交通信息采集技术课件

智能交通系统

IntelligentTransportationSystems（ITS）第四讲：交通信息采集技术交通信息系统

TransportInformationSystems交通信息采集技术（两课时）TransportInformationDetectionSystems交通信息处理系统（两课时）TransportInformationProcessingSystems交通信息发布系统（两课时）TransportInformationPublishingSystems教材第3章0交通信息采集技术概述智能运输系统是一个汇集了众多高新技术的大系统，内部又包含了许多子系统，在这些子系统当中，又要用到各种各样的技术，包括传感器技术、信息处理技术、数据库技术、智能控制技术、计算机通讯技术、网络技术以及交通工程学等，只有将这些技术综合应用，才能保证智能运输系统的各个子系统的实现。教材第3章0交通信息采集技术概述但智能运输系统涉及的这些技术并不只是简单的合成和堆砌，而是彼此间有着紧密的联系，这种联系体现在以下几个方面：(1)技术的集成性(2)技术的系统性(3)技术的先进性(4)技术的综合性第四讲：交通信息检测系统教材第3章0交通信息采集技术概述静态交通信息：城市基础地理信息、城市道路网基础信息及交通管理信息。静态交通信息采集方法：①调查法；②其他系统接入动态交通信息：交通流状态特征信息（如流量、车速、密度等）、交通紧急事件信息（交通事故、事件-间接）、在途车辆及驾驶员的实时信息（如位置，危化品，疲劳等）、环境状况信息（如大气状况、污染信息等）、前方障碍（车辆、行人）、基础设施（车位、损毁）。动态交通信息采集技术：交通检测技术、浮动车技术、车辆识别技术和车辆定位技术、气象与道路环境信息采集技术等检测器/传感器是什么?传感器（检测器）定义：能感受到规定的被测量并依据一定规律转换成可用于输出信号的器件或装置。原理：传感器是一种获得信息的手段，它将诸如温度、压力、流量等参量转化为电量，然后通过电的方法，进行测量和控制。DetectorProcessor/ControllerStorage交通信息检测重要意义?出行信息发布/RoutePlanning高速公路监控/FreewayMonitoring交通信息检测重要意义?实时交通控制ActuatedSignalControl交通信息检测重要意义?匝道控制RampMeterControl交通信息检测重要意义?道路执法（RoadDisciplineEnforcement）交通信息检测重要意义?交通控制中心（ControlCenter）E-MessageSignATIS!!（QualityData）交通信息检测重要意义?交通检测器类型（TrafficDetectorTypes）感应线圈视频微波红外线声传感磁传感无线射频全球定位系统（GPS）InductiveloopsVideoMicrowaveRadarInfraredAcousticMagneticRadiofrequencyIDGlobalpositioningsystem新建交管站中不同类型检测器的使用比例

ShareofDetectorTypesatnewATMSSites线圈VideoImageProcessors声波视频监控红外微波磁传感自动车辆识别常用的交通检测器类型

PopularTrafficDetectorTypesInductiveloopsVideoImageProcessors(VIPs)RemoteTraffic

MicrowaveSensor(RTMS)常用的交通检测器类型

PopularTrafficDetectorTypesInfraredSensorsMagneticSensors常用的交通检测器类型

PopularTrafficDetectorTypesRadioFrequencyID（英汉）常用的交通检测器类型

PopularTrafficDetectorTypesGPS-BasedTrackingSystems常用的交通检测器类型

PopularTrafficDetectorTypes优点：能够获取较大范围宏观数据，能够达到一定精度。缺点：高精度导航价格高，信号不稳定（天气、隧道）。ASIMTT298:DopplerRADAR,ultrasonic,passiveinfrared.多普勒雷达，超声波，被动红外Volume,classification,speed,occupancy,queuedetection,wrong-way常用的交通检测器类型

PopularTrafficDetectorTypesASIMTT298:DopplerRADAR,ultrasonic,passiveinfrared.一、地埋式交通传感器

1感应线圈检测系统PhotosfromNeverFailLoopSystems,Inc.感应线圈检测器（InductanceLoopDetectors）InductanceLoopDetectors由感应线圈和振荡电路里的可变电容组成。车辆通过时，感应线圈的电感发生变化，引起振荡电路频率的变化，驱动继电器产生脉冲计数。线圈检测器安装TrafficControlCabinetLead-InCableDEUsFieldComponentLoopwiresPullBox线圈检测器安装Loopinductancedecreaseswhenacarisontopofit.T=tonT=toffInductanceTimetoffton0环形线圈检测器工作原理Singleloopscanmeasure:Occupancy(O):%oftimeloopisoccupiedperintervalVolume(N):vehiclesperintervalSingleloopmeasurements?TimeInductanceHighlowTnTn+1tn1tn2tn3环形线圈检测器工作原理双环形线圈（DualLoopDetector）FormedbytwoconsecutivesingleloopdetectorsplacedashortdistanceapartSpeedDetectionldistlloop车速和车长T=t1ldistT=t2lloop检测的车长被用于车辆的分类oti=on-timeforloopdetectori双环形线圈（DualLoopDetector）LoopsStationcabinetTSMCmeasureddataper20sec.realtimemeasurementsqueried20secdataUserOnly20secaggregateddataareavailablefromTSMC感应线圈系统构成感应线圈系统应用AUseExample:RampMeteringRampMeterSchematicDiagramfrom

ITSDecisionwebsite教材第3章磁力检测器原理：含铁物体对地球磁场的干扰很明显，通过检测磁场强度的异常来确定车辆的出现。组成：两轴式磁通门磁力计，一个初级线圈，两个次级线圈，通过线圈两端电压反应磁场强度。缺点：不能检测静止车辆。（大多数磁力探测器不能探测静止的车辆，因为它们需要车辆移动，即被测物体所产生的信号随时间变化。但是，与某些型号的磁力探测器联合使用，并辅以专门的信号处理软件，可测得静止车辆的信息）教材第3章磁力检测器–产品教材第3章道路管检测器教材第3章道路管检测器教材第3章道路管检测器通常作为短期的交通量计数、通过车轴数和车轴距离进行的车辆分类、交通规划及交通研究的数据采集装置。某些型号还能为车辆间隙、交叉口停车延误、停车标志延误、饱和流率、点速度及行程时间（当计数器和车辆信号发射传感器联用时）的计算提供数据。优点：在永久性和临时性的交通数据采集中能快速安装，需要较少的能源；道路管检测器通常比较便宜而且易于维修。教材第3章道路管检测器教材第3章压电检测器压电材料是一种经特殊加工后能将动能（压力）转化为电能的材料。压电检测器主要应用于动态称重、计轴数、测轴距、车辆分类统计、车速检测、闯红灯拍照、泊车区域监控、收费站地磅、交通信息采集和统计。优点：它是感应车辆轮胎通过检测器以检测车辆信息，而不是感应整个车辆通过检测器以检测车辆信息。压电检测器在车辆轮胎通过检测器时检测车辆，产生的模拟信号与作用在检测器上的压力成比例。压电检测器的这个独特的能力使得它们能够以非常高的精度区分车辆。教材第3章二、非地埋式交通检测器微波雷达采集检测技术微波雷达检测器工作原理：当车辆从雷达波覆盖区域穿过时，雷达波束由车辆反射回雷达天线，然后进入接收器，通过接收器完成车辆监测并计算出流量、速度及车身长度等交通数据。微波雷达检测器可安装在单车道道路的正对路中央的半空中以测量驶来或离去车流的交通数据；还可在多车道道路的路边安装以测量多条车道上车辆的交通参数。正向安装、宽波束宽度的雷达可采集多条车道上的一个交通流方向的交通参数。正向安装、窄波束宽度的雷达可采集单车道上一个交通流方向的交通参数路旁安装、多探测区域的雷达的探测区域垂直于交通流方向。这种雷达传感器可提供多条车道交通流的交通参数，但其准确性要低于同种情况下安装的正向安装的雷达检测器。雷达侧向安装雷达测速仪与摄像机工作平面图教材第3章超声波检测器超声波检测器发射超出人听觉范围的频率为25~50kHz的声波。大多数超声波检测器发射脉冲波，可提供车辆计数、出现及道路占有率等交通信息。教材第3章红外线检测器原理：发射低能红外线照射探测区域，并经过车辆的反射或散射返回检测器。应用：流量、车速、车辆分类优点：多车道检测，准确缺点：受天气（雨、雪、雾）的影响。视频检测逻辑流程图像图像数字化检测图像分区特征提取检测分类交通信息数据库视频采集检测系统的组成物理构成摄像机采集卡处理器储存器2.2.2视频检测系统的结构和功能特点也可用微波雷达或者虚拟检测区域教材第3章视频检测器的应用流量检测车速检测车型识别牌照识别轨迹识别（新方向）收费：识别车号违章：识别车号交通管制（单双号）教材第3章例：视频检测系统－车速测定教材第3章硬件设计硬件部分的核心是视频图像采集卡利用现有成熟的数字化成像技术，选用高性能的个人计算机和技术成熟的视频设备教材第3章软件设计即时速度的计算思路视场图像距离的标定采集图像的预处理视场内通行车辆的识别即时速度的计算误差数据记录与共享教材第3章即时速度的计算思路：v=S/Δt教材第3章采集图像的预处理教材第3章视场内通行车辆的识别在视场无行进车辆条件下，图像中的背景路面的像素灰度值Gb是分布在一个很小的范围内。行进车辆的图像像素灰度值Gv通常与Gb有一个差值且大于Gb。通过设置合理的阈值TH(Gv>TH>Gb)，计算标志线内灰度值大于TH的像素个数N：N值很小表示没有运动车辆进入视场；在有车辆通过视场的时候，由于行进车辆的像素灰度值Gv大于TH，N值会增大到一个设定的值，这样就可以确定车辆通过标志线，并记录时间t。图像处理软件视频检测示例视频-车辆检测视频-行人检测不良驾驶行为-人脸姿势识别头部跟踪-人脸检测算法第一步：人脸检测（Adaboost算法）综合Adaboost和Cascade算法实现了实时的人脸检测系统64863项目中期检查汇报不良驾驶行为-人脸姿势识别头部跟踪-人脸检测算法第二步：人脸特征点定位主动形状模型(ASM)65863项目中期检查汇报水平移动值：3垂直移动值：0水平移动值：37垂直移动值：-5水平移动值：-25垂直移动值：5水平移动值：-5垂直移动值：-56选取ASM模型中认为接近Harris角点的点作为跟踪点，选择眼睛内外角点，鼻子边缘点为跟踪点标志识别－不按标志行驶

标志识别－算法流程基于颜色空间的图像分割基于孤立点的阈值去噪形态学处理特征匹配的标志分类识别66863项目中期检查汇报图像分割去噪识别形态学车道偏离–车道线检测基于成像模型的约束块线扫描算法算法流程：高帽变换预处理相机成像模型基于约束块的线扫描概率统计霍夫变换(PPHT)聚类拟合67863项目中期检查汇报车道偏离–车道线检测车道检测结果68863项目中期检查汇报能够突破车辆、阴影、标线干扰，准确识别车道未保持安全距离

模块结构超声波探头：侧方、后方障碍物信息（0.3-3.15m）毫米波雷达：前方障碍物信息（0-175m）视觉传感器：检测车道辅助识别 69863项目中期检查汇报未保持安全距离

雷达信息与视频信息融合将雷达目标投影到图像中，基于车道线和雷达目标比较，判断雷达目标是否在车道线内，剔除车道以外目标70863项目中期检查汇报识别前方障碍物只预警本车道前方障碍物，剔除其他车道车辆及树、杆，减少误判根据距离，分级预警71863项目中期检查汇报2视频检测车辆运动表达75危险行为识别76车辆典型危险行为类型自动车辆识别技术（AVI）自动车辆识别（AutomaticVehicleIdentification,AVI）是当车辆通过某一特定地点时，自动将该车的身份识别出来的技术统称。车辆的身份，指车辆本身的代表符号以及固有的属性。在自动车辆识别系统中，有些采用传统的车牌识别，但更多地采用条形码、电子车牌、电子识别卡等技术。本课程的AVI主要指后者。AVI系统的主要构件由车载单元、解读单元、处理单元组成。根据这些构件的不同，其实现的方法也不同，较为常用的技术为：感应线圈式、无线电/微波式、光学式、平面音感微波式等。。教材第3章气象数据检测器常规检测：温度、湿度、风、雨能见度路面湿度路面结冰路面积雪补充一种特殊的信息采集技术-定位技术美国运输研究委员会（TRB）认为，车辆自动定位（AVL，AutomaticVehicleLocation）主要目的在于自动地找出某部车辆在特定时间的位置，以应用于车载导航、车队管理等系统。AVL是ITS的基础工程，通过准确的定位系统，配合通信技术以及数字地图的使用，可以进行实时路径诱导，避开拥挤路段，寻求最佳路径。越来越多的ITS应用都依赖于高精度可靠地定位…全球定位系统（GPS）介绍GPS是英文全称NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的缩写，其中文含义为：导航卫星测时与测距/全球定位系统。GPS是基于卫星的无线导航系统，它提供一种实用的、价廉的在全球范围内确定位置、速度和时间的工具。这套系统是由美国国防部(DepartmentofDefense，DOD)所发展，但所有权属于美国交通部，目前免费提供给民间使用其定位讯号。定位技术定位技术GPS的组成空间部分（GPS卫星）。地面监控部分用户部分（接收机）定位技术空间部分空间部分由24颗卫星组成，这些卫星均匀地分布在6个相对于赤道夹角为55度的近圆形轨道上，轨道间的夹角为60度。轨道的距地平均高度约为2万公里，大约12个恒星时（11小时58分）绕地球一周，这种布局可以保证在全球的任何一点，任何时刻均能收到4颗以上的卫星信息。定位技术地面监控部分GPS的监控部分含五个监测站，四个地面资料上载站和运作控制中心。这些地面设施都是选在适当的经度区间距离。GPS定位测量是基于到达时间（TOA）测距原理。从已知位置上的发射机发射信号到达接收机所需时间间隔乘以信号传播速度，可得到发射机到接收机的距离。接收机从多个已知位置的发射机接收多个信号用于确定接收机的位置。由于卫星和接收机间的时钟偏差、传播延迟和其他误差，不可能测出实际距离，而是伪距。GPS定位原理GPS定位原理对于三维情况，需要3颗卫星（下图）。伪距产

生定位球体，而不是圆。显然，求解下列方程可确定接收机的位置（x，y，z）用于测量信号传播时间的接收机时钟与GPS时间不同步，必须确定接收机时间与GPS时间之间的时钟偏差。利用第四颗卫星可计算该参数。GPS在ITS中应用的精度要求服务种类

精度要求（m）

导航与路线引导

5－20

自动车辆监视

30

自动车辆识别

30

公共安全

10

资源管理

30

事故或应急响应

30

防撞

1

车辆指挥与控制

30－50

自动话音报站

25－30

应急响应

75－100

数据采集

25－35

GPS定位精度与误差误差常用的GPS（m）GPS最坏的情况（m）常用的DGPS（m）卫星时钟2～325<0.5卫星轨道1～2５<0.5SA30～50100<0.5瞬间推算3～515<0.5电离层延迟10～15100<0.5对流层延迟3～530<0.5多路径1030010接受机噪声5155总计误差100（95%）300（99.99%）15（95%）GPS定位精度与误差因美国和其盟国民用商业用户呼吁要求更高精度的导航定位服务，美国防部于2000年5月1日起取消SA(一种干扰措施)，使得现在可以把单点定位的水平精度提高到15米（95%时间内）；差分定位（DGPS）水平精度提高到5米（95%时间内）。这就大大增加了GPS应用于非军事用途的可行性。课下自学：差分定位DGPS原理其它卫星定位系统介绍-中国北斗计划北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。教材第3章GPS定位修正DR（DeadReckoning，推算定位）：利用距离传感器(即速度传感器一里程表)和航向传感器(压电陀螺)测量位移矢量，从而推算车辆的位置。推算定位技术的基本思想是当车辆在二维平面空间行驶时，如果初始位置和先前的每步位移均已知的话，在任何时刻的车辆位置都是可以计算。教材第3章DR（DeadReckoning，推算定位）定位原理在某时刻的车辆位置以及方位角计算：因为漂移，需要校正……教材第3章优缺点比较检测器技术优点

缺点感应线圈检测器·成熟、易于理解的技术·灵活多变的设计，可满足多种实施状况的需求·广泛的实践基础·与非地埋型检测器相比，设备价格便宜·提供基本的交通参数（如：流量、出现、占有率、速度、车长、车头时距和车辆间隙）·采用高频励磁的型号可提供车辆分类数据

·安装和维修需要关闭车道，对交通流造成干扰·在路面质量不好的道路上安装时易于损坏·路面翻修和道路设施维修时可能需要重装检测器·检测特定区域的交通流状况时往往需要多个检测器·降低道路寿命·对路面车辆压力和温度敏感·当车辆类型变化比较大时，精确性会降低·需要对检测器作定期的维护磁力检测器

·某些型号不需刨开路面即可安装于路面下·安装所需的时间比感应线圈短·可用于感应线圈不适用的地方（如：桥面等地）·对路面车辆压力的敏感度低于感应线圈·某些型号可通过无线电传输数据

·安装需要刨开路面或在路面下挖掘管道·安装和维修需要关闭车道，对交通流造成干扰·降低道路寿命·要想对静止车辆进行检测，需借助特殊的传感器设计或使用专门的信号处理软件·对检测区域较小的型号来说，检测全部车道需要多个检测器教材第3章优缺点比较道路管检测器·快速安装，适用于临时性的交通数据采集·低能耗、低价格·易于维修·交通量较高时，车轴计数的准确度下降·压力启动开关对温度敏感·车辆轮胎会对道路管造成损害红外线检测器

·主动式红外线检测器发射多光束的红外线，保证对车辆