基于视频的连续式道路交通情况数据采集与分析系统可行性报告.docx
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基于视频的连续式道路交通情况数据采集与分析系统可行性报告
基于视频的不间断交通量采集与分析系统
项目可行性报告
**科技有限公司
2009年5月
1.概述
1.1.项目总体概述
随着我国智能交通系统概念的日益普及和应用的迅速发展，基础交通信息的采集作为智能交通系统的重中之重来有限发展。
基础交通信息主要包括车流量、车速、车间距、车辆类型、道路占有率等，主要有“超声波检测”、“磁力检测”、“激光雷达检测”、“微波检测”、“感应线圈检测”、“视频检测”等方法。
视频检测，也称为图片处理或人工视觉，是一种结合视频图像和电脑化模式识别，通过视频摄像机和计算机模仿人的眼睛的功能为实际应用提供实时交通信息的先进技术。
我公司研发的基于视频的不间断道路交通情况数据采集与分析系统，是一种非接触固定式检测方法。
是将先进的计算机图像处理技术、信息技术、数据通信技术、自动控制技术及多目标识别与跟踪技术、电子技术等，将道路上摄像机采集的视频信号进行数字化处理，对得到的图像进行数字化、预处理、图像背景提取和更新，对多道路上的车辆类型、车流量、车速等参数进行实时、不间断的检测、统计与分析，获得被检测车道上的车型等交通参数，为交通控制和管理提供准确的交通流数据，从而更有效地进行交通控制和管理。
成功研发出外界环境因素（如低光度、风沙、雨雾、遮挡、光照等）易影响视频检测精度的瓶颈难题的图像处理算法。
具有自主知识产权，技术已达国际先进水平。
同时采用了视频采集自适应技术、太阳能供电技术、无线传输技术，以充分适应各种道路、气候状况和不同光照环境下不间断的视频采集检测，保障全年365天8760小时进行连续检测不间断，完全满足《公路交通情况调查设备技术管理规定》中设备的平均无故障间隔时间（MTBF）不低于5000小时的要求。
据此可以检测到全年完整的交通量数据，摸清交通量的变化规律，分析交通量的各种变化系数，为交通路网的调整、规划布局，路网运行监管，提升公路交通应对突发事件处理能力，改善公路交通出行服务水平等提供真实、准确、及时的统计分析数据与实时视频数据。
可广泛应用于高速公路、国省道、隧道、桥梁、城市快速路等交通量的检测，对路面的机动车运行状态进行全面的分析，得出相关数据，提供给相关部门做相应的处理。
1.2.交通量调查术语和解释
1.2.1.观测站分类
连续式观测站：
自开始运作时起，进行24小时连续不断的数据采集。
目的在于获取全年完整的交通量数据，分析交通量的时间分布特性，计算交通量的各种变化系数，供其他仅有局部数据的观测站或条件类似的路段推算年平均日交通量。
由于连续式观测站可以实时采集交通流信息，同时也可以起到监视路段交通状况的作用。
间隙式观测站：
间隙式观测站是按计划每间隔一段时间进行一次调查，通常在每月的5日和20日，每次观测24小时或16小时，采集的内容与连续式观测站相同，设置的目的是为了扩大调查范围，宏观掌握整个路网的交通运行状况。
临时性观测站：
与国外的特殊需求观测站相似，均是根据公路建设、制定交通管理措施等特殊情况的需要，在无固定观测站点或需要补充部分数据时，临时进行的交通流信息采集。
完成采集任务后，观测站就撤销。
1.2.2.交调机动车车型判别标准
根据交通部制定的《固定式交通流量调查设备技术条件》，交通量调查中车辆的分类按照规定划分车型。
交通量观测的原始记录应用自然车辆数计量，在统计分析中，应把自然车辆数转换成标准车当量数计量。
一般公路交通量换算标准车当量数应以标准中型车当量数计，高速公路交通量换算标准车当量数应以标准小客车当量统计。
交通量调查机动车分类和车型规则如下：
机动车
机动车分类
机动车分类特征
机动车分型
机动车分型特征
汽车
小型汽车
车长<6m的乘用车、客车、货车及专用汽车
小客车
额定座位≤19座
小型货车
载质量≤2吨
中型汽车
6m≤车长≤12m的2轴客车、货车及专用汽车
大客车
额定座位＞19座
中型货车
2吨＜载质量≤7吨
大型及特大型汽车
6m≤车长≤12m的3轴及3轴以上的客车、货车及专用汽车
大型货车
7吨＜载质量≤14吨
特大型货车
载质量＞14吨
铰接或拖挂
汽车
车长>12m的3轴及3轴以上的铰接式或拖挂式客车、货车及专用汽车
铰接或拖挂汽车
铰接式或拖挂式客车、货车及专用汽车
拖拉机
用于牵引、推动、携带和驱动配套机具进行作业的自走式动力机械
拖拉机
-
摩托车
使用热力发动机、排量>50cc、车速>50公里/小时且车重<200公斤的两轮或3轮的机动车辆
摩托车
-
1.2.3.交调设备的分级
根据使用功能的不同，设备分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个级别，具体见下表：
Ⅰ级设备
Ⅱ级设备
Ⅲ级设备
机动车识别
符合机动车
分型要求
符合机动车
分类要求
区分一般机动车（不含摩托车）及摩托车
流量
√
√
√
地点车速
√
√
√
车头时距
√
√
○
跟车百分比
√
√
○
车头间距
√
√
○
时间占有率
√
√
○
交通数据网络传输
√
√
○
注：
√代表必须具备的功能；○代表可具备的功能。
设备地点车速数据采集要求：
设备
级别
分行驶
方向
分车道
机动车
分类
机动车
分型
测速范围
（公里/小时）
Ⅰ级
√
√
√
0~180
Ⅱ级
√
√
√
0~180
Ⅲ级
√
√
区分一般机动车（不含摩托车）和摩托车
0~180
1.2.4.交调数据中心架构
中国公路交通量调查采用连续式的调查方式，采用连续式交调站为主、利用监控数据和收费数据为辅的综合调查方法。
公路交通量调查与信息服务体系的总体架构为金字塔状四层结构，自下而上分别为一类及二类调查站、市级公路交通情况调查数据中心、省级公路交通情况调查数据中心、部级公路交通情况调查数据中心。
1
部级交调
中心
调查数据汇集与转发、数据分析、信息发布；具备数据与信息的交换转发接口，可与其他交通信息平台共享交通量信息资源。
2
省级交调
中心
接收并上传1类调查站数据；调查数据汇集与转发、数据分析、信息发布；具备数据与信息的交换转发接口，可与其他交通信息平台共享交通量信息资源。
3
市级交调中心
接收并上传1类调查站数据；接收二类调查站数据，并结合道路基本数据分析、生成本路段或辖区的道路监测与出行服务信息。
将改信息上传；调查数据汇集与转发、数据分析、信息发布；具备数据与信息的交换转发接口，可与其他交通信息平台共享交通量信息资源。
4
连续式交调观测站
一类调查站的调查数据以反映路网宏观交通量特征为主，主要为宏观决策提供支撑，在功能上兼容二类调查站；二类调查站的调查数据以反映道路运行状态和运行质量为主，主要为路网监控、应急处置、公众出行信息服务提供信息支撑。
1.2.5.交通量统计分析指标
交通量统计分析指标由流量、结构、道路适应程度、交通量方向分布、交通量时间分布、道路运行质量等六类、十三个指标构成，适用于政府交通主管部门及政府授权管理机构、国家高速公路生产经营管理主体、科研设计单位及出行者对国家高速公路交通量信息的应用需求。
流量、结构、道路适应程度、交通量方向分布、交通量时间分布指标为反映路网整体交通情况的宏观指标，在应用上侧重于决策管理、行业管理、科研设计等方面；道路运行质量指标为反映路网实时运行质量的微观指标，在应用上侧重于政府交通主管部门的应急处置、行业管理及出行服务。
上述统计分析指标均为计算指标。
国家高速公路交通量调查统计分析指标体系构成见下表：
指标类别
指标名称
更新频率
指标解释
流量指标
路段（线）平
均交通量
年，月
实时
某一时段间隔内路段（线）交通量的平均值，辆
路线行驶量TV
年，月
单位时间内平均交通量与其行驶里程的乘积，万车公里
结构指标
车型比例VR
年，月
交通流中各种类型车辆间数量的比例，%
道路适应
程度指标
道路适应度AL
年，月
年平均日交通量与适应交通量的比值，%
交通量方向分布指标
方向分
布系数KD
年
主要方向交通量与双向交通量的比，%
交通量时间分布指标
12H、16H交通量系数RD12、RD16
年
12H（7时-19时）或16H（6时-22时）交通量与全天24H交通量的比值，%
月不均匀系数KM
年
年平均日交通量与月平均日交通量的比值，%
周日不均
匀系数KW
年
年平均日交通量与某周日平均交通量的比值，单位：
%
道路运行
质量指标
三级以上服务水平比重ER
年，月
报告期内昼间（6时-22时）达到一、二、三级服务水平的小时数与昼间（6时-22时）总小时数的比值，%
道路运行质
量指数QE
实时
将道路当前运行质量定义为畅通、基本畅通、拥挤、堵塞四级指数，分别对应于一、二、三、四级服务水平
平均行驶时间
实时
各车辆通过观测路段所用时间平均值，分钟
平均行驶车速
实时
路段长度与各车辆通过观测路段所用时间平均值的比值，公里/小时
1.2.6.不间断运行
按照《公路交通情况调查设备技术管理规定》中，要求设备的平均无故障间隔时间（MTBF）不低于5000（约7个月时间）小时。
1.3.项目建设的主要法律法规依据
●《公路交通情况调查统计报表制度》（交通部，2005年）
●《公路交通情况调查统计工作发展纲要》（交通部，2005年）
●《公路交通情况调查统计工作管理办法》（交通部，2005年）
●《公路水路交通信息化“十一五”发展规划》（交通部，2006年）
●《关于加强公路交通情况调查设备技术管理的指导意见》、《固定式交通流量调查设备技术条件》、《固定式交通流量调查设备安装验收与期间核查检测规程》、《固定式交通流量调查设备与数据服务中心基础交通数据通讯协议》（交通部，厅规划字【2007】52号）
●《国家高速公路网交通量调查观测站点布局规划》（交通部，2008年）
●《关于印发国家高速公路网交通量调查观测站点布局规划的通知》（交通部，交规划发【2008】364号）
●《关于加快实施国家高速公路网交通量调查观测站点布局规划的通知》（交通部，厅规划字【2009】67号）
●《公路交通突发事件应急预案》（交通部，2009年）
●《黄金周公路交通量调查统计制度》
1.4.项目建设的主要标准依据
●公路车辆智能监测记录系统通用技术条件（GA/T497-2009）
●城市道路交通信号控制方式适用规范（GA/T527—2005）
●道路交通安全违法行为图像取证技术规范（GA/T832-2009）
●城市道路交通管理评价指标体系（2008版）
●LED显示屏通用规范
●中华人民共和国道路交通安全法
2.项目建设意义
2.1.是路网规划的重要依据
交通量信息是合理确定路网建设规模和布局，有效调整路网结构的重要依据。
开展公路交通量调查，可以积累路网交通流量的历史数据，并以此为基础分析交通流量与社会经济发展间的相关关系，预测公路交通需求，为合理确定路网总体规模、技术标准和空间布局提供技术依据。
同时，依据交通量调查所取得的流量、车速和交通密度数据，可以掌握全路网的运行特征，评价全路网的运行效能，为调整路网行政等级和技术等级构成提供参考。
2.2.提升路网运行监管力度
交通量信息是加大路网运行监管力度，提升公路交通应对突发事件能力的重要支撑。
路网流量大小、速度、分布、拥挤程度等交通情况是反映路网是否有效运行最主要的特征，也是公路交通应急管理的重要参考数据。
针对当前我国公共突发事件频发，地质灾害频繁，公路交通应急任务日益增多的情况，全面开展交通量调查工作，实时掌握并分析道路运行情况，判别道路运行通畅与否，判断异常交通事件发生的时间和地点，对于加强对运输监控，促进区域间路网协调运行管理，公路交通应急指挥体系的建设，提高公路交通突发事件应急处置能力和遇险救援水平具有重要的支撑作用。
2.3.可以改善公路交通出行服务水平
做好交通量调查工作是改善公路交通出行服务水平，提高交通公共服务能力的重要手段。
行车速度、拥堵、通断等交通情况是公众出行的重要参考。
随着我国经济的进一步发展，区域间的旅客出行需求更加旺盛，货物流动更加频繁，追求安全、便捷、经济、舒适和个性化的出行需求将更加迫切，需要公路交通行业为出行者提供范围更广、质量更高、内容更丰富、区域集成的动态交通情况信息服务。
开展交通量调查，实时采集路网车速、拥堵、通断等交通动态信息，推动动态交通信息发布服务，是改善公众交通出行服务水平，提升交通公共服务能力的重要手段，是交通贯彻“以人为本”，落实“三个服务”思想理念的具体体现。
3.项目建设的必要性
3.1.项目背景
交通量调查是多项交通工作的基础，在高速公路、一般公路、城市道路上选择有代表性的地点建立观测站，对过往机动车辆的车型、车度、车流量、道路占有率等交通基础数据进行检测的专用设备，也是智能交通系统（ITS）的重要组成部分。
3.1.1.交通量调查是交通管理工作中最主要的动态数据采集手段
通过公路交通量调查产生的交通量信息可以反映公路网的交通流运行特征以及道路运行质量特征，不但是制订公路交通发展战略、做好公路交通规划和公路交通基础设施建设工作的信息基础，同时也是各级交通管理部门做好交通管理工作、向道路使用者提供信息服务的重要信息支撑。
3.1.2传统调查手段的落后
1、早期以人工调查和少量功能单一的自动化或半自动调查设备
上世纪，我国公路交通量调查工作一直以人工调查为主要手段，只有少量功能单一的自动化或半自动调查设备在调查工作中应用。
很多地方仍在采用手工记数器记录，或安排人员路边逐辆记录，这种落后的方法即费人费时易出差错，而且无法统计夜间交通情况数据。
2、如今的自动化交通量调查设备缺点多于优点
近年来，随着各方面对交通量信息的需求不断提升，对交通量信息的时效性、准确性、丰富性提出了更高的要求。
随着传感器技术、通信技术、GIS技术、3S技术和计算机技术的不断发展，交通信息的采集经历了从人工采集到单一的磁性检测器交通信息采集到多源的多种采集方式组合的交通信息采集的历史发展过程，在这个不断革新的过程中，交通信息采集的精度、广度、内容和经济性也得到了不断的提高。
目前国内交通量检测的主要方法包括“磁感应、微波雷达、超声波、红外线、视频、无线、激光”等检测技术。
但由于当前自动化调查设备的质量水平良莠不齐，即有优点，同时伴有诸多缺陷，如检测精度低、数据质量差、成本高、安装维护麻烦等，总是很难达到较完美的应用效果。
致使调查数据的准确性、时效性得不到有效保证，直接影响了交通量信息的质量。
如磁感应检测技术，虽然目前使用的较多，检测精度也较高，但却易损坏，维护成本高、不具备视觉监控，而且还需切割路面，造成道路的破损等缺点。
如微波雷达检测技术，虽然检测精度较高，无需封道破路、安装，维护简便，不易损坏，可以全天候使用，但安装和维护成本很高，且不具备视觉监控。
如目前的视频检测技术，是众多检测技术中综合应用效果最优的，无需封道破路、安装，维护简便，具备直观的视觉效果，功能容易扩展，成本也较低，但是容易受到环境影响，检测精度偏低。
尤其夜间几乎无法检测，夜间的数据则根据白天各类车型的百分比大致分配，这样的检测数据存在极大的误差。
3、现有技术无法实现数据的连续性、准确性要求
目前各类交通量检测技术设备都无法实现真正的不间断数据采集，比如：
设备易故障，维护麻烦，周期长；天气环境影响检测精度、电力中断等原因的影响。
这样采集而来的数据比较片面，肯定不具备真实性，很难为交通管理部门相关决策、规划、为公众出行提供可靠的、准确的信息。
3.1.3交通部对交通量调查设备发展的迫切要求
（1）公路交通信息化建设的需要
根据《公路水路交通信息化“十一五”发展规划》，“十一五”期间公路水路交通信息化的主要任务可归纳为:
建设两级数据中心、三大综合信息平台、三大应用系统，完善两大门户网站、三个保障体系和一个通信信息基础网络。
其中公路交通数据中心、综合信息平台和应用系统的建设都要以交通量数据为基础。
（2）公路交通管理部门宏观管理和服务的需要
为了贯彻国家关于加强信息资源开发利用工作的若干意见和交通部公路水路交通“十一五”发展规划，进一步规范和加快交通信息资源的开发利用，通过高科技的应用，科学指导公路养护管理投入，大力强化收费业务监督，更好地为行业管理和社会公众服务。
（3）智能化数字公路交通管理发展的需要
数字化公路交通管理是信息技术、管理技术和计算机技术等在公路交通管理中的集成应用。
在新的公路交通发展形势与条件下，按照“以人为本、需求引导、综合集成、强化创新”的方针，重点发展智能化数字公路交通管理。
通过这些新技术的应用，提高人民的生活水平，实现公路交通的集约式发展。
各省市公路交调工作的开展及规划正是为满足这一发展需要而进行的具体实践。
（4）为社会公众提供公路交通出行信息服务的需要
随着社会经济的发展和广大人民群众生活质量的不断提高，为社会公众提供及时、准确，内容全面、丰富的公路交通出行服务信息及路况信息，帮助人们的生产和生活，同时贯彻实践“以人为本”的治国理念和和谐社会、和谐交通的需要，为国民经济发展提供重要公路交通信息资源支持，大力促进国民经济科学可持续性发展，具有现实和深远的意义。
3.1.4高速公路交通量调查发展建设严重滞后
目前，高速公路交通量调查工作的体系建设滞后、工作水平不高，无法准确反映高速公路路网的交通运行特征，难以满足高速公路建设、管理的需要。
目前相当一批路线、路段还没有设置交通量调查站，已经设置了调查站的路段，交通量数据仍然以人工方式为主获取，自动化调查站仅占全部调查站的10%，平均布设间距达到了400公里；各省面向需求的信息发布平台建设基本上处于空白状态。
3.1.5综论
近年，交通部非常重视我国交通量调查的发展，并先后发布了《公路水路交通信息化“十一五”发展规划（2006年）》、《关于加强公路交通情况调查设备技术管理的指导意见（试行2007）》、《国家高速公路网交通量调查观测站点布局规划（2008）》、《关于加快实施国家高速公路网交通量调查观测站点布局规划的通知（2009）》等系列促进交通量调查信息化发展的积极措施。
目前的交通量检测技术，均是优缺兼备，虽可满足部分交通量数据的检测，由于检测的数据不连续、不全面、不精确，降低了数据质量，并不适合被广泛推广应用。
因此，市场需要一种集检测精度高、成本低、易装、易维护、功能扩展强等优点于一体的检测技术。
3.2.目前交通量检测方法和比较
3.2.1.现有交通量调查设备及技术
目前，交通数据通常通过两种交通检测方式采集获得的：
一是固定检测器，如线圈检测器、红外检测器、雷达检测器以及视频检测器等；另一种就是移动探测器。
激光检测方式：
激光检测为点测量行为，从理论上讲是可行的并且检测精度过程都相当高，但与微波雷达一样，同样面临路口多道路，多车辆和多行人的三多影响，点测量的效率无法满足监管要求，最重要的是：
激光检测中的激光束对人体（主要是人眼的伤害）是其在使用中极为严重的问题。
在欧美等国家又用激光测速的交通测速仪器，其性能指标不仅要达到国际Class1安全标准，同时在使用中必须用人工操控，以避免对人眼造成伤害。
在日本是严格禁止用激光作交通检测设备的，因此，激光检测在理论上讲比较好，但目前在使用中的安全问题仍未解决。
超声波检测：
超声波检测体积小，易于安装。
缺点是性能随环境温度和气流影响而降，这样就不能满足交通数据采集设备要在各种天气环境下稳定可靠的工作要求。
此外对按抓个的位置要求较高，必须安装在检测车道的正上方。
超声波检测的原理与雷达测速类似，都是利用"多卜勒效应"的反射原理，发射器从顶部发出超声波，当有车辆通过时，接收器接收到回波的时间是不一样的，据此可以判断是否有车通过。
与雷达测速不同的只不过其传感器探头发出的是声波而不是电磁波。
此种检测设备的缺点是必须顶置安装，安装条件受到一定的限制，并且传感头在路口这种灰尘极大的恶劣环境中使用，寿命非常短。
因此这种检测方法并不实用。
红外线视频检测：
昼夜可采用同意算法二解决昼夜转换的问题，也可提供大量交通管理信息，但是需要很好的红外线焦平面检测器，也就是要用提高功率，降低可靠性来实现高灵敏度，而可靠性在交通数据采集设备的使用中十分重要；它不能提供全面的交通信息。
红外检测器是顶置式或路侧式的交通流检测器。
该检测器一般采用反射式检测技术。
反射式检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成，其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当有车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来被探头的接收管接收，经红外解调器解调再通过选通、放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。
这种检测器具有快速准确、轮廓清晰的检测能力。
其缺点是工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。
声学检测：
是根据特定车辆的声学特征识别该车辆，为识别车辆需将接受信号进行大量的除去背景静噪声的处理，所以它的可靠性也比较差，同时它不能提供全面的交通信息。
磁力检测：
可检测小型车辆，适合在不方便安装线圈场合使用。
缺点是很难分辨纵向过于靠近的车辆。
同时，也不能提供全面的交通信息。
激光雷达检测：
可以不受光照环境的影响，没有昼夜转换引起的误差，而且可以直接得知车辆的高度宽度；同时可以克服车辆遮挡问题。
缺点是成本过高，在大雨天不可靠，无法给出全面的交通信息。
微波检测：
可以再恶劣气候下有出色的性能，还可以直接检测速度，但是它不能检测静止或低速行驶的车辆。
微波式交通检测器通过发射低能量的连续频率调制微波信号，处理回波信号，可以检测出多达8个车道的车流量、道路占有率、平均车速、长车流量等交通流参数。
微波检测由发射天线和发射接收器组成。
发射器对检测区域发射微波，当车辆通过时，由于多普勒效应反射波会以不同的频率返回，通过检测反射波的频率来检测车辆是否通过。
优点是在恶劣气候下性能出色,可以全天候工作、可检测静止的车辆、直接检测速度、可以侧向方式检测多车道、安装维护方便，缺点是侧面安装只能区分长车短车，相邻车道同时过车时可能漏记车辆数。
雷达就是依据"多卜勒效应"的一种微波检测方式。
雷达先发出一个频率为1000兆赫的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来，它的反射波频率不会改变，仍然是1000兆赫。
反之，如果车辆在行驶，而且速度很快，那么，根据多卜勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同。
通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，就可以换算出汽车的速度。
雷达测速有效范围大约在每小时24公里到255公里之间，测速范围比较大，精确度也相当高。
对于速度较快，车流量较少且方向统一的高速公路上面，采用微波雷达配合高速摄像机是一种不错的选择。
而对于多车道、车辆并行、人车混杂的复杂路段，单纯只使用多普勒效应的微波雷达对路口、路段违法车辆的进行检测，则具有较大困难，在检测范围内如果出现多个车辆，往往无法区分目标车辆。
另外，测速雷达一般安装在公路中间6米高的横臂上面，如果比较高的大型车辆（如挂车、货柜车等）经过，由于车体比较高，造成车体顶部距离雷达太近，雷达发出的脉冲微波射在车体顶部被反射回来的距离大大缩短，往往造成了计算出来的速度值比较大，会产生比较大的误差。
感应线圈检测：
此技术经过几十年的发展到现已标准化，技术成熟、易于掌握，技术精确，同时系统较稳定，不受环境的影响。
缺点是安装过程对可靠性和寿命影响较大，维修或安装需破坏路面，中断交通，影响路面寿命；同时线圈易被重
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