基于3G通信的智能交通關鍵技術研究

董昕

【摘要】 通過將3G移動通信技術應用于智能交通指揮控制系統(tǒng)，并利用發(fā)展迅速的3G移動通信網組成3G無線局域網來傳輸各交通路口信號點的視頻和控制信息，為智能交通指揮系統(tǒng)組網提供了一條新路。

【關鍵詞】 3G通信 智能交通 控制系統(tǒng)

Abstract： The 3G mobile communication technologies in intelligent traffic control system command， using the rapidly developing 3G mobile communications network composed of 3G wireless LAN to transmit the traffic intersection point of the video signal and control information for intelligent traffic control system network to provide a new way .

Key words： 3G mobile communication； intelligent traffic； control system

一、引言

我國交通管理事業(yè)經過幾年的發(fā)展，同以往相比，有了長足的進步。但因城市化交通持續(xù)發(fā)展和汽車擁有量的穩(wěn)定快速增加，城市交通的發(fā)展已經超過了我國交通管理發(fā)展的速度。而由城市交通中交通違章（違法）行為給交通管理所帶來的負面影響，往往是危害最大的一種。再加上我國各地城市交通發(fā)展情況不同，交通情況錯綜復雜，管理難度非常大。在我國大中型城市中交通路口眾多，交通流量較大，違章事件頻繁，在此情況下基于3G通信技術的智能交通指揮控制系統(tǒng)就能為控制交通違章行為的發(fā)生、智能化調節(jié)交通流量起到很大的作用。

二、系統(tǒng)的主要構成

基于3G通信技術的智能交通指揮系統(tǒng)主要由3G（TD-SCDMA或CDMA2000）數據通信鏈路，監(jiān)控中心和多個監(jiān)控遠端組成。3G數據通信鏈路采用標準的TCP/IP協議，可直接運行在交通部門的內部無線局域網上。前端攝像機的視頻信號利用網絡視頻服務器通過網絡傳輸到分節(jié)點，在分節(jié)點可以直接傳輸上網，或者分節(jié)點有矩陣時，也可以把矩陣連接到DVR上，然后再傳輸上網。監(jiān)控中心可以通過多級級聯構成多級監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可以根據現場情況和用戶的需求配置不同的外圍硬件設備。監(jiān)控遠端使用系統(tǒng)外圍設備有遠端監(jiān)控主機、3G數據傳輸模塊、告警采集器、溫濕度傳感器、畫面分割器、攝像機、數字解碼器、高速云臺和可變鏡頭、話筒、揚聲器等，完成監(jiān)控中心所需的圖像實時監(jiān)控、現場交通信號智能控制和報警聯動功能。監(jiān)控中心使用系統(tǒng)外圍設備有主控臺、3G無線路由器、監(jiān)視器陣列、視頻切換矩陣、主交換機、視頻服務器、電視墻等。具體可根據用戶要求進行靈活配置。

利用發(fā)展迅速的3G網組成3G無線局域網來傳輸各交通路口信號點的視頻和控制信息，為智能交通指揮系統(tǒng)組網提供了一條新路。網絡管理用戶可以對多個監(jiān)控現場進行實時瀏覽監(jiān)控。系統(tǒng)綜合應用了智能圖像處理與識別技術，智能控制技術、數字圖像傳輸技術、數字圖像壓縮編解碼技術和3G網絡通信技術等，可實現交通監(jiān)控現場的實時圖像顯示和網絡傳輸、智能調整攝像機的位置、清晰度和亮度、實現對運動物體的跟蹤與識別，對監(jiān)控情況進行紀錄及報警，實時智能調整控制區(qū)域內交通信號燈的切換等。

三、系統(tǒng)的主要關鍵技術

3.1 最佳交通流量預測算法

利用人工神經網絡建立的預測模型有獨特的優(yōu)越性。人工神經網絡利用輸入數據和輸出數據進行建模，是一種并行的計算模型，具有高速運算能力，有很好的非線性映射能力和很強的自學習、自適應能力及高度的靈活性。在各種形式的人工神經網絡中，又以誤差逆?zhèn)鞑ィ˙P）網絡應用最為廣泛，它已成為前向網絡的核心部分，并體現了人工神經網絡最精華的部分。目前，在人工神經網絡的實際應用中， 絕大部分的神經網絡模型都采用BP網絡和它的變化形式。

高階神經網絡屬于BP神經網絡的一種，它與傳統(tǒng)BP神經網絡的不同在于構成高階神經網絡的神經元是智能神經元，即這種神經元具有“思考”的能力，它能根據自身外部網絡的變化調整內部的轉移函數，在內外雙調的情況下，達到更好的學習效果。這樣建立神經網絡模型，可以應用并能夠勝任于實時交通流預測。

3.2 TD-SCDMA3G移動通信技術

TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天線的第三代移動通信系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，由于采用了TDD模式，上、下行鏈路采用同一頻率，在同一時刻上下行鏈路的空間物理特性是完全相同的，因此，只要在基站端依據上行數據進行空間參數的估底再根據這些估值對下行鏈路的數據進行數字賦形，就可以達到自適應波束賦形的目的，充分發(fā)揮智能天線的作用。

TD-SCDMA系統(tǒng)僅采用1.28Mb/s的碼片速率，只需占用單一的 11Mb/s頻帶寬度，就可傳送2Mb/s的數據業(yè)務而其他的3G FDD（頻分雙工）的方案，要傳送2Mb/s的數據業(yè)務均需要2×5Mb/s的帶寬即需兩個對稱的5Mb/s帶寬分別作為上、下行頻段，且上下行頻段間需要有幾十兆的頻率間隔作為保護，在目前頻譜資源十分緊張的情況下要找到符合要求的對稱頻段非常困難，而D-SCDMA系統(tǒng)可以“見縫插針”只要有滿足一個載彼的頻段（1.6Mb/s）就可使用，可以靈活有效地利用現有的頻率資源。

3.3 數字圖像壓縮編解碼技術

（1） 視頻對象提取技術。MPEG-4實現基于內容交互的首要任務就是把視頻/圖像分割成不同對象或者把運動對象從背景中分離出來，然后針對不同對象采用相應編碼方法，以實現高效壓縮。因此視頻對象提取即視頻對象分割，是MPEG-4視頻編碼的關鍵技術，也是新一代視頻編碼的研究熱點和難點。

在視頻分割中基于數學形態(tài)理論的分水嶺（watershed）算法被廣泛使用，它又稱水線算法，其基本過程是連續(xù)腐蝕二值圖像，由圖像簡化、標記提取、決策、后處理四個階段構成。分水嶺算法具有運算簡單、性能優(yōu)良，能夠較好提取運動對象輪廓、準確得到運動物體邊緣的優(yōu)點。

（2） VOP視頻編碼技術。視頻對象平面（VOP，Video Object Plane）是視頻對象（VO）在某一時刻的采樣，VOP是MPEG-4視頻編碼的核心概念。MPEG-4在編碼過程中針對不同VO采用不同的編碼策略，即對前景VO的壓縮編碼盡可能保留細節(jié)和平滑；對背景VO則采用高壓縮率的編碼策略，甚至不予傳輸而在解碼端由其他背景拼接而成。這種基于對象的視頻編碼不僅克服了第一代視頻編碼中高壓縮率編碼所產生的方塊效應，而且使用戶可與場景交互，從而既提高了壓縮比，又實現了基于內容的交互，為視頻編碼提供了廣闊的發(fā)展空間。

（3） 視頻編碼可分級性技術 。MPEG- 4通過視頻對象層（VOL，Video Object Layer）數據結構來實現分級編碼。MPEG-4提供了兩種基本分級工具，即時域分級（Temporal Scalability）和空域分級（Spatial Scalability），此外還支持時域和空域的混合分級。每一種分級編碼都至少有兩層VOL，低層稱為基本層，高層稱為增強層?；緦犹峁┝艘曨l序列的基本信息，增強層提供了視頻序列更高的分辨率和細節(jié)。

四、結束語

系統(tǒng)綜合應用了智能圖像處理與識別技術，最佳交通流量算法、智能控制技術、數字圖像傳輸技術、數字圖像壓縮編解碼技術和3G網絡通信等技術。所構建的智能交通系統(tǒng)可實現及時準確地掌握所監(jiān)視路口、路段周圍的車輛、行人的流量、交通治安情況等，為指揮人員提供迅速直觀的信息從而對交通事故和交通堵塞做出準確判斷并及時響應。

參 考 文 獻

[1] GB/T17975-2000信息技術. 運動圖像及其伴音信息的通用編碼

[2] 湯吉群，李玲編著. 數據通信技術. 北京：人民郵電出版社，1999

[3] 賀國光，李宇，馬壽峰. 基于數學模型的短時交通流預測模型研究. 系統(tǒng)工程理論與實踐，2000（12）