感知交通视频的交通流特征参数监测
道路交通流特征参数是交通安全管理、交通状况态势评估和交通决策的重要的几个基础信息。本项目基于的平台是MENLOW嵌入式平台。本项目在该平台的基础上扩展了相应的硬件和软件资源，设计了一款监测终端（简称ITS监测终端），该终端特点是基于视频的交通流特征参数。通过工业相机获得交通现场环境、场景视频序列图像，使用图像处理分析技术，实时跟踪、剖析运动车辆的属性状态，建立实现运动中车辆的轮廓参数（长和宽）、车辆行驶速度以及车头时距等交通流特征参数可以实时监测的视觉测量模型，间接计算道路占有率、决策交通流量密度等能够影响交通流的重要道路交通基础参数。车型的识别是利用BP神经网络模型来实现的。各ITS终端之间互联互通可以由各ITS终端通过公用网络或专用网络（交通部门的光纤环网、WLAN、Internet和3G等）实现，并与交通管理部门的监控中心互联互通，达到各ITS监测终端之间数据动态交换和共享，实现的服务平台集交通诱导提醒、交通状况态势评估、交通状况决策和实时公布交通状态信息的广域分布式交通综合信息为一体。
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3主要研究内容及章节安排 4
第二章 相关理论介绍 6
2.1 卡尔曼背景建模 6
2.1.1 背景建模概述 6
2.1.2 基于Kalman滤波理论的背景预测与更新 6
2.2 透视变换理论 9
2.2.1 透视变换矩阵 9
2.2.2 透视变换矩阵的求取 10
2.2.3交通流视频图像透视变换的实现 12
第三章 系统方案概况 13
3.1 系统设计目标 13
3.2 系统体系结构 13
3.3系统的组成 14
3.3.1 交通流特征参数信息采集层 14
3.3.2 交通信息传输、交换和共享层 14
3.3.3 交通管理和决策层 14
3.3.4 交通信息综合服务层 15
3.4 系统实现的主要功能 15
3.5 主
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
要技术指标 16
第四章 系统实现 18
4.1 系统硬件及部署 18
4.1.1 道路交通流特征参数监测终端（简称ITS监测终端）设计方案 18
4.1.2 RFID和阅读器硬件设计 18
4.1.3 GSM模块接口电路 20
4.1.4 无线调制解调模块及交通诱导显示设计 21
4.1.5 ITS终端网络互联互通方案 23
4.2 软件设计 23
4.3 GIS系统设计 27
4.4 数据库设计 29
4.4.1数据结构 29
4.4.2 局部设计 29
4.5 交通信息传输、交换和共享 30
4.5.1 ITS监测终端之间的信息传输、交换和共享 30
4.5.2 ITS监测终端与交通诱导系统的信息传输、交换和共享 31
4.5.3 ITS监测终端与便携智能设备之间的信息传输、交换和共享 32
4.6 交通信息综合服务、交通管理和决策 33
4.7 图像处理关键技术及交通流量特征参数测量 34
4.7.2 卡尔曼背景建模及车辆跟踪的实现 34
4.7.4 交通流参数测量及车型识别 35
4.7.5 车速测量和交通流量测量 40
4.7.6 基于视频图像交通流特征参数测量流程 41
第五章 系统测试 45
5.1车流量检测部分测试方案 45
5.1.1测试环境 45
5.1.2本地车流量采集子系统测试 46
5.2车速对检测精度的影响测试 47
5.3车模的长宽检测精度测试 48
5.4实验室正常环境下多车组合检测测试 49
5.5 不同环境下的车流量检测测试 50
5.6 现场车流量采集测试 51
5.7 实际交通环境下交通流特征参数监测 52
5.8程序优化及测试效果 54
第六章 总结与展望 57
6.1 总结 57
6.2 创新 57
6.3 展望 58
参考文献 58
附录A 61
图像处理部分代码 61
液晶发布终端部分代码 68
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
交通是国民经济的重要基础，一个国家的交通发展水平标志着其整体实力与科技水平，促进我国交通的现代化、智能化、信息化是一项尤为重要的任务。常用的视频检测技术在对道路交通流进行检测时存在一定的不科学性，在对道路交通流检测的过程中，一般使用的是相对独立的外场检测设备，视频检测技术与检测设备的独立性导致检测到的交通流信息的可靠性相对较低。交通流信息的不可靠对交通安全与交通诱导产生直接影响，导致道路监管人员无法实时掌握道路交通流的现状，获得的道路交通流信息具有延迟性，导致交通诱导与实际交通状况不在同一时间轴上。因此，导致交通诱导不仅不能达到疏散交通流的目的，反而容易诱发交通拥堵，甚至交通事故。
随着社会经济的发展，城市机动化水平得到了长足的发展。由统计学的相关知识可知，在道路交通流中，随着时间的积累，道路交通流中车辆运行的规律性逐渐凸显。在现有交通资源下，充分挖掘现有摄像机所能获取的视频图像数据资源，从而获取道路交通流参数，这已成为目前交通研究领域的一项重要课题。实时获取准确的交通流参数信息是实现智能交通诱导及交通综合信息服务的重要信息基础，也为交通管理部门进行交通规划与交通管理工作提供了重要的决策依据。
今年来随着视频检测技术的发展，视频检测技术被广泛应用于多个领域，交通流视频检测技术就是视频检测技术的实际应用之一，其主要是通过视频拍摄的形式记录道路交通流的相关特征及基本信息。在交通拥挤这一情况发生之前，相关部门及时采取措施、疏导交通，以防交通拥挤发生。此方法具有检测范围大、灵活性强、可检测多种参数，无需改造路面等特点，拥有广泛的应用前景。
通过以上分析可知，视频检测技术不仅是为了获得道路交通流的基本特征及相关基础信息，而是通过采集到的道路交通流基础数据，实施掌握道路交通状况，它是对道路交通拥堵的路段进行交通诱导与疏散的基础，因此，对基于视频的道路交通流检测技术的研究具有重要意义，同时也是促进未来智能交通发展的关键技术之一。对高速公路而言，这对加强交通事件的自主检测能力、提高运营管理水平与服务水平具有重要意义；对公众出行而言，基于视频的道路交通流检测技术能够及获得道路交通流的相关信息，并通过交通管理部门的集中发布，使得公众在交通出行的过程中，能够及时了解路况，选择合适的出行路线，节省出行时间。
1.2 国内外研究现状
关于道路交通流视频检测技术，国外的相关研究早于国内的研究，主要是由于我国的专家学者对交通领域的研究起步较晚，20世纪80年代，我国才开始涉足交通领域，因此关于交通流视频检测技术的相关理论研究还不完善，而在实际应用过程中还存在一些问题。
由SARNOFF研究中心、卡内基梅隆大学等多家知名研究单位开发的VSAM视频监控系统的问世实现了对道路交通流自动检测。VSAM视频监控系统以视频检测技术为基础，通过图像分析与识别，实现对道路交通流特征及基本信息进行搜集储存，但由于计算机技术的应用不够深入，导致该视频监控系统需要人工配合使用，通过人工控制方能实现对道路交通流信息的采集[1]。
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3主要研究内容及章节安排 4
第二章 相关理论介绍 6
2.1 卡尔曼背景建模 6
2.1.1 背景建模概述 6
2.1.2 基于Kalman滤波理论的背景预测与更新 6
2.2 透视变换理论 9
2.2.1 透视变换矩阵 9
2.2.2 透视变换矩阵的求取 10
2.2.3交通流视频图像透视变换的实现 12
第三章 系统方案概况 13
3.1 系统设计目标 13
3.2 系统体系结构 13
3.3系统的组成 14
3.3.1 交通流特征参数信息采集层 14
3.3.2 交通信息传输、交换和共享层 14
3.3.3 交通管理和决策层 14
3.3.4 交通信息综合服务层 15
3.4 系统实现的主要功能 15
3.5 主
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
要技术指标 16
第四章 系统实现 18
4.1 系统硬件及部署 18
4.1.1 道路交通流特征参数监测终端（简称ITS监测终端）设计方案 18
4.1.2 RFID和阅读器硬件设计 18
4.1.3 GSM模块接口电路 20
4.1.4 无线调制解调模块及交通诱导显示设计 21
4.1.5 ITS终端网络互联互通方案 23
4.2 软件设计 23
4.3 GIS系统设计 27
4.4 数据库设计 29
4.4.1数据结构 29
4.4.2 局部设计 29
4.5 交通信息传输、交换和共享 30
4.5.1 ITS监测终端之间的信息传输、交换和共享 30
4.5.2 ITS监测终端与交通诱导系统的信息传输、交换和共享 31
4.5.3 ITS监测终端与便携智能设备之间的信息传输、交换和共享 32
4.6 交通信息综合服务、交通管理和决策 33
4.7 图像处理关键技术及交通流量特征参数测量 34
4.7.2 卡尔曼背景建模及车辆跟踪的实现 34
4.7.4 交通流参数测量及车型识别 35
4.7.5 车速测量和交通流量测量 40
4.7.6 基于视频图像交通流特征参数测量流程 41
第五章 系统测试 45
5.1车流量检测部分测试方案 45
5.1.1测试环境 45
5.1.2本地车流量采集子系统测试 46
5.2车速对检测精度的影响测试 47
5.3车模的长宽检测精度测试 48
5.4实验室正常环境下多车组合检测测试 49
5.5 不同环境下的车流量检测测试 50
5.6 现场车流量采集测试 51
5.7 实际交通环境下交通流特征参数监测 52
5.8程序优化及测试效果 54
第六章 总结与展望 57
6.1 总结 57
6.2 创新 57
6.3 展望 58
参考文献 58
附录A 61
图像处理部分代码 61
液晶发布终端部分代码 68
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
交通是国民经济的重要基础，一个国家的交通发展水平标志着其整体实力与科技水平，促进我国交通的现代化、智能化、信息化是一项尤为重要的任务。常用的视频检测技术在对道路交通流进行检测时存在一定的不科学性，在对道路交通流检测的过程中，一般使用的是相对独立的外场检测设备，视频检测技术与检测设备的独立性导致检测到的交通流信息的可靠性相对较低。交通流信息的不可靠对交通安全与交通诱导产生直接影响，导致道路监管人员无法实时掌握道路交通流的现状，获得的道路交通流信息具有延迟性，导致交通诱导与实际交通状况不在同一时间轴上。因此，导致交通诱导不仅不能达到疏散交通流的目的，反而容易诱发交通拥堵，甚至交通事故。
随着社会经济的发展，城市机动化水平得到了长足的发展。由统计学的相关知识可知，在道路交通流中，随着时间的积累，道路交通流中车辆运行的规律性逐渐凸显。在现有交通资源下，充分挖掘现有摄像机所能获取的视频图像数据资源，从而获取道路交通流参数，这已成为目前交通研究领域的一项重要课题。实时获取准确的交通流参数信息是实现智能交通诱导及交通综合信息服务的重要信息基础，也为交通管理部门进行交通规划与交通管理工作提供了重要的决策依据。
今年来随着视频检测技术的发展，视频检测技术被广泛应用于多个领域，交通流视频检测技术就是视频检测技术的实际应用之一，其主要是通过视频拍摄的形式记录道路交通流的相关特征及基本信息。在交通拥挤这一情况发生之前，相关部门及时采取措施、疏导交通，以防交通拥挤发生。此方法具有检测范围大、灵活性强、可检测多种参数，无需改造路面等特点，拥有广泛的应用前景。
通过以上分析可知，视频检测技术不仅是为了获得道路交通流的基本特征及相关基础信息，而是通过采集到的道路交通流基础数据，实施掌握道路交通状况，它是对道路交通拥堵的路段进行交通诱导与疏散的基础，因此，对基于视频的道路交通流检测技术的研究具有重要意义，同时也是促进未来智能交通发展的关键技术之一。对高速公路而言，这对加强交通事件的自主检测能力、提高运营管理水平与服务水平具有重要意义；对公众出行而言，基于视频的道路交通流检测技术能够及获得道路交通流的相关信息，并通过交通管理部门的集中发布，使得公众在交通出行的过程中，能够及时了解路况，选择合适的出行路线，节省出行时间。
1.2 国内外研究现状
关于道路交通流视频检测技术，国外的相关研究早于国内的研究，主要是由于我国的专家学者对交通领域的研究起步较晚，20世纪80年代，我国才开始涉足交通领域，因此关于交通流视频检测技术的相关理论研究还不完善，而在实际应用过程中还存在一些问题。
由SARNOFF研究中心、卡内基梅隆大学等多家知名研究单位开发的VSAM视频监控系统的问世实现了对道路交通流自动检测。VSAM视频监控系统以视频检测技术为基础，通过图像分析与识别，实现对道路交通流特征及基本信息进行搜集储存，但由于计算机技术的应用不够深入，导致该视频监控系统需要人工配合使用，通过人工控制方能实现对道路交通流信息的采集[1]。
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