智能交通系统02监控与识别

1、交通信息的检测、监控与识别交通信息的检测、监控与识别 检测：对交通信息某一参数的获取；检测：对交通信息某一参数的获取； 监控：对交通信息系统运行情况的监监控：对交通信息系统运行情况的监视与控制；视与控制； 识别：对检测到的信息进行判别；识别：对检测到的信息进行判别；交通信息的检测交通信息的检测 道路检测、路面成分检测、路面几何尺道路检测、路面成分检测、路面几何尺寸检测、路面性能（渗水率、稳定度）寸检测、路面性能（渗水率、稳定度）检测；检测； 交通设施检测：交通标志反光交通设施检测：交通标志反光(逆反射系逆反射系数数)测量；测量； 车辆检测：电子汽车衡；车辆检测：电子汽车衡； 交通事件检测交通事

2、件检测：线圈式车流量检测器、：线圈式车流量检测器、声波交通检测器、便携式交通检测器；声波交通检测器、便携式交通检测器；公路交通事件自动检测技术公路交通事件自动检测技术交通事件：偶发性事件（事故、故障、货物散落）交通事件：偶发性事件（事故、故障、货物散落） 和常发性事件（拥堵等）和常发性事件（拥堵等）自动事件检测自动事件检测(AID)(AID)：数据收集和数据分析：数据收集和数据分析. . 数据收集：通过硬件设施数据收集：通过硬件设施( (检测器检测器) )收集车辆在收集车辆在 道路上运行状态参数道路上运行状态参数; ; 数据分析：通过软件和算法对数据进行处理数据分析：通过软件和算法对数据进行处

3、理, , 获得真实反映交通状态的规律获得真实反映交通状态的规律. .数据收集技术数据收集技术感应式环型线圈检测器感应式环型线圈检测器(ILD)(ILD)磁性检测器磁性检测器(Magnetmeter)(Magnetmeter)微波雷达车辆检测器微波雷达车辆检测器声波检测器声波检测器被动声学检测器被动声学检测器红外线检测器红外线检测器视频检测处理系统视频检测处理系统(VIP)VIP(VIP)VIP紧急电话和移动电话紧急电话和移动电话巡逻车巡逻车感应式环型线圈检测器感应式环型线圈检测器(ILD)(ILD)技术成熟、价格低廉技术成熟、价格低廉, ,已经成为交通监控系统必已经成为交通监控系统必不可少的工

4、具。线圈可以测量交通流量、占有率不可少的工具。线圈可以测量交通流量、占有率和车辆速度和车辆速度. .测量的精度取决于测量的精度取决于ILDILD合适地安装选位、精确地合适地安装选位、精确地操作和维护操作和维护, ,在实际操作过程中较难掌握。在实际操作过程中较难掌握。耦合振荡电耦合振荡电路路（四路）（四路）信号整形电路及信号整形电路及电子开关选择电电子开关选择电路路并行接口电并行接口电路路(TTL电平电平)串行接口电串行接口电路路（RS-422）看门狗电路看门狗电路及复位电路及复位电路串行串行EEPROM键盘输入和键盘输入和显示输出电显示输出电路路地 埋 线 圈地 埋 线 圈线线（四路）（四路）

5、单片机单片机AT89C52晶振电路晶振电路设设T T为双线圈分别被触发的时间间隔，为双线圈分别被触发的时间间隔，S S为双线圈的距离，为双线圈的距离，则速度则速度V=S/TV=S/T。记。记t t为单个线圈触发开始到该线圈触发结为单个线圈触发开始到该线圈触发结束的时间间隔，由于两线圈间距束的时间间隔，由于两线圈间距S S一般较小，故可假设一般较小，故可假设汽车匀速行驶，则车的长度汽车匀速行驶，则车的长度L L为：为：L=VL=V* *t t。若要测量单位。若要测量单位时间内的车流量，则可在某一段时间内记录线圈触发的时间内的车流量，则可在某一段时间内记录线圈触发的次数。次数。为了滤去自行车等非机

6、动车辆的干扰，可以设置线圈的为了滤去自行车等非机动车辆的干扰，可以设置线圈的电流阈值。电流阈值。 声波交通检测器声波交通检测器 采用先进的声波信号空间角度处理技术，使其采用先进的声波信号空间角度处理技术，使其能够适应各种干扰环境，并提供高解析度的多能够适应各种干扰环境，并提供高解析度的多车道交通流的检测。这种先进的处理技术消除车道交通流的检测。这种先进的处理技术消除了来自车道以外噪音的干扰，从而减少了对车了来自车道以外噪音的干扰，从而减少了对车辆的误检测。辆的误检测。 使用户可以远程非常灵活而准使用户可以远程非常灵活而准确的定位每个电子检测区域和检测区域的尺寸，确的定位每个电子检测区域和检测区

7、域的尺寸，无需现场其它辅助方式进行设置。电子检测区无需现场其它辅助方式进行设置。电子检测区域设置及修改设置（如果车道结构发生变化时）域设置及修改设置（如果车道结构发生变化时）都是通过远程管理软件完成的。易于操作的都是通过远程管理软件完成的。易于操作的SASSAS监控设置软件可实时显示每一辆车经过传监控设置软件可实时显示每一辆车经过传感器的实际位置。感器的实际位置。 由于是被动式传感器（不发射信号），由于是被动式传感器（不发射信号），所以它只需要很低的电源功率即可工作，所以它只需要很低的电源功率即可工作，这也使它非常适合无线方式连接，完全这也使它非常适合无线方式连接，完全独立的安装，只需连接一个

8、太阳能板给独立的安装，只需连接一个太阳能板给电池充电，从而节省了缆线、管道等设电池充电，从而节省了缆线、管道等设施及施工成本，同时其太阳能供电和无施及施工成本，同时其太阳能供电和无线通讯方式，也减少了不良天气对挖电线通讯方式，也减少了不良天气对挖电缆沟或切割路面线圈施工进程的影响。缆沟或切割路面线圈施工进程的影响。 算法分类算法分类比较法比较法统计法统计法时间序列法时间序列法交通模型和理论模型法交通模型和理论模型法低流量事件检测低流量事件检测高级事件检测技术高级事件检测技术 算法、计算机、人的综合集成算法、计算机、人的综合集成为了提高性能，根据具体的道路特点、交通流为了提高性能，根据具体的道路

9、特点、交通流变化情况、检测数据的可靠性和该条道路常发变化情况、检测数据的可靠性和该条道路常发事故的特点对各种算法进行综合集成，结合计事故的特点对各种算法进行综合集成，结合计算机数据库系统，形成交通事件检测专家系统，算机数据库系统，形成交通事件检测专家系统，专家系统的评判值再经过操作人员依据经验的专家系统的评判值再经过操作人员依据经验的确认，最后断定是否发生事故或其它交通事件。确认，最后断定是否发生事故或其它交通事件。车辆碰撞振动检测车辆碰撞振动检测交通事件检测交通事件检测, ,对交通拥堵等宏观现象的识别效果对交通拥堵等宏观现象的识别效果好，而对微观现象如交通事故、车辆故障等的检好，而对微观现象

10、如交通事故、车辆故障等的检测效果不佳。测效果不佳。识别交通微观现象发生的方法，研究车辆追尾、识别交通微观现象发生的方法，研究车辆追尾、刮碰、侧翻等事故的力学原理。研制车载传感设刮碰、侧翻等事故的力学原理。研制车载传感设备，检测车辆的碰撞和振动强度是否超过阈值，备，检测车辆的碰撞和振动强度是否超过阈值，以确定车辆是否发生事故。以确定车辆是否发生事故。交通视频系统交通视频系统交通视频检测系统交通视频检测系统 交通参数检测、交通参数检测、 车牌识别车牌识别交通视频监视系统交通视频监视系统 路段、道口情况路段、道口情况视频检测处理系统视频检测处理系统(VIP)VIP(VIP)VIP交通视频监视系统交通

11、视频监视系统系统以一个城市为基本单元，通过广域网可扩展至更广的区系统以一个城市为基本单元，通过广域网可扩展至更广的区域。域。以一个城市的交通视频监视系统为例以一个城市的交通视频监视系统为例。系统由中心级、站级系统由中心级、站级和车道级三级系统组成，为树型拓扑关系。和车道级三级系统组成，为树型拓扑关系。站级站级站级站级中心级中心级中心级系统中心级系统中心级是中心级是所有站级的调度监控中心。所有站级的调度监控中心。中心级的任务是：中心级的任务是：1 1管理车辆数据库，及时下传命令至站级，对摄像机进管理车辆数据库，及时下传命令至站级，对摄像机进行必要的控制。行必要的控制。2 2访问站级的交通视频信息

12、，进行监视，提供决策信息。访问站级的交通视频信息，进行监视，提供决策信息。中心级的组成中心级的组成：由数据库服务器、管理计算机、状态计算：由数据库服务器、管理计算机、状态计算机等组成。管理机用于与各站级管理机通信，并对上传数机等组成。管理机用于与各站级管理机通信，并对上传数据进行收集、分析、处理；状态机用于实时显示各站级的据进行收集、分析、处理；状态机用于实时显示各站级的工作情况。工作情况。站级系统站级系统站级系统是几个邻近车道级的调度监控中心，是树整个系站级系统是几个邻近车道级的调度监控中心，是树整个系统的中间节点。统的中间节点。它由数据库服务器、管理机、状态机和监控机四部分组成。它由数据库

13、服务器、管理机、状态机和监控机四部分组成。管理机与中心级的管理机通信，并对各车道级系统上传的管理机与中心级的管理机通信，并对各车道级系统上传的数据进行收集、分析、处理。状态机实时显示各车道级的数据进行收集、分析、处理。状态机实时显示各车道级的工作情况。监控机实时监控各车道的视频图像。数据库服工作情况。监控机实时监控各车道的视频图像。数据库服务器则完成数据统计、打印等功能。务器则完成数据统计、打印等功能。站级系统主要有三个功能：站级系统主要有三个功能：（1 1）实时采集各车道的视频图像，并上传到中心）实时采集各车道的视频图像，并上传到中心级。级。（2 2）定时监控站内各车道的摄像机运行状态，并）

14、定时监控站内各车道的摄像机运行状态，并上报中心级。上报中心级。（3 3）接收从中心级下传的命令，及时向车道级转）接收从中心级下传的命令，及时向车道级转发这些命令。发这些命令。车道级系统车道级系统车道级负责本车道的监控，是树结构中的叶节点。车道级负责本车道的监控，是树结构中的叶节点。由由PCPC机组成。机组成。车道级的任务：提供本车道的交通视频图像；车道级的任务：提供本车道的交通视频图像；由三个模块实现：探测模块，探测车辆通过监控由三个模块实现：探测模块，探测车辆通过监控道口；图像采集模块，采集车辆的视频信息（颜道口；图像采集模块，采集车辆的视频信息（颜色、类型、车牌等）；通过网络向站级系统上传

15、色、类型、车牌等）；通过网络向站级系统上传交通视频图像数据。交通视频图像数据。管理计算机管理计算机数据库服务器数据库服务器交换机交换机车道计算机车道计算机车道车道1车道计算机车道计算机车道车道n外部数据调用接口管理计算机SWITCH HUB 网络交换机数据、视频光端机。 。 。数据、视频光端机视频数据接收计算机光 线 自动调 节 设备摄像头摄像头摄像头摄像头摄像头摄像头系统主要设备连接示意图数据汇集转发器视频处理设备视频检测系统视频检测系统(VIP) (VIP) 通过闭路电视或照相机进行现场数据采集，采用数通过闭路电视或照相机进行现场数据采集，采用数字化技术和视频识别技术分析交通数据。字化技术

16、和视频识别技术分析交通数据。VIPVIP能够检测各种空间交通参数能够检测各种空间交通参数( (密度、速度、排队密度、速度、排队长度长度) )和交通动态行为和交通动态行为( (振动波振动波) ) 。视频检测能提供辅助信息视频检测能提供辅助信息, ,如路肩交通、停车交通、如路肩交通、停车交通、车道变化、速度差异和其它方向的交通拥堵车道变化、速度差异和其它方向的交通拥堵基于视觉的交通参数检测系统包括基于视觉的交通参数检测系统包括 : :车辆分割和跟踪车辆分割和跟踪; ;分析计算车流量、平均速度、队列长度等交通分析计算车流量、平均速度、队列长度等交通参数参数 ; ;分割方法有：光流法差像法和平均法分割

17、方法有：光流法差像法和平均法。常用的方法是差像法和平均法常用的方法是差像法和平均法 1. 1. 通过计算帧间图像像素间的偏差通过计算帧间图像像素间的偏差 , ,再通过阈值再通过阈值来找出运动的区域。来找出运动的区域。2. 2. 采用当前帧和背景图像相减的办法采用当前帧和背景图像相减的办法 , ,背景图像背景图像用平均法求出用平均法求出 。差分帧差分帧 ds( x,y)= fs+1 (x,y)fs(x,y) 利用差帧法，分割车辆利用差帧法，分割车辆 n平均法，产生背景平均法，产生背景 m(x,y)=1/n(fi (x,y) i=1车辆目标分割：车辆目标分割：当前帧当前帧-背景帧；背景帧；根据外轮

18、廓形成矩形包围盒，可确定尺寸、质心等根据外轮廓形成矩形包围盒，可确定尺寸、质心等几何参数；几何参数；根据尺寸、颜色及运动轨迹进行跟踪；根据尺寸、颜色及运动轨迹进行跟踪；交通参数计算交通参数计算路面占有率、车道占有率路面占有率、车道占有率首先要进行基本参数设置。设首先要进行基本参数设置。设lengthlength为监控范围长度，为监控范围长度，roadwayroadwayk k表示第表示第k k个车道范围，则路面占有率个车道范围，则路面占有率ratioratioroadroad为为式中式中heightheighti i表示第表示第i i个车辆的长度，个车辆的长度，M M为为lengthlengt

19、h内车辆数目，内车辆数目，N N为车道的数目。为车道的数目。各车道占有率各车道占有率ratekratek为为式中式中centercenterj j为第为第j j辆车的质心坐标。辆车的质心坐标。 车速计算车速计算保留两相邻帧保留两相邻帧frame(t-t)frame(t-t)、frame( t)frame( t)车辆的特征车辆的特征 tt为相邻帧间隔时间。车速计算算法如下：为相邻帧间隔时间。车速计算算法如下：（1 1）依次从帧）依次从帧frame(t) frame(t) 中取第中取第k k个车辆的特征值（车辆形、面积、颜个车辆的特征值（车辆形、面积、颜色），并将外接矩形中心色），并将外接矩形中心

20、center(k)center(k)作为该目标质心；作为该目标质心；（2 2）在帧）在帧frame(t-t)frame(t-t)中位置中位置center(k)center(k)后的给定区域内，据帧后的给定区域内，据帧frame(t)frame(t)中的特征值，采用块匹配算法搜索特征值的车辆的质心中的特征值，采用块匹配算法搜索特征值的车辆的质心center (j)center (j)；（3 3）frame( t)frame( t)中中k k车辆速度车辆速度speed (k)speed (k) 车流量计算车流量计算车流量计算可同车速计算同步进行，在车速计算中记下车流量计算可同车速计算同步进行，在车

21、速计算中记下frame( t)frame( t)中第一个车的中第一个车的center(1) center(1) 和和frame (t-t)frame (t-t)中最后中最后一个车的一个车的center(j)center(j)的位置，统计所有在的位置，统计所有在center(1)center(1)与与center center (j)(j)之间的车辆数目的和之间的车辆数目的和sumsum，则可得车流量，则可得车流量fluxflux为为算法的指标：算法的指标：检测率检测率(DR):(DR):检测到的交通事件数与实际交通事件检测到的交通事件数与实际交通事件数之百分比数之百分比. .误报率误报率(FA

22、R):(FAR):不正确检测次数与总次数之比不正确检测次数与总次数之比. .平均检测时间平均检测时间(MTD): (MTD): 在给定的在给定的FARFAR和和DRDR条件下检条件下检测一个事件所需要的平均时间测一个事件所需要的平均时间. .汽车牌照识别汽车牌照识别探测探测设置设置图像图像压缩压缩与与存储存储图像图像采集采集图像图像处理处理与与识别识别车牌识别过程图像采集模块图像采集模块该模块完成汽车图像的采集工作，它由视频采集该模块完成汽车图像的采集工作，它由视频采集卡和摄像机组成。系统中采用双摄像头，并且一卡和摄像机组成。系统中采用双摄像头，并且一高、一低的架设在车道的正上前方。高摄像头获

23、高、一低的架设在车道的正上前方。高摄像头获取一幅高清晰度的真彩色全景图，用于车型的颜取一幅高清晰度的真彩色全景图，用于车型的颜色、类别识别；低摄像头获取一幅高清晰度的灰色、类别识别；低摄像头获取一幅高清晰度的灰度近景图，用于车牌自动识别。为适应天气的变度近景图，用于车牌自动识别。为适应天气的变化，开启自动光圈；为减少模糊效应，开启高速化，开启自动光圈；为减少模糊效应，开启高速电子快门。电子快门。自动识别模块自动识别模块自动识别模块是车道级系统的核心。它主要完成自动识别模块是车道级系统的核心。它主要完成车辆特征的自动提取。该模块对输入的数字图像车辆特征的自动提取。该模块对输入的数字图像经自动识别

24、算法计算，得到图像特征值。智能化经自动识别算法计算，得到图像特征值。智能化的交通管理系统应具有自学习能力。系统初期运的交通管理系统应具有自学习能力。系统初期运行时，在系统管理员的帮助下，分辨在不同时段、行时，在系统管理员的帮助下，分辨在不同时段、天气下的光照情况，待识别模块运行稳定后，便天气下的光照情况，待识别模块运行稳定后，便能自主判断。能自主判断。压缩存储模块压缩存储模块压缩存储主要是满足数据传输的实时性，减少压缩存储主要是满足数据传输的实时性，减少网络拥塞和数据存储量。静态图象可以采用压网络拥塞和数据存储量。静态图象可以采用压缩比较高的缩比较高的JPGJPG格式，其图像质量能满足后续格式

25、，其图像质量能满足后续处理的需要。动态图象可以采用处理的需要。动态图象可以采用MPEGMPEG格式。格式。自动识别算法自动识别算法汽车颜色的识别；汽车颜色的识别；汽车分类的识别；汽车分类的识别；车牌的识别车牌的识别 ；车牌照识别车牌照识别车辆牌照识别车辆牌照识别VLPR(Vehicle License Plate Recognition) 车牌照定位；车牌照定位； 车牌照二值化；车牌照二值化； 车牌照识别；车牌照识别； 汽车牌照的主要特点：汽车牌照的主要特点： 1） 汽车牌照在图像中是一个近似的长方形或因摄像汽车牌照在图像中是一个近似的长方形或因摄像角度不同而呈平行四边形；角度不同而呈平行四边

26、形； 2） 在正面摄像、定位启动的条件下，汽车牌照在图在正面摄像、定位启动的条件下，汽车牌照在图像中的大小相对稳定；像中的大小相对稳定； 3） 汽车牌照上的文字具有纹理特征、颜色特征汽车牌照上的文字具有纹理特征、颜色特征 4） 车牌位置规范，在缓冲器附近，图像的干扰较小；车牌位置规范，在缓冲器附近，图像的干扰较小；汽车牌照的字符与背景之间的灰度反差较大，车牌区域内的汽车牌照的字符与背景之间的灰度反差较大，车牌区域内的灰度变化频繁剧烈；灰度变化频繁剧烈；可以采用对图像进行水平方向的一阶差分，使灰度变化频繁可以采用对图像进行水平方向的一阶差分，使灰度变化频繁剧烈的区域突出剧烈的区域突出g(i,j)

27、=|f(i,j)- f(i,j+1)|f(i,j) 为原始图像，为原始图像，g(i,j)为差分图像，为差分图像，i=1,2,3,n, n为图像的为图像的高度，高度，j=1,2,3,m, m为图像的宽度。为图像的宽度。然后对同一行的差分绝对值进行累加，可得水平方向灰度变然后对同一行的差分绝对值进行累加，可得水平方向灰度变化的投影图。化的投影图。为消除干扰，再进行纵向滤波为消除干扰，再进行纵向滤波可以从纵向分割出汽车牌照区域可以从纵向分割出汽车牌照区域水平位置确定采用数学形态学方法数学形态学 A 点集点集 B结构元素结构元素A + B数学形态学 A 点集点集 B结构元素结构元素A - B数学形态学 A 点集点集 B结构元素结构元素开运算开运算数学形态学 A 点集点集 B结构元素结构元素闭运算闭运算结构元素结构元素对白色像素进行膨胀对白色像素进行膨胀从水平方向分割出汽车牌照从水平方向分割出汽车牌照牌照图像二值化牌照图像二值化 中国汽车牌照主要分黄底黑字、蓝底白字、黑底中国汽车牌照主要分黄底黑字、蓝底白字、黑底白字等三种白字等三种, ,其灰度图像则为白底黑字、黑底白字其灰度图像则为白底黑字、黑底白字两大类。二值化的基本要求是二值化之后能忠实两大类。二值化的基本要求是二值化之后能忠实再现原来文本图像再现原来文本图像, ,即即:(1):(1)字