长春大学计算机科学技术学院 谷 赫 赵耀红 李念峰



智能交通系统中道路流量监测方法的研究与分析

长春大学计算机科学技术学院 谷 赫 赵耀红 李念峰

【摘要】建立智能化交通系统的建立，其中首要任务是进行交通流量的监测，文中从实际情况出发，提出基于地感线圈监测、超声波监测、视频图像监测等方法，并对三种方法的优缺点进行比较，将其应用于合理的适用场合。

【关键词】智能交通系统；交通流量监测；地感线圈监测；超生波监测；视频图像监测

1 引言

经济的发展导致城市规模和密集程度不断扩大，城市交通已经成为一个重要的发展课题。日益严重的交通拥堵、事故频发等交通问题需要一个智能化的交通管理系统去解决。而交通流量的监测是建立智能化交通管理系统的技术支持，它可以对现代交通系统起到规划、管理和维护的作用。交通流量监测是对车辆信息进行采集、分析处理的过程，它成为对交通管理进行控制的有效前提，通过对信息监测结果进行分析，可以是交通运行的实际情况变得可视化。

2 流量信息监测方法

交通流量监测的方法有很多，我们需要从众多方法中提取较比有效的方案，从而为构建智能交通系统提供原始信息。

2.1 基于地感线圈的车辆监测系统

地感线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它利用传感器技术，将传感器件安置在交通路面以下，使上面的环形线圈通有一定的交变电流。当车辆通过线圈或停在线圈上时，车辆引起线圈回路电感量的变化，检测器检测出该变化就可以检测出车辆的存在[1]。

根据缠绕线圈的环绕面积、总匝数、线圈周长，以及周围介质的情况可以决定线圈的自感应大小。道路上的车辆通过感应线圈时，金属地板就会产生闭合的感应电涡流，感应电涡流会产生与原有磁场相反的新磁场，结果使线圈的电感应量变小，导致调谐频率偏离原有数值[2]。我们取样新的频率偏离信号，经波形整形成为规则的矩形波，并以此作为计数脉冲，在固定的时间窗口采样计数脉冲，可以得到振荡器频率的变化情况。传感线圈的检测情况如图1所示。

2.2 利用超声波技术的交通流量监测

超声波监测是一种非接触方式的检测方法，利用声波的传播和反射原理，通过对发射波和反射波产生的时差实现对位移量的测量。将超声波检测探头固定高处，每个车道固定一个探头，对准下面的车道，探头发射出超声波，经车辆或地面的反射后重新接收，根据反射和返回的时间差，判断判断是否有车辆通过。

图1　传感线圈检测系统结构图

超生波检测电路是由发射电路、接收电路、信号控制与处理电路等部分组成。探头安置在发送电路上，完成信号的采集工作。高频振荡脉冲信号由高频振荡电路产生，并在介质内产生超声波。接收电路的作用是将产生的反射波进行筛选，并放大高频信号，经A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，将检测到信息传送到主机端。超声波检测电路逻辑结构如图2所示。

图2　超声波流量检测逻辑结构

2.3 视频图像检测器

基于视频的车流量监测是以摄像机和计算机图像处理为基础，将摄像机捕获到的视频信号利用计算机对其进行分析，从而获得在某一时间段内，道路上通过的车辆的数目。

视频检测器主要由外场摄像机、数据处理及传输设备、视频检测处理器组成。这种技术能够保证数据采集的广泛性，一台摄像机能够采集到几个相邻车道的交通信息。包括交通工具的类型、交通流量、道路占有率、车辆运行速度、排队长度等，这是之前所介绍的车辆检测器所不能做到的。视频检测器的使用使检测交通动态行为和各种空间交通数据成为可能。视频检测处理模式如图3所示。

图3　视频检测处理模式

3 各检测方法的比较及适用领域

3.1 地感线圈

地感线圈这类方法实现的检测系统可靠，测速和交通量计数精度较高，不容易天气的变化和交通环境的变化所影响，具有稳定性好，故障率低的特点。但是这种方法需要将传感部件永久性的安装在地面以下，在安装和维护时都需要对路面进行挖掘，势必会影响该路段的交通，并且费时费力。除此以外线圈受损后，维护困难。若涉及到道路改建和扩建等操作，必然会受到牵制。当高峰时段，车流量大，造成拥堵、车间距小时，受本身测量原理的限制将会会导致检测精度降低。实践证明，感应线圈检测器更适用于高速公路、桥梁、隧道中流量的监测。

3.2 超声波

超声波是一种非接触式的检测方式，不同与地感线圈，它不受光线、被检测车辆颜色等因素的影响，对雨、雾、雪都有很强的穿透能力，及使环境恶劣也会有很好的适应能力。并且成本低，体积小，优化升级方便、灵活。安装维护比较方便，可靠性高，不受其他车辆遮挡影响，即使车流量密集也有很好的适应性，在越来越多的场合中较为适用。但超声波检测装置反应时间长、容易产生大误差，并且分辨率低、衰减快，有效测量距离小。根据其特点主要用于停车场车位检测，交通流量、速度的检测，还能提供车辆排队长度、行程时间计算等功能。在交通信息处理系统中可替代感应线圈检测器以降低环境干扰。

3.3 视频检测

视频车辆检测器的主要优点为: 安装简单，使用、维护方便；检测区域广泛、物体真实再现、具有很好的可视化效果；检测设置灵活、单台摄像机和处理器可检测多车道，可获得大范围交通信息，支持多条车道同时检测。尤其是测速、交通量计算中具有不可比拟的高精度。但也存在缺点，视频检测方法稳定性不好，维护调试需反复进行，检测区域的背景环境变化(如气象、光亮等)和摄像机晃动均可能降低车辆检测器的检测精度而造成误判；该种方法主要用于车辆检测及分类、交通拥堵分类、交通流的预测、交通参数的估计、字符的辨识、驾驶员行为的模拟等方面，可以进行信号等控制的交叉路口车辆的检测、隧道内交通检测、交通事故检测等。

4 结束语

在构建城市智能交通系统中，信息的采集是首要任务，我们可以通过各种手段获取的交通信息，并对数据进行分析，从而使交通管理人员和道路的使用者获得道路信息和交通管理方案，最大限度地发挥整个交通系统的运输和管理效率。交通流量检测系统是建立智能交通系统的前提，通过对三种常用方法进行系统研究，分析信号的采集、传输及处理过程，对比各方式的优缺点，针对各自的适应性，使其应用于合理的场合，为智能交通系统的设计与实施提供了有价值的参考。

参考文献

[1]臧利林,贾磊.基于环形线圈车辆检测系统的研究与设计[J].仪器仪表学报,2004,8.

[2]傅明,汤强.基于无线传感器网络的交通流量采集系统[J].交通信息与安全,2011,4.

[3]杜成涛,王水清.基于单片机智能交通流量检测器设计与实现[J].微处理机,2003,4.

[4]何龙燕.利用超声波技术检测交通流量[J].黑龙江科技信息,2007,8.

[5]苏洁.基础交通信息采集技术的研究[J].制造业自动化,2010,11.

[6]贾冬冬.AutoScope视频车辆检测系统在高速公路监控系统中的应用[J].公路交通科技,2003,6.

[7]潘秦华.一种实时可靠的视频交通流量检测方法[J].电子科技,2005,7.