一、概述
從信息處理的角度看，ITS系統(tǒng)涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息發(fā)布和信息利用，上述這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了ITS的信息鏈，如圖1所示。智能交通管理系統(tǒng)（ITMS）是智能交通系統(tǒng)（ITS）的重要組成部分，而各種交通信息采集是實現(xiàn)系統(tǒng)智能化的前提。

 
圖1
智能交通管理系統(tǒng)（ITMS）是智能交通系統(tǒng)（ITS）的重要組成部分，是利用現(xiàn)代信息技術(shù)為核心，利用*的通訊、計算機(jī)、自動控制、視頻監(jiān)控技術(shù)，按照系統(tǒng)工程的原理進(jìn)行系統(tǒng)集成，使得交通工程規(guī)劃、交通信號控制、交通檢測、交通電視監(jiān)控、交通事故的救援及信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)對交通的實時控制與指揮管理。智能交通管理系統(tǒng)的紐帶是各子系統(tǒng)間的信息交換，這些信息包括控制對象的原始信息和控制指令信息。智能交通管理系統(tǒng)包括信息檢測、信息分析與處理、判斷、執(zhí)行等幾個環(huán)節(jié)。因此，交通信息采集被認(rèn)為是ITS的關(guān)鍵子系統(tǒng)，是發(fā)展ITS的基礎(chǔ)，成為交通管理智能化的前提，無論是交通控制還是交通違章管理系統(tǒng)，都涉及交通動態(tài)信息的采集，交通動態(tài)信息采集也就成為交通管理智能化的首要任務(wù)。智能交通系統(tǒng)（ITS）進(jìn)程較快的國家或地區(qū)都把交通信息采集技術(shù)作為重中之重加以開發(fā)研究， 交通信息采集常用的技術(shù)有環(huán)形線圈、微波、視頻、超聲波等幾種檢測技術(shù)， 
下面列表加以討論。

二、系統(tǒng)功能及其采集內(nèi)容
*的交通管理系統(tǒng)包括交通信號控制系統(tǒng)、閉路電視交通監(jiān)視系統(tǒng)、交通信息采集處理系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)信息系統(tǒng)、交通管理地理信息系統(tǒng)、交通信息發(fā)布系統(tǒng)、信息移動查詢系統(tǒng)。智能交通管理系統(tǒng)的功能由四大部分組成：
①交通狀態(tài)檢測：檢測道路交通運(yùn)行情況，檢測交通流狀態(tài)，實時傳輸和處理交通數(shù)據(jù)及信息；
② 交通動態(tài)控制：交通信號控制，道路網(wǎng)交通流量措施，緊急事件快速響應(yīng)；
③ 交通信息發(fā)布：發(fā)布道路交通信息，通告交通突發(fā)事件和疏導(dǎo)措施，誘導(dǎo)司機(jī)駕駛行為；
④道路運(yùn)行狀態(tài)評價：建立交通信息數(shù)據(jù)庫，評價道路運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測預(yù)報交通發(fā)展趨勢，為道路交通規(guī)劃提供數(shù)據(jù)分析。
在智能交通管理系統(tǒng)的四大功能中以采集交通數(shù)據(jù)為主的交通狀態(tài)檢測是整個交通管理系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)部分。只有提供真實、準(zhǔn)確、實時的交通數(shù)據(jù)，才能夠?qū)嵭泻侠淼男盘枱艨刂?；才能夠發(fā)布實時信息誘導(dǎo)司機(jī)駕駛行為；才能夠快速響應(yīng)處理交通事故現(xiàn)場；才能夠正確評價道路運(yùn)行，為道路建設(shè)和交通規(guī)劃提供有力的決策支持。
通常，ITMS的這些子系統(tǒng)按照不同的要求采集各自的交通動態(tài)信息，各子系統(tǒng)之間采集的交通動態(tài)信息，再通過ITMS盡可能整合，并進(jìn)行統(tǒng)一的交換和信息處理，交ITMS的交通動態(tài)信息包括了：
①     交通流信息采集：車流量；瞬時速度、時間平均速度、空間平均速度；時間占有率、空間占有率；車頭時距；車輛長度分類；車隊長度。
交通流信息采集通常由交通動態(tài)信息采集處理系統(tǒng)或交通信號控制系統(tǒng)來完成，其中交通信號控制系統(tǒng)可以按其控制參數(shù)要求采集數(shù)據(jù)，也可以結(jié)合交通動態(tài)信息處理系統(tǒng)采集以上交通信息。
②交通事件檢測：車隊擁堵；違章停車；逆行；闖紅燈；超速；越線。
交通事件檢測通常由交通動態(tài)信息采集處理系統(tǒng)或交通違章采集系統(tǒng)來完成。
③ 交通事故檢測：車隊擁堵／交通事故地點(diǎn)。
交通流信息采集通常由交通動態(tài)信息采集處理系統(tǒng)或交通信號控制系統(tǒng)結(jié)合GIS系統(tǒng)來完成，其中交通信號控制系統(tǒng)可以按其控制參數(shù)要求采集數(shù)據(jù)，也可以結(jié)合交通動態(tài)信息采集處理系統(tǒng)采集以上交通信息。
三、視頻采集技術(shù)及其特點(diǎn)
交通信息采集的方法和技術(shù)很多，其中，視頻檢測技術(shù)具有大區(qū)域、大信息量、多功能的特點(diǎn)，正成為交通動態(tài)信息采集技術(shù)主流。下面重點(diǎn)分析視頻交通動態(tài)信息采集技術(shù)的特點(diǎn)，對智能交通管理系統(tǒng)中綜合應(yīng)用視頻交通信息采集技術(shù)進(jìn)行技術(shù)探討。
智能交通管理系統(tǒng)要獲得完整有效的交通數(shù)據(jù)，從技術(shù)實質(zhì)上可歸結(jié)為兩個關(guān)鍵問題一是合適的交通
采集技術(shù)；二是適應(yīng)我國交通環(huán)境的交通采集技術(shù)設(shè)施。
交通動態(tài)信息采集技術(shù)常用的是環(huán)形線圈、微波、視頻、超聲波等幾種檢測技術(shù)。目前，我國交通管理系統(tǒng)普遍采用的檢測器有：檢測交通數(shù)據(jù)的環(huán)形線圈和監(jiān)視道路運(yùn)行狀況的閉路電視攝像機(jī)。環(huán)形線圈以可靠性好精度高的優(yōu)勢，在交通檢測設(shè)備中占有重要的一席之地。但是，它鋪敷在路面下，容易受車輛持續(xù)碾壓、振動、道路維修、路基裂縫等影響而損壞，營運(yùn)管理維護(hù)費(fèi)用由此而增加。尤其是大交通流環(huán)境下，一旦出現(xiàn)故障，難以做到封閉車道及時修復(fù)。反復(fù)如此，檢測環(huán)的故障率居高不下，是現(xiàn)有交通檢測設(shè)備不能獲取有效數(shù)據(jù)的主要原因。
而視頻采集技術(shù)利用視頻、計算機(jī)及現(xiàn)代通信等技術(shù)，實現(xiàn)對交通動態(tài)信息的采集，系統(tǒng)通過安裝在路門或路段的攝像機(jī)采集交通圖像，再進(jìn)行圖像處理，得到車流量、瞬時車速度、時間段內(nèi)的車速統(tǒng)計平均值、車型分類、占有率、平均車距、檢測交通事故等交通動態(tài)信息，從而為交通的信號控制、信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)、指揮提供實時交通動態(tài)信息。通常一臺攝像機(jī)可觀測多車道，系統(tǒng)可以處理多個攝像機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)。視頻采集技術(shù)對視頻交通圖像數(shù)據(jù)處理及特征提取都是實時進(jìn)行的，其處理過程如圖2所示。

圖2
視頻交通信息采集系統(tǒng)的攝像機(jī)對車輛進(jìn)行拍攝，將拍攝到的圖像進(jìn)行存儲并數(shù)字化，對圖像初步處理，去掉多余信息；接著對圖像進(jìn)行分區(qū)；按一定算法對各分區(qū)圖像處理，提取特征信息；根據(jù)特征信息進(jìn)行車輛記數(shù)、分類。根據(jù)相鄰圖片計算車速；zui后在拍攝區(qū)域內(nèi)跟蹤所辨識出的車輛。
視頻交通信息采集技術(shù)中交通圖像處理有兩種算法。*種是將攝像機(jī)拍攝的區(qū)域分成若干小區(qū)域，視頻交通信息采集系統(tǒng)對小區(qū)域進(jìn)行圖像處理。小區(qū)域可以與車道垂直、平行、斜交。由于視頻交通信息采集系統(tǒng)一個攝像機(jī)的檢測區(qū)域可跨多車道，所以一個視頻交通信息采集系統(tǒng)可以代替許多環(huán)形線圈或其它檢測器，對更大區(qū)域進(jìn)行車輛檢測；另一種是連續(xù)跟蹤在攝像機(jī)拍攝區(qū)域內(nèi)行駛的車輛，通過對車輛的多次圖像信息采集確定車輛圖像不變，就對車輛圖像進(jìn)行記錄、并計算其速度和車輛排隊長度。
視頻交通信息采集技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)。拍攝區(qū)域廣，可獲得一個區(qū)域交通圖像信息，可對交通狀況做出更全面了解，測量信息更準(zhǔn)確；交通圖像包含信息量豐富，可獲得更為豐富的車輛信息，如車的外型、車的顏色、車的功能（通過外型來辨別）、交通信息（車流密度、車速、交通事故）、甚至氣象信息等等。以視頻采集技術(shù)為主體的交通動態(tài)信息采集系統(tǒng)的示意圖見圖3。


圖3 以視頻技術(shù)為主體的交通動態(tài)信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
視頻檢測技術(shù)與其他檢測技術(shù)相比，具有如下特點(diǎn)：
· 安裝方便，不破壞路面，施工時基本不影響交迅
· 利用多種探測器，實現(xiàn)不同的采集功能；
· 探測器設(shè)置方便、靈活；
· 可以實現(xiàn)大區(qū)域交通信息采集；
· 系統(tǒng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，可擴(kuò)展性好、系統(tǒng)運(yùn)行效率高；
· 實時對多車道的車流量、占有率、平均車速等信息進(jìn)行采集和統(tǒng)計；
· 實時進(jìn)行機(jī)動車車型的采集區(qū)分和統(tǒng)計；
· 實時進(jìn)行各種交通異常狀況的采集和報警，如擁堵、事故等；
· 實時進(jìn)行各種車輛違章行為的采集，如超速、闖紅燈、逆行、違章變線、違章停車、違章占用車道等；
· 在從視頻交通數(shù)據(jù)抓取的圖像中實時地自動檢測和識別車牌號碼；
· 靜態(tài)圖像中的車輛及車輛行為采集與識別；
· 維護(hù)方便。
四．智能交通管理系統(tǒng)中視頻采集技術(shù)的應(yīng)用
1．在交通動態(tài)信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
為了更好地評估交通工程和交通管理措施，為今后交通規(guī)劃提供決策依據(jù)，城市交通管理部門都需要安裝交通動態(tài)信息采集系統(tǒng)采集交通動態(tài)信息，交通動態(tài)信息采集系統(tǒng)以視頻技術(shù)為主，結(jié)合其它采集技術(shù)來完成交通動態(tài)信息采集任務(wù)，圖3是以視頻技術(shù)為主體的交通動態(tài)信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它包含了一部分環(huán)形線圈和超聲波檢測器等，從而構(gòu)成相互補(bǔ)充的綜合性交通信息采集系統(tǒng)。
2．在交通違章檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用
交通違章行為有多種，可以采用視頻技術(shù)實現(xiàn)違章越線的檢測，如圖所示為采用視頻技術(shù)實
現(xiàn)違章越線的檢測與圖片抓拍系統(tǒng)的案例。

圖4
3．在交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
交通信號控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集功能和對交通流組織與控制的作用，使其成為ITMS的重要組成部分。
視頻技術(shù)交通信號控制系統(tǒng)是在系統(tǒng)控制相關(guān)路段的適當(dāng)位置設(shè)置視頻車輛檢測器，獲得該監(jiān)測斷面的交通參數(shù)，這些參數(shù)被送到信號控制機(jī)，并由信號控制機(jī)所設(shè)置的交通模型進(jìn)行處理，從而選擇合適的交通信號控制方案或者調(diào)整相關(guān)控制方案的信號控制參數(shù)，使交通流實現(xiàn)zui小延誤，提高路口的通行能力。
目前，交通信號控制機(jī)的車輛檢測器采用環(huán)形線圈，這是一種簡單可靠的車輛檢測手段，其信號輸出形式有通過型和存在型兩種，在不同的信號控制系統(tǒng)中均有應(yīng)用。但是這種車輛檢測器也有它的缺陷和限制，主要體現(xiàn)在：
· 環(huán)形線圈的檢測參數(shù)比較少，因此控制模型對交叉路口的交通流分布特征參數(shù)的波動比較敏感，影響
了其在不同路口的應(yīng)用效果；
· 對于混合交通流，由于交通流中個體特征的差異較大，難以對混合交通流進(jìn)行合理的控制；
· 道路路面對檢測線圈損毀率高，特別對于瀝青路面的損害更為嚴(yán)重，由此導(dǎo)致檢測線圈的損毀率居高不下，使用和維護(hù)成本上升，影響系統(tǒng)的可用性。
4．在交通安全方面的應(yīng)用
在交通安全方面有兩個應(yīng)用方向，一個是用于檢測交通事故便于*及時接處警．另一個應(yīng)用是檢測交通擁堵以便于*及時疏導(dǎo)交通，避免由于交通擁堵而引發(fā)交通事故。
五、新技術(shù)設(shè)想
目前zui的道路交通視頻檢測產(chǎn)品是美國ISS公司的AUTOSCOPE 系列， 該系列的產(chǎn)品主要
用于車輛存在檢測、事故檢測和交通數(shù)據(jù)的采集。AUTOSCOPE? 檢測系統(tǒng)的核心是視頻處理器――它是一個包含有以下部件的設(shè)備：以CPU為基礎(chǔ)的微處理器，多個電路模塊和用于分析視頻圖像的軟件。
筆者設(shè)想的視頻檢測系統(tǒng)同AUToSCoPE 相比主要有兩點(diǎn)改進(jìn)：1） AUToSCoPE 采用x86系列的CPU作為核心處理器， 筆者希望采用DSP作為數(shù)字信號處理器，或者采用TI公司的OMAP系列，此系列的產(chǎn)品將ARM9核和DSP芯片集成在一起，更適合于實時圖像處理。
2）AUTOSCOPE采用串口與主機(jī)通信，zui高數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Mbps， 筆者希望通過PCI總線與主機(jī)通信，zui高傳輸速率為133 Mbps，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率。這樣可以更快捷的傳送到工控機(jī)，或者通過網(wǎng)絡(luò)傳送到中心站。