長春大學計算機科學技術學院 谷 赫 趙耀紅 李念峰

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智能交通系統(tǒng)中道路流量監(jiān)測方法的研究與分析

長春大學計算機科學技術學院 谷 赫 趙耀紅 李念峰

【摘要】建立智能化交通系統(tǒng)的建立，其中首要任務是進行交通流量的監(jiān)測，文中從實際情況出發(fā)，提出基于地感線圈監(jiān)測、超聲波監(jiān)測、視頻圖像監(jiān)測等方法，并對三種方法的優(yōu)缺點進行比較，將其應用于合理的適用場合。

【關鍵詞】智能交通系統(tǒng)；交通流量監(jiān)測；地感線圈監(jiān)測；超生波監(jiān)測；視頻圖像監(jiān)測

1 引言

經(jīng)濟的發(fā)展導致城市規(guī)模和密集程度不斷擴大，城市交通已經(jīng)成為一個重要的發(fā)展課題。日益嚴重的交通擁堵、事故頻發(fā)等交通問題需要一個智能化的交通管理系統(tǒng)去解決。而交通流量的監(jiān)測是建立智能化交通管理系統(tǒng)的技術支持，它可以對現(xiàn)代交通系統(tǒng)起到規(guī)劃、管理和維護的作用。交通流量監(jiān)測是對車輛信息進行采集、分析處理的過程，它成為對交通管理進行控制的有效前提，通過對信息監(jiān)測結果進行分析，可以是交通運行的實際情況變得可視化。

2 流量信息監(jiān)測方法

交通流量監(jiān)測的方法有很多，我們需要從眾多方法中提取較比有效的方案，從而為構建智能交通系統(tǒng)提供原始信息。

2.1 基于地感線圈的車輛監(jiān)測系統(tǒng)

地感線圈檢測器是一種基于電磁感應原理的車輛檢測器，它利用傳感器技術，將傳感器件安置在交通路面以下，使上面的環(huán)形線圈通有一定的交變電流。當車輛通過線圈或停在線圈上時，車輛引起線圈回路電感量的變化，檢測器檢測出該變化就可以檢測出車輛的存在[1]。

根據(jù)纏繞線圈的環(huán)繞面積、總匝數(shù)、線圈周長，以及周圍介質(zhì)的情況可以決定線圈的自感應大小。道路上的車輛通過感應線圈時，金屬地板就會產(chǎn)生閉合的感應電渦流，感應電渦流會產(chǎn)生與原有磁場相反的新磁場，結果使線圈的電感應量變小，導致調(diào)諧頻率偏離原有數(shù)值[2]。我們?nèi)有碌念l率偏離信號，經(jīng)波形整形成為規(guī)則的矩形波，并以此作為計數(shù)脈沖，在固定的時間窗口采樣計數(shù)脈沖，可以得到振蕩器頻率的變化情況。傳感線圈的檢測情況如圖1所示。

2.2 利用超聲波技術的交通流量監(jiān)測

超聲波監(jiān)測是一種非接觸方式的檢測方法，利用聲波的傳播和反射原理，通過對發(fā)射波和反射波產(chǎn)生的時差實現(xiàn)對位移量的測量。將超聲波檢測探頭固定高處，每個車道固定一個探頭，對準下面的車道，探頭發(fā)射出超聲波，經(jīng)車輛或地面的反射后重新接收，根據(jù)反射和返回的時間差，判斷判斷是否有車輛通過。

圖1　傳感線圈檢測系統(tǒng)結構圖

超生波檢測電路是由發(fā)射電路、接收電路、信號控制與處理電路等部分組成。探頭安置在發(fā)送電路上，完成信號的采集工作。高頻振蕩脈沖信號由高頻振蕩電路產(chǎn)生，并在介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生超聲波。接收電路的作用是將產(chǎn)生的反射波進行篩選，并放大高頻信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將檢測到信息傳送到主機端。超聲波檢測電路邏輯結構如圖2所示。

圖2　超聲波流量檢測邏輯結構

2.3 視頻圖像檢測器

基于視頻的車流量監(jiān)測是以攝像機和計算機圖像處理為基礎，將攝像機捕獲到的視頻信號利用計算機對其進行分析，從而獲得在某一時間段內(nèi)，道路上通過的車輛的數(shù)目。

視頻檢測器主要由外場攝像機、數(shù)據(jù)處理及傳輸設備、視頻檢測處理器組成。這種技術能夠保證數(shù)據(jù)采集的廣泛性，一臺攝像機能夠采集到幾個相鄰車道的交通信息。包括交通工具的類型、交通流量、道路占有率、車輛運行速度、排隊長度等，這是之前所介紹的車輛檢測器所不能做到的。視頻檢測器的使用使檢測交通動態(tài)行為和各種空間交通數(shù)據(jù)成為可能。視頻檢測處理模式如圖3所示。

圖3　視頻檢測處理模式

3 各檢測方法的比較及適用領域

3.1 地感線圈

地感線圈這類方法實現(xiàn)的檢測系統(tǒng)可靠，測速和交通量計數(shù)精度較高，不容易天氣的變化和交通環(huán)境的變化所影響，具有穩(wěn)定性好，故障率低的特點。但是這種方法需要將傳感部件永久性的安裝在地面以下，在安裝和維護時都需要對路面進行挖掘，勢必會影響該路段的交通，并且費時費力。除此以外線圈受損后，維護困難。若涉及到道路改建和擴建等操作，必然會受到牽制。當高峰時段，車流量大，造成擁堵、車間距小時，受本身測量原理的限制將會會導致檢測精度降低。實踐證明，感應線圈檢測器更適用于高速公路、橋梁、隧道中流量的監(jiān)測。

3.2 超聲波

超聲波是一種非接觸式的檢測方式，不同與地感線圈，它不受光線、被檢測車輛顏色等因素的影響，對雨、霧、雪都有很強的穿透能力，及使環(huán)境惡劣也會有很好的適應能力。并且成本低，體積小，優(yōu)化升級方便、靈活。安裝維護比較方便，可靠性高，不受其他車輛遮擋影響，即使車流量密集也有很好的適應性，在越來越多的場合中較為適用。但超聲波檢測裝置反應時間長、容易產(chǎn)生大誤差，并且分辨率低、衰減快，有效測量距離小。根據(jù)其特點主要用于停車場車位檢測，交通流量、速度的檢測，還能提供車輛排隊長度、行程時間計算等功能。在交通信息處理系統(tǒng)中可替代感應線圈檢測器以降低環(huán)境干擾。

3.3 視頻檢測

視頻車輛檢測器的主要優(yōu)點為: 安裝簡單，使用、維護方便；檢測區(qū)域廣泛、物體真實再現(xiàn)、具有很好的可視化效果；檢測設置靈活、單臺攝像機和處理器可檢測多車道，可獲得大范圍交通信息，支持多條車道同時檢測。尤其是測速、交通量計算中具有不可比擬的高精度。但也存在缺點，視頻檢測方法穩(wěn)定性不好，維護調(diào)試需反復進行，檢測區(qū)域的背景環(huán)境變化(如氣象、光亮等)和攝像機晃動均可能降低車輛檢測器的檢測精度而造成誤判；該種方法主要用于車輛檢測及分類、交通擁堵分類、交通流的預測、交通參數(shù)的估計、字符的辨識、駕駛員行為的模擬等方面，可以進行信號等控制的交叉路口車輛的檢測、隧道內(nèi)交通檢測、交通事故檢測等。

4 結束語

在構建城市智能交通系統(tǒng)中，信息的采集是首要任務，我們可以通過各種手段獲取的交通信息，并對數(shù)據(jù)進行分析，從而使交通管理人員和道路的使用者獲得道路信息和交通管理方案，最大限度地發(fā)揮整個交通系統(tǒng)的運輸和管理效率。交通流量檢測系統(tǒng)是建立智能交通系統(tǒng)的前提，通過對三種常用方法進行系統(tǒng)研究，分析信號的采集、傳輸及處理過程，對比各方式的優(yōu)缺點，針對各自的適應性，使其應用于合理的場合，為智能交通系統(tǒng)的設計與實施提供了有價值的參考。

參考文獻

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[2]傅明,湯強.基于無線傳感器網(wǎng)絡的交通流量采集系統(tǒng)[J].交通信息與安全,2011,4.

[3]杜成濤,王水清.基于單片機智能交通流量檢測器設計與實現(xiàn)[J].微處理機,2003,4.

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[6]賈冬冬.AutoScope視頻車輛檢測系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].公路交通科技,2003,6.

[7]潘秦華.一種實時可靠的視頻交通流量檢測方法[J].電子科技,2005,7.