智能交通背景下交通信息采集技術(shù)介紹

周 婷 商 林

（武漢交通職業(yè)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院， 湖北 武漢 430000）

1 研究背景

智能交通是如今交通行業(yè)發(fā)展的熱門方向之一，它能有效地綜合運(yùn)用各項(xiàng)技術(shù)，充分發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施的效能，提升出行服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸系統(tǒng)的科學(xué)化、高效化和人性化。

交通信息采集是智能交通中的重要一環(huán)，它為智能交通的有效運(yùn)行、正確決策提供了基礎(chǔ)支撐和科學(xué)依據(jù)。在智能交通背景下，一部分傳統(tǒng)技術(shù)以其技術(shù)成熟、成本低廉、便于操作等優(yōu)勢依然在信息采集技術(shù)中占有一席之地，如地感線圈、紅外線、超聲波等，另一些原有技術(shù)在不斷改進(jìn)、優(yōu)化之后漸漸成為交通信息采集的重要手段，如視頻采集技術(shù)、地磁、浮動(dòng)車技術(shù)等。此外，還有一部分新技術(shù)雖然是交通信息采集技術(shù)中的“新人”，但是它們因?yàn)榧夹g(shù)新穎、與當(dāng)前研究熱點(diǎn)聯(lián)系密切，逐漸成為智能交通大環(huán)境下交通信息采集的“寵兒”，例如無人機(jī)技術(shù)等。本文將選擇其中一些信息采集技術(shù)進(jìn)行介紹。

2 視頻采集技術(shù)

視頻采集技術(shù)是通過在目標(biāo)區(qū)域安裝攝像機(jī)來獲取視頻圖像，然后利用計(jì)算機(jī)從視頻圖像中提取可用于交通分析和決策的信息，從而實(shí)現(xiàn)交通信息的智能化采集[1]。它具有檢測范圍廣、安裝無干擾、檢測參數(shù)多、可視性強(qiáng)的特點(diǎn)。

早在20 世紀(jì)70 年代國外就已開始將視頻圖像用于交通信息采集。國內(nèi)從20世紀(jì)90 年代也開始視頻車輛檢測技術(shù)的研究。隨著對視頻采集技術(shù)研究的深入，圖像質(zhì)量、傳輸技術(shù)、處理技術(shù)等都有了很大程度的提升，視頻采集逐漸向高清視頻和智能視頻方向發(fā)展。

視頻采集技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：

（1）常規(guī)交通參數(shù)的提取，如車流量、占有率、排隊(duì)長度、擁擠狀況、停車等待時(shí)間等；

（2）交通違章信息的收集與檢測，如電子警察系統(tǒng)；

（3）輔助交通信號控制，如部分城市正在試點(diǎn)基于視頻檢測的行人過街協(xié)調(diào)感應(yīng)控制系統(tǒng)；

（4）交通事故與擁堵檢測，如通過視頻采集技術(shù)檢測到交通事故和擁堵以便于交警及時(shí)到場處理。

3 地磁車輛檢測技術(shù)

地磁車輛檢測器主要利用的是地磁場。車輛進(jìn)入、停留或離開地磁車輛檢測器所在位置，地磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，地磁車輛檢測器捕捉到這種變化，并將磁場變化量轉(zhuǎn)化為更易觀察、更易理解的電信號，從而實(shí)現(xiàn)車輛的檢測[2]。

地磁車輛檢測器的特點(diǎn)可總結(jié)為：（1）體積小精度高，路面破壞小。地磁車輛檢測器在安裝時(shí)只需在所要檢測的路段地面鉆孔，對路面的破壞較??；而若只是在側(cè)面安裝時(shí)，基本不破壞路面。（2）外界環(huán)境干擾小。由于地磁車輛檢測器利用的是鐵質(zhì)車身在地磁場中引起的磁場變化，因此它不受氣候、晝夜、溫度等變化的影響。

地磁車輛檢測器可用于停車管理。第一，在停車場出入口位置安裝地磁車輛檢測器，其功能類似傳統(tǒng)的停車場管理系中地感線圈的作用，既可以檢測到車輛的存在，觸發(fā)系統(tǒng)工作，還可以在車子離開道閘時(shí)實(shí)現(xiàn)車過桿落，防止砸車。第二，在各個(gè)車位安裝地磁車輛檢測器，一方面可以獲取車輛在對應(yīng)車位的停留時(shí)間，進(jìn)行停車收費(fèi)計(jì)時(shí)，另一方面，可以及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至停車場管理系統(tǒng)，告知停車場內(nèi)各區(qū)域的空車位數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)停車誘導(dǎo)和管理。

地磁車輛檢測器還可用于車流量、車輛類型等數(shù)據(jù)的收集，從而為信號控制提供依據(jù)。

除上述應(yīng)用外，2019 年5 月，深圳市提出了“智慧路貼”的概念，并進(jìn)行了試點(diǎn)建設(shè)。將太陽能智能地磁道釘安裝于車道分割線和路肩表面來實(shí)現(xiàn)交通信息數(shù)據(jù)的收集。

4 浮動(dòng)車技術(shù)

最初的浮動(dòng)車技術(shù)主要針對的是公交車和出租車[3]。傳統(tǒng)的交通出行模式下，公交車和出租車幾乎可以代表著絕大部分出行者的出行選擇，它們穿行于城市的快速路、主干路、次干路和支路，因此在這類車上安裝定位系統(tǒng)，可以在較大程度上獲取城市各道路的交通狀況。

然而隨著滴滴出行、高德地圖這類出行軟件的成熟，人們的出行選擇增加，道路上車輛分布也發(fā)生了一些變化，浮動(dòng)車技術(shù)的應(yīng)用范圍也漸漸擴(kuò)大。通過安裝在公交車、出租車、各類私家車上的定位裝置，我們可以獲取到城市各條道路上的車輛分布信息，從而可以實(shí)現(xiàn)交通網(wǎng)絡(luò)中交通信息的測量，為擁堵治理提供依據(jù)。

浮動(dòng)車的信息采集過程主要包括三個(gè)階段：首先，對于在路網(wǎng)上行駛的安裝有車載端定位設(shè)備的車輛，采集其運(yùn)行的數(shù)據(jù)；然后，定位設(shè)備每隔一定的時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送浮動(dòng)車的位置信息，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對收集的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；最后數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將格式轉(zhuǎn)換后的信息傳至數(shù)據(jù)控制中心，同時(shí)接收來自數(shù)據(jù)中心的命令，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“上傳”和“下達(dá)”。完成信息采集后，信息處理系統(tǒng)會(huì)依據(jù)這些信息進(jìn)行地圖匹配——行駛路徑推算——路況信息處理——信息發(fā)布等操作[4]。

浮動(dòng)車數(shù)據(jù)采集技術(shù)是在傳統(tǒng)的浮動(dòng)車原理的基礎(chǔ)上，借助新興的出行選擇，進(jìn)一步擴(kuò)大了浮動(dòng)車的范圍，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)浮動(dòng)車技術(shù)樣本數(shù)量有限的不足，從而實(shí)現(xiàn)了信息采集的全面性、實(shí)時(shí)性和有效性。

5 無人機(jī)檢測技術(shù)

無人駕駛飛機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle , UAV），也稱無人機(jī)，最初被用于軍事領(lǐng)域，但漸漸地在民用領(lǐng)域也越來越受青睞，尤其是在交通監(jiān)控、信息采集等方面。通過裝載傳感器和攝像機(jī)、照相機(jī)，可在空中及時(shí)獲取目標(biāo)路段或目標(biāo)區(qū)域的交通信息。與一般意義上的視頻采集技術(shù)相比，無人機(jī)在保留視頻采集交通信息時(shí)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。

對于交通事故，無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)快速到場、快速取證。傳統(tǒng)的事故處理需交警接警后到達(dá)現(xiàn)場，路況復(fù)雜、距離較遠(yuǎn)、交通擁堵、警力不足等原因都可能使得事故處理花費(fèi)額外的時(shí)間。而無人機(jī)不受地面交通狀況干擾，可第一時(shí)間到達(dá)事故地點(diǎn)，協(xié)助處理交通事故，在節(jié)約警力的同時(shí)，也為事故車輛和受影響車輛節(jié)約了時(shí)間成本。

對于交通擁堵，無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取、及時(shí)疏散與預(yù)警。一般的信息采集技術(shù)受地理、布設(shè)條件等限制，無法實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的采集。因此，在其他信息采集技術(shù)覆蓋不到的地方，無人機(jī)有著巨大的作用。借助無人機(jī)的空中視角，可以更直觀、更方便地獲知需要查看的路段或區(qū)域的交通分布情況，一方面可以及時(shí)將擁堵路段信息傳送至控制中心，從而輔助控制中心科學(xué)調(diào)整信號配時(shí)、及時(shí)疏散交通擁堵；另一方面通過路況的連續(xù)監(jiān)測，研究目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)路段的交通流規(guī)律，為交通誘導(dǎo)提供依據(jù)，防患于未然。

此外，無人機(jī)可借助其獨(dú)特優(yōu)勢，為消防車、救護(hù)車等特殊車輛提供導(dǎo)航和保駕護(hù)航服務(wù)，為生命救助打開綠色通道。

借助無人機(jī)進(jìn)行交通信息的采集優(yōu)勢明顯[5]：（1）檢測范圍廣。無人機(jī)鳥瞰城市，相比地感線圈、紅外線、遠(yuǎn)程微波等技術(shù)，它獲取的數(shù)據(jù)更宏觀，更有大局觀；（2）檢測視角靈活。無人機(jī)可隨時(shí)調(diào)整觀測角度、位置和路線，無論是橋面，還是隧道，均可快速到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，比傳統(tǒng)的采集技術(shù)更為方便；（3）檢測效率高。無人機(jī)可第一時(shí)間到達(dá)待檢測區(qū)域，以攝像機(jī)和傳感器代替必須到達(dá)現(xiàn)場的人力，同時(shí)省去了安裝成本，不必中斷交通，顯然比傳統(tǒng)檢測器更高效。

但作為應(yīng)用到交通領(lǐng)域的一門新技術(shù)，無人機(jī)檢測尚存在一些不足。第一，由于技術(shù)問題，無人機(jī)在執(zhí)行信息采集任務(wù)時(shí)，須克服因機(jī)身震動(dòng)帶來的畫面抖動(dòng)問題[6]。且無人機(jī)機(jī)身小巧，體積和重量不足以抵抗太大的風(fēng)力[5]，因此大風(fēng)天氣暫無法正常使用無人機(jī)。第二，將無人機(jī)這項(xiàng)交通領(lǐng)域的新技術(shù)應(yīng)用于執(zhí)法領(lǐng)域的科學(xué)性尚有待商榷。目前暫無相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)為無人機(jī)輔助執(zhí)法提供規(guī)范可行的支撐，那么無人機(jī)輔助執(zhí)法時(shí)的公平公正如何保證？無人機(jī)在高空飛行時(shí)拍攝的畫面是否會(huì)泄露，信息安全問題能否保證？這些都是無人機(jī)應(yīng)用于交通領(lǐng)域時(shí)需要考慮的問題。

6 結(jié)語

從最初的人工采集法，到地感線圈、視頻、紅外線、一卡通、浮動(dòng)車檢測，再到移動(dòng)定位、無人機(jī)，交通信息采集技術(shù)在不斷進(jìn)步、不斷優(yōu)化。當(dāng)然，現(xiàn)階段各種檢測技術(shù)都會(huì)有其不足，以本文介紹的方法為例，視頻檢測技術(shù)所獲取的畫面易受陰影、積水反射、晝夜轉(zhuǎn)換等影響，地磁車輛檢測器在通信效果和續(xù)航方面須深入研究，浮動(dòng)車技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸、地圖匹配等要求較高，無人機(jī)在畫面抖動(dòng)、續(xù)航等方面都需繼續(xù)改進(jìn)。正因如此，實(shí)際在進(jìn)行交通數(shù)據(jù)采集時(shí)，我們并未拘泥于單一技術(shù)，常選擇多種技術(shù)結(jié)合的方式，互相取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)信息采集的全面性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。