交通交通参数视频检测研究

本科毕业论文设计交通参数视频检测研究

交通参数视频检测研究

摘要交通参数视频检测技术是一项将信息技术和交通工程系统充分融合的系统技术参数检测的实现基于路面交通行驶布置的基础上通过图像分析和处理来实现。它的基本原理是对于实时输入的图像或视频首先判断其中是否存在交通对象若存在则根据相应的算法判断交通类型并相应进行统计、计算相关的参数信息。伴随着视频图象数字化处理技术的迅猛发展交通参数视频检测技术已经在智能交通中尤其在各种检测技术中显示了其性价比上的优越性[1] 。

本文谨以高速路段和城市快速路的监控视频为交通参数视频检测的研究对象[2] 先介绍课题研究背景及意义尤其着重介绍智能交通系统(ITS) 、交通参数提取在智能交通领域的重要作用、 目前交通参数采集的主要技术方法和相关设备并通过文献检索方法收集和分析比较视频检测与其他检测技术的不同之处 以此确定视频检测在检测领域的地位和发展趋势 同时通过实验分析和实地调查视频检测技术如何实现交通参数的提取 了解视频检测技术目前的研究进度以及在使用过程中存在的问题研究的最后将对交通参数视频检测在使用过程中出现的问题提出并进行方法改进。

关键词 交通流 视频检测 参数提取 图像分析与处理算法

ABSTRACT Parameters of chel iang video detection technology are one of theinformation technology and chel iang the engineer ing system to ful ly mixsystem technology, the real ization of the parameter detection based on roadchel iang arrangement, on the basis of implementation by image analysis andprocessing. Its basic pr inciple is: the real-time input image or video,f i rst determine whether there is a chel iang object, if any, dependingon thetype of the corresponding algor ithm to judge the chel iang,and thecorresponding statistics, calculates the parameters of related information.With the rapid development of digital image processing technology, thechel iang parameters of video capture technology have been in al l kinds oftesting technology shows its super ior ity.

This article would l ike to high-speed roads and urban expresswaysurvei l lance video for video chel iang parameter detection object of study,f i rst introduces the research background and signif icance, especial lyintroduces the intel l igent transportation system (ITS) , chel iang parametersextraction and important role in the f ield of intel l igent transportation,the current main technical methods of chel iang parameters acquisition andrelated equipment, and col lected through the method of l iterature retr ievaland analysis of video detection and other detection technology difference,to determine the video test status and development trend in the f ield oftesting, at the same time, through the exper imental analysis and f ieldsurvey video detection technology of how to real ize the chel iang parametersextraction, understand the progress of the research of video detectiontechnology, and the problems in use process, the last of the study wi l l ofvideo chel iang parameter detection in use process problems in the method ofimprovement.

KEY WORDS chel iang f low; video detection; Image analysis and rocessing;algor ithm

目录

1.绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.1论文研究的背景意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2论文研究的相关知识. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.2.1智能交通系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.2.2交通参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.2.3高速公路交通流理论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.3国内外研究历史和发展近状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.3.1国内研究历史和发展近状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.3.2国外研究历史和发展近状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.4课题研究的安排和成果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.4.1课题研究的安排. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.4.2课题研究的成果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2.交通参数检测方法及设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.1交通参数检测方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.1.1虚拟线圈法或虚拟检测线法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.1.2机动车跟踪法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

2.2交通参数检测设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

2.2.1环形线圈检测装备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.2.2红外线检测设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.2.3交通微波传感设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.2.4视频检测设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

3.交通参数视频检测系统的设计与实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.1基于Matlab软件的视频检测系统的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.1.1视频图片的预处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1.2背景图片的确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.2基于差分法的运动目标参数检测系统算法的实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

3.2.1读取视频. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

3.1.2处理帧图像. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

3.1.3获取车辆其他参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

3.3视频检测系统的工作流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

3.4结果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

4.视频检测系统在交通参数提取中的应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

4.1交通参数视频检测技术在远景交通参数观测上的运用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

4.2交通参数视频检测技术在近景交通参数观测上的运用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

5.课题内容总结与展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.1课题总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.2研究展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

致谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

交通参数视频检测研究

1 .前言

信息的基础是数据它能反映客观世界帮助解决客观存在的问题[3] 。伴随着现阶段经济的迅猛发展和生活条件的极大提高社会对交通运输需求不断增加致使交通出行量的大幅增长 同时有限的道路网容量和交通基础设施、不断增长的汽车保有量、频繁出现的交通拥挤和高频率车辆事故等现象要改善或解决这些交通现状、交通问题的前提则是开展交通调查和研究。无论是机动车辆、非机动车辆还是行人都在其对应的运动空间内呈现一定的运动规律 无论是车辆驾驶员、行人还是乘客都在参与交通出行时呈现相关行为和心理反应而掌握这些交通参与者的运动规律则对开展各类交通工程相关工作具有非常重要的意义[4] 。基于视频的交通参数检测技术则是为改善或解决上述交通问题的过程中在现有交通设施的基础上运用先进技术对道路交通进行更有效的控制与管理发挥现成道路网体系最高效率的目标基础上发展起来的智能交通系统方法之一[5] 。

取

1 . 1论文研究的背景意义

据调查显示改革开放以后我国大力进行以高速公路为主的高等级道路建设截止到2007年公路通车总里程已达358.30万公里[6] 此中包含的高速公路里程约5.4万公里只占公路通车里程的1 .5%而仅这1 .5%比例的高速公路在采用智能交通系统 Intel l igent Transportation Systems,简称ITS的基础上通过加强交通三要素[4]人、车、路三者之间的联系从而初步缓解了交通在经济建设中的瓶颈制约。交通参数视频检测技术作为智能交通领域内典型应用具有参数获取操作简单、高效实时采集、成本低廉等特点 国内外各相关部门和研究人员已经对此深受重视。交通参数视频检测研究技术将交通运输工程学、车辆工程、系统科学工程、控制科

学工程、信息工程、计算机技术和智能科学等学科相融合形成多学科交叉范畴的研究热点。

1 .2论文研究的相关知识

1 .2. 1智能交通系统

智能交通系统即Intel l igent Transportation Systems简称ITS是为了对现有道路交通进行更加有效的控制和管理而将先进的信息科学技术、计算机科学技术、控制工程技术、传感集成技术、智能科学、 自动化原理等知识综合运用于交通服务范畴从而加强交通三要素行人、机动车、道路三者之间的联系提高道路交通服务效率。智能交通系统在交通运输中的应用又称“智能运输系统”。智能运输系统包括先进的出行信息系统ATIS、交通管理系统ATMS、公共交通系统APTS、车辆控制系统AVCS、电子收费系统ETC、商用车辆运营系统CVOS等。而视频检测技术均可以运用于各个智能系统领域发挥实时监控、数据采集等功能[6] 。

1 .2.2交通参数

交通参数是一种描述交通流定性定量特征的物理量通常包括交通量、速度、密度、车头时间距、道路占有率包括时间占有率和空间占有率、通行能力等一般获取交通量、车速、密度后可根据三者之间或与时间或空间距离的关系得到车头时间距、道路占有率等其他交通参数。