幾種常見(jiàn)的交通檢測(cè)器

幾種常見(jiàn)的交通檢測(cè)器幾種常見(jiàn)的交通檢測(cè)器人們對(duì)交通事件檢測(cè)的方法一般分為直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法。直接檢測(cè)法是通過(guò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)采取圖像信息，然后根據(jù)圖像處理的算法提取出圖像所包含的交通信息，如交通流量、速度、占有率等判斷是否有交通事故發(fā)生;或者通過(guò)工作人員巡邏或者路人觀察到有事故發(fā)生[[23]。間接檢測(cè)法則比直接檢測(cè)法要復(fù)雜，首先布設(shè)在道路下的檢測(cè)線圈采集到交通流參數(shù)并將采集到的參數(shù)傳送給PC機(jī)，PC機(jī)利用有關(guān)的算法分析有沒(méi)有事故發(fā)生。由于直接檢測(cè)法所需的工作量比間接檢測(cè)法大，所以目前世界各國(guó)普遍采用間接監(jiān)測(cè)的方法。間接檢測(cè)法用到的主要的采集數(shù)據(jù)的工具就是檢測(cè)線圈，下面介紹一下各種交通檢測(cè)器的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。(1>超聲波檢測(cè)器工作原理:根據(jù)光沿直線傳播的原理，當(dāng)光遇到障礙物時(shí)就會(huì)被反射回來(lái)，同理當(dāng)超聲波遇到障礙物(車(chē)輛)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一反射波，反射波傳送回接收端，根據(jù)時(shí)間差就可以判斷是否有車(chē)輛通過(guò)。正常情況下，沒(méi)有車(chē)輛時(shí)超聲波返回到超聲波檢測(cè)器用的時(shí)間比有車(chē)輛通過(guò)時(shí)用的時(shí)間要長(zhǎng)，當(dāng)接收到反射波的事件變短就可以判斷出車(chē)輛通過(guò)。優(yōu)點(diǎn):首先超聲波檢測(cè)器安裝在路側(cè)，不用破壞路面;其次，耐用且安裝方便。缺點(diǎn):易受周?chē)h(huán)境的影響，例如溫度、雨雪等;其次檢測(cè)范圍有限，檢測(cè)精度不高，當(dāng)有人或者其他動(dòng)物通過(guò)時(shí)極可能發(fā)生誤檢。(2>線圈檢測(cè)器:環(huán)形線圈檢測(cè)器是最早使用的事件檢測(cè)器，目前世界很多國(guó)家的高速公路仍然在使用線圈檢測(cè)器。工作原理:線圈檢測(cè)器包含一個(gè)長(zhǎng)方形或者圓形的閉合線圈，線圈內(nèi)通有時(shí)刻變化的電流，根據(jù)變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，交變的電磁會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)的原理，當(dāng)線圈受到壓力的作用時(shí)線圈內(nèi)的回路電感量會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電流的變化，根據(jù)電感量是否發(fā)生變化就可以知道是否有車(chē)輛通過(guò)了。優(yōu)點(diǎn):首先目前線圈檢測(cè)技術(shù)己被世界大部分國(guó)家使用，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，且價(jià)本文所設(shè)計(jì)的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用線圈交通檢測(cè)器對(duì)交通事件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)使用TransModer交通仿真軟件仿真交通事故，計(jì)算出感應(yīng)線圈的布設(shè)間距，通過(guò)觀察檢測(cè)線圈采集到的車(chē)速、流量等數(shù)據(jù)判斷是否有交通事故發(fā)生，再通過(guò)調(diào)用事件發(fā)生路段的現(xiàn)場(chǎng)視頻對(duì)事件的具體情況(事件種類、道路通行能力等)進(jìn)行直觀的判斷。2.3.1交通視頻的檢測(cè)技術(shù)隨著社會(huì)的逐漸發(fā)展，交通安全越來(lái)越受到人們的重視，尤其是Zo12年包茂高速陜西省段連續(xù)發(fā)生的幾起重大交通事故更引起了相關(guān)部門(mén)的重視。雖然現(xiàn)在大部分高速公路都安裝有視頻攝像頭，但是由于采集的視頻圖像數(shù)據(jù)量大等一系列原因，使得大部分圖像數(shù)據(jù)僅是傳到高速公路監(jiān)控中心，或者交通事故發(fā)生后再調(diào)用視頻圖像作為交通事故分析的參考而沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。在本文中，將某一高速路段作為試驗(yàn)路段，將試驗(yàn)路段的視頻資料利用matlab軟件進(jìn)行處理，作為線圈檢測(cè)器的輔助依據(jù)。4.1運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)常用的方法一幅圖像包括靜止的背景和相對(duì)背景運(yùn)動(dòng)的前景，將背景和前景分割開(kāi)來(lái)并對(duì)分割后的前景做進(jìn)一步處理使其成為若干獨(dú)立目標(biāo)的技術(shù)就叫運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè);運(yùn)動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)的步驟主要是分割背景與前景，去除干擾信號(hào)，最后跟蹤處理真實(shí)目標(biāo)，如下圖4.1所不:圖4.1目標(biāo)檢測(cè)與提取框圖楊梅三十頁(yè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)主要有幀差法和背景相減法兩種方法[36]。4.1.1幀差法對(duì)視頻序列中兩幀或幾幀圖像相減并對(duì)其差異進(jìn)行檢測(cè)和提取的方法叫做幀差法f=}}l。幀差法的基本流程如下圖4.2所示:一_仁一二彝匕b}1}7}i}’一形態(tài)學(xué)處理聯(lián)通域分析判別圖4.2幀差法基本原理圖首先，利用公式(4-1)計(jì)算第k幀與第k-1幀圖像的差分圖Dk，若D、中像素值的差絕對(duì)值大于閩值，則是前景像素，否則即是后景像素;然后利用式(4-2對(duì)D、二值化得Rk，對(duì)Rk進(jìn)行處理和分析，將連通部分的面積與給定閩值進(jìn)行比較，大于閩值則是檢測(cè)到的目標(biāo);幀差法程序簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性好，是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的最基本的方法[}s}Dk}x}Y)一….fk}x}Y)一.fk-}}x}Y)…(4-1)。、二，:)一{01{Dk(x}Y)<I}7}}}L擴(kuò)人(4-2)4.1.2背景差法背景差分法就是先提取出背景圖像Bk，然后將背景圖Bk與第Fk幀圖像做差得差分圖Dk像[39];差值與給定的閩值做比較，大于閩值則認(rèn)為是前景圖像，小于閩值則是后景圖其處理流程如圖4.3所示:圖4.3背景差分法處理流程圖背景相減法能夠獲得相對(duì)完整的目標(biāo)圖像，但是背景差分法對(duì)外界環(huán)境要求較高，在現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有任何干擾的背景圖是很難或得到的，因此差分法只適用于背景變化不大的場(chǎng)合。4.1.3光流法光流場(chǎng)是一種包括運(yùn)動(dòng)信息、光學(xué)特性部位以及成像投影等信息的速度場(chǎng)，光流法要求被檢測(cè)物體明暗度一樣，且相鄰點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)相同[[40]。光流場(chǎng)的計(jì)算原理是圖像在位置相近、時(shí)間相隔很小且灰度變化也很小的情況下灰度值相等[[41]記‘這一時(shí)間點(diǎn)處(x,y)處的圖像灰度值為f(x}Y}t)，在‘+d,時(shí)刻點(diǎn)(x,力運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)(二+da,y+dv)處，其圖像灰度值是f(二+da}Y+}v)，則光流制約條件為為:f}x,y,t)一f}x+dx,y+dy,t+dt}(4-3)對(duì)等式右邊泰勒公式展開(kāi)，令試=0得:nU一一dt可一扮_,__.可_二_.u}十二甲“J十即(4-4)_三，、一生，則式(4-4可表示為:d，d，可可__.可__T7二_二;二廠=二甲u(yù)十二-v=vJ.vctcxcy(4-5)Of一(s,fv)fU一(}u,v}在式(4-5)中構(gòu)成的u,、矢量解有很多個(gè)，所以有次中令爭(zhēng)之、式必要加上另外的限制條件;在二維和三維空間上分析處理速度的局部分量，使得解唯一[42]光流場(chǎng)法比較簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但其存在很大的缺陷，第一，約束公式(4-3),(4-4),(4-5>是在假設(shè)的條件下方可成立的，在現(xiàn)實(shí)生活中，圖像尤其是高速運(yùn)動(dòng)的物體灰度很難與約束方程相匹配;其次，約束方程要求式(4-4必須是可微分的，這就需要對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以避免混疊效應(yīng);第三，在現(xiàn)實(shí)生活中噪聲無(wú)處不在，因此找到一幅沒(méi)有一點(diǎn)噪聲的圖像是不可能實(shí)現(xiàn)的[[43]4.1.4各種算法的比較分析在衡量車(chē)輛檢測(cè)算法性能時(shí)，魯棒性、準(zhǔn)確度、處理速度是主要的3個(gè)指標(biāo)，算法的魯棒性即算法能自動(dòng)、連續(xù)地工作，對(duì)于如噪聲、光照、天氣等因素的影響不太敏感;}2算法的準(zhǔn)確度即當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)檢測(cè)到的車(chē)輛數(shù)與實(shí)際通過(guò)的車(chē)輛數(shù)的百分比，準(zhǔn)確度高的算法檢測(cè)百分比自然也就高;算法的實(shí)時(shí)性是指當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，是否能在第一時(shí)刻發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，這對(duì)交通事件的實(shí)時(shí)檢測(cè)而言非常關(guān)鍵。根據(jù)這3個(gè)指標(biāo)分別對(duì)論文介紹的3種算法的性能加以比較。能否高效率、高速度不停的運(yùn)作是評(píng)價(jià)一個(gè)算法好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)，如果算法對(duì)外界的變化如光照變化、噪聲影響、惡劣天氣等不太明敏感，則該算法就可以自動(dòng)連續(xù)的工作;當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)利用某交通檢測(cè)算法能及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到車(chē)輛的狀態(tài)，則說(shuō)明檢測(cè)算法準(zhǔn)確度高、速度快、漏檢和誤檢率比較低。幀差法受外界環(huán)境的影響不大，當(dāng)外界干擾增大或者明暗程度變化時(shí)，幀差法仍可以使用，且其性能沒(méi)有多大變化，但是，當(dāng)車(chē)輛靜止時(shí)用幀差法就無(wú)法檢測(cè)到，并且?guī)罘ㄊ軙r(shí)間間隔和車(chē)速的影響比較大，如果車(chē)輛速度比較大或者相鄰幀時(shí)間間隔比較小，相鄰兩幀變化有可能會(huì)過(guò)小或者前后兩幀無(wú)重疊，此時(shí)用幀差法就達(dá)不到檢測(cè)的效果[[44]。背景差分法簡(jiǎn)單，快速，準(zhǔn)確率高，該方法要求要檢測(cè)的物體必須是靜止且不受噪聲干擾的，在這種理想狀態(tài)下，對(duì)要處理的圖像進(jìn)行背景差分，背景可以被完全去掉，僅剩下需要的車(chē)輛信息，但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，完全靜止無(wú)噪聲的環(huán)境是很難找到的，并且背景差分法對(duì)外界環(huán)境的依賴性比較大，當(dāng)口光照射角度變化、惡劣天氣或者物體運(yùn)動(dòng)過(guò)于頻繁時(shí)，背景圖像不唯一，故用背景差分法不能檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)[45]。光流場(chǎng)法適應(yīng)性強(qiáng)，既能在靜態(tài)背景下工作也能在動(dòng)態(tài)背景下工作，還可在攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的情況下工作，工作環(huán)境的變化不影響其工作。但是光流場(chǎng)的計(jì)算公式要求檢測(cè)物體表面是光滑變化的，可靠性差，抗干擾能力差，事件消耗量比較大，不能實(shí)時(shí)反應(yīng)交通數(shù)據(jù)變化，且對(duì)硬件要求較高，該方法目前還在實(shí)驗(yàn)階段，尚未廣泛應(yīng)用[[46]。用表4.1對(duì)上述三種算法進(jìn)行比較表4.1各種算法性能的比較┌────┬───┬─────┬───┐│檢測(cè)算法│幀差法│背景差分法│光流法│├────┼───┼─────┼───┤│連續(xù)工作│高│低│低│├────┼───┼─────┼───┤│準(zhǔn)確性│低│高│高│├────┼───┼─────┼───┤│處理速度│快│快│·漫│└────┴───┴─────┴───┘通過(guò)以上分析對(duì)比可知，每種算法都有優(yōu)缺點(diǎn)，我們要根據(jù)自身的需要來(lái)選取算法，本文選取的是幀差法。由于隧道內(nèi)環(huán)境與隧道外環(huán)境差異大，所以駕駛員在隧道內(nèi)的車(chē)輛行駛也與隧道外有很大區(qū)別。1.在一般情況下不允許有變道發(fā)生，車(chē)輛必須按照自己的形成道路行