城市交通区间测速算法研究

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前言
目前区间测速已不算是什么新名词了，国内已有越来越多的城市和地区如上海、
杭州、青岛、大连等都已采用区间测速这种形式作为一种有效的违法取证模式．
通过安装在高速公路上的车辆自动抓拍系统，连续不断地捕获车辆图片、识别和记录多个断面上实时通过的车辆信息，包括车辆号牌、通过时间、车辆全景图片、各断面点速度等，将这些信息通过网络（有线或无线）上传至中心处理平台，比对同一车辆在同方向两个断面的通行时间，再根据两个断面间的距离来计算该车辆通过此路段的平均速度，最后根据平均速度判断是否超速．如存在超速行为则自动将违章车辆的数据及图片等相关信息通过后台管理平台进行声光报警，并可根据需要以短信的形式发送给附近和现场的值勤交警，或将信息发布在高速公路显示屏上，以对违章车辆进行及时告知和警示更多的车辆．系统处理得到的所有违章车辆及相关图片将作为违章信息源提供给违章系统作进一步处理．2
系统总体结构及主要功能
区间测速系统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车辆检测、图片抓拍、网络传输等．中心管理部分主要完成车辆的车牌识别及对比、平均速度计算、违章图片的形成、数据加密验证以及对数据的综合应用等．系统的主要功能主要包括以下几方面：２．１
卡口功能
系统每个抓拍单点可以对每一辆已过此点的车辆进行抓拍，图片通过网路传输到中心管理平台进行存储，相关部门则可以通过客户端对图片进行查询．２．２
车牌自动识别功能
车牌自动识别功能是区间测速系统的重要部分，区间测速的实现依靠优秀的车牌识别系统，只有在车牌识别准确率高的前提下，区间测速才有好的效果．２．３
单点测速功能
此系统能够实现每个抓拍单点的测速，检测方式的不同也决定了测速方式的不同．线圈检测方式，采用双线圈或
者三线圈来测速；雷达采用微波测速，测速精度相对较高；而视频检测采用视频方式测速．２．４
区间测速功能
在中心平台软件上可以通过区间段和车牌检索，实现车辆通过某个区间段平均速度的计算，并可检索关联车辆通过两个测速记录点的照片和通过时刻的点速度．3车辆速度计算算法研究
３．１
段内平均车速与瞬间平均车速
在区间测速系统中如何规定此区间车辆的平均速度是
至关重要的，因为此平均速度一经确定，其它通过此区间的车辆就要在这个规定的速度内行驶，否则就视为超速行驶．所以说某一车辆在某一时刻的车速并不是重点，该车辆在这一区间内的平均车速才是我们系统探讨与研究的重点．在确定某一区间的平均车速时，如果只片面的用单个车辆的速度来体现多个车辆的速度特点是不妥当的，因此针对这一缺点我们可以测量一定数量的车辆速度值实验的基础数据，然后对于获得的基础数据来计算机其平均数值，最后确定此区间的平均车速．区间车辆的平均速度分为：段内平均车速，是指车辆在某一时间段内通过设置在公路两端的卡口与监控设备测量到的所有车辆的车速度的平均数值．段内平均车速体现的是大面积车流在不同的时段内的车辆速度．瞬间平均车速，是给定的一特殊公路段的某一测量处，某一特定的时间点处所有测得车辆速度的平均数值．本文着重讨论的是段内平均车速．段内平均车速的实现方法按照其实现原理可以分为以下两种算法：３．１．１
区间起始点估算法
该算法的基本原理是：我们将某一区间路段的起始点各设置两个地下感应线圈，并在感应线圈所对应的路面上画出两条虚拟检测线，通过这虚拟检测线就可以计算出区间起始点之间的距离ｓ．由设置在地下的感应线圈可以测量到通过起始点感应线圈的车辆速及通过感应线圈的时间（如：通过终点处的时间为ｔ２，通过始点的时间为ｔ１），我们就可以计算机出这一区间路段的时间之差为△ｔ＝ｔ２－ｔ１，再用两点间的距离ｓ除以时间差△ｔ就可以测得车辆的平均速度Ｖ．
Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．９
Ｓｅｐ．２０１２
赤峰学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｆｅｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）第２８卷第９期（下）
２０１２年９月城市交通区间测速算法研究
孙
静
（辽宁对外经贸学院，辽宁大连
１１６０５２）
摘要：区间测速系统是基于先进的车辆抓拍技术、车辆牌照自动识别技术、网络通讯技术，来实现的一种新型的超速违法取证系统．该系统通过计算车辆通过路段平均速度的方式来判断是否超速，有效解决了单点测速的易躲避性，更有效地控制超速与减少超速等违法行为的发生．本文主要针对区间测速系统中的车辆的平均速度测定方法进行了详细的探讨与研究．
关键词：区间测速；车辆；速度中图分类号：Ｏ２９文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－２６０Ｘ（２０１２）０９－００１５－０２
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３．１．２车型估算法
车型估算法主要有两种方法：一是通过道路监理部门我们首先得到该道路路段的车型组成比率，在进行平均速度测量时我们将所有经过该路段的车辆，一律取标准车辆的长度，通过设置在路段某一处的卡口设备测量出车辆驶入区间路段的时间值与驶出区间路段的时间值，用车辆的长度和驶入与驶出时间计算出车辆的行驶速度．然后依据车型组成比率，对结果进行验证与对比，换算成该检测线上的不同类型车辆的平均速度．该方案的优点是计算的工作量比较小，缺点是有一定的测量的结果并不精确，但在只要我们测量的车辆的数量足够多时，计算的结果是比较接近准确值．另外一种方法是在测量前首选创建建种车型长度数据表，当区间路段内有车辆驶入时，通过视频监控系统对检测区域的车辆进行图片提取进而对驶入的车辆进行车型判断，然后查找车型长度数据表，查询出该车辆的长度数值后，结合此车辆的驶入时间和驶出时间差值，计算出车辆的行驶速度．该方法与上一种方法相比较来说是测量的结果比较精确，但是该方法计算机起来比较复杂，而且计算的工作量较大．
通过以上两种算法的分析，我们可以看出对于车辆平均速度的计算方法各有优缺点，所以本文下面讨论出一种简单的平均车速测量方法，该方法的主要实现步骤如下：首选是测量人员要正确地设置车辆的平均车速，测量人员需要对通过每一检测区间路的所获得的车辆的平均车速要进行统计分析，测量人员输入通过设置在区间路段的视频监控系统所获取的基础数据，通过公式计算出该区间路段的平均车速并输出．下面对此方法所涉及的函数加以说明：ＣａｒＳｐｅｅｄ（Ｎ）为测量车辆平均车速函数；其中，Ｎ是车辆数目，若计算结果有效，函数返回ｔｒｕｅ，否则返回ｆａｌｓｅ；ＣａｒＥｘｉｓｔ（Ｓｔａｒｔ（ｘ，ｙ），Ｅｎｄ（ｘ，ｙ），ＡｏＩＮＯ），车辆驶入、存在、驶出检测区域的判断函数，该函数的返回值为一逻辑值，若车辆驶入、驶出检测区间返回值为ｔｒｕｅ，否则返回值为ｆａｌｓｅ．
３．２算法原理
该算法的基本原理是：系统设置多个检测区域Ａｒｅａ．分别记录出车辆驶入第一个检测区域（Ａｒｅａ１）的驶入时间ｔ１，并将其存入后台数据库中；以此类推记录下进入每一个检测区域车辆的驶入时间（如：ｔ２，ｔ３，ｔ４……），通过测量得到的时间值我们可以计算出该车辆经过任意两个设置的检测区域的时间差△ｔ，从通过求平均值的方法计算机出平均时间差，这样我们再通过多个检测区域间的距离来计算出该车辆在两个检测区域之间的平均速度．判断车辆驶入检测区域是要所设置在卡口处的监控摄像头返回的图像来判断的，其中摄像头标定方案如图１所示．
我们要检测的区间路段的区间距离可以通过摄像机获得的相关的参数并通过公式计算得到．如图１所示：摄像机的距离地面的为高度（ｈ）、视场角度（ＦＯＶ）α、一条检测线对应的角度β／ｒ，ｑ代表长度为ｌ的区域所包含的行像素的数目；ｒ是图像的垂直分辨率．公式（１）为某一个检测的区间路段的区间距离：
ｌ＝ｈｔａｎ［ａｒｃｔａｎ（ｄ／ｈ）＋ｑβ／ｒ］－ｄ公式（１）
由公式１我们可以测量到任意两相邻的区间路段ａｒｅａ１、ａｒｅａ２之间的距离Ｌ，然后我们再测量出车辆到达ａｒｅａ１、ａｒｅａ２之间的时间差便可以计算出车辆的速度，具体实现方法如下：
（１）记录下某一车辆到达区间路段ＡＯＩｎ的时间Ｔｓｔａｒ（ｔｎ）．
（２）记录下车辆到达区间路段ＡＯＩｎ＋１的时间Ｔｓｔａｒ（ｔｎ＋１），此时可以得到车辆的速度计算公式如式（如：公式２），公式中Ｎ为车辆出现的次序号．
Ｖ（Ｎ）＝１／（Ｔｓｔａｒ（ｔｎ＋１）－Ｔｓｔａｒ（ｔｎ））（公式２）
（３）统计出某一段时间内车辆数目Ｎ，利用函数Ｃａｒ－Ｓｐｅｅｄ（Ｎ）求取平均车辆速度．
３．３算法流程图
根据以上算法描述，车辆速度计算的流程图如图２所示：
4结束语
本文主要介绍了区间测速系统的总体结构与主要功能，并针对区间测速系统中的车辆速度的测定的的算法进行了详细的描述．
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参考文献：
〔1〕徐晓夏,陈泉林.智能交通监控系统中的自适应背景更新算法研究[J].上海大学学报（自然科学版），2003（10）
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图２
车辆速度计算流程图
图１摄像机标定图示
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