一、概述 從信息處理的角度看，ITS系統(tǒng)涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息發(fā)布和信息利用，上述這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了ITS的信息鏈，如圖1所示。智能交通管理系統(tǒng)（ITMS）是智能交通系統(tǒng)（ITS）的重要組成部分，而各種交通信息采集是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化的前提。 [align=center] 圖1[/align] 智能交通管理系統(tǒng)（ITMS）是智能交通系統(tǒng)（ITS）的重要組成部分，是利用現(xiàn)代信息技術(shù)為核心，利用先進(jìn)的通訊、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、視頻監(jiān)控技術(shù)，按照系統(tǒng)工程的原理進(jìn)行系統(tǒng)集成，使得交通工程規(guī)劃、交通信號(hào)控制、交通檢測(cè)、交通電視監(jiān)控、交通事故的救援及信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的實(shí)時(shí)控制與指揮管理。智能交通管理系統(tǒng)的紐帶是各子系統(tǒng)間的信息交換，這些信息包括控制對(duì)象的原始信息和控制指令信息。智能交通管理系統(tǒng)包括信息檢測(cè)、信息分析與處理、判斷、執(zhí)行等幾個(gè)環(huán)節(jié)。因此，交通信息采集被認(rèn)為是ITS的關(guān)鍵子系統(tǒng)，是發(fā)展ITS的基礎(chǔ)，成為交通管理智能化的前提，無論是交通控制還是交通違章管理系統(tǒng)，都涉及交通動(dòng)態(tài)信息的采集，交通動(dòng)態(tài)信息采集也就成為交通管理智能化的首要任務(wù)。智能交通系統(tǒng)（ITS）進(jìn)程較快的國(guó)家或地區(qū)都把交通信息采集技術(shù)作為重中之重加以開發(fā)研究， 交通信息采集常用的技術(shù)有環(huán)形線圈、微波、視頻、超聲波等幾種檢測(cè)技術(shù)， 二、系統(tǒng)功能及其采集內(nèi)容 先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)包括交通信號(hào)控制系統(tǒng)、閉路電視交通監(jiān)視系統(tǒng)、交通信息采集處理系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)信息系統(tǒng)、交通管理地理信息系統(tǒng)、交通信息發(fā)布系統(tǒng)、信息移動(dòng)查詢系統(tǒng)。智能交通管理系統(tǒng)的功能由四大部分組成： ①交通狀態(tài)檢測(cè)：檢測(cè)道路交通運(yùn)行情況，檢測(cè)交通流狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳輸和處理交通數(shù)據(jù)及信息； ② 交通動(dòng)態(tài)控制：交通信號(hào)控制，道路網(wǎng)交通流量措施，緊急事件快速響應(yīng)； ③ 交通信息發(fā)布：發(fā)布道路交通信息，通告交通突發(fā)事件和疏導(dǎo)措施，誘導(dǎo)司機(jī)駕駛行為； ④道路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)：建立交通信息數(shù)據(jù)庫，評(píng)價(jià)道路運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)交通發(fā)展趨勢(shì)，為道路交通規(guī)劃提供數(shù)據(jù)分析。 在智能交通管理系統(tǒng)的四大功能中以采集交通數(shù)據(jù)為主的交通狀態(tài)檢測(cè)是整個(gè)交通管理系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)部分。只有提供真實(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù)，才能夠?qū)嵭泻侠淼男盘?hào)燈控制；才能夠發(fā)布實(shí)時(shí)信息誘導(dǎo)司機(jī)駕駛行為；才能夠快速響應(yīng)處理交通事故現(xiàn)場(chǎng)；才能夠正確評(píng)價(jià)道路運(yùn)行，為道路建設(shè)和交通規(guī)劃提供有力的決策支持。 通常，ITMS的這些子系統(tǒng)按照不同的要求采集各自的交通動(dòng)態(tài)信息，各子系統(tǒng)之間采集的交通動(dòng)態(tài)信息，再通過ITMS盡可能整合，并進(jìn)行統(tǒng)一的交換和信息處理，交ITMS的交通動(dòng)態(tài)信息包括了： ① 交通流信息采集：車流量；瞬時(shí)速度、時(shí)間平均速度、空間平均速度；時(shí)間占有率、空間占有率；車頭時(shí)距；車輛長(zhǎng)度分類；車隊(duì)長(zhǎng)度。 交通流信息采集通常由交通動(dòng)態(tài)信息采集處理系統(tǒng)或交通信號(hào)控制系統(tǒng)來完成，其中交通信號(hào)控制系統(tǒng)可以按其控制參數(shù)要求采集數(shù)據(jù)，也可以結(jié)合交通動(dòng)態(tài)信息處理系統(tǒng)采集以上交通信息。 ②交通事件檢測(cè)：車隊(duì)擁堵；違章停車；逆行；闖紅燈；超速；越線。 交通事件檢測(cè)通常由交通動(dòng)態(tài)信息采集處理系統(tǒng)或交通違章采集系統(tǒng)來完成。 ③ 交通事故檢測(cè)：車隊(duì)擁堵／交通事故地點(diǎn)。 交通流信息采集通常由交通動(dòng)態(tài)信息采集處理系統(tǒng)或交通信號(hào)控制系統(tǒng)結(jié)合GIS系統(tǒng)來完成，其中交通信號(hào)控制系統(tǒng)可以按其控制參數(shù)要求采集數(shù)據(jù)，也可以結(jié)合交通動(dòng)態(tài)信息采集處理系統(tǒng)采集以上交通信息。 三、視頻采集技術(shù)及其特點(diǎn) 交通信息采集的方法和技術(shù)很多，其中，視頻檢測(cè)技術(shù)具有大區(qū)域、大信息量、多功能的特點(diǎn)，正成為交通動(dòng)態(tài)信息采集技術(shù)主流。下面重點(diǎn)分析視頻交通動(dòng)態(tài)信息采集技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)智能交通管理系統(tǒng)中綜合應(yīng)用視頻交通信息采集技術(shù)進(jìn)行技術(shù)探討。 智能交通管理系統(tǒng)要獲得完整有效的交通數(shù)據(jù)，從技術(shù)實(shí)質(zhì)上可歸結(jié)為兩個(gè)關(guān)鍵問題一是合適的交通采集技術(shù)；二是適應(yīng)我國(guó)交通環(huán)境的交通采集技術(shù)設(shè)施。 交通動(dòng)態(tài)信息采集技術(shù)常用的是環(huán)形線圈、微波、視頻、超聲波等幾種檢測(cè)技術(shù)。目前，我國(guó)交通管理系統(tǒng)普遍采用的檢測(cè)器有：檢測(cè)交通數(shù)據(jù)的環(huán)形線圈和監(jiān)視道路運(yùn)行狀況的閉路電視攝像機(jī)。環(huán)形線圈以可靠性好精度高的優(yōu)勢(shì)，在交通檢測(cè)設(shè)備中占有重要的一席之地。但是，它鋪敷在路面下，容易受車輛持續(xù)碾壓、振動(dòng)、道路維修、路基裂縫等影響而損壞，營(yíng)運(yùn)管理維護(hù)費(fèi)用由此而增加。尤其是大交通流環(huán)境下，一旦出現(xiàn)故障，難以做到封閉車道及時(shí)修復(fù)。反復(fù)如此，檢測(cè)環(huán)的故障率居高不下，是現(xiàn)有交通檢測(cè)設(shè)備不能獲取有效數(shù)據(jù)的主要原因。 而視頻采集技術(shù)利用視頻、計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通動(dòng)態(tài)信息的采集，系統(tǒng)通過安裝在路門或路段的攝像機(jī)采集交通圖像，再進(jìn)行圖像處理，得到車流量、瞬時(shí)車速度、指定時(shí)間段內(nèi)的車速統(tǒng)計(jì)平均值、車型分類、占有率、平均車距、檢測(cè)交通事故等交通動(dòng)態(tài)信息，從而為交通的信號(hào)控制、信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)、指揮提供實(shí)時(shí)交通動(dòng)態(tài)信息。通常一臺(tái)攝像機(jī)可觀測(cè)多車道，系統(tǒng)可以處理多個(gè)攝像機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)。視頻采集技術(shù)對(duì)視頻交通圖像數(shù)據(jù)處理及特征提取都是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，其處理過程如圖2所示。 [align=center] 圖2[/align] 視頻交通信息采集系統(tǒng)的攝像機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行拍攝，將拍攝到的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)并數(shù)字化，對(duì)圖像初步處理，去掉多余信息；接著對(duì)圖像進(jìn)行分區(qū)；按一定算法對(duì)各分區(qū)圖像處理，提取特征信息；根據(jù)特征信息進(jìn)行車輛記數(shù)、分類。根據(jù)相鄰圖片計(jì)算車速；最后在拍攝區(qū)域內(nèi)跟蹤所辨識(shí)出的車輛。 視頻交通信息采集技術(shù)中交通圖像處理有兩種算法。第一種是將攝像機(jī)拍攝的區(qū)域分成若干小區(qū)域，視頻交通信息采集系統(tǒng)對(duì)小區(qū)域進(jìn)行圖像處理。小區(qū)域可以與車道垂直、平行、斜交。由于視頻交通信息采集系統(tǒng)一個(gè)攝像機(jī)的檢測(cè)區(qū)域可跨多車道，所以一個(gè)視頻交通信息采集系統(tǒng)可以代替許多環(huán)形線圈或其它檢測(cè)器，對(duì)更大區(qū)域進(jìn)行車輛檢測(cè)；另一種是連續(xù)跟蹤在攝像機(jī)拍攝區(qū)域內(nèi)行駛的車輛，通過對(duì)車輛的多次圖像信息采集確定車輛圖像不變，就對(duì)車輛圖像進(jìn)行記錄、并計(jì)算其速度和車輛排隊(duì)長(zhǎng)度。 視頻交通信息采集技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)。拍攝區(qū)域廣，可獲得一個(gè)區(qū)域交通圖像信息，可對(duì)交通狀況做出更全面了解，測(cè)量信息更準(zhǔn)確；交通圖像包含信息量豐富，可獲得更為豐富的車輛信息，如車的外型、車的顏色、車的功能（通過外型來辨別）、交通信息（車流密度、車速、交通事故）、甚至氣象信息等等。以視頻采集技術(shù)為主體的交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)的示意圖見圖3。 [align=center] 圖3 以視頻技術(shù)為主體的交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 視頻檢測(cè)技術(shù)與其他檢測(cè)技術(shù)相比，具有如下特點(diǎn)： · 安裝方便，不破壞路面，施工時(shí)基本不影響交迅 · 利用多種探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)不同的采集功能； · 探測(cè)器設(shè)置方便、靈活； · 可以實(shí)現(xiàn)大區(qū)域交通信息采集； · 系統(tǒng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性好、系統(tǒng)運(yùn)行效率高； · 實(shí)時(shí)對(duì)多車道的車流量、占有率、平均車速等信息進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)； · 實(shí)時(shí)進(jìn)行機(jī)動(dòng)車車型的采集區(qū)分和統(tǒng)計(jì)； · 實(shí)時(shí)進(jìn)行各種交通異常狀況的采集和報(bào)警，如擁堵、事故等； · 實(shí)時(shí)進(jìn)行各種車輛違章行為的采集，如超速、闖紅燈、逆行、違章變線、違章停車、違章占用車道等； · 在從視頻交通數(shù)據(jù)抓取的圖像中實(shí)時(shí)地自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別車牌號(hào)碼； · 靜態(tài)圖像中的車輛及車輛行為采集與識(shí)別； · 維護(hù)方便。 四．智能交通管理系統(tǒng)中視頻采集技術(shù)的應(yīng)用 1．在交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 為了更好地評(píng)估交通工程和交通管理措施，為今后交通規(guī)劃提供決策依據(jù)，城市交通管理部門都需要安裝交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)采集交通動(dòng)態(tài)信息，交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)以視頻技術(shù)為主，結(jié)合其它采集技術(shù)來完成交通動(dòng)態(tài)信息采集任務(wù)，圖3是以視頻技術(shù)為主體的交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它包含了一部分環(huán)形線圈和超聲波檢測(cè)器等，從而構(gòu)成相互補(bǔ)充的綜合性交通信息采集系統(tǒng)。 2．在交通違章檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用 交通違章行為有多種，可以采用視頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)違章越線的檢測(cè)，如圖所示為采用視頻技術(shù)實(shí) 現(xiàn)違章越線的檢測(cè)與圖片抓拍系統(tǒng)的案例。 [align=center] 圖4 [/align] 3．在交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集功能和對(duì)交通流組織與控制的作用，使其成為ITMS的重要組成部分。 視頻技術(shù)交通信號(hào)控制系統(tǒng)是在系統(tǒng)控制相關(guān)路段的適當(dāng)位置設(shè)置視頻車輛檢測(cè)器，獲得該監(jiān)測(cè)斷面的交通參數(shù)，這些參數(shù)被送到信號(hào)控制機(jī)，并由信號(hào)控制機(jī)所設(shè)置的交通模型進(jìn)行處理，從而選擇合適的交通信號(hào)控制方案或者調(diào)整相關(guān)控制方案的信號(hào)控制參數(shù)，使交通流實(shí)現(xiàn)最小延誤，提高路口的通行能力。 目前，交通信號(hào)控制機(jī)的車輛檢測(cè)器采用環(huán)形線圈，這是一種簡(jiǎn)單可靠的車輛檢測(cè)手段，其信號(hào)輸出形式有通過型和存在型兩種，在不同的信號(hào)控制系統(tǒng)中均有應(yīng)用。但是這種車輛檢測(cè)器也有它的缺陷和限制，主要體現(xiàn)在： · 環(huán)形線圈的檢測(cè)參數(shù)比較少，因此控制模型對(duì)交叉路口的交通流分布特征參數(shù)的波動(dòng)比較敏感，影響 了其在不同路口的應(yīng)用效果； · 對(duì)于混合交通流，由于交通流中個(gè)體特征的差異較大，難以對(duì)混合交通流進(jìn)行合理的控制； · 道路路面對(duì)檢測(cè)線圈損毀率高，特別對(duì)于瀝青路面的損害更為嚴(yán)重，由此導(dǎo)致檢測(cè)線圈的損毀率居高不下，使用和維護(hù)成本上升，影響系統(tǒng)的可用性。 4．在交通安全方面的應(yīng)用 在交通安全方面有兩個(gè)應(yīng)用方向，一個(gè)是用于檢測(cè)交通事故便于交警及時(shí)接處警．另一個(gè)應(yīng)用是檢測(cè)交通擁堵以便于交警及時(shí)疏導(dǎo)交通，避免由于交通擁堵而引發(fā)交通事故。 五、新技術(shù)設(shè)想 目前最著名的道路交通視頻檢測(cè)產(chǎn)品是美國(guó)ISS公司的AUTOSCOPE 系列， 該系列的產(chǎn)品主要 用于車輛存在檢測(cè)、事故檢測(cè)和交通數(shù)據(jù)的采集。AUTOSCOPE？ 檢測(cè)系統(tǒng)的核心是視頻處理器――它是一個(gè)包含有以下部件的設(shè)備：以CPU為基礎(chǔ)的微處理器，多個(gè)電路模塊和用于分析視頻圖像的軟件。 筆者設(shè)想的視頻檢測(cè)系統(tǒng)同AUToSCoPE 相比主要有兩點(diǎn)改進(jìn)：1） AUToSCoPE 采用x86系列的CPU作為核心處理器， 筆者希望采用DSP作為數(shù)字信號(hào)處理器，或者采用TI公司的OMAP系列，此系列的產(chǎn)品將ARM9核和DSP芯片集成在一起，更適合于實(shí)時(shí)圖像處理。 2）AUTOSCOPE采用串口與主機(jī)通信，最高數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Mbps， 筆者希望通過PCI總線與主機(jī)通信，最高傳輸速率為133 Mbps，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率。這樣可以更快捷的傳送到工控機(jī)，或者通過網(wǎng)絡(luò)傳送到中心站。