【文章內容簡介】 術委員會 ISO/IC20xx中國委員會正式成立，委員會的主要任務是積極推進中國 ITS 的標準化； 1999年，我國成功舉辦了 “99國際智能交通技術研討會暨展會 ”； 20xx年 7月， “第四屆 亞太地區(qū)智能交通（ ITS）年會暨技術產品展覽會 ”在北京舉行。為中國推動中國 ITS 的發(fā)展， 20xx年 2月 29日，科技部會同國家計委、經貿委、公安部、交通部、 鐵道部、建設部、信息產業(yè)部等部委相關部門，在充分協(xié)商和醞釀的基礎上，成立了發(fā)展中國 ITS 的政府協(xié)調領導機構 ——全國智能交通系統(tǒng)（ ITS）協(xié)調指導小組及辦公室，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部委成立了全國 智能運輸 系統(tǒng)協(xié)調指導 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）作為重點項目予以支持，并初步啟動了 ITS 體系框架和標準體系的研究； “十五 ”期間，隨著各項技術成熟與發(fā)展， ITS 應用已經成為社會的共識，為此科學技術部將 “智能交通系統(tǒng)關鍵技術開發(fā)和示范工程 ”列入 “十五 ”國家科技攻關計劃的重大項目。目前該項目已經全面啟動，首批確定了北京、上海、天津、重慶、廣州、濟南、青島、杭州、深圳和中山 10各城市作為智能交通試點示范城市。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展符合未來交通運輸發(fā)展的方向，將為我國高新技術產業(yè)的發(fā)展提供一個巨大的市場。因此在我國開展智能交通 與運輸系統(tǒng)的開發(fā)和應用，將對促進國民經濟和社會的快速發(fā)展，增強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，在全國智能交通系統(tǒng)協(xié)調領導小組和國家科技部的領導和組織下，我國完成了 “智能交通系統(tǒng)體系框架 ”的研究和編制工作，并正在進行 “智能交通系統(tǒng)標準框架 ”的進一步研究和修編工作。目前，我國已經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)和引進的國外 SCATS、 SCOOT 等系統(tǒng)。目前，我國若 干研究機構和一些企業(yè)集團正在致力于適合中國混合交通特點的、具有一定自學習功能的、與交通誘導等其他子系統(tǒng)有相當協(xié)調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)。利用網絡技術實現(xiàn)車輛檔案、駕駛員檔案、交通事故及交通違章的綜合管理，并實現(xiàn)數(shù)據共享。 （ 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)等進行動態(tài)信息顯示。 （ 5）交通誘導系統(tǒng)。利用交通廣播電臺或交通尋呼臺實時發(fā)送交通信息。 （ 6）交通運輸安全報警系統(tǒng)。利用 GPS/GIS 等的功能。 （ 7）電子收費系統(tǒng)（ ETC）。利用電子技術、計算機技術以及信息通訊技術，通過安裝在汽車上的電子標識卡（存儲與車輛收費有關的大量信息，如預繳金額、車型、車主）與安裝在收費車道旁的讀寫收發(fā)器，通過微波或紅外線進行快速的 數(shù)據交換，實現(xiàn)車輛的不停車收費不僅可以解決收費站的排隊問題，而且應用它可以方便實現(xiàn)道路擁擠收費，進行交通需求管理；可以進行交通監(jiān)視、事件檢測，實時的 OD 矩陣估計等。 智能交通系統(tǒng)的主要研究內容 根據 ITS 的研究內容，對 ITS 項目進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：先進的交通管理系統(tǒng)（ Advanced Traffic Management Systems,ATMS）、先進的 出行 者信息系統(tǒng)（ Advanced Traveler Information Systems,ATIS）、先進的 公共交通 系統(tǒng)（ Advanced Public Transportation Systems,APTS）、先進的車輛控制及安全系統(tǒng)（ Advanced Vehicle Control and Safety Systems,AVCSS）、商用車輛營運系統(tǒng)（ Commercial Vehicle Operations,CVO）、緊急救援管理系統(tǒng)（ Emergency Management Systems,EMS）、電子付 費與電子收費系統(tǒng)（ Electronic Payment Systemsamp。Electronic Toll Collection,EPSamp。ETC）。 （ 1）先進的交通管理系統(tǒng)（ ATMS） ATMS 利用監(jiān)測、通訊及控制等技術，將交通監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測所得的交通狀況，經由通訊網絡傳輸?shù)浇煌刂浦行?，中心在結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，并將相關信息傳給出行者，以達到運輸效率最大化及運輸安全等目的。本系統(tǒng)主要特色是強調子系統(tǒng)間協(xié)調與實時控制的功能，提供匝道控制、信號配時方案 、事件管理以及替代路線導引的參考等。 （ 2）先進的出行者信息系統(tǒng) ATIS ATIS 由先進的信息、通訊及其他相關技術，提供出行者必要的信息，使其能在車內、家里、辦公室、車站、途中等地點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，以順利到達目的地。 （ 3）先進的公共交通系統(tǒng) APTS APTS 采用各種智能技術促進公共交通的發(fā)展，如通過個人計算機、閉路電視等向公眾就出行時間方式、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時運行信息。 （ 4）先進的車輛控制及安全系統(tǒng) AVCSS AVCSS 結合 傳感器 、電腦、通訊、電機及控制技術應用于車輛及道路實施上，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人類感官功能的不足，減少危險的發(fā)生；提高自動控制的程度，實現(xiàn)更安全、準確、可 靠的控制，避免駕駛員因判斷錯誤或技術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 技術于商業(yè)營運車輛，例如車輛自動識別技術、車輛自動定位技術、車輛自動分類技術等，提供企業(yè)內部勞動生產率，提升運輸效率及安全，改進對突發(fā)事件的反應能力，改善車隊管理和交通狀況，并減少運輸成本，提高生產力。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（如救護車、拖吊車），以及每日運作的商用小型車（如 出租車 ）等。 （ 5）緊急救援管理系統(tǒng) EMS EMS 即為當緊急危難發(fā)生時，求援車輛如何求援、救援車輛如何在最短時間內到達現(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間獲得解除，降低傷害的程度。 （ 6）電子付費與電子收費系統(tǒng) EPSamp。ETC 電子收費系統(tǒng)應用各種通訊和電子技術使得出行者和交通經營管理機構之間的交易變得更容易。電子收費利用 車上的電子卡與路測的電子接收設備進行通訊。 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生可觀的社會經濟效益。具體來說，智能交通系統(tǒng)的社會經濟效益主要體現(xiàn)在如下幾個方面： （ 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濟的發(fā)展，汽車和道路交通量不斷的增加，相應引起的交通擁擠也增加。不管在發(fā)展中國家，還是發(fā)達國家，每年由于交通擁擠造成的經濟損失 也十分巨大。 ITS 通過提供各種有選擇的信息服務，能夠使得出行者的路徑選擇向網絡均衡和系統(tǒng)最優(yōu)方向接近，達到路網負荷的均勻化，實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速發(fā)現(xiàn)交通事故。先進的交通信號控制系統(tǒng)能夠根據實際情況調整信號控制，可大大減少行車延誤，實現(xiàn)道路資源的高效使用。美國交通部估計，若將 ITS 與新增容量相結合，可以將未來用于應付交通擁擠而需擴建基礎設施的費用減少一半。 （ 2）減少交通事故的發(fā)生率、死亡率 根據美國的預測，到 2020 年，美國因交通事故造成的經濟損失每年將超過 1500 億美元，而采用智能交通系統(tǒng)將會提前 對危險的預知，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 事實表明，單純依靠交通設施建設解決交通問題，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、大范圍應用將明顯改善這一狀況，大大降低交通運輸系統(tǒng)的消耗和對 環(huán)境的污染。 （ 4）產業(yè)發(fā)展與就業(yè)機會的增加 ITS 涉及道路建設、交通管理、通信、計算機、電子、汽車、自動控制、信息服務、網絡技術等眾多媒體技術應用可能性最大的行業(yè)。同時， ITS的技術發(fā)展與市場需求也將會推動與其相關的產業(yè)發(fā)展，增加就業(yè)崗位，促進社會經濟的健康 本文主要硏究內容和結構安排 本文的主要內容分為以下四部分 : 1) 對車流量統(tǒng)計相關算法進行了研究 ,針對目標檢測算法 ,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 ,本文對上述算法進行了實驗對比分析。 2) 給出了一種改進的混合高斯模型背景提取算法 ,當讀入一定幀數(shù)的圖像之后認為背景達到穩(wěn)定狀態(tài) ,讀入新的視頻幀時 ,對當前幀進行判斷 ,如果像素點和穩(wěn)定背景圖像的像素點差值大于閾值 7,就對該像素點進行更新 ,反之就不更新。 3) 給出了一種改進的基于虛擬區(qū)域的車流量統(tǒng)計算法 ,首先設置檢測區(qū)域和檢測線 ,然后跟蹤檢測區(qū)域中車輛的質心到檢測線的距離 ,如果 小于 7認為有一輛車輛通過 ,通過實驗驗證 ,本文算法的準確率能達到 90%左右。 4) 實現(xiàn)了一個車流量統(tǒng)計系統(tǒng) ,整個系統(tǒng)主要包括視頻播放模塊、 GMM背景更新模塊、前景構建模塊和車輛計數(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現(xiàn)本文的背景提取算法 。前景構建模塊的主要功能是通過陰影去除和形態(tài)學操作得到較好的前景圖像 。車輛計數(shù)模塊的主要功能是完成本文的車流量統(tǒng)計算法。 本文各個章節(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的國內外發(fā)展現(xiàn)狀 ,闡述了研究車流量統(tǒng)計的必要性。 第 2 章介紹了常用的三種目標檢測算法 ,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行了實驗仿真。然后介紹了常用的背景構建算法 ,包括統(tǒng)計中值法、均值法、單高斯模型法和混合高斯模型法 ,并進行了實驗對比。 第 3 章詳細的介紹了實現(xiàn)過程的方法 ,并對方法進行了詳細的介紹。 第 4 章在 的基礎上實現(xiàn)了本文的算法 ,系統(tǒng)主要包括視頻播放模塊、背景構建模塊、后處理模塊和車輛計數(shù)模塊。 2 車流量統(tǒng)計算法相關研究 基于視頻的交通流量統(tǒng)計系統(tǒng)安裝調試方便，維護也 很簡單，對路面和土木設施不會產生破壞，對道路交通狀況不會產生影響，具有直觀、可監(jiān)視范圍廣、 費用較低等優(yōu)點，而且容易提供大量交通管理實時信息便于擴展其它功能，因而 可廣泛應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： 1)實時檢測并跟蹤所監(jiān)視區(qū)域內的目標車輛，記錄其位置、行駛速度以及 尺寸等特征信息； 2)實時自動地統(tǒng)計并記錄當前道路上車流的統(tǒng)計參數(shù)，例如車速、等待時 間、道路占有率、車流量等，并對堵車等特殊的車流狀況 進行判斷并作出及時信 息反饋； 3)自動識別感興趣車輛的車牌號碼和車輛類型； 4)實時檢測監(jiān)視區(qū)域內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。 其中，在提供的各種功能中，車輛的實時檢測、識別與跟蹤是最基礎的部分， 其它的功能都是建立在車輛檢測、識別與跟蹤的正確結果基礎上的。本章將針對基于視頻的交通流量統(tǒng)計系統(tǒng)中的車輛檢測和車輛跟蹤這兩大核心技術進行研究。其中車輛檢測部分是研究重點。 2． 1 基于視 頻的交通流量統(tǒng)計系統(tǒng)組成 通常，基于視頻的交通流量統(tǒng)計系統(tǒng)由三部分組成 : 1)攝像頭進行實時視頻采集 2)車輛檢測 (識別分割 )模塊 3)車輛跟蹤 (計數(shù)統(tǒng)計 )模塊 首先由攝