第1节-城市交通监控系统

1、执 着 现代城市道路监控系统的核心是 由五个部分组成：交通控制、交 通监视、交通信息管理、交通出 警和综合信息传输。同时辅助于 其它外围设备和系统，如闯红灯 检测、卡口智能识别、GPS车辆 定位等。 对于交通管理人员，交通路口的电视图像是 最直接的交通信息，同时也是最大的交通信息 源。随着人们对图像信息研究和应用的深入， 视频图像含有丰富的交通信息，操作员可以从 视频图像中直观地获取现场的交通情况。 一、监控技术 视频检测 技术 壹 视频检测技术 的工作原理 视频检测分为分析对象，通过对设定区 域的图像进行分析，可以得到很多交通信 息，主要包括车流量、平均车速、占有率、 车型等。而且视频检测的

2、数据可输入到交 通信号控制系统，电视监控系统和交通信 号控制可以有机的 集成到一起，利用视频 检测，提供一般的交通统计数据外，还进 行事件检测，如交通阻塞、超速行驶、非 法停车、不按道行驶、逆行等。 工作流程 1）摄像机安装在合适的高度（一般5-20m）； 2）摄像机输出接到视频检测器上； 3）在摄像机画面上设置检测线和检测区； 4）通过图像处理板，经特殊算法，得到 交通数据； 5）通过视频压缩和通信板，视频检测器 图像和数据可传送到远端控制中心； 6）最后得到的叠加有交通数据的视频图 像，交通数据可通过通信口输出。 视频技术的功能 和作用 1）用于统计交通数据。 包括对车辆总量、道路占有率、

3、车辆分类、 车流率、车头距和车速等交通数据的检测。 2）用于与事件有关的交通数据。 根据检测到的数据，可以产生不同的报警信 息，当检测到某一事件发生时，系统自动报警以 提示操作员，操作员从图像上了解事件发生的地 点、该地点的交通状况，并采取相应的交通管理 措施。 环形线圈感应式检测技术是指由环形线圈作 为检测探头的一套能检测到车辆通过或存在于 区域的技术。环形线圈感应检测器通常由四个 部分组成：环形线圈、传输馈线、检测处理单 元及背板框架。 一、监控技术 环形线圈感 应式检测技术 贰 工作原理（1） 由传输馈线连接的环形线圈与检测处理 单元组成的初级调谐电路，环形线圈就相 当于此电路中的电感元

4、件，电容决定于检 测处理单元中的电容。电流通过环形线圈 时，在其附近形成一个电磁场。当主要由 铁材物质组成的车辆进入这个磁场时，辐 射金属中感应出涡流，涡流电流使磁场的 磁力线减少。 工作原理（2） 调谐电路中的环形线圈电感量随之降低， 引起电路调谐的频率上升。检测处理单元 就是通过对振荡频率的反馈电路的频率改 变或者是相应偏移的响应，得到一个检测 到车辆的输出信息。 工作原理示意图 应用范围 主要应用于交通流数据信息采集系统， 交通信号控制系统，交通诱导及停车管理 系统。 通过工作在微波频段的雷达探测器，向行驶 的车辆发射调频微波，波束被行驶的车辆阻挡 而发生反射，反射波通过多普勒效应使频率

5、发 生偏移，根据这种频率的偏移检测出有车辆通 过，经过接收、处理、鉴频放大后输出一个检 测信号，从而达到检测道路交通信息的目的。 一、监控技术 远程交通微 波检测技术 叁 微波检测器 原理 微波检测器可进行单车道检测或多国产 检测。安装在路侧灯杆上方或车道正上方的 微波检测器呈45度角朝下发射狭窄的微波， 从微波反射回来的时间差来判断是否有车辆 通过，并收集各车道上的车流量、道路占有 率和平均速度等数据，其输出信息与一般常 见的检测器兼容，可通过数据接口与控制系 统相连或直接替代传统的多个感应线圈探测 器。 微波检测器 示意图 微波检测器 地位（1） 微波检测器是交通信息检测系统的重要 组成部

6、分，是广泛应用于城市交通信号控制 系统及调整公路监控系统、区域交通事故报 警系统 等领域的高新技术设施。 微波检测器 地位（2） 它不仅能检测采集数据，而且能够在内 部处理多种需要的交通参数，直接取代环形 线圈检测器及其控制器，降低成本。或是配 合城市交通控制系统中交通信号控制器对路 口交通信号进行实时控制，控制器根据微波 检测器检测到的实时交通信息，自动编程修 改信号配时方案，智能化地指挥交通。 微波检测器 的功能和作用 （1）精确检测各车道的交通流量、道路 占有率、平均速度和排队状况等信息。 （2）检测器的输出信号与一般常见的检 测器兼容，可通过数据接口与控制系统相连 或直接替代传统的多个

7、感应线圈探测器，它 具有存储能力，可将检测到的数据进行存储， 也可通过串行总线接入其它系统，或通过风 格传输到交通信息中心。 二、基于无线网络技术的远程分 布式交通信号控制系统 网格是借鉴电力网的概念提出的，网格的最 终目的是希望用户在使用网格计算能力解决问题 时借使用电力一样方便，用户不用去考虑得到的 服务来自哪个地理位置、由什么样的计算设施提 供。 系统组成与 基本工作原理 壹 系统组成（1） 交通信号控制器作为自适应交通控制系 统中的重要组成部分，采集城市道路交通信 息数据，通过投投交通信号灯，实现对交叉 口交通流的优化控制。基于无线网格技术的 远程分布式信号控制系统采用革命性的架构 模

8、式，系统设想 交通信号控制 单元主要由 主机单元、从机单元、车辆检测单元、配置 维护等组成，上述各单元相互独立，通过有 线或无线的方式连接。 系统组成（2） 各个控制单元相对独立，控制单元之间 通过无线网格进行通信，主控制器通过远程 无线通信与中心通信。车辆检测单元和从机 单元可根据路口的襑需要灵活配置。主机单 元与从机单元既可单独控制交通信号灯，又 可通过网络连接，协调控制信号灯，从而可 以根据路口的实际情况灵活合理地配置路口 的控制单元数量。 系统组成 示意图 系统 基本工作原理 主机单元通过本地无线/有线网络接收车 辆检测单元的交通信息数据，生成交通控制 策略；从机单元通过本地无线/有线

9、网络接 收主机单元的控制指令，控制相应的灯色变 化，同时检测所控相位的灯色状态，并将灯 色状态反馈到主机单元，主机单元里德相应 的处理。主机单元通过远程网络与控制中心 系统，接收控制中心的相关指令，上传相应 采集、故障、状态等相关信息。 系统 基本工作原理 主控单元与从控单元上都具备行人按钮 接口，行人按钮可以连接本灯杆上的相应控 制单元。手动控制采用无线的方式与主控单 元通信，可以在路口的有效距离范围内实现 遥控功能，参数配置与信号机本地状态查询 均通过无线的方式实现。 工作原理 示意图 二、基于无线网络技术的远程分 布式交通信号控制系统 （1）主机单元设计； （2）从机单元设计； （3）车

10、辆检测单元。 控制单元 设计 贰 主机单元设计 主机单元是本系统的核心单元，其完成 与中心系统的通信、控制策略的生成、接 收车辆检测单元的数据、控制从机单元、接 收从机单元的检测数据、控制本地相位、检 测本地相位输出控制状态等功能。 主机单元主要由主处理单元（CPU）、 远程通信单元、本地通信单元、相位驱动单 元、接口单元、光传感器处理单元等组成。 主机单元结构 示意图 从机单元设计 从机单元接收主机单元的控制指令，控制 本地相位，检测本地相伴输出控制状态，并 将相关信息传送到主机单元。 从机单元主要有主处理单元（CPU）、本 地通信单元、相位驱动单元、接口单元、光 传感器处理单元等组成。 从

11、机单元上的主处理单元、接口单元、本 地通信单元、光传感器处理单元、驱动单元 的设计与主机单元一致。 从机单元结构 示意图 车辆检测单元 根据算法类型可分为以下两种。 （1）实现交通信息的采集，包括：占有 率、车长、车速、流量等； （2）实现车辆有无状态的检测。 车辆检测单元 原理 当车辆经过磁阻传感器时，引起传感器附 近的磁场的变化，传感器根据 地球磁场的变 化，产生不同的信号，通过整形电路对信号 进行预处理。数据处理单元根据检测的信号 计算车辆的开关、速度等参数。数据强词夺 理单元将数据处理单元形成的数据进行编码 处理由无线传输单元发送到主机。 车辆检测单元 示意图 二、基于无线网络技术的远

12、程分 布式交通信号控制系统 （1）无线通信与现场总线相结合的控制技术。 （2）现场总线技术的微型化分体式硬件平台。 （3）信号控制单元采用光检测与数字化传输相结合 的检测技术。 （4）多级故障隔离的可靠性保障技术。 （5）节能环保型自适应灯光控制技术。 （6）交通控制算法的优化技术。 系统 技术支撑 叁 信号控制单元 工作示意图 电子警察的正式名称为交通状况监视器，又称“电子眼”， 它可以把交通状况如实地记录下来，并反映到交通管理监控中 心。 三、电子警察 电子警察 的组成 典型的电子警察通常是由图像检测、拍摄、 采集、处理、传输与管理以及辅助淘汰、辅 助支架和相关配套设备等组成。主要有固定

13、和流动的两种形式，自动和人工操作的两种 方式。 电子警察 的组成与作用 （1） （1）图像检测部分 在系统中起车辆感应的作用。主要有环形 线圈检测器、视频检测器、超声波或微波检 测器、红外检测器等几种。 （2）图像拍摄部分 在系统中直到图像抓拍的作用，主要有照 相机和摄像机。 电子警察 的组成与作用 （2） （3）图像采集部分 在系统中直到图像采集即将模拟视频图像 数字化的作用，通常采用多路视频图像采集 卡，将多路模拟视频图像经过多路切换器、 A/D转换器以及裁剪、压缩编码后变成数字 视频信息。 电子警察 的组成与作用 （3） （4）图像处理部分 包括控制主机和系统应用两个部分，在系 统中起到

14、控制、图像识别、存储和管理的作 用。 （5）信息传输部分 包括本地和远程传输两个部分，在系统中 起到信息传递与交换的作用。 电子警察 的组成与作用 （4） （6）信息管理部分 包括中心 机和管理软件两部分，在系统 中起信息的 汇集、存储、查询、统计、交换、 备份、打印、嫌疑信息的自动对比与实时报 警、系统故障自诊断与管理和远程监控、远 程维护与远程报警等诸多重要作用。 电子警察 的组成与作用 （5） （7）辅助光源 在系统中起辅助照明，在其是夜间或光线 不足时补光，提高抓拍图像清晰度的作用。 （8）辅助支架 在系统中用于安装、固定摄像机或照相机 和辅助光源等。 （9）其它相关配套设备 保证系统

15、相关设备正常、稳定、可套地通 行。 图像动态识别 应用（1） 市场对电子警察设备性能有三个基本要求： 违章图片或图像清晰度、设备的可靠性、稳定 性和适宜的价格。 关注两个方面的问题： （1）图像捕获问题。 （2）图像后期处理过程中违章识别问题。 图像动态识别 应用（2） （1）一般的图像识别技术 运动对象检测是计算机视觉、运动图像编 码、基于内容的检索、安全监控等视频分析和 处理应用的关键步骤。 （2）电子警察应用中图像的动态性 电子警察辅助警察进行交通违章监控和处 理。 图像动态性 的 表现形式 （1）监测对象的实时动态性； （2）监测对象的交织动态性； （3）图像检测过程中，偶然因素的干扰

16、。 图像动态识别 应用（3） （3）基于特征提取的车辆检测 检测去除背景后的剩下的图像是否有车辆 的问题。 （4）边缘的序列差分 采集的图像序列，由于量化噪声以及摄像 头光圈的自动调节，使得直接差分不能有效提 取出运动车辆。在提取图像的边缘之后，利用 图像的边缘不受亮度、量化噪声影响的特点， 用边缘信息来捕捉运动车辆。 图像动态识别 应用（4） （5）快速图像配准算法 对于摄像机自己移动比较大的情况，可以 采用快速图像配准算法进行识别。 谢 谢 工作流程 1）摄像机安装在合适的高度（一般5-20m）； 2）摄像机输出接到视频检测器上； 3）在摄像机画面上设置检测线和检测区； 4）通过图像处理板

17、，经特殊算法，得到 交通数据； 5）通过视频压缩和通信板，视频检测器 图像和数据可传送到远端控制中心； 6）最后得到的叠加有交通数据的视频图 像，交通数据可通过通信口输出。 微波检测器 地位（1） 微波检测器是交通信息检测系统的重要 组成部分，是广泛应用于城市交通信号控制 系统及调整公路监控系统、区域交通事故报 警系统 等领域的高新技术设施。 二、基于无线网络技术的远程分 布式交通信号控制系统 网格是借鉴电力网的概念提出的，网格的最 终目的是希望用户在使用网格计算能力解决问题 时借使用电力一样方便，用户不用去考虑得到的 服务来自哪个地理位置、由什么样的计算设施提 供。 系统组成与 基本工作原理 壹 系统组成 示意图 系统 基本工作原理 主机单元通过本地无线/有线网络接收车 辆检测单元的交通信息数据，生成交通控制 策略；从机单元通过本地无线/有线网络接 收主机单元的控制指令，控制相应的灯色变 化，同时检测所控相位的灯色状态，并将灯 色状态反馈到主机单元，主机单元里德