城市交通區(qū)間測(cè)速算法研究

孫靜

（遼寧對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院，遼寧 大連 116052）

城市交通區(qū)間測(cè)速算法研究

孫靜

（遼寧對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院，遼寧 大連 116052）

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)是基于先進(jìn)的車(chē)輛抓拍技術(shù)、車(chē)輛牌照自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種新型的超速違法取證系統(tǒng).該系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算車(chē)輛通過(guò)路段平均速度的方式來(lái)判斷是否超速，有效解決了單點(diǎn)測(cè)速的易躲避性，更有效地控制超速與減少超速等違法行為的發(fā)生.本文主要針對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)中的車(chē)輛的平均速度測(cè)定方法進(jìn)行了詳細(xì)的探討與研究.

區(qū)間測(cè)速；車(chē)輛；速度

1 前言

目前區(qū)間測(cè)速已不算是什么新名詞了，國(guó)內(nèi)已有越來(lái)越多的城市和地區(qū)如上海、杭州、青島、大連等都已采用區(qū)間測(cè)速這種形式作為一種有效的違法取證模式.

通過(guò)安裝在高速公路上的車(chē)輛自動(dòng)抓拍系統(tǒng)，連續(xù)不斷地捕獲車(chē)輛圖片、識(shí)別和記錄多個(gè)斷面上實(shí)時(shí)通過(guò)的車(chē)輛信息，包括車(chē)輛號(hào)牌、通過(guò)時(shí)間、車(chē)輛全景圖片、各斷面點(diǎn)速度等，將這些信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（有線或無(wú)線）上傳至中心處理平臺(tái)，比對(duì)同一車(chē)輛在同方向兩個(gè)斷面的通行時(shí)間，再根據(jù)兩個(gè)斷面間的距離來(lái)計(jì)算該車(chē)輛通過(guò)此路段的平均速度，最后根據(jù)平均速度判斷是否超速.如存在超速行為則自動(dòng)將違章車(chē)輛的數(shù)據(jù)及圖片等相關(guān)信息通過(guò)后臺(tái)管理平臺(tái)進(jìn)行聲光報(bào)警，并可根據(jù)需要以短信的形式發(fā)送給附近和現(xiàn)場(chǎng)的值勤交警，或?qū)⑿畔l(fā)布在高速公路顯示屏上，以對(duì)違章車(chē)輛進(jìn)行及時(shí)告知和警示更多的車(chē)輛.系統(tǒng)處理得到的所有違章車(chē)輛及相關(guān)圖片將作為違章信息源提供給違章系統(tǒng)作進(jìn)一步處理.

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及主要功能

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)包括前端抓拍部分和中心管理部分.前端抓拍部分主要完成車(chē)輛檢測(cè)、圖片抓拍、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?中心管理部分主要完成車(chē)輛的車(chē)牌識(shí)別及對(duì)比、平均速度計(jì)算、違章圖片的形成、數(shù)據(jù)加密驗(yàn)證以及對(duì)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用等.系統(tǒng)的主要功能主要包括以下幾方面：

2.1 卡口功能

系統(tǒng)每個(gè)抓拍單點(diǎn)可以對(duì)每一輛已過(guò)此點(diǎn)的車(chē)輛進(jìn)行抓拍，圖片通過(guò)網(wǎng)路傳輸?shù)街行墓芾砥脚_(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)，相關(guān)部門(mén)則可以通過(guò)客戶端對(duì)圖片進(jìn)行查詢.

2.2 車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別功能

車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別功能是區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的重要部分，區(qū)間測(cè)速的實(shí)現(xiàn)依靠?jī)?yōu)秀的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)，只有在車(chē)牌識(shí)別準(zhǔn)確率高的前提下，區(qū)間測(cè)速才有好的效果.

2.3 單點(diǎn)測(cè)速功能

此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)抓拍單點(diǎn)的測(cè)速，檢測(cè)方式的不同也決定了測(cè)速方式的不同.線圈檢測(cè)方式，采用雙線圈或者三線圈來(lái)測(cè)速；雷達(dá)采用微波測(cè)速，測(cè)速精度相對(duì)較高；而視頻檢測(cè)采用視頻方式測(cè)速.

2.4 區(qū)間測(cè)速功能

在中心平臺(tái)軟件上可以通過(guò)區(qū)間段和車(chē)牌檢索，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛通過(guò)某個(gè)區(qū)間段平均速度的計(jì)算，并可檢索關(guān)聯(lián)車(chē)輛通過(guò)兩個(gè)測(cè)速記錄點(diǎn)的照片和通過(guò)時(shí)刻的點(diǎn)速度.

顯然，如果沙特將石油作為扭轉(zhuǎn)當(dāng)前局面的重大措施確實(shí)發(fā)揮了顯著作用。這也進(jìn)一步凸顯了在美國(guó)致力于將伊朗原油出口降至零的環(huán)境下沙特對(duì)國(guó)際原油市場(chǎng)的重大影響力。沙特也似乎是在警告美國(guó)和叫嚷對(duì)其實(shí)施制裁的國(guó)家，如果你們膽敢實(shí)施制裁，沙特就將拿起石油武器進(jìn)行應(yīng)對(duì)，將國(guó)際原油價(jià)格推向各石油消費(fèi)國(guó)難以承受的高位。盡管沙特使用石油武器應(yīng)對(duì)可能的制裁具有正反兩面性，但沙特已經(jīng)暗示了其以此應(yīng)對(duì)潛在制裁的決心，既然能夠增產(chǎn)，同樣能夠減產(chǎn)。

3 車(chē)輛速度計(jì)算算法研究

3.1 段內(nèi)平均車(chē)速與瞬間平均車(chē)速

在區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)中如何規(guī)定此區(qū)間車(chē)輛的平均速度是至關(guān)重要的，因?yàn)榇似骄俣纫唤?jīng)確定，其它通過(guò)此區(qū)間的車(chē)輛就要在這個(gè)規(guī)定的速度內(nèi)行駛，否則就視為超速行駛.所以說(shuō)某一車(chē)輛在某一時(shí)刻的車(chē)速并不是重點(diǎn)，該車(chē)輛在這一區(qū)間內(nèi)的平均車(chē)速才是我們系統(tǒng)探討與研究的重點(diǎn).在確定某一區(qū)間的平均車(chē)速時(shí)，如果只片面的用單個(gè)車(chē)輛的速度來(lái)體現(xiàn)多個(gè)車(chē)輛的速度特點(diǎn)是不妥當(dāng)?shù)?，因此針?duì)這一缺點(diǎn)我們可以測(cè)量一定數(shù)量的車(chē)輛速度值實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后對(duì)于獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算機(jī)其平均數(shù)值，最后確定此區(qū)間的平均車(chē)速.區(qū)間車(chē)輛的平均速度分為:段內(nèi)平均車(chē)速，是指車(chē)輛在某一時(shí)間段內(nèi)通過(guò)設(shè)置在公路兩端的卡口與監(jiān)控設(shè)備測(cè)量到的所有車(chē)輛的車(chē)速度的平均數(shù)值.段內(nèi)平均車(chē)速體現(xiàn)的是大面積車(chē)流在不同的時(shí)段內(nèi)的車(chē)輛速度.瞬間平均車(chē)速，是給定的一特殊公路段的某一測(cè)量處，某一特定的時(shí)間點(diǎn)處所有測(cè)得車(chē)輛速度的平均數(shù)值.本文著重討論的是段內(nèi)平均車(chē)速.段內(nèi)平均車(chē)速的實(shí)現(xiàn)方法按照其實(shí)現(xiàn)原理可以分為以下兩種算法:

3.1.1 區(qū)間起始點(diǎn)估算法

該算法的基本原理是:我們將某一區(qū)間路段的起始點(diǎn)各設(shè)置兩個(gè)地下感應(yīng)線圈，并在感應(yīng)線圈所對(duì)應(yīng)的路面上畫(huà)出兩條虛擬檢測(cè)線，通過(guò)這虛擬檢測(cè)線就可以計(jì)算出區(qū)間起始點(diǎn)之間的距離s.由設(shè)置在地下的感應(yīng)線圈可以測(cè)量到通過(guò)起始點(diǎn)感應(yīng)線圈的車(chē)輛速及通過(guò)感應(yīng)線圈的時(shí)間（如：通過(guò)終點(diǎn)處的時(shí)間為t 2，通過(guò)始點(diǎn)的時(shí)間為t 1），我們就可以計(jì)算機(jī)出這一區(qū)間路段的時(shí)間之差為△t=t 2-t 1，再用兩點(diǎn)間的距離s除以時(shí)間差△t就可以測(cè)得車(chē)輛的平均速度V.

3.1.2 車(chē)型估算法

車(chē)型估算法主要有兩種方法：一是通過(guò)道路監(jiān)理部門(mén)我們首先得到該道路路段的車(chē)型組成比率，在進(jìn)行平均速度測(cè)量時(shí)我們將所有經(jīng)過(guò)該路段的車(chē)輛，一律取標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛的長(zhǎng)度，通過(guò)設(shè)置在路段某一處的卡口設(shè)備測(cè)量出車(chē)輛駛?cè)雲(yún)^(qū)間路段的時(shí)間值與駛出區(qū)間路段的時(shí)間值，用車(chē)輛的長(zhǎng)度和駛?cè)肱c駛出時(shí)間計(jì)算出車(chē)輛的行駛速度.然后依據(jù)車(chē)型組成比率，對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與對(duì)比，換算成該檢測(cè)線上的不同類型車(chē)輛的平均速度.該方案的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算的工作量比較小，缺點(diǎn)是有一定的測(cè)量的結(jié)果并不精確，但在只要我們測(cè)量的車(chē)輛的數(shù)量足夠多時(shí)，計(jì)算的結(jié)果是比較接近準(zhǔn)確值.另外一種方法是在測(cè)量前首選創(chuàng)建建種車(chē)型長(zhǎng)度數(shù)據(jù)表，當(dāng)區(qū)間路段內(nèi)有車(chē)輛駛?cè)霑r(shí)，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)區(qū)域的車(chē)輛進(jìn)行圖片提取進(jìn)而對(duì)駛?cè)氲能?chē)輛進(jìn)行車(chē)型判斷，然后查找車(chē)型長(zhǎng)度數(shù)據(jù)表，查詢出該車(chē)輛的長(zhǎng)度數(shù)值后，結(jié)合此車(chē)輛的駛?cè)霑r(shí)間和駛出時(shí)間差值，計(jì)算出車(chē)輛的行駛速度.該方法與上一種方法相比較來(lái)說(shuō)是測(cè)量的結(jié)果比較精確，但是該方法計(jì)算機(jī)起來(lái)比較復(fù)雜，而且計(jì)算的工作量較大.

3.2 算法原理

該算法的基本原理是:系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)檢測(cè)區(qū)域Area.分別記錄出車(chē)輛駛?cè)氲谝粋€(gè)檢測(cè)區(qū)域（Area1）的駛?cè)霑r(shí)間t1，并將其存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中；以此類推記錄下進(jìn)入每一個(gè)檢測(cè)區(qū)域車(chē)輛的駛?cè)霑r(shí)間（如:t2,t3,t4……），通過(guò)測(cè)量得到的時(shí)間值我們可以計(jì)算出該車(chē)輛經(jīng)過(guò)任意兩個(gè)設(shè)置的檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間差△t，從通過(guò)求平均值的方法計(jì)算機(jī)出平均時(shí)間差，這樣我們?cè)偻ㄟ^(guò)多個(gè)檢測(cè)區(qū)域間的距離來(lái)計(jì)算出該車(chē)輛在兩個(gè)檢測(cè)區(qū)域之間的平均速度.判斷車(chē)輛駛?cè)霗z測(cè)區(qū)域是要所設(shè)置在卡口處的監(jiān)控?cái)z像頭返回的圖像來(lái)判斷的，其中攝像頭標(biāo)定方案如圖1所示.

圖 1攝像機(jī)標(biāo)定圖示

我們要檢測(cè)的區(qū)間路段的區(qū)間距離可以通過(guò)攝像機(jī)獲得的相關(guān)的參數(shù)并通過(guò)公式計(jì)算得到.如圖1所示：攝像機(jī)的距離地面的為高度（h）、視場(chǎng)角度（FOV）α、一條檢測(cè)線對(duì)應(yīng)的角度β/r，q代表長(zhǎng)度為l的區(qū)域所包含的行像素的數(shù)目；r是圖像的垂直分辨率.公式（1）為某一個(gè)檢測(cè)的區(qū)間路段的區(qū)間距離：

l=htan[arctan(d/h)+qβ/r]-d公式（1）

由公式1我們可以測(cè)量到任意兩相鄰的區(qū)間路段area1、area2之間的距離L，然后我們?cè)贉y(cè)量出車(chē)輛到達(dá)area1、area2之間的時(shí)間差便可以計(jì)算出車(chē)輛的速度,具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1）記錄下某一車(chē)輛到達(dá)區(qū)間路段AOIn的時(shí)間Tstar (tn).

（2）記錄下車(chē)輛到達(dá)區(qū)間路段AOIn+1的時(shí)間Tstar (tn+1)，此時(shí)可以得到車(chē)輛的速度計(jì)算公式如式（如：公式2），公式中N為車(chē)輛出現(xiàn)的次序號(hào).

V(N)=1/（Tstar(tn+1)-Tstar(tn)）（公式2）

（3）統(tǒng)計(jì)出某一段時(shí)間內(nèi)車(chē)輛數(shù)目N，利用函數(shù)Car-Speed(N)求取平均車(chē)輛速度.

3.3 算法流程圖

根據(jù)以上算法描述，車(chē)輛速度計(jì)算的流程圖如圖2所示：

圖2 車(chē)輛速度計(jì)算流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與主要功能，并針對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)中的車(chē)輛速度的測(cè)定的的算法進(jìn)行了詳細(xì)的描述.

〔1〕徐曉夏,陳泉林.智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中的自適應(yīng)背景更新算法研究[J].上海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（10）.

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1673-260 X（2012）09-0015-02