孫靜

（遼寧對外經(jīng)貿(mào)學(xué)院，遼寧 大連 116052）

城市交通區(qū)間測速算法研究

孫靜

（遼寧對外經(jīng)貿(mào)學(xué)院，遼寧 大連 116052）

區(qū)間測速系統(tǒng)是基于先進的車輛抓拍技術(shù)、車輛牌照自動識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，來實現(xiàn)的一種新型的超速違法取證系統(tǒng).該系統(tǒng)通過計算車輛通過路段平均速度的方式來判斷是否超速，有效解決了單點測速的易躲避性，更有效地控制超速與減少超速等違法行為的發(fā)生.本文主要針對區(qū)間測速系統(tǒng)中的車輛的平均速度測定方法進行了詳細的探討與研究.

區(qū)間測速；車輛；速度

1 前言

目前區(qū)間測速已不算是什么新名詞了，國內(nèi)已有越來越多的城市和地區(qū)如上海、杭州、青島、大連等都已采用區(qū)間測速這種形式作為一種有效的違法取證模式.

通過安裝在高速公路上的車輛自動抓拍系統(tǒng)，連續(xù)不斷地捕獲車輛圖片、識別和記錄多個斷面上實時通過的車輛信息，包括車輛號牌、通過時間、車輛全景圖片、各斷面點速度等，將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)（有線或無線）上傳至中心處理平臺，比對同一車輛在同方向兩個斷面的通行時間，再根據(jù)兩個斷面間的距離來計算該車輛通過此路段的平均速度，最后根據(jù)平均速度判斷是否超速.如存在超速行為則自動將違章車輛的數(shù)據(jù)及圖片等相關(guān)信息通過后臺管理平臺進行聲光報警，并可根據(jù)需要以短信的形式發(fā)送給附近和現(xiàn)場的值勤交警，或?qū)⑿畔l(fā)布在高速公路顯示屏上，以對違章車輛進行及時告知和警示更多的車輛.系統(tǒng)處理得到的所有違章車輛及相關(guān)圖片將作為違章信息源提供給違章系統(tǒng)作進一步處理.

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及主要功能

區(qū)間測速系統(tǒng)包括前端抓拍部分和中心管理部分.前端抓拍部分主要完成車輛檢測、圖片抓拍、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?中心管理部分主要完成車輛的車牌識別及對比、平均速度計算、違章圖片的形成、數(shù)據(jù)加密驗證以及對數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用等.系統(tǒng)的主要功能主要包括以下幾方面：

2.1 卡口功能

系統(tǒng)每個抓拍單點可以對每一輛已過此點的車輛進行抓拍，圖片通過網(wǎng)路傳輸?shù)街行墓芾砥脚_進行存儲，相關(guān)部門則可以通過客戶端對圖片進行查詢.

2.2 車牌自動識別功能

車牌自動識別功能是區(qū)間測速系統(tǒng)的重要部分，區(qū)間測速的實現(xiàn)依靠優(yōu)秀的車牌識別系統(tǒng)，只有在車牌識別準確率高的前提下，區(qū)間測速才有好的效果.

2.3 單點測速功能

此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每個抓拍單點的測速，檢測方式的不同也決定了測速方式的不同.線圈檢測方式，采用雙線圈或者三線圈來測速；雷達采用微波測速，測速精度相對較高；而視頻檢測采用視頻方式測速.

2.4 區(qū)間測速功能

在中心平臺軟件上可以通過區(qū)間段和車牌檢索，實現(xiàn)車輛通過某個區(qū)間段平均速度的計算，并可檢索關(guān)聯(lián)車輛通過兩個測速記錄點的照片和通過時刻的點速度.

顯然，如果沙特將石油作為扭轉(zhuǎn)當前局面的重大措施確實發(fā)揮了顯著作用。這也進一步凸顯了在美國致力于將伊朗原油出口降至零的環(huán)境下沙特對國際原油市場的重大影響力。沙特也似乎是在警告美國和叫嚷對其實施制裁的國家，如果你們膽敢實施制裁，沙特就將拿起石油武器進行應(yīng)對，將國際原油價格推向各石油消費國難以承受的高位。盡管沙特使用石油武器應(yīng)對可能的制裁具有正反兩面性，但沙特已經(jīng)暗示了其以此應(yīng)對潛在制裁的決心，既然能夠增產(chǎn)，同樣能夠減產(chǎn)。

3 車輛速度計算算法研究

3.1 段內(nèi)平均車速與瞬間平均車速

在區(qū)間測速系統(tǒng)中如何規(guī)定此區(qū)間車輛的平均速度是至關(guān)重要的，因為此平均速度一經(jīng)確定，其它通過此區(qū)間的車輛就要在這個規(guī)定的速度內(nèi)行駛，否則就視為超速行駛.所以說某一車輛在某一時刻的車速并不是重點，該車輛在這一區(qū)間內(nèi)的平均車速才是我們系統(tǒng)探討與研究的重點.在確定某一區(qū)間的平均車速時，如果只片面的用單個車輛的速度來體現(xiàn)多個車輛的速度特點是不妥當?shù)?，因此針對這一缺點我們可以測量一定數(shù)量的車輛速度值實驗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后對于獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來計算機其平均數(shù)值，最后確定此區(qū)間的平均車速.區(qū)間車輛的平均速度分為:段內(nèi)平均車速，是指車輛在某一時間段內(nèi)通過設(shè)置在公路兩端的卡口與監(jiān)控設(shè)備測量到的所有車輛的車速度的平均數(shù)值.段內(nèi)平均車速體現(xiàn)的是大面積車流在不同的時段內(nèi)的車輛速度.瞬間平均車速，是給定的一特殊公路段的某一測量處，某一特定的時間點處所有測得車輛速度的平均數(shù)值.本文著重討論的是段內(nèi)平均車速.段內(nèi)平均車速的實現(xiàn)方法按照其實現(xiàn)原理可以分為以下兩種算法:

3.1.1 區(qū)間起始點估算法

該算法的基本原理是:我們將某一區(qū)間路段的起始點各設(shè)置兩個地下感應(yīng)線圈，并在感應(yīng)線圈所對應(yīng)的路面上畫出兩條虛擬檢測線，通過這虛擬檢測線就可以計算出區(qū)間起始點之間的距離s.由設(shè)置在地下的感應(yīng)線圈可以測量到通過起始點感應(yīng)線圈的車輛速及通過感應(yīng)線圈的時間（如：通過終點處的時間為t 2，通過始點的時間為t 1），我們就可以計算機出這一區(qū)間路段的時間之差為△t=t 2-t 1，再用兩點間的距離s除以時間差△t就可以測得車輛的平均速度V.

3.1.2 車型估算法

車型估算法主要有兩種方法：一是通過道路監(jiān)理部門我們首先得到該道路路段的車型組成比率，在進行平均速度測量時我們將所有經(jīng)過該路段的車輛，一律取標準車輛的長度，通過設(shè)置在路段某一處的卡口設(shè)備測量出車輛駛?cè)雲(yún)^(qū)間路段的時間值與駛出區(qū)間路段的時間值，用車輛的長度和駛?cè)肱c駛出時間計算出車輛的行駛速度.然后依據(jù)車型組成比率，對結(jié)果進行驗證與對比，換算成該檢測線上的不同類型車輛的平均速度.該方案的優(yōu)點是計算的工作量比較小，缺點是有一定的測量的結(jié)果并不精確，但在只要我們測量的車輛的數(shù)量足夠多時，計算的結(jié)果是比較接近準確值.另外一種方法是在測量前首選創(chuàng)建建種車型長度數(shù)據(jù)表，當區(qū)間路段內(nèi)有車輛駛?cè)霑r，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對檢測區(qū)域的車輛進行圖片提取進而對駛?cè)氲能囕v進行車型判斷，然后查找車型長度數(shù)據(jù)表，查詢出該車輛的長度數(shù)值后，結(jié)合此車輛的駛?cè)霑r間和駛出時間差值，計算出車輛的行駛速度.該方法與上一種方法相比較來說是測量的結(jié)果比較精確，但是該方法計算機起來比較復(fù)雜，而且計算的工作量較大.

3.2 算法原理

該算法的基本原理是:系統(tǒng)設(shè)置多個檢測區(qū)域Area.分別記錄出車輛駛?cè)氲谝粋€檢測區(qū)域（Area1）的駛?cè)霑r間t1，并將其存入后臺數(shù)據(jù)庫中；以此類推記錄下進入每一個檢測區(qū)域車輛的駛?cè)霑r間（如:t2,t3,t4……），通過測量得到的時間值我們可以計算出該車輛經(jīng)過任意兩個設(shè)置的檢測區(qū)域的時間差△t，從通過求平均值的方法計算機出平均時間差，這樣我們再通過多個檢測區(qū)域間的距離來計算出該車輛在兩個檢測區(qū)域之間的平均速度.判斷車輛駛?cè)霗z測區(qū)域是要所設(shè)置在卡口處的監(jiān)控攝像頭返回的圖像來判斷的，其中攝像頭標定方案如圖1所示.

圖 1攝像機標定圖示

我們要檢測的區(qū)間路段的區(qū)間距離可以通過攝像機獲得的相關(guān)的參數(shù)并通過公式計算得到.如圖1所示：攝像機的距離地面的為高度（h）、視場角度（FOV）α、一條檢測線對應(yīng)的角度β/r，q代表長度為l的區(qū)域所包含的行像素的數(shù)目；r是圖像的垂直分辨率.公式（1）為某一個檢測的區(qū)間路段的區(qū)間距離：

l=htan[arctan(d/h)+qβ/r]-d公式（1）

由公式1我們可以測量到任意兩相鄰的區(qū)間路段area1、area2之間的距離L，然后我們再測量出車輛到達area1、area2之間的時間差便可以計算出車輛的速度,具體實現(xiàn)方法如下：

（1）記錄下某一車輛到達區(qū)間路段AOIn的時間Tstar (tn).

（2）記錄下車輛到達區(qū)間路段AOIn+1的時間Tstar (tn+1)，此時可以得到車輛的速度計算公式如式（如：公式2），公式中N為車輛出現(xiàn)的次序號.

V(N)=1/（Tstar(tn+1)-Tstar(tn)）（公式2）

（3）統(tǒng)計出某一段時間內(nèi)車輛數(shù)目N，利用函數(shù)Car-Speed(N)求取平均車輛速度.

3.3 算法流程圖

根據(jù)以上算法描述，車輛速度計算的流程圖如圖2所示：

圖2 車輛速度計算流程圖

4 結(jié)束語

本文主要介紹了區(qū)間測速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與主要功能，并針對區(qū)間測速系統(tǒng)中的車輛速度的測定的的算法進行了詳細的描述.

〔1〕徐曉夏,陳泉林.智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中的自適應(yīng)背景更新算法研究[J].上海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003（10）.

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