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1、 .wd.交通参数视频检测研究交通参数视频检测研究交通参数视频检测技术是一项将信息技术和交通工程系统充分融合的系统技术，参数检测的实现基于路面交通行驶布置的根基上，通过图像分析和处理来实现。它的 基本原理是：对于实时输入的图像或视频，首先判断其中是否存在交通对象，假设存在那么根据相应的算法判断交通类型，并相应进展统计、计算相关的参数信息。伴随着视频图象数字化处理技术的迅猛开展，交通参数视频检测技术已经在智能交通中，尤其在各种检测技术中显示了其性价比上的优越性1。本文谨以高速路段和城市快速路的监控视频为交通参数视频检测的研究对象2，先介绍课题研究背景及意义，尤其着重介绍智能交通系统(ITS)、交
2、通参数提取在智能交通领域的重要作用、目前交通参数采集的主要技术方法和相关设备，并通过文献检索方法收集和分析比较视频检测与其他检测技术的不同之处，以此确定视频检测在检测领域的地位和开展趋势，同时通过实验分析和实地调查视频检测技术如何实现交通参数的提取，了解视频检测技术目前的研究进度以及在使用过程中存在的问题，研究的最后将对交通参数视频检测在使用过程中出现的问题提出并进展方法改进。目录1.绪论11.1论文研究的背景意义11.2论文研究的相关知识21.2.1智能交通系统21.2.2交通参数21.2.3高速公路交通流理论31.3国内外研究历史和开展近状41.3.1国内研究历史和开展近状41.3.2国外
3、研究历史和开展近状41.4 课题研究的安排和成果51.4.1课题研究的安排51.4.2课题研究的成果52.交通参数检测方法及设备72.1交通参数检测方法72.1.1虚拟线圈法或虚拟检测线法72.1.2机动车跟踪法82.2交通参数检测设备82.2.1 环形线圈检测装备92.2.2红外线检测设备102.2.3交通微波传感设备102.2.4视频检测设备113.交通参数视频检测系统的设计与实现133.1基于Matlab软件的视频检测系统的设计133.1.1视频图片的预处理143.1.2背景图片确实定163.2基于差分法的运动目标参数检测系统算法的实现173.2.1读取视频173.1.2处理帧图像243
4、.1.3获取车辆其他参数263.3视频检测系统的工作流程283.4结果分析334.视频检测系统在交通参数提取中的应用364.1交通参数视频检测技术在远景交通参数观测上的运用364.2交通参数视频检测技术在近景交通参数观测上的运用365.课题内容总结与展望375.1课题总结375.2研究展望37交通参数视频检测研究1.前 言信息的根基是数据，它能反映客观世界，帮助解决客观存在的问题3。伴随着现阶段经济的迅猛开展和生活条件的极大提高，社会对交通运输需求不断增加，致使交通出行量的大幅增长，同时有限的道路网容量和交通根基设施、不断增长的汽车保有量、频繁出现的交通拥挤和高频率车辆事故等现象，要改善或解决
5、这些交通现状、交通问题的前提那么是开展交通调查和研究。无论是机动车辆、非机动车辆还是行人，都在其对应的运动空间内呈现一定的运动规律；无论是车辆驾驶员、行人还是乘客，都在参与交通出行时呈现相关行为和心理反响，而掌握这些交通参与者的运动规律，那么对开展各类交通工程相关工作具有非常重要的意义4。基于视频的交通参数检测技术那么是为改善或解决上述交通问题的过程中，在现有交通设施的根基上，运用先进技术对道路交通进展更有效的控制与管理，发挥现成道路网体系最高效率的目标根基上开展起来的智能交通系统方法之一5。数据基于视频提取的交通参数交通参数领域获取工具1.1论文研究的背景意义据调查显示，改革开放以后，我国大
6、力进展以高速公路为主的高等级道路建设，截止到2007年，公路通车总里程已达358.30万公里6，此中包含的高速公路里程约5.4万公里，只占公路通车里程的1.5%，而仅这1.5%比例的高速公路在采用智能交通系统Intelligent Transportation Systems,简称ITS的根基上，通过加强交通三要素4人、车、路三者之间的联系，从而初步缓解了交通在经济建设中的瓶颈制约。交通参数视频检测技术作为智能交通领域内典型应用，具有参数获取操作简单、高效实时采集、成本低廉等特点，国内外各相关部门和研究人员已经对此深受重视。交通参数视频检测研究技术将交通运输工程学、车辆工程、系统科学工程、控制
7、科学工程、信息工程、计算机技术和智能科学等学科相融合形成多学科穿插范畴的研究热点。1.2论文研究的相关知识1.2.1智能交通系统智能交通系统，即Intelligent Transportation Systems，简称ITS，是为了对现有道路交通进展更加有效的控制和管理，而将先进的信息科学技术、计算机科学技术、控制工程技术、传感集成技术、智能科学、自动化原理等知识综合运用于交通服务范畴，从而加强交通三要素行人、机动车、道路三者之间的联系，提高道路交通服务效率。智能交通系统在交通运输中的应用又称“智能运输系统。智能运输系统包括先进的出行信息系统ATIS、交通管理系统ATMS、公共交通系统APTS
8、、车辆控制系统AVCS、电子收费系统ETC、商用车辆运营系统CVOS等。而视频检测技术均可以运用于各个智能系统领域，发挥实时监控、数据采集等功能6。1.2.2交通参数交通参数是一种描述交通流定性定量特征的物理量，通常包括交通量、速度、密度、车头时间距、道路占有率包括时间占有率和空间占有率、通行能力等，一般获取交通量、车速、密度后，可根据三者之间或与时间或空间距离的关系得到车头时间距、道路占有率等其他交通参数。交通参数定义及其表示交通量单位时间通过道路断面的车辆数，一般以字母Q表示速度包括平均速度、地点车辆速度、区间车辆速度、行程车辆速度等，表示相应时间通过的路程。一般以小写字母V表示。密度包括
9、空间占有率和时间占有率，即单位长度道路，某一瞬间存在的车辆数，一般以大写字母K表示3。1.2.3高速公路交通流理论由匝道、交织影响区和 基本路段三局部组成的高速公路是自成封闭系统的一种公路形式6。这种系统使车辆车速的提高提供了保证，同时为了更加方面管理，会增设高质量的附属设施，如安全设施、监控设施等，视频监控那么是在高速公路上经常使用的一种监控设施。同时为了方便研究，通常将路面上行驶的交通个体所构成的流体称为交通流。按照高速公路交通流特征及交通三要素交通量Q、速度V、密度关系： (1-2-1)随着路面的机动车数量Q增多、交通流的密度增大时，驾驶员为保障安全行驶不得不减速驾驶。当车流密度K增大后
10、减小时，车辆速度V又会增大。这说明车速V和密度K之间存在有一定关系，并且车辆速度V随车流密度呈现递减的关系。作最为简单的假设：机动车速速V随机动车流密度呈现线性递减的关系，如下：， 其中为非负常数 (1-2-2)在现实交通情况中，随着交通流密度的增大，机动车速度的减小速率会加快。因此将上述模型修正后为二次函数模型：(1-2-3)当交通流密度K为零，即时，机动车速度可达理论的最高值Vf，即自由行驶速度。从而(1-2-4)当车流密度到达车辆阻塞密度时，机动车速度，道路处于阻塞的状态。即(1-2-5)按照345式可得, (1-2-6)再按照1式可得高速公路交通流理论模型：(1-2-7)上述模型充分表
11、达了交通流量Q与机动车速度v和机动车辆密度K三者之间的关系3图1.2.3：基于上述模型得到函数V和关于K的函数大致图像1.3国内外研究历史和开展近状1.3.1国内研究历史和开展近状基于视频的交通参数检测技术在国内的研究起步较美国、日本、欧洲等国家晚，但随着智能交通技术的广泛运用前景和潜在的经济价值不断激发我国不少研究人员致力于该项研究，如杨树长的背景差分法、黄爱民的图像处理与神经元网络相结合、魏武的帧差法、胥健的基于二维时空图像分析的车辆检测和分割方法等，目前近经过近十几年的开展，也已经取得很多研究成果2。比方清华大学与清华紫光合作开发的新一代交通参数视频检测系统VS3001、浙大电信研究所、
12、亚洲视觉公司研究开发的实时道路交通信息系统、哈尔滨工业大学研究开发的VTD2000系列视频动态交通流信息采集系统，这些产品、技术研究虽已经深入三维技术，但在实际使用中，却不符合我国交通国情，目前国内交通参数视频检测水平要跟上国际水平并生产适应国内交通实情，还需不断开发、加强和完善视频图像处理等方面的研究7。1.3.2国外研究历史和开展近状在国外开展的交通参数视频检测技术起步较早，该技术最开场是以人工操作的根基上添加半自动化的仪器来检测交通参数，其代表作有：Trip交通图像处理系统。1976年，美国加州Jet Propulsion实验室提出“视频交通检测概念，开场针对不同交通条件设计相应算法提取
13、交通参数的研究8。1996年开场，美国DARPA方案局3年内通过资助的以卡内基梅隆大学Carnegie Mellon University为首的、麻省理工学院MassachusettsInstituteofTechnology等高校和公司，为此他们联合研制了视频监视与监控系统VSAM系统，这种系统通过采用自动视频理解技术，实现了在未来战斗中靠人力无法实现或投入人力监视和监控成本高昂且不安全系数大的场合监视与控制。欧洲联盟甚至直接投资2500万欧元折合人民币2亿5千4百40万于欧洲多个高校与企业研制安全视频监控系统ADVISOR系统9。目前，比较成熟的能实时检测交通参数的系统产品有美国PEEK公
14、司的VideoTrak-900、ISS公司的AUTOSCOPE系统,比利时Traficon公司推出的Monitor系列等，它们代表未来交通参数视频检测技术领域的开展和应用方向10。1.4 课题研究的安排和成果1.4.1课题研究的安排1重点查阅交通参数检测技术相关文献和地籍资料，对国内外关于交通参数检测和视频检测技术的开展史进展梳理，收集国内外已研发的视频检测技术有关的书籍著作、期刊、报纸等与选题相关的资料，并进展整理归纳。2通过对现有的文献资料，分析、研究和总结现有交通参数检测技术的研究历史和现状，对交通参数检测技术有进一步的认识。3选择常用的视频检测技术进展研究，根据需要，选择有代表性的高速
15、公路视频监控视频作为论文研究的材料，进展调查理论分析和研究。通过对选取的高速公路路边监控摄像头等的实地调研以及访谈有关人员的方法，一方面补充文献资料的缺乏，另一方面有助于加深对研究思路的理解以及对研究、解决问题的启示10；4在理论研究的根基上，通过采集相关的录像视频并利用实验设备分析和研究视屏检测技术如何采集参数信息实现交通路况的实时监控。5通过综合分析各类资料及文献，并经过实地调查和设计实践等，不断从理论到实践再到理论研究所得的结论，不断完善和改进，最后得到方案的成果。1.4.2课题研究的成果完成一篇研究深入，分析透彻，写作标准，符合要求的毕业论文。2.交通参数检测方法及其设备2.1交通参数检测方法尽管随着科技的开展，各种交通参数检测设备在智能交通市场层出不穷，但究其原理无非以下两类：一种基于视频图像虚拟线圈或虚拟检测线的检测方法；另一种为基于机动车量目标跟踪的检测方法1。2.1.1虚拟线圈法或虚拟检测线法虚拟线圈法或虚拟检测
