基于3G通信的智能交通關(guān)鍵技術(shù)研究

董昕

【摘要】 通過將3G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于智能交通指揮控制系統(tǒng)，并利用發(fā)展迅速的3G移動(dòng)通信網(wǎng)組成3G無線局域網(wǎng)來傳輸各交通路口信號(hào)點(diǎn)的視頻和控制信息，為智能交通指揮系統(tǒng)組網(wǎng)提供了一條新路。

【關(guān)鍵詞】 3G通信 智能交通 控制系統(tǒng)

Abstract： The 3G mobile communication technologies in intelligent traffic control system command， using the rapidly developing 3G mobile communications network composed of 3G wireless LAN to transmit the traffic intersection point of the video signal and control information for intelligent traffic control system network to provide a new way .

Key words： 3G mobile communication； intelligent traffic； control system

一、引言

我國交通管理事業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，同以往相比，有了長足的進(jìn)步。但因城市化交通持續(xù)發(fā)展和汽車擁有量的穩(wěn)定快速增加，城市交通的發(fā)展已經(jīng)超過了我國交通管理發(fā)展的速度。而由城市交通中交通違章（違法）行為給交通管理所帶來的負(fù)面影響，往往是危害最大的一種。再加上我國各地城市交通發(fā)展情況不同，交通情況錯(cuò)綜復(fù)雜，管理難度非常大。在我國大中型城市中交通路口眾多，交通流量較大，違章事件頻繁，在此情況下基于3G通信技術(shù)的智能交通指揮控制系統(tǒng)就能為控制交通違章行為的發(fā)生、智能化調(diào)節(jié)交通流量起到很大的作用。

二、系統(tǒng)的主要構(gòu)成

基于3G通信技術(shù)的智能交通指揮系統(tǒng)主要由3G（TD-SCDMA或CDMA2000）數(shù)據(jù)通信鏈路，監(jiān)控中心和多個(gè)監(jiān)控遠(yuǎn)端組成。3G數(shù)據(jù)通信鏈路采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，可直接運(yùn)行在交通部門的內(nèi)部無線局域網(wǎng)上。前端攝像機(jī)的視頻信號(hào)利用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒止?jié)點(diǎn)，在分節(jié)點(diǎn)可以直接傳輸上網(wǎng)，或者分節(jié)點(diǎn)有矩陣時(shí)，也可以把矩陣連接到DVR上，然后再傳輸上網(wǎng)。監(jiān)控中心可以通過多級(jí)級(jí)聯(lián)構(gòu)成多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和用戶的需求配置不同的外圍硬件設(shè)備。監(jiān)控遠(yuǎn)端使用系統(tǒng)外圍設(shè)備有遠(yuǎn)端監(jiān)控主機(jī)、3G數(shù)據(jù)傳輸模塊、告警采集器、溫濕度傳感器、畫面分割器、攝像機(jī)、數(shù)字解碼器、高速云臺(tái)和可變鏡頭、話筒、揚(yáng)聲器等，完成監(jiān)控中心所需的圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)交通信號(hào)智能控制和報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能。監(jiān)控中心使用系統(tǒng)外圍設(shè)備有主控臺(tái)、3G無線路由器、監(jiān)視器陣列、視頻切換矩陣、主交換機(jī)、視頻服務(wù)器、電視墻等。具體可根據(jù)用戶要求進(jìn)行靈活配置。

利用發(fā)展迅速的3G網(wǎng)組成3G無線局域網(wǎng)來傳輸各交通路口信號(hào)點(diǎn)的視頻和控制信息，為智能交通指揮系統(tǒng)組網(wǎng)提供了一條新路。網(wǎng)絡(luò)管理用戶可以對(duì)多個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽監(jiān)控。系統(tǒng)綜合應(yīng)用了智能圖像處理與識(shí)別技術(shù)，智能控制技術(shù)、數(shù)字圖像傳輸技術(shù)、數(shù)字圖像壓縮編解碼技術(shù)和3G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，可實(shí)現(xiàn)交通監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像顯示和網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能調(diào)整攝像機(jī)的位置、清晰度和亮度、實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的跟蹤與識(shí)別，對(duì)監(jiān)控情況進(jìn)行紀(jì)錄及報(bào)警，實(shí)時(shí)智能調(diào)整控制區(qū)域內(nèi)交通信號(hào)燈的切換等。

三、系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)

3.1 最佳交通流量預(yù)測(cè)算法

利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的預(yù)測(cè)模型有獨(dú)特的優(yōu)越性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，是一種并行的計(jì)算模型，具有高速運(yùn)算能力，有很好的非線性映射能力和很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力及高度的靈活性。在各種形式的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，又以誤差逆?zhèn)鞑ィ˙P）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛，它已成為前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分，并體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最精華的部分。目前，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用中， 絕大部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都采用BP網(wǎng)絡(luò)和它的變化形式。

高階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種，它與傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不同在于構(gòu)成高階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元是智能神經(jīng)元，即這種神經(jīng)元具有“思考”的能力，它能根據(jù)自身外部網(wǎng)絡(luò)的變化調(diào)整內(nèi)部的轉(zhuǎn)移函數(shù)，在內(nèi)外雙調(diào)的情況下，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。這樣建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以應(yīng)用并能夠勝任于實(shí)時(shí)交通流預(yù)測(cè)。

3.2 TD-SCDMA3G移動(dòng)通信技術(shù)

TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天線的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，由于采用了TDD模式，上、下行鏈路采用同一頻率，在同一時(shí)刻上下行鏈路的空間物理特性是完全相同的，因此，只要在基站端依據(jù)上行數(shù)據(jù)進(jìn)行空間參數(shù)的估底再根據(jù)這些估值對(duì)下行鏈路的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字賦形，就可以達(dá)到自適應(yīng)波束賦形的目的，充分發(fā)揮智能天線的作用。

TD-SCDMA系統(tǒng)僅采用1.28Mb/s的碼片速率，只需占用單一的 11Mb/s頻帶寬度，就可傳送2Mb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而其他的3G FDD（頻分雙工）的方案，要傳送2Mb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均需要2×5Mb/s的帶寬即需兩個(gè)對(duì)稱的5Mb/s帶寬分別作為上、下行頻段，且上下行頻段間需要有幾十兆的頻率間隔作為保護(hù)，在目前頻譜資源十分緊張的情況下要找到符合要求的對(duì)稱頻段非常困難，而D-SCDMA系統(tǒng)可以“見縫插針”只要有滿足一個(gè)載彼的頻段（1.6Mb/s）就可使用，可以靈活有效地利用現(xiàn)有的頻率資源。

3.3 數(shù)字圖像壓縮編解碼技術(shù)

（1） 視頻對(duì)象提取技術(shù)。MPEG-4實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容交互的首要任務(wù)就是把視頻/圖像分割成不同對(duì)象或者把運(yùn)動(dòng)對(duì)象從背景中分離出來，然后針對(duì)不同對(duì)象采用相應(yīng)編碼方法，以實(shí)現(xiàn)高效壓縮。因此視頻對(duì)象提取即視頻對(duì)象分割，是MPEG-4視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)，也是新一代視頻編碼的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

在視頻分割中基于數(shù)學(xué)形態(tài)理論的分水嶺（watershed）算法被廣泛使用，它又稱水線算法，其基本過程是連續(xù)腐蝕二值圖像，由圖像簡(jiǎn)化、標(biāo)記提取、決策、后處理四個(gè)階段構(gòu)成。分水嶺算法具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，能夠較好提取運(yùn)動(dòng)對(duì)象輪廓、準(zhǔn)確得到運(yùn)動(dòng)物體邊緣的優(yōu)點(diǎn)。

（2） VOP視頻編碼技術(shù)。視頻對(duì)象平面（VOP，Video Object Plane）是視頻對(duì)象（VO）在某一時(shí)刻的采樣，VOP是MPEG-4視頻編碼的核心概念。MPEG-4在編碼過程中針對(duì)不同VO采用不同的編碼策略，即對(duì)前景VO的壓縮編碼盡可能保留細(xì)節(jié)和平滑；對(duì)背景VO則采用高壓縮率的編碼策略，甚至不予傳輸而在解碼端由其他背景拼接而成。這種基于對(duì)象的視頻編碼不僅克服了第一代視頻編碼中高壓縮率編碼所產(chǎn)生的方塊效應(yīng)，而且使用戶可與場(chǎng)景交互，從而既提高了壓縮比，又實(shí)現(xiàn)了基于內(nèi)容的交互，為視頻編碼提供了廣闊的發(fā)展空間。

（3） 視頻編碼可分級(jí)性技術(shù) 。MPEG- 4通過視頻對(duì)象層（VOL，Video Object Layer）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)分級(jí)編碼。MPEG-4提供了兩種基本分級(jí)工具，即時(shí)域分級(jí)（Temporal Scalability）和空域分級(jí)（Spatial Scalability），此外還支持時(shí)域和空域的混合分級(jí)。每一種分級(jí)編碼都至少有兩層VOL，低層稱為基本層，高層稱為增強(qiáng)層。基本層提供了視頻序列的基本信息，增強(qiáng)層提供了視頻序列更高的分辨率和細(xì)節(jié)。

四、結(jié)束語

系統(tǒng)綜合應(yīng)用了智能圖像處理與識(shí)別技術(shù)，最佳交通流量算法、智能控制技術(shù)、數(shù)字圖像傳輸技術(shù)、數(shù)字圖像壓縮編解碼技術(shù)和3G網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)。所構(gòu)建的智能交通系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握所監(jiān)視路口、路段周圍的車輛、行人的流量、交通治安情況等，為指揮人員提供迅速直觀的信息從而對(duì)交通事故和交通堵塞做出準(zhǔn)確判斷并及時(shí)響應(yīng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] GB/T17975-2000信息技術(shù). 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信息的通用編碼

[2] 湯吉群，李玲編著. 數(shù)據(jù)通信技術(shù). 北京：人民郵電出版社，1999

[3] 賀國光，李宇，馬壽峰. 基于數(shù)學(xué)模型的短時(shí)交通流預(yù)測(cè)模型研究. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2000（12）