于用高科技改 造现有公路网的技术状况和完善交通管理体系，以提高现有路网的通过能力，适应当前 和未来交通量大幅度增长的社会需求。 从2 0 0 0 年到2 0 1 1 年，美国准备投资2 0 0 0 亿美元构造全国i t s 。并且在洛杉矶等地 开发使用i t s 。应用计算机系统监控全市的交通状况和系统自身性能；道路上埋设的感 应线圈可检测车辆的车速，车流量及道路占用情况，并可在一秒钟内实时修改数据；交 通信号可由计算机根据实际情况进行自适应调整或人为干涉；关键路段和重点地区配有 摄像机实时监控交通情况。现在，美国的i t s 正在研究将城市地区开发的交通管理技术 和系统功能推广应用，通过先进的电子通信技术，提高行车的安全性，方便外国游客出 行。系统包括为驾驶员和事故受害者提供援助的无线紧急呼救系统，恶劣道路和交通环 境的实时警告系统，以及有关服务设施和旅游路线、景点等信息系统嫡3 。 在日本，i t s 的发展始于2 0 世纪7 0 年代，其显著特点就是政府有关各部门共同参 与，密切合作，以保证在技术发展过程中没有遗漏。从1 9 7 3 年到1 9 7 8 年，日本投入了 大量的人力和资金，成功地组织了一个“动态路径诱导系统 的实验。在2 0 世纪8 0 年代中期到9 0 年代中期的1 0 年时间，日本相继完成了路车间通信系统( r a c s ) 、交通 信息通信系统( t i c s ) 、宽区域旅行信息系统、超智能车辆系统、安全车辆系统及新交 通管理系统等方面的研究。1 9 9 3 年7 月，日本“车辆、道路与交通智能协会 成立，从 而在与i t s 有关的五个部，即建设省、通产省、邮政省、运输省和警察厅之间建立了协 调工作机制。综合分析i t s ，上述5 个部在1 9 9 5 年提出了日本公路交通车辆领域 的信息化实施方针，其目的在统一的规划下推进其工作。i t s 由导航系统、自动收费 系统、安全驾驶6 援助系统等9 个开发领域和2 0 个用户服务功能构成嘲。 欧洲的i t s 研究开发是由官方( 主要是欧盟) 与民间并行进行的。同时，由于欧洲 的大部分国家国土面积比较小，因此，i t s 的开发与应用是与欧盟的交通运输一体化建 设进程紧密联系在一起的。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。从1 9 8 6 年起，西欧国家开始在“欧洲高效安全交通系统计划 ( p r o m e n e u s ) 和“保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划( d 对v 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。1 9 8 8 年由欧洲1 0 多个国家投 4 长安大学硕士学位论文 资5 0 多亿美元，联合执行旨在完善道路设施，提高服务质量的d r i v e 计划。目前欧 洲各国正在进行t e l e m a t i c s 的全面应用开发工作，计划在全欧范围内建立专门的交通 无线数据通信网。智能交通系统的交通管理、车辆行驶和电子收费等都围绕t e l e m a t i c s 和全欧无线数据通信网来展开。欧洲民间也联合搞了一个叫p r o m e t 艇u s 的计划， 即欧洲高效安全交通系统计划。 其它国家，如韩国政府于2 0 0 1 年3 月制订了全新的i t s 计划：i t s 蓝图2 l ，准备 投入7 5 亿美元，建成包括汽车及高速公路系统，先进交通管理系统，电子收费系统等7 个先进的i t s 子系统。而新加坡的i t s 研发也具有了较高的水平，其已建成的系统包括 城市高速路监控系统( e m a s ) ，优化交通信号系统( g l i d e ) ，出行者信息服务系统( t j s ) 皇莹 7 】 号宁o 1 3 2 国内研究现状 我国幅员辽阔，东部地势平坦，人口密度大；西部地区的地理、地质、气候环境十 分复杂恶劣，灾害严重，人口稀少。中央采取积极财政政策，加快以公路为重点的基础 设施建设，公路基础设施特别是高速公路建设的力度逐年加大，全国公路建设完成投资： 2 0 0 7 年为6 4 8 9 9 1 亿元，不仅在规模上是前所未有的，而且投资额度持续增长。从全国 通车里程来看，2 0 0 7 年达3 5 8 3 7 万公里，其中高速公路里程达5 3 9 万公里1 。2 0 0 8 年 底，中国公路通车总里程达到3 7 3 0 2 万公里，其中高速公路里程达6 0 3 万公里。2 0 0 9 年中国高速公路通车总里程已达6 5 万公里。 i t s 在我国的发展起步较晚。2 0 世纪7 0 年代从国外引进了一些项目，进行了i t s 或类i t s 基础项目的研究和应用。9 0 年代中期以来，我国开始研究i t s 发展战略和地理 信息系统g i s 、全球定位系统g p s 等应用。1 9 9 8 年交通部正式批准成立智能交通运输 系统工程研究中心( i t s c ) ，为今后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 1 年由交通部公路科学研究所国家智能运输工程研究中心组织制定了中国智能运输 系统体系框架，为中国的i t s 发展指明了方向。 我国由科技部牵头、国家智能交通运输系统工程中心组织研究的中国智能运输系 统体系框架中把车辆行驶速度的监控作为智能交通管理的重要内容阻1 。如山东省高速 公路监控系统中利用主线可变限速值程序设计来控制车速 1 0 o 近年来，我国部分城市建 立了路口电子监控系统( 电子警察) 、g p s 卫星定位系统及交通诱导系统等智能交通设 施，实现对车辆行驶的部分监控，交通安全信息的发布，对车辆安全行驶进行预警等n 1 1 。 5 第一章绪论 但在技术手段上主要集中在完善道路提示信息、改善车辆自身特性、应用先进的测速设 备监控车辆行驶等，并开发了道路及车辆安全监控、车辆自动导航、车距自动保持、周 边车辆危险报警、驾驶员状态监测等系统。但各子系统相对独立运行，这就造成了信息 孤岛，信息互通极其有限，系统之间没有进行有效的功能整合与集成，大大限制了各个 系统功能的发挥，无法实现对车辆安全行驶速度的主动有效控制。 现在最主要的速度控制方法是限制高速公路的最高时速，由于限制最高车速可以提 高安全性，各国一般都根据本国的实际情况对公路上行驶的车辆进行了最高车速限制。 表1 1 列出了部分国家高速公路的最高车速限制值n 羽。 表1 1 部分国家高速公路最高车速限制值 国名中国美国匈牙利丹麦 、波兰 保加利亚土耳其 最高限速 1 2 0 8 81 0 01 0 0 1 1 01 2 09 0 ( k m h ) 国名俄罗斯德国 荷兰 捷克挪威南斯拉夫日本 最高限速 9 0 不限 1 0 01 1 09 01 2 01 0 0 ( k m h ) 国名希腊瑞典英国比利时 棼兰 西班牙葡萄牙 j 一 最高限速 1 0 01 1 01 1 01 2 01 2 01 2 01 2 0 ( k m h ) 国名法国瑞士奥地利卢森堡意大利罗马尼亚 最高限速 1 3 01 3 01 3 01 2 01 4 09 0 ( k m h ) 除了限制最高车速可以提高安全性外，其它还有交通执法限速、交通工程限速和智 能车辆限速： l 、交通执法限速：是通过人工或自动检测技术来判定高速公路上车辆是否违章超 速。目前常用有交通巡逻车定点或流动执法、空中执法、雷达测速或激光测速、自动化 的超速执法等措施； 2 、交通工程限速：是指在设计和建设管理道路时通过一定的工程措施或管理手段 以使驾驶人能够更好地注意周边环境并缓慢行驶。如紧急电话、可变信息标志、可变限 速标志、路侧广播、气象检测器、车辆检测器、摄像机等，这些工程限速设备主要由各 监控分中心进行控制，监控中心具有数据采集、分析、管理、发布以及对运行车辆进行 安全预警、控制的功能； 3 、智能车辆限速：车辆安全、环保与节能是当今车辆技术发展的三大主题，其中 车辆安全技术是最重要的。车辆性能的提高，使得车辆最高行驶速度越来越高。为此， 车载车速安全控制技术得到发展，可以通过车载限速装置来限制驾驶员的超速行驶。如 6 长安大学硕士学位论文 “停止型限速器、“感应型”油门踏板、车载限速语音提示等车载限速装置n 。 1 4 研究内容 近年来我国加强了对超速行驶的治理力度。在组织上，投入了大量警力，经常组织 专项治理活动；在设备上，陆续引进了些先进的雷达测速系统和固定式测速抓拍系统， 对违章超速的监督力度得到显著加强。但与西方国家相比，在治理的系统性上，尤其是 在体系管理方面，尚有一定差距。 如何做到实时监控检测，进一步改进测速方式，提高警示信息的作用和高速公路的 服务水平是当务之急。具体在本论文中研究以下几点： 1 、在测量车辆速度上，选择适合的雷达与摄像设备以及良好安装位置与安装角度。 算法上，改进对测速算法和其他去干扰的噪声算法，提高测速速度，完成车辆测速，减 少误差。 2 、在车牌识别上，采用了视频摄像头采集图像，改进图像分割提取算法，取出车 牌并进行符号与数字识别。结合图像处理与模式识别的知识，提出更适合的车牌识别算 法，提高该系统的车牌识别精度、效率与运算速度。 3 、结合雷达设备与视频设备监测的测速与车牌识别，针对我国高速公路的特点， 应用l e d ，通过现代的通信方法，进行超速的人性化警示，进而完成系统的设计。 通过雷达与摄像设备检测车辆信息，安装简便、价格便宜，建设施工难度不大，应 用范围广，且有利于升级改造；利用视频图像处理，实时图像信息，对超速车辆抓拍， 进行车牌定位，字符分离，字符识别，从而完成车牌识别；结合雷达与摄像设备检测的 车辆速度，利用l e d 与现代的通信技术，对超速车辆进行超速警示，实现高速公路的 交通超速警示，这对减少交通事故，进行实时监测，与事后的责任认定，具用良好的实 际应用价值。 1 5 小结 本章分析了国内交通肇事发生的原因以及现状，高速公路超速行驶的危害性，对治 理超速行驶的研究目的和意义进行了论述，介绍了超速车辆检测国内外发展状况，分析 了现有超速车辆检测在使用中存在的问题，针对存在的问题提出了本文的研究内容。 7 第二章车辆超速警示系统概述 第二章车辆超速警示系统概述 高速公路行驶的车辆超速所引起的交通事故，后果往往是非常严重的，给国家和 人民带来财产损失以及生命安全的伤害也是非常巨大的。为了提高高速公路的管理水 平，保护交通安全，减少交通超速，建立车辆超速警示系统是十分必要的。 2 1 车辆超速警示系统 2 1 1 系统的基本组成 车辆超速是造成交通事故的一个重要因素，尤其是在高速公路上，车速较快，极 易引发事故，造成人员伤亡、财产损失并引发交通堵塞。因此，为了提升高速公路服 务水平，更好的协调和诱导交通，保护人民财产生命安全，降低事故发生率，应在事 故多发路段，建立超速警示系统，给车辆驾驶人员提供警示标志，以便驾驶人员在该 路段减速行驶，避免超速造成交通事故。 本系统设备少，适宜布设在正常开通的高速公路，图2 1 为车辆超速警示系统组 成图。系统主要由如下几部分构成： ( 1 ) 前端基础数据采集设备：测速雷达、车辆全景摄像机、牌照摄像机、数据采 集卡、视频补光设备； ( 2 ) 超速控制机：超速控制机采用研华工控机，支持i n t e l p e n t i u m m c e l e r o n m 处理器，最大支持8 g b 内存，具备接口：r s 4 2 2 r s 4 8 5 接口2 个、视频接口2 _ 4 个、千兆以太网接口1 个； ( 3 ) 警示信息板：警示信息板根据车道数量，进行点阵设计，根据要求能显示黄 色字符，可以用红绿双基色像素，或采用纯黄色像素。 ( 4 ) 通信设备：控制机与中心通信采用r s 4 8 5 方式或光纤方式，通信传输设备采 用光端机传输或以太网光纤收发器传输。 本系统可应用在各种路口与路段，对机动车超速行为进行不间断自动监测、警示 与记录，在重点事故多发路段对超速车辆进行友情警示，同时也为交通管理部门执法 提供科学的、有效的依据。 8 长安大学硕士学位论文 图2 1 车辆超速警示系统组成图 2 1 2 系统功能 采用成熟的雷达测速技术，初测车速，且作为触发视频抓拍的手段；通过视频图 像处理技术，完成超速车辆确认；利用车牌识别技术，完成超速车辆车牌识别，确定 超速时间、地点、车辆牌号和车速等数据；通过光纤或r s 4 8 5 进行数据传输，在车 辆行驶的方向的下游，利用固定l e d 电子显示牌进行超速警示。图2 2 为车辆超速 警示系统工作原理图。具体功能如下： ( 1 ) 根据路段特性，设置最高的限速，根据车道数量，设置警示信息板显示的 车牌号数量； ( 2 ) 利用雷达和视频获取各条车道车辆的行驶速度，并确认超速车辆； ( 3 ) 利用车牌抓拍摄像头抓拍超速车辆车牌，并利用软件识别获取超速车道的 车辆车牌号； 苫 第二章车辆超速警示系统概述 ( 4 ) 根据行驶速度和最高限速的比较，若超速，则将车辆车牌号放入显示队列； ( 5 ) 控制警示信息板，定时更新车辆车牌号的显示； ( 6 ) 接收控制中心下发的指令，更新信息板的显示。 图2 2 车辆超速警示系统工作原理图 2 1 3 系统工作流程 当车辆进入监控区域时，首先进行雷达测速，如没有超速，不做处理；如超速， 启动摄像头，将监控车道的视频图像通过视频采集卡实时传送到测速工控机，通过软 件进行分析处理。当判别出超速目标后，确认超速车辆，并记录超速时间、速度、地 点等信息，通过车牌抓拍摄像头进行车牌抓拍识别。通过r s 4 8 5 数据线进行远距离 传输，利用车辆行驶方向的下游2 0 0 米的l e d 显示屏进行超速警示。如图2 3 所示。 车辆进入测速区 上 雷达测速启动测速 j l 一 r 巧( ，y t ) = ( 3 3 ) 【0 ，其他 帧间差分法能够检测出相邻两帧间发生了变化的区域，这个区域实际上包括运动 物体在前一帧所覆盖的区域即显露区a ，运动物体现在所覆盖的区域即：当前帧就是 运动物体本身b ，如图3 5 所示为帧间差分原理图。 回匣鲴 匝 俄吲爱升结果田 图3 5 帧问差分法原理图 帧间差分法是许多复杂检测算法的基础，通过对算法的改进可以将它与其它算法 结合来提高整体的检测效果。帧间差分法的优点是对光照变化不敏感，适合动态变化 的环境，而且运算简单，检测快，定位准确，适用于实时性要求较高的应用环境。但 这种方法有两个缺陷：首先是对进行差分的连续帧的选取要求较高，而且依赖于运动 物体的运动速度，不能检测出静止车辆，其次如果物体内部的灰度比较均匀，相邻帧 差可能在目标重叠部分形成较大空洞，严重时造成分割结果不连通，不利于进一步的 物体分析与识别。 3 3 2 背景差分法 背景差分法的基本思想是先提取交通场景的背景图像，然后将待检测图像与背景 图像逐像素相减，进而就可运用阈值方法将运动物体从背景中分离出来。即计算 d ( i ，) = i c ( f ，_ ，) 一b ( i ，_ ，) i ，其中c ( i ，_ ，) 和b ( i ，) 分别为当前帧和背景图像，o ( i ，j ) 为背景差图 像，则车辆检测可表示为： f l ，若d ( ，) 之r v ( f ，) = ( 3 4 ) 【o 其他 其中：t 为阈值；v ( f ，_ ) = 1 表示对应像素为车辆区域，其他属于背景区域。 背景图像提取应迅速跟上实际背景光照的变化、运动物体静止下来时应及时收入 到背景帧中、静止物体移走后应及时从背景模型中消失，否则会出现大范围的噪声和 误检测现象。因而在实际应用中，需要采用一定的算法进行背景的动态更新。常用的 方法是多帧平均( f r 锄ea v e r a g i n g ) 法和选择更新( s e l e c t i v eu p d a t i n g ) 法。最简单的多 2 3 第三章车辆的速度检测 帧平均法是直接将前面若干输入图像的平均值作为当前背景。采用如下方式更新背 景： b ( i ，j ) = c t b ( i ，_ ，一i ) + ( 1 - 。) c ( f ，一1 ) ，o 口 l f l 。= 熹 ( 3 5 ) 其中：耳i , j 3 为当前更新的背景；盹_ ，一1 ) 是前一帧背景；瓯歹一1 ) 为上一幅场景； n 为一整数，口是更新率，越趋向1 ，新背景就越接近于上一幅背景。 背景可以分为固定背景和变换背景两种情况。固定背景法即获得一帧背景，将这 一帧背景与待检测图像相减，提取运动信息。而变换背景法是不断更新背景，使背景 图像和待检测图像的背景做到“同步 ，这样比较理想的抵消背景。对序列图像的动