一種基于新型探測(cè)車的城市交通狀態(tài)監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，用于城市道路交通擁堵情況監(jiān)測(cè)。本發(fā)明把城市道路覆蓋率較高的公交車改裝為探測(cè)車，在車上裝配GPS定位模塊和無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，另外，在探測(cè)車前后加裝兩臺(tái)CCD視頻監(jiān)控?cái)z像頭，以便可以動(dòng)態(tài)獲取探測(cè)車前后方和鄰近車道的道路通行情況。城市道路交通通行狀態(tài)監(jiān)測(cè)步驟包括：首先，通過車載GPS定位子系統(tǒng)可以獲取探測(cè)車自身所在的位置信息和行進(jìn)速度，監(jiān)控中心可以通過監(jiān)測(cè)探測(cè)車的行駛速度，大概判斷城市道路的擁堵情況；另外，對(duì)于探測(cè)車在GPS信號(hào)盲區(qū)或到站上下客的停車狀態(tài)，可以通過車載視頻攝像頭計(jì)算鄰近車道車輛通行速度和統(tǒng)計(jì)經(jīng)過車輛的數(shù)目。
【專利說明】一種基于新型探測(cè)車的城市交通狀態(tài)監(jiān)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通信息檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于新型探測(cè)車的城市道路實(shí)時(shí)交 通狀態(tài)監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 交通擁堵已成為現(xiàn)代生活的特征，并成為一個(gè)困擾現(xiàn)代城市發(fā)展的嚴(yán)重問題，對(duì) 于出行者來說，尋求不擁堵的路段，錯(cuò)開嚴(yán)重?fù)矶侣范螌⒋蟠筇岣叱鲂行剩梢员苊獠槐?要的燃油消費(fèi)和時(shí)間消耗，及時(shí)正確地獲取道路交通擁堵狀況，采取合理預(yù)警措施，主動(dòng)避 免交通擁堵，已成為提高道路通行能力的有效手段之一。
[0003] 探測(cè)車系統(tǒng)（ProbeVehiclesSystem，簡(jiǎn)稱PVS)，作為代表新技術(shù)的路況采集方 式，為交通信息系統(tǒng)提供了新的思路，新的機(jī)遇，受到了廣泛的關(guān)注。該系統(tǒng)以行駛在道路 上的載有GPS系統(tǒng)的車輛作為移動(dòng)探測(cè)器，采集車輛行駛的速度、路段的旅行時(shí)間等信息。 與傳統(tǒng)的固定式采集系統(tǒng)（感應(yīng)線圈等）比較，探測(cè)車系統(tǒng)具有直接采集旅行時(shí)間、時(shí)空覆 蓋范圍廣、投資效率高等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，車載導(dǎo)航系統(tǒng)的迅速發(fā)展也將從用戶（司機(jī)）的 角度催生和激活對(duì)實(shí)時(shí)道路狀況信息的需求?，F(xiàn)有探測(cè)車系統(tǒng)存在幾個(gè)弊端：首先，探測(cè)車 系統(tǒng)的車載GPS定位系統(tǒng)只能獲取自身的位置性息、運(yùn)行速度等，不能探測(cè)車道前后車輛 的運(yùn)行情況，更不能知道臨近車道的道路通行情況；其次，GPS定位存在一定的盲區(qū)，當(dāng)車 輛行駛到高架橋底下、城市隧道等地方GPS信號(hào)是沒有的，無法實(shí)現(xiàn)車輛定位；還有，原有 GPS車載定位監(jiān)控系統(tǒng)只是用來監(jiān)控車輛自身位置信息和安全情況，沒有用來反應(yīng)城市交 通擁堵狀況的監(jiān)測(cè)。
[0004] 因此設(shè)計(jì)一套基于GPS車輛定位及車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)是非常有必要的，該系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)的原理就是利用3G無線通信網(wǎng)絡(luò)把車載終端獲得的GPS定位信息和采集的視頻信息傳 輸?shù)奖O(jiān)控中心的服務(wù)器。利用車載終端GPS設(shè)定時(shí)間間隔獲取車輛的定位信息，監(jiān)控中心 和車載終端通過3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞，監(jiān)控中心把獲得定位信息的真實(shí) GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)解析出來，結(jié)合百度地圖API，就可以對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，通過存儲(chǔ)在數(shù) 據(jù)庫中的歷史定位數(shù)據(jù)，可以查看車輛的歷史軌跡。另外，通過在探測(cè)車前后各安裝一個(gè)視 頻采集攝像頭，可以實(shí)時(shí)拍攝車輛前后方車輛的通行情況和道路的擁堵狀況，并及時(shí)傳回 監(jiān)控中心。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明公開一種基于新型探測(cè)車的城市交通狀態(tài) 監(jiān)控方法，用于城市道路交通擁堵情況監(jiān)測(cè)。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過車載GPS定位技術(shù)獲取行駛車輛的行進(jìn)位置和行駛速度，通 過視頻圖像處理技術(shù)獲取車載攝像頭獲取車輛在停止?fàn)顟B(tài)或無線信號(hào)盲區(qū)時(shí)的鄰近車道 的車流量和車流平均速度，從而判斷探測(cè)車所在路段的交通狀態(tài)。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于新型探測(cè)車的城市交通狀態(tài)監(jiān)控方法，包 括如下步驟：
[0008] 1)探測(cè)車改裝，本發(fā)明把城市道路覆蓋率較高的公交車改裝為探測(cè)車，在車上裝 配GPS定位模塊和無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，在探測(cè)車前后加裝兩臺(tái)C⑶視頻監(jiān)控?cái)z像頭，以便可 以動(dòng)態(tài)獲取探測(cè)車前后方和鄰近車道的道路通行情況，用于城市道路交通擁堵情況監(jiān)測(cè)。
[0009] 2)通過車載GPS定位子系統(tǒng)可以獲取探測(cè)車自身所在的位置信息和行進(jìn)速度，監(jiān) 控中心可以通過監(jiān)測(cè)探測(cè)車的行駛速度，判斷城市道路正常旅程時(shí)間和擁堵情況。
[0010] 3)對(duì)于探測(cè)車在GPS信號(hào)盲區(qū)或到站上下客的停車狀態(tài)時(shí)，可以通過車載視頻圖 像計(jì)算車道車輛通行速度和統(tǒng)計(jì)經(jīng)過車輛的數(shù)目。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟2)具體包括如下步驟：
[0012] 21)車載GPS接收終端通過不斷的接收在不同軌道上的GPS衛(wèi)星星座所發(fā)送的原 子鐘精確對(duì)時(shí)信號(hào)，并測(cè)定在不同軌道上的GPS衛(wèi)星星座所發(fā)送的原子鐘精確對(duì)時(shí)信號(hào)之 間的差值，計(jì)算出車輛所在位置的經(jīng)緯度；
[0013] 22)計(jì)算車載GPS接收終端兩次接收間隔之間車輛位置的經(jīng)緯度差異，并投影到 電子地圖上并根據(jù)電子地圖扣除車輛可能出現(xiàn)的路線偏差（也就是假如你載入的是車載 地圖，計(jì)算的時(shí)候就直接刪除可能在道路外的計(jì)算結(jié)果），計(jì)算出車輛在這一小段時(shí)間內(nèi)在 路上開出的距離；
[0014] 23)用開出的距離除以接收間隔時(shí)間，算出車輛當(dāng)前速度。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟3)中車輛通行速度計(jì)算具體包括如下步驟：
[0016] 31)車輛在視頻圖像中的移動(dòng)速度計(jì)算；
[0017] 32)圖像s坐標(biāo)系（x，y，z)與實(shí)際地理坐標(biāo)系d(X，Y，Z)之間的轉(zhuǎn)換。通過以下 矩陣實(shí)現(xiàn)：

【權(quán)利要求】
1. 一種新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，包括如下步驟： 1) 在所述探測(cè)車上裝配GPS接收終端，所述GPS接收終端包括GPS定位模塊和無線網(wǎng) 絡(luò)通信模塊，在探測(cè)車前后加裝兩臺(tái)CCD視頻監(jiān)控?cái)z像頭，以便可以動(dòng)態(tài)獲取探測(cè)車前后 方和鄰近車道的道路通行情況，用于城市道路交通擁堵情況監(jiān)測(cè)； 2) 通過車載GPS定位子系統(tǒng)可以獲取探測(cè)車自身所在的位置信息和行進(jìn)速度，監(jiān)控中 心可以通過監(jiān)測(cè)探測(cè)車的行駛速度，判斷城市道路正常旅程時(shí)間和擁堵情況； 3) 對(duì)于探測(cè)車在GPS信號(hào)盲區(qū)或到站上下客的停車狀態(tài)時(shí)，可以通過車載視頻圖像計(jì) 算車道車輛通行速度和統(tǒng)計(jì)經(jīng)過車輛的數(shù)目。
2. 如權(quán)利要求1所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：所述步 驟2)具體包括如下步驟： 21) 車載GPS接收終端通過不斷的接收在不同軌道上的GPS衛(wèi)星星座所發(fā)送的原子鐘 精確對(duì)時(shí)信號(hào)，并測(cè)定在不同軌道上的GPS衛(wèi)星星座所發(fā)送的原子鐘精確對(duì)時(shí)信號(hào)之間的 差值，計(jì)算出車輛所在位置的經(jīng)緯度； 22) 計(jì)算車載GPS接收終端兩次接收間隔之間車輛位置的經(jīng)緯度差異，并投影到電子 地圖上并根據(jù)電子地圖扣除車輛可能出現(xiàn)的路線偏差，計(jì)算出車輛在這一小段時(shí)間內(nèi)在路 上開出的距離； 23) 用開出的距離除以接收間隔時(shí)間，算出車輛當(dāng)前速度。
3. 如權(quán)利要求1所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：所述步 驟3)中車輛通行速度計(jì)算具體包括如下步驟： 31) 計(jì)算車道車輛在視頻圖像中的移動(dòng)速度； 32) 將圖像坐標(biāo)系s (X，y，z)與實(shí)際地理坐標(biāo)系d(X，Y，Z)之間的轉(zhuǎn)換，通過以下矩陣 實(shí)現(xiàn)：
33) 車輛實(shí)際行駛速度計(jì)算。
4. 如權(quán)利要求3所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：步驟31) 中采用如下方法獲得車輛在視頻圖像中的移動(dòng)速度： 找到兩幀圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)或?qū)?yīng)塊，則兩幀圖像中的像素點(diǎn)即有了對(duì)應(yīng)可比性，分別 定位到對(duì)應(yīng)點(diǎn)或?qū)?yīng)塊在兩幅圖像中的tl時(shí)刻幀圖像的位置Sl和to時(shí)刻幀圖像的位置 S0,相減可以得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)或者對(duì)應(yīng)塊在tl-tO,即At，時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的像素距離Ad(Sl-SO)， 根據(jù)速度公式，求得該塊在圖像中的移動(dòng)速度，單位為"像素/秒"。
5. 如權(quán)利要求3所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：步驟33) 中采用如下方法獲得車輛實(shí)際行駛速度： 考慮到攝像設(shè)備安裝的安全性和效果較好的視覺俯仰角度，Θ -般不小于60°，此時(shí) 視距c和監(jiān)測(cè)點(diǎn)距攝像機(jī)的距離為d，其中c>13m，d>10m，當(dāng)Λ t小于1毫秒時(shí)，Λ d與(!相 比很小，可以忽略Θ的變化Λ Θ，而僅考慮由Θ產(chǎn)生的透視，此時(shí)，可以認(rèn)為視野范圍內(nèi)所 有點(diǎn)相對(duì)于攝像頭的仰角均為Θ ; 設(shè)視頻信號(hào)中截取到的圖像，其高寬分別為576像素和768像素，對(duì)于車輛監(jiān)控視頻， 可以選擇視頻視野寬剛好為一個(gè)車道寬，在安裝攝像機(jī)時(shí)可利用路面分道線方便地調(diào)節(jié)鏡 頭焦距后固定； 設(shè)視野范圍內(nèi)可以看到xm的路面長度，即視頻高度所代表的路面實(shí)際距離為xm，此時(shí) 有
由于前述不考慮視覺透視效果，可認(rèn)為在圖像中的垂直方向距離相等，其對(duì)應(yīng)的實(shí)際 距離亦相等 Δ s ：576 = Δ d ：x ； 因此
6. 如權(quán)利要求1所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：所述步 驟3)中統(tǒng)計(jì)經(jīng)過探測(cè)車車輛的數(shù)目具體包括如下步驟： 61) 視頻采集，由圖像采集系統(tǒng)將攝像機(jī)獲取的道路車輛視頻圖像按序連續(xù)捕捉下來 數(shù)字化，并存入內(nèi)存或幀緩存中，每新到一幀就發(fā)幀到達(dá)消息通知算法子系統(tǒng)開始工作； 62) 設(shè)定虛擬檢測(cè)器； 63) 運(yùn)動(dòng)車輛檢測(cè)； 64) 計(jì)數(shù)判定，根據(jù)當(dāng)前幀車輛的位置以及前一幀圖像中車輛的位置進(jìn)行判定，當(dāng)檢測(cè) 有車輛通過，就跟蹤車輛，計(jì)數(shù)開始，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。
7. 如權(quán)利要求6所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：所述步 驟62)中設(shè)定虛擬檢測(cè)器具體包括如下步驟： 設(shè)置檢測(cè)器與車輛行駛方向垂直，按每條車道設(shè)置虛擬檢測(cè)器，設(shè)置位置的選取應(yīng)充 分考慮攝像機(jī)安裝高度和傾角的影響，一般虛擬檢測(cè)器設(shè)置在垂直于車道獲取圖像的靠近 底部的位置，這時(shí)車輛之間的間距比較大，在無車輛擁塞的情況下不會(huì)存在相互遮掩的問 題，虛擬檢測(cè)器的高度要小于圖像序列車輛的最小高度，寬度與公路寬度一致。
8. 如權(quán)利要求6所述新型探測(cè)車的城市道路交通狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于：所述步 驟63)中運(yùn)動(dòng)車輛檢測(cè)方法設(shè)定虛擬檢測(cè)器具體包括如下步驟： 檢測(cè)窗口設(shè)置在車道的中間，考慮到一般超車是要從另一個(gè)車道進(jìn)行超車的，不存在 兩輛車并排擠在同一個(gè)車道的現(xiàn)象，因此存在下列四種現(xiàn)象， ① 窗口內(nèi)從無車到無車，表示沒車通過； ② 從無車到有車，表示有車駛?cè)霗z測(cè)區(qū)； ③ 從有車到有車，表示本輛車還沒駛出檢測(cè)區(qū)； ④ 從有車到無車，表示車輛駛出檢測(cè)區(qū)； 只需要在車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)計(jì)數(shù)，或是在車輛駛出檢測(cè)區(qū)域時(shí)計(jì)數(shù)即可，文中采用 在車輛駛?cè)霗z測(cè)區(qū)域時(shí)計(jì)數(shù)的方式，用以下的算法來對(duì)二值化的目標(biāo)圖像進(jìn)行分析，包括 如下步驟： (1)在虛擬檢測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)二值化差分圖像分別進(jìn)行掃描，將二值化為1的點(diǎn)記下，即檢 測(cè)區(qū)域中目標(biāo)像素（白色，二值化為1的像素點(diǎn)）計(jì)算目標(biāo)像素的加權(quán)值，與設(shè)定的的閾 值進(jìn)行比較來判斷該區(qū)域是否含有車輛，避免了傳統(tǒng)方法中需要逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)的煩瑣計(jì)算 量，如果該值大于這個(gè)閾值，就認(rèn)為檢測(cè)區(qū)域有車，狀態(tài)變量賦值為1，否則認(rèn)為檢測(cè)區(qū)域無 車； (2) 如果當(dāng)前幀圖像沒有車輛，前一幀圖像也沒有車輛，表示無車輛通過，流量不記 數(shù)； (3) 如果當(dāng)前幀圖像有車輛，前一幀圖像沒有車輛，表示有車駛?cè)霗z測(cè)區(qū)，流量記數(shù)； (4) 如果當(dāng)前幀圖像有車輛，前一幀圖像也有車輛，表示本輛車還沒駛出檢測(cè)區(qū)，流量 不記數(shù)； (5) 如果當(dāng)前幀圖像沒有車輛，前一幀圖像有車輛，表示車輛駛出檢測(cè)區(qū)，流量不記數(shù)。
【文檔編號(hào)】G08G1/065GK104392612SQ201410670693
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】王慶, 肖彥昌, 王云帆 申請(qǐng)人:東南大學(xué)