智能交通系統中道路流量監測方法的研究與分析

長春大學計算機科學技術學院 谷 赫 趙耀紅 李念峰

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智能交通系統中道路流量監測方法的研究與分析

長春大學計算機科學技術學院 谷 赫 趙耀紅 李念峰

【摘要】建立智能化交通系統的建立，其中首要任務是進行交通流量的監測，文中從實際情況出發，提出基于地感線圈監測、超聲波監測、視頻圖像監測等方法，并對三種方法的優缺點進行比較，將其應用于合理的適用場合。

【關鍵詞】智能交通系統；交通流量監測；地感線圈監測；超生波監測；視頻圖像監測

1 引言

經濟的發展導致城市規模和密集程度不斷擴大，城市交通已經成為一個重要的發展課題。日益嚴重的交通擁堵、事故頻發等交通問題需要一個智能化的交通管理系統去解決。而交通流量的監測是建立智能化交通管理系統的技術支持，它可以對現代交通系統起到規劃、管理和維護的作用。交通流量監測是對車輛信息進行采集、分析處理的過程，它成為對交通管理進行控制的有效前提，通過對信息監測結果進行分析，可以是交通運行的實際情況變得可視化。

2 流量信息監測方法

交通流量監測的方法有很多，我們需要從眾多方法中提取較比有效的方案，從而為構建智能交通系統提供原始信息。

2.1 基于地感線圈的車輛監測系統

地感線圈檢測器是一種基于電磁感應原理的車輛檢測器，它利用傳感器技術，將傳感器件安置在交通路面以下，使上面的環形線圈通有一定的交變電流。當車輛通過線圈或停在線圈上時，車輛引起線圈回路電感量的變化，檢測器檢測出該變化就可以檢測出車輛的存在[1]。

根據纏繞線圈的環繞面積、總匝數、線圈周長，以及周圍介質的情況可以決定線圈的自感應大小。道路上的車輛通過感應線圈時，金屬地板就會產生閉合的感應電渦流，感應電渦流會產生與原有磁場相反的新磁場，結果使線圈的電感應量變小，導致調諧頻率偏離原有數值[2]。我們取樣新的頻率偏離信號，經波形整形成為規則的矩形波，并以此作為計數脈沖，在固定的時間窗口采樣計數脈沖，可以得到振蕩器頻率的變化情況。傳感線圈的檢測情況如圖1所示。

2.2 利用超聲波技術的交通流量監測

超聲波監測是一種非接觸方式的檢測方法，利用聲波的傳播和反射原理，通過對發射波和反射波產生的時差實現對位移量的測量。將超聲波檢測探頭固定高處，每個車道固定一個探頭，對準下面的車道，探頭發射出超聲波，經車輛或地面的反射后重新接收，根據反射和返回的時間差，判斷判斷是否有車輛通過。

圖1　傳感線圈檢測系統結構圖

超生波檢測電路是由發射電路、接收電路、信號控制與處理電路等部分組成。探頭安置在發送電路上，完成信號的采集工作。高頻振蕩脈沖信號由高頻振蕩電路產生，并在介質內產生超聲波。接收電路的作用是將產生的反射波進行篩選，并放大高頻信號，經A/D轉換器將模擬信號轉換為數字信號，將檢測到信息傳送到主機端。超聲波檢測電路邏輯結構如圖2所示。

圖2　超聲波流量檢測邏輯結構

2.3 視頻圖像檢測器

基于視頻的車流量監測是以攝像機和計算機圖像處理為基礎，將攝像機捕獲到的視頻信號利用計算機對其進行分析，從而獲得在某一時間段內，道路上通過的車輛的數目。

視頻檢測器主要由外場攝像機、數據處理及傳輸設備、視頻檢測處理器組成。這種技術能夠保證數據采集的廣泛性，一臺攝像機能夠采集到幾個相鄰車道的交通信息。包括交通工具的類型、交通流量、道路占有率、車輛運行速度、排隊長度等，這是之前所介紹的車輛檢測器所不能做到的。視頻檢測器的使用使檢測交通動態行為和各種空間交通數據成為可能。視頻檢測處理模式如圖3所示。

圖3　視頻檢測處理模式

3 各檢測方法的比較及適用領域

3.1 地感線圈

地感線圈這類方法實現的檢測系統可靠，測速和交通量計數精度較高，不容易天氣的變化和交通環境的變化所影響，具有穩定性好，故障率低的特點。但是這種方法需要將傳感部件永久性的安裝在地面以下，在安裝和維護時都需要對路面進行挖掘，勢必會影響該路段的交通，并且費時費力。除此以外線圈受損后，維護困難。若涉及到道路改建和擴建等操作，必然會受到牽制。當高峰時段，車流量大，造成擁堵、車間距小時，受本身測量原理的限制將會會導致檢測精度降低。實踐證明，感應線圈檢測器更適用于高速公路、橋梁、隧道中流量的監測。

3.2 超聲波

超聲波是一種非接觸式的檢測方式，不同與地感線圈，它不受光線、被檢測車輛顏色等因素的影響，對雨、霧、雪都有很強的穿透能力，及使環境惡劣也會有很好的適應能力。并且成本低，體積小，優化升級方便、靈活。安裝維護比較方便，可靠性高，不受其他車輛遮擋影響，即使車流量密集也有很好的適應性，在越來越多的場合中較為適用。但超聲波檢測裝置反應時間長、容易產生大誤差，并且分辨率低、衰減快，有效測量距離小。根據其特點主要用于停車場車位檢測，交通流量、速度的檢測，還能提供車輛排隊長度、行程時間計算等功能。在交通信息處理系統中可替代感應線圈檢測器以降低環境干擾。

3.3 視頻檢測

視頻車輛檢測器的主要優點為: 安裝簡單，使用、維護方便；檢測區域廣泛、物體真實再現、具有很好的可視化效果；檢測設置靈活、單臺攝像機和處理器可檢測多車道，可獲得大范圍交通信息，支持多條車道同時檢測。尤其是測速、交通量計算中具有不可比擬的高精度。但也存在缺點，視頻檢測方法穩定性不好，維護調試需反復進行，檢測區域的背景環境變化(如氣象、光亮等)和攝像機晃動均可能降低車輛檢測器的檢測精度而造成誤判；該種方法主要用于車輛檢測及分類、交通擁堵分類、交通流的預測、交通參數的估計、字符的辨識、駕駛員行為的模擬等方面，可以進行信號等控制的交叉路口車輛的檢測、隧道內交通檢測、交通事故檢測等。

4 結束語

在構建城市智能交通系統中，信息的采集是首要任務，我們可以通過各種手段獲取的交通信息，并對數據進行分析，從而使交通管理人員和道路的使用者獲得道路信息和交通管理方案，最大限度地發揮整個交通系統的運輸和管理效率。交通流量檢測系統是建立智能交通系統的前提，通過對三種常用方法進行系統研究，分析信號的采集、傳輸及處理過程，對比各方式的優缺點，針對各自的適應性，使其應用于合理的場合，為智能交通系統的設計與實施提供了有價值的參考。

參考文獻

[1]臧利林,賈磊.基于環形線圈車輛檢測系統的研究與設計[J].儀器儀表學報,2004,8.

[2]傅明,湯強.基于無線傳感器網絡的交通流量采集系統[J].交通信息與安全,2011,4.

[3]杜成濤,王水清.基于單片機智能交通流量檢測器設計與實現[J].微處理機,2003,4.

[4]何龍燕.利用超聲波技術檢測交通流量[J].黑龍江科技信息,2007,8.

[5]蘇潔.基礎交通信息采集技術的研究[J].制造業自動化,2010,11.

[6]賈冬冬.AutoScope視頻車輛檢測系統在高速公路監控系統中的應用[J].公路交通科技,2003,6.

[7]潘秦華.一種實時可靠的視頻交通流量檢測方法[J].電子科技,2005,7.