【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)委員會 ISO/IC20xx中國委員會正式成立，委員會的主要任務(wù)是積極推進(jìn)中國 ITS 的標(biāo)準(zhǔn)化； 1999年，我國成功舉辦了 “99國際智能交通技術(shù)研討會暨展會 ”； 20xx年 7月， “第四屆 亞太地區(qū)智能交通（ ITS）年會暨技術(shù)產(chǎn)品展覽會 ”在北京舉行。為中國推動中國 ITS 的發(fā)展， 20xx年 2月 29日，科技部會同國家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、公安部、交通部、 鐵道部、建設(shè)部、信息產(chǎn)業(yè)部等部委相關(guān)部門，在充分協(xié)商和醞釀的基礎(chǔ)上，成立了發(fā)展中國 ITS 的政府協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu) ——全國智能交通系統(tǒng)（ ITS）協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室，并成立了 ITS 專家咨詢委員會。特別是國家在 “九五 ”期間，原國家科委與十幾個(gè)部委成立了全國 智能運(yùn)輸 系統(tǒng)協(xié)調(diào)指導(dǎo) 小組及辦公室，將 全球定位系統(tǒng) GPS(Global Positioning System)、地理信息系統(tǒng) GIS(Geographic Information System)以及管理信息系統(tǒng) MIS(Management Information System)簡稱為 “3S”（ GPS、 GIS、 MIS）作為重點(diǎn)項(xiàng)目予以支持，并初步啟動了 ITS 體系框架和標(biāo)準(zhǔn)體系的研究； “十五 ”期間，隨著各項(xiàng)技術(shù)成熟與發(fā)展， ITS 應(yīng)用已經(jīng)成為社會的共識，為此科學(xué)技術(shù)部將 “智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和示范工程 ”列入 “十五 ”國家科技攻關(guān)計(jì)劃的重大項(xiàng)目。目前該項(xiàng)目已經(jīng)全面啟動，首批確定了北京、上海、天津、重慶、廣州、濟(jì)南、青島、杭州、深圳和中山 10各城市作為智能交通試點(diǎn)示范城市。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展符合未來交通運(yùn)輸發(fā)展的方向，將為我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一個(gè)巨大的市場。因此在我國開展智能交通 與運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，將對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，增強(qiáng)國際競爭力有十分重要的作用。為了從整體上規(guī)范我國的智能交通系統(tǒng)建設(shè)，在全國智能交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組和國家科技部的領(lǐng)導(dǎo)和組織下，我國完成了 “智能交通系統(tǒng)體系框架 ”的研究和編制工作，并正在進(jìn)行 “智能交通系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)框架 ”的進(jìn)一步研究和修編工作。目前，我國已經(jīng)建立或正在研究開發(fā)的智能交通系統(tǒng)主要包括以下方面： （ 1）交通信號控制系統(tǒng)。我國大多數(shù)大城市已經(jīng)建立了交通信號控制系統(tǒng)，其中包括我國自行開發(fā)的系統(tǒng)和引進(jìn)的國外 SCATS、 SCOOT 等系統(tǒng)。目前，我國若 干研究機(jī)構(gòu)和一些企業(yè)集團(tuán)正在致力于適合中國混合交通特點(diǎn)的、具有一定自學(xué)習(xí)功能的、與交通誘導(dǎo)等其他子系統(tǒng)有相當(dāng)協(xié)調(diào)能力的信號控制系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。 （ 2）交通監(jiān)控系統(tǒng)。我國多數(shù)城市已經(jīng)建立了以電視攝像為主體的交通監(jiān)控系統(tǒng)。 （ 3）交通管理系統(tǒng)。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛檔案、駕駛員檔案、交通事故及交通違章的綜合管理，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 （ 4）交通信息動態(tài)顯示系統(tǒng)。利用交通控制系統(tǒng)和交通信息系統(tǒng)等進(jìn)行動態(tài)信息顯示。 （ 5）交通誘導(dǎo)系統(tǒng)。利用交通廣播電臺或交通尋呼臺實(shí)時(shí)發(fā)送交通信息。 （ 6）交通運(yùn)輸安全報(bào)警系統(tǒng)。利用 GPS/GIS 等的功能。 （ 7）電子收費(fèi)系統(tǒng)（ ETC）。利用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息通訊技術(shù)，通過安裝在汽車上的電子標(biāo)識卡（存儲與車輛收費(fèi)有關(guān)的大量信息，如預(yù)繳金額、車型、車主）與安裝在收費(fèi)車道旁的讀寫收發(fā)器，通過微波或紅外線進(jìn)行快速的 數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)車輛的不停車收費(fèi)不僅可以解決收費(fèi)站的排隊(duì)問題，而且應(yīng)用它可以方便實(shí)現(xiàn)道路擁擠收費(fèi)，進(jìn)行交通需求管理；可以進(jìn)行交通監(jiān)視、事件檢測，實(shí)時(shí)的 OD 矩陣估計(jì)等。 智能交通系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容 根據(jù) ITS 的研究內(nèi)容，對 ITS 項(xiàng)目進(jìn)行分類的方法有很多種 ，這里采用的是美國國家 ITS 框架體系（《 National ITS Architecture》）中對 ITS 的分類方法，將其分為 7大類：先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ Advanced Traffic Management Systems,ATMS）、先進(jìn)的 出行 者信息系統(tǒng)（ Advanced Traveler Information Systems,ATIS）、先進(jìn)的 公共交通 系統(tǒng)（ Advanced Public Transportation Systems,APTS）、先進(jìn)的車輛控制及安全系統(tǒng)（ Advanced Vehicle Control and Safety Systems,AVCSS）、商用車輛營運(yùn)系統(tǒng)（ Commercial Vehicle Operations,CVO）、緊急救援管理系統(tǒng)（ Emergency Management Systems,EMS）、電子付 費(fèi)與電子收費(fèi)系統(tǒng)（ Electronic Payment Systemsamp。Electronic Toll Collection,EPSamp。ETC）。 （ 1）先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ ATMS） ATMS 利用監(jiān)測、通訊及控制等技術(shù)，將交通監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測所得的交通狀況，經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇煌刂浦行?，中心在結(jié)合其他方面所獲得的信息，制定及評估交通控制策略，執(zhí)行整體性的交通管理，并將相關(guān)信息傳給出行者，以達(dá)到運(yùn)輸效率最大化及運(yùn)輸安全等目的。本系統(tǒng)主要特色是強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)與實(shí)時(shí)控制的功能，提供匝道控制、信號配時(shí)方案 、事件管理以及替代路線導(dǎo)引的參考等。 （ 2）先進(jìn)的出行者信息系統(tǒng) ATIS ATIS 由先進(jìn)的信息、通訊及其他相關(guān)技術(shù)，提供出行者必要的信息，使其能在車內(nèi)、家里、辦公室、車站、途中等地點(diǎn)方便地取得所需地出行信息，作為出行方式與路線選擇的決策參考，以順利到達(dá)目的地。 （ 3）先進(jìn)的公共交通系統(tǒng) APTS APTS 采用各種智能技術(shù)促進(jìn)公共交通的發(fā)展，如通過個(gè)人計(jì)算機(jī)、閉路電視等向公眾就出行時(shí)間方式、路線及車次選擇等提供咨詢，在 公交 車站通過顯示屏向候車者提供車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。 （ 4）先進(jìn)的車輛控制及安全系統(tǒng) AVCSS AVCSS 結(jié)合 傳感器 、電腦、通訊、電機(jī)及控制技術(shù)應(yīng)用于車輛及道路實(shí)施上，幫助駕駛員提高行車安全性，增加道路容量，減少交通擁擠。本系統(tǒng)主要特色是利用傳感器彌補(bǔ)人類感官功能的不足，減少危險(xiǎn)的發(fā)生；提高自動控制的程度，實(shí)現(xiàn)更安全、準(zhǔn)確、可 靠的控制，避免駕駛員因判斷錯(cuò)誤或技術(shù)不成熟所造成的損失。城市智能交通信號控制方法及 仿真研究 CVO 系統(tǒng)利用前述 ATMS、 ATIS 與 AVCSS 技術(shù)于商業(yè)營運(yùn)車輛，例如車輛自動識別技術(shù)、車輛自動定位技術(shù)、車輛自動分類技術(shù)等，提供企業(yè)內(nèi)部勞動生產(chǎn)率，提升運(yùn)輸效率及安全，改進(jìn)對突發(fā)事件的反應(yīng)能力，改善車隊(duì)管理和交通狀況，并減少運(yùn)輸成本，提高生產(chǎn)力。所謂 “商用車 ”不僅包括大型與重型車輛（如卡車、貨車），也包括緊急救援用車輛（如救護(hù)車、拖吊車），以及每日運(yùn)作的商用小型車（如 出租車 ）等。 （ 5）緊急救援管理系統(tǒng) EMS EMS 即為當(dāng)緊急危難發(fā)生時(shí)，求援車輛如何求援、救援車輛如何在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場，以及如何警示其他駕駛員的系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括車輛故障與事故求援、事故救援派遣以及救援車輛優(yōu)先通行等部分，為使事件能在最短時(shí)間獲得解除，降低傷害的程度。 （ 6）電子付費(fèi)與電子收費(fèi)系統(tǒng) EPSamp。ETC 電子收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用各種通訊和電子技術(shù)使得出行者和交通經(jīng)營管理機(jī)構(gòu)之間的交易變得更容易。電子收費(fèi)利用 車上的電子卡與路測的電子接收設(shè)備進(jìn)行通訊。 智能交通系統(tǒng)研究的意義 智能交通系統(tǒng)的主要目標(biāo)就是要充分有效地利用現(xiàn)有的交通資源，使其利用效率最大。智能交通系統(tǒng)將緩解擁擠、減少交通事故、降低交通環(huán)境影響以及提高效率等方面產(chǎn)生可觀的社會經(jīng)濟(jì)效益。具體來說，智能交通系統(tǒng)的社會經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： （ 1）減少交通擁擠和行車延誤 隨著城市人口的增加和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車和道路交通量不斷的增加，相應(yīng)引起的交通擁擠也增加。不管在發(fā)展中國家，還是發(fā)達(dá)國家，每年由于交通擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失 也十分巨大。 ITS 通過提供各種有選擇的信息服務(wù)，能夠使得出行者的路徑選擇向網(wǎng)絡(luò)均衡和系統(tǒng)最優(yōu)方向接近，達(dá)到路網(wǎng)負(fù)荷的均勻化，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速發(fā)現(xiàn)交通事故。先進(jìn)的交通信號控制系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整信號控制，可大大減少行車延誤，實(shí)現(xiàn)道路資源的高效使用。美國交通部估計(jì)，若將 ITS 與新增容量相結(jié)合，可以將未來用于應(yīng)付交通擁擠而需擴(kuò)建基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用減少一半。 （ 2）減少交通事故的發(fā)生率、死亡率 根據(jù)美國的預(yù)測，到 2020 年，美國因交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失每年將超過 1500 億美元，而采用智能交通系統(tǒng)將會提前 對危險(xiǎn)的預(yù)知，從而大大增加交通的安全性，將事故損失降至最低。 （ 3）能源消耗量減少，污染程度降低 事實(shí)表明，單純依靠交通設(shè)施建設(shè)解決交通問題，不但不能完全滿足交 通需城市智能交通信號控制方法及仿真研究求，還占用和消耗了大量的土地、燃油等資源，并造成了汽車尾氣排放量的劇增，給環(huán)境帶來了惡劣的影響。如美國人口不足世界人口的 5%，但能源消耗占了全世界總消耗的 30%以上，其中交通運(yùn)輸所消耗的能源占了 1/4，而其中 95%是石油。在未來， ITS在大規(guī)模、大范圍應(yīng)用將明顯改善這一狀況，大大降低交通運(yùn)輸系統(tǒng)的消耗和對 環(huán)境的污染。 （ 4）產(chǎn)業(yè)發(fā)展與就業(yè)機(jī)會的增加 ITS 涉及道路建設(shè)、交通管理、通信、計(jì)算機(jī)、電子、汽車、自動控制、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等眾多媒體技術(shù)應(yīng)用可能性最大的行業(yè)。同時(shí)， ITS的技術(shù)發(fā)展與市場需求也將會推動與其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加就業(yè)崗位，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的健康 本文主要硏究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本文的主要內(nèi)容分為以下四部分 : 1) 對車流量統(tǒng)計(jì)相關(guān)算法進(jìn)行了研究 ,針對目標(biāo)檢測算法 ,研究了光流法、幀間差分法和背景差分法 。針對背景提取算法 ,研究了均值法、統(tǒng)計(jì)中值法、單高斯背景模型法和混合高斯背景模型 法 。針對陰影消除算法 ,研究了基于 HSV 顏色空間變換的陰影消除算法、基于色彩特征不變量的陰影消除算法和基于紋理特征的陰影消除算法。同時(shí) ,本文對上述算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對比分析。 2) 給出了一種改進(jìn)的混合高斯模型背景提取算法 ,當(dāng)讀入一定幀數(shù)的圖像之后認(rèn)為背景達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) ,讀入新的視頻幀時(shí) ,對當(dāng)前幀進(jìn)行判斷 ,如果像素點(diǎn)和穩(wěn)定背景圖像的像素點(diǎn)差值大于閾值 7,就對該像素點(diǎn)進(jìn)行更新 ,反之就不更新。 3) 給出了一種改進(jìn)的基于虛擬區(qū)域的車流量統(tǒng)計(jì)算法 ,首先設(shè)置檢測區(qū)域和檢測線 ,然后跟蹤檢測區(qū)域中車輛的質(zhì)心到檢測線的距離 ,如果 小于 7認(rèn)為有一輛車輛通過 ,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ,本文算法的準(zhǔn)確率能達(dá)到 90%左右。 4) 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)車流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng) ,整個(gè)系統(tǒng)主要包括視頻播放模塊、 GMM背景更新模塊、前景構(gòu)建模塊和車輛計(jì)數(shù)模塊。視頻播放模塊主要完成視頻的播放和顯示 。GMM 背景更新模塊主要是實(shí)現(xiàn)本文的背景提取算法 。前景構(gòu)建模塊的主要功能是通過陰影去除和形態(tài)學(xué)操作得到較好的前景圖像 。車輛計(jì)數(shù)模塊的主要功能是完成本文的車流量統(tǒng)計(jì)算法。 本文各個(gè)章節(jié)安排如下 : 第 1 章是緒論 ,主要介紹了基于視頻的車流量檢測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ,闡述了研究車流量統(tǒng)計(jì)的必要性。 第 2 章介紹了常用的三種目標(biāo)檢測算法 ,包括光流法、幀間差分法以及背景減除法 ,并且對光流法和幀間差分法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真。然后介紹了常用的背景構(gòu)建算法 ,包括統(tǒng)計(jì)中值法、均值法、單高斯模型法和混合高斯模型法 ,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對比。 第 3 章詳細(xì)的介紹了實(shí)現(xiàn)過程的方法 ,并對方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 第 4 章在 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了本文的算法 ,系統(tǒng)主要包括視頻播放模塊、背景構(gòu)建模塊、后處理模塊和車輛計(jì)數(shù)模塊。 2 車流量統(tǒng)計(jì)算法相關(guān)研究 基于視頻的交通流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)安裝調(diào)試方便，維護(hù)也 很簡單，對路面和土木設(shè)施不會產(chǎn)生破壞，對道路交通狀況不會產(chǎn)生影響，具有直觀、可監(jiān)視范圍廣、 費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，而且容易提供大量交通管理實(shí)時(shí)信息便于擴(kuò)展其它功能，因而 可廣泛應(yīng)用于交叉道口和公路干線的交通監(jiān)測系統(tǒng)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。具體講，它可以為智能交通系統(tǒng)提供如下的功能和數(shù)據(jù)： 1)實(shí)時(shí)檢測并跟蹤所監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)車輛，記錄其位置、行駛速度以及 尺寸等特征信息； 2)實(shí)時(shí)自動地統(tǒng)計(jì)并記錄當(dāng)前道路上車流的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，例如車速、等待時(shí) 間、道路占有率、車流量等，并對堵車等特殊的車流狀況 進(jìn)行判斷并作出及時(shí)信 息反饋； 3)自動識別感興趣車輛的車牌號碼和車輛類型； 4)實(shí)時(shí)檢測監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的車輛有無違章行為 (包括越線、超速等 )和事故 發(fā)生。若有，則報(bào)警并記錄現(xiàn)場情況，為交通部門事后處理提供確鑿的證據(jù)。 其中，在提供的各種功能中，車輛的實(shí)時(shí)檢測、識別與跟蹤是最基礎(chǔ)的部分， 其它的功能都是建立在車輛檢測、識別與跟蹤的正確結(jié)果基礎(chǔ)上的。本章將針對基于視頻的交通流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中的車輛檢測和車輛跟蹤這兩大核心技術(shù)進(jìn)行研究。其中車輛檢測部分是研究重點(diǎn)。 2． 1 基于視 頻的交通流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)組成 通常，基于視頻的交通流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)由三部分組成 : 1)攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻采集 2)車輛檢測 (識別分割 )模塊 3)車輛跟蹤 (計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) )模塊 首先由攝