基于视频检测的流量监测技术在高速公路中的应用

摘要：文章概述了智能交通应用于高速公路现状，结合杭金衢高速公路，重点阐述了基于视频检测的流量监测技术在其上面的应用。

关键词：视频检测；监测技术；高速公路

中图分类号：U49文献标识码：A

1.概述

时下，智能交通系统是以缓和道路堵塞、减少交通事故、提供方便和舒适的交通行路为目的，将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统。它通过传播实时的交通信息使出行者对即将面对的交通环境有足够的了解，并据此作出正确选择通过消除道路堵塞等交通隐患，建设良好的交通管制系统，减轻对环境的污染通过对智能交叉路口和自动驾驶技术的开发，提高行车安全，减少行驶时间。ITS不单指某种或几种技术，更代表了一种全新的理论和思维方式。

2.智能交通应用于高速公路

2.1国内高速公路现状

高速公路作为社会经济发展的产物，其发展水平是衡量一个国家经济实力及现代化程度的一个重要标志。但是，由于历史原因，我国的高速公路始建较晚，但最近十年来，其发展极其迅速，中国高速公路年均通车里程在5000公里。但不可忽视的是我国的高速公管理还处在较低的水平，适应不了高速公路的要求。高速公路的管理水平跟不上，适应不了高速公路的要求。高速公路的管理水平跟不上，带来交通状况的日益恶化。如：交通安全度差、交通事故频发等等。高速公路的交通事故率显著地高与普通公路。由此还诱发了废气污染、能源紧张等问题。

2.2高速公路智能化

高速公路智能化的含义。是指将先进的信息技术、数据通信技术控制技术、传感技术、运筹学、人工智能和系统综合技术有效地集成应用于高速公路的建设和管理，使其具有语言、数学逻辑推理、视觉模拟或替代人的肢体运动的能力，从而加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种安全、高效的运输系统。

高速公路智能化的基本要素主要包括信息化和综合化 ，能完整地 、实时地采集和发布高速公路交通信息及其他相关信息，交通参与者、交通管理者、交通工具、道路管理设施间能实时和高效地进行信息交换。高速公路智能化将原先分散的各个子系统有机地组成一个整体，大大提高了现有交通系统的管理水平和控制能力，并提高了交通网络的通行能力．减轻了交通对环境的负面影响，而且改变了“管理”观念，贯彻了“以人为本”的服务意识。

2.3基于视频检测的智能交通技术

基于视频检测的智能交通技术是通过计算机图像处理的方法来分析从交通现场采集到的图像信息。随着计算机图像处理技术的在理论上和实际应用方面的飞速发展和计算机软硬件的性能不断提高，现阶段在数据处理的实时性方面已经完全能够满足要求。计算机图像处理技术在智能交通系统中有着十分广阔的应用前景。现在已经成为智能交通系统领域的研究热点，不论是在理论研究还是实际应用中都有着十分重要意义。

3.基于视频检测的流量监测技术

3.1 现有的流量监测技术

目前在高速上应用的流量监测技术包括以下几种：

1.基于地感线圈的流量监测技术：地感线圈实际上是一个振荡电路。它需要在在地面上先造出一个圆形的沟槽，再在这个沟槽中埋入两到三匝导线，这就构成了一个埋于地表的电感线圈，这个线圈是一个振荡电路的一部分，由它和电容组成振荡电路，其原则是振荡稳定可靠，这个振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，单片机就可以测量这个振荡器的频率了。当有大的金属物如汽车经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化（有金属物体时振荡频率升高），这个变化就作为汽车经过“地感线圈”的证实信号，同时这个信号的开始和结束之间的时间间隔又可以用来测量汽车的移动速度。技术关键是设计出的振荡器稳定可靠并且有汽车经过时频率变化明显。地感线圈技术对车辆的检测比较准确，但是遇到复杂的环境很容易出现误触发。同时由于需要在地下埋设感应线圈，加大了施工难度同时提高了工程成本。并且线圈在大车重压下容易损坏，增加了维护成本。

2.基于计费信息的流量监测技术：该技术是通过采集车辆的计费信息，通过获得计费的出发地和目的地，反推出车辆经过的路段，生成相应路段的流量数据。以此种方法获取的流量信息相对比较准确，但是实时性比较差，不能够准确反应实时的流量信息，也不能够提供断面的图像信息。

3.基于视频检测的流量监测技术：通过高清摄像头，监测断面道路，对进入检测区域的车辆实时识别，不需要对路面进行开挖等作业，施工简单，维护方便，是无损的检测方式。同时，实时的将数据回传给数据中心，能够实现流量数据的实时展现。

3.2基于视频检测的流量监测技术面临的问题及解决方案

传统的视频检测技术在进行流量统计的过程中，经常面临以下问题的困扰，导致数据不准：

1.车流拥挤造成的统计失真：由于特征提取不准确或者是提取的特征物被遮挡，导致重复计数，这种情况在交通枢纽及隧道出入口等路段中尤其明显。

2.夜间流量统计失真：在夜间，由于没有自然光线，只能依靠自身光源进行补光，造成许多在白天非常明确的特征在夜间无法正常识别，造成计数偏少。

3.阴影造成的统计失真：在阳光照射强烈的时间段，车辆通常都带有强烈的阴影，传统的视频检测方法很难去除阴影的影响而将阴影也作为车辆计数，造成了计数偏多。

针对以上的问题，采用了相应的措施予以解决：

1.采用车辆动态跟踪：从一辆车进入相机检测区域开始，就进行特征识别和提取，综合线条、角点等特征，对车辆进行识别，定位，并连续跟踪其运动轨迹，直至其离开检测区域为止，才作为计数的依据，进行流量统计。该方法很好的解决了车流拥挤，车速缓慢时造成的计数失真。

2.采用多角度的补光措施：为了避免夜间特征失效，通过在多个位置、多个角度安装补光灯源，在不影响驾驶员视线的前提下，完整的展现车辆的特征。

3.采用阴影排除方法，将阴影造成的统计失真降到最低。由于阴影在色彩空间上有很强的一致性，通过动态识别一致色彩区域的方法，有效的剔除阴影对流量监测的影响。

4.基于视频检测的流量监测技术在杭金衢高速公路上的应用

4.1杭金衢高速公路概述

杭金衢高速公路是国家规划中的国道主干线"五纵七横"之一横--上海至瑞丽高速公路的组成部分，也是浙江省跨世纪发展战略的重要组成部分，全长290.5公里。北起杭州萧山红垦,与沪杭甬高速公路、杭宁高速公路、杭州机场路等相连,在金华境内又与金丽温高速公路、甬金高速公路相连，止于浙赣交界的常山县窑上村,与江西省犁园到温家圳高速公路相连.沿线经过杭州、绍兴、金华和衢州4个地市12个县(区)。

杭金衢双向仅4车道，每天单向设计流量是2万。最近几年，私家车增加速度迅猛，高速上的实际流量远超设计流量，尤其是节假日期间，来往杭金衢高速的车子非常多。而且，诸永高速的开通，使原先很多走上三高速的车辆现在也改走杭金衢，也大大增加了这里的流量。

车流量的飞速上涨，使得本就不堪重负的杭金衢高速公路雪上加霜。如何保证顺畅通行，降低事故发生率，成了杭金衢高速公路业主单位的工作重点。

4.2 技术方案

系统由四大部分组成：前端图像采集部分、数据处理部分、传输部分、中心管理部分。前端采集部分是系统的前沿部分，是整个系统的"眼睛"，它把监测的内容变为图像和数据信息，传送到控制主机，抓拍识别部分的好坏及它产生的图像信号质量将影响整个系统的质量。网络传输部分是系统的图像信号通道。数据处理部分和中心管理部分是实现整个系统功能的指挥中心。

系统架构图如图1所示：

图像采集前端包括：200 万 CCD 高清摄像机，百万像素镜头、室外防护罩。图像采集前端通常安装在 L 型架杆或者龙门架上。摄像机与车牌识别设备通过网络连接，支持 TCP/IP 协议。

数据处理单元采用嵌入式架构，具备很强的处理能力，实现了图像数据的实时处理。

现场设备的安装示意图如下：

4.3系统应用

业主为了求证方案的可行性，于2011年5月在杭金衢高速新岭隧道的龙门架上安装了一套单方向断面流量监测系统。采用2台高清相机，一台相机覆盖1，2车道，一台相机监控应急车道。

通过一段时间的试运行，通过比对新岭隧道内的地感线圈流量数据，以及计费获得的数据，效果显著。图3显示了该断面获取的流量照片，图4显示了主车道的日流量报表。

在测试过程中，为了验证效果，分别对相机数量，相机位置，补光灯位置等参数进行了调整，结果如下;

一个车道采用一个相机：该方案效果很好，但是，投入成本过高，不仅需要添加相机，同样也需要增加相应的补光灯，同时在客观上增加了一个故障点。

两个车道采用一个相机：该方案的效果也很好，而且较之上一方案，成本有明显下降。

在两个车道采用一个相机的情况下，将相机装在1车道正上方，所获取的流量数据准确性和号牌识别率上没有太大差别，但是，所采2车道车辆的照片有些倾斜。

在两个车道采用一个相机的情况下，将相机装在1、2车道正中间，所获取的流量数据准确性和号牌识别率要稍稍高一些。

一个车道一个正向补光灯：只能够照亮车牌，和车辆正面，但基本不能够辨别车厢。

一个车道一个正向补光灯，同时整个断面外延安装两个侧向补光灯：该方案效果较好，不仅能够照亮车牌和车辆面正，同时也能看清车厢。总结

通过实际测试验证，基于视频检测的流量监测系统成功实现了系统设计的预想。不仅提供了车辆牌照数据，图像清晰可辨，可用性好；还提供了准确、及时的流量数据，用于营运管理分析，值得高速公路营运管理业主借鉴。

参考文献

[1]汪泉.基于运动目标检测与跟踪的视频测速技术的研究与应用[D].江西：南昌大学，2007年.

[2]王俊.智能交通信息采集子系统的研究与实现[D].湖北：华中科技大学.2006年.

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