基于高清车牌识别的交通诱导信息系统研究

摘要：随着CCD图像传感器、模式识别、图像处理等技术的不断发展，高清车牌识别具有抓拍率、识别率高，图像清晰直观的优点，作为城市交通诱导信息采集将会有助于提高信息的质量和诱导信息预测的准确性。本文基于高清车牌识别系统下的城市交通诱导系统建设问题进行了探讨。首先概述了传统检测器和高清车牌识别的特点，然后阐述如何通过高清车牌识别技术来实现交通诱导系统的系统结构、功能实现以及在实际中的具体应用。由此来展现基于高清车牌识别技术的交通诱导系统的实用性及可操作性。

关键词：高清车牌识别技术 交通诱导 检测器

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0142-03

采用现代科技，通过建设动态交通诱导系统，在现有城市道路条件下，为出行者提供及时的道路交通信息，引导出行者采取最佳路径，避开拥堵道路，最大限度地满足出行者的需求、提高出行效率；同时也是在现有道路空间条件下，合理有效地利用交通设施资源，提高道路交通安全性、节约能源、降低污染，为城市智能交通系统建设的目标和要求之一。高质量的交通信息数据采集作为短时交通信息预测的基础，也是动态交通诱导信息的关键。城市智能交通建设中普遍采用的信息采集技术分为两类：一类是接触式交通检测技术， 主要包括环形线圈、磁映像及橡胶气压管传感器等检测技术； 另一类是非接触式交通检测技术， 主要包括数字微波、视频、激光、红外、声学等检测技术[1]。近年来地磁技术在交通诱导系统建设中也有应用[2]。但是在使用中普遍的存在着不足。主要表现在以下几个方面：（1）两类检测技术的检测装置均是安装、埋设在城市交叉口或者关键路段中间，这决定了获取的交通信息数据仅是安装断面范围内的、某一时间点的交通信息，即：流量、平均速度、占有率等。无法全面反映整个路段、区域、以及整个路网的实际交通状况。从而交通信息数据的动态性、可靠性大打折扣。（2）由于检测方式的多样性，导致信息数据的多样性和异构性，为数据解析、融合、处理转换成统一的格式增长了难度，同时在转换过程中易于导致数据的失真；（3）各种方式需要各自的网络传输方法，浪费了网络资源，增加了工程建设成本。（4）接触类检测技术需开挖路面，因此影响路面寿命，且易被重型车辆、路面修理等损坏，寿命短，维护难度大。

随着工业摄像机CCD制造、嵌入式、模式识别、图像处理等高新技术的快速发展，使得高清电子警察系统、超速违章抓拍系统以及高清卡口系统具有综合性的功能[3]，即：违章取证，视频录像，号牌提取等。其高清车牌识别技术[4]的识别率达到90%以上。以上系统在城市智能交通建设中大面积的普及，其安装位置同其它检测器位置类似，且具有相应的交通信息采集功能。同时车牌具有唯一性和互异性，因此当车辆连续通过检测点返回的数据信息具有动态特性。基于此本文阐述以高清车牌识别为道路信息采集方式下的城市智能交通诱导系统的设计和建设。

1 系统设计和各部分主要功能

系统基于CCD高清摄像机和车牌识别软件的应用，通过设置在道路路口、路段的检监测系统完成对通过道路断面的交通流量、时间、速度、车头时距等交通信息的采集。然后以监测点为节点，利用车牌的唯一性和互异性，及车辆通过连续节点的记录时间，确定车辆在任意节点之间的行程时间，并计算出节点之间的平均速度，通过非参数回归[5]方法对交通流进行短时预测，并依据预测结果，生成动态交通诱导方案并及时。

该系统包括前端交通信息采集、信息传输、信息中心数据分析和处理、交通诱导信息四部分内容。系统结构图如图1所示。

各部分的主要功能说明如下：

（1）信息采集：前端系统信息采集部分，依功能、安装设置的位置分为三个子系统，即高清电子警察、治安卡口、雷达测速子系统。

1）高清电子警察、治安卡口子系统主要包括：高清摄像机（200万/500万像素）、补光灯、工控机等，采用车牌识别技术、视频检测技术、补光技术对通过监控路口、路段断面过往的每辆机动车进行连续全天候实时抓拍记录，获取过往车辆图像特征。一方面实现对闯红灯、压黄线、闯禁行、超重、等交通违章抓拍的功能，另一方面实时采集交通信息数据，如车流量、速度、占有率、饱和度等。高清电子警察系统安装在交叉口的进口道。治安卡口系统在城市道路中设置在环城高速、城市快速路、高架桥的出入口等处。

2）雷达测速子系统主要包括：高清摄像机（200万像素）、补光灯、工控机、窄波雷达以及辅材等，采用多普勒雷达原理：雷达发射固定频率的脉冲波面向车流流行进行扫描，如遇到动态目标，反射波的频率与发射波的频率之间的差值，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度。系统对通过的车辆进行实时的交通信息数据采集，同时根据超速违章策略，设定速度高值或者低值，当目标对象的速度超过设定值时，则自动提取、生成违章车辆证据。系统在城市道路中的应用一般安装设置在环城高速、城市快速路、主干道路段中间、或事故多发地段。

以上系统均采用高清摄像机，像素一般在1600*1200或2448*2048以上，具有宽视宽，深视长的优点，有极高的抓拍率和识别率，其采集的交通数据清晰直观、准确详实。同时各检测点构成连续的衔接性，以及车牌的唯一性和互异性，通过对上游检测点处车辆牌照的采集，下游检测点的捕捉检测比对，可以计算出这一路段行程时间，进而得到车辆行驶速度。因此系统单点具有传统检测器数据采集功能，整体具有联动性和动态性。对短时交通信息的预测起到了关键的作用。其示意图如图2所示。

（2）信息传输：系统信息传输分为交通信息数据回传和交通诱导信息两部分。交通信息数据回传一般采用交警自建光纤线路或通信运营商线路，传输协议采用TCP/IP协议。交通诱导信息则因信息的种类和接收方的接收方式采用不同的传输方式，一般有：调频副载波广播、Internet、GPRS、TV、专网等。相比于其它交通信息检测系统，无需再建设新的网络系统，节约了网络资源和建设资金。

（3）信息中心数据分析和处理：中心系统包括通信服务器、数据库服务器、管理服务器、存储服务器、GIS服务器等等。系统数据处理采用非参数回归方法，该部分主要负责对前端回传的原始信息数据进行存储并进行预处理，构成样本数据库。样本数据库包括3个子数据库：原始数据库、中心点库、搜索库。当前时刻采集的实时交通信息，经过预处理后，从样本数据库中取得数据进行匹配和预测。同时动态加入到样本数据库中，对样本数据库进行更新。通过对采集到的信息数据进行预处理、匹配和预测，生成相应的诱导信息结果。

（4）交通诱导信息：诱导信息方式采用中心式诱导方式[5]。交通信息中心以路网实时的道路交通信息为依据，研究有效的预测方法，对下一时刻的动态交通信息进行尽可能准确地预测，对路网中所有起讫点之间的最短路径进行实时优化，从而为出行需求者计算最佳行驶路线，再通过通信网络诱导信息，引导出行者避开拥堵走最佳行驶路线。该方法能够有效避免诱导滞后性问题，因此，在获取准确的实时道路交通信息的基础上，保证诱导实时性具有重要意义！

诱导信息主要通过VMS（可变情报板）、Internet、手机短信、广播等方式。

2 系统信息数据处理及诱导信息生成

受各处因素的影响，前端采集的交通数据不可避免地存在一定的数据质量问题（数据噪声、异常值、数据缺失等）。当数据质量问题严重时，会降低短时交通信息的预测精度，与实际情况相差较大。因此在应用采集的交通信息时，应对数据进行检查、去噪处理。

2.1 数据预处理

3 实际应用

合肥市智能交通建设依据《合肥市智能交通管理系统总体规划（2010年-2020年）》，始于2008年终至2010年完成的智能交通一期工程，10年至13年的大建设，以及将要实施的合肥市智能交通二期工程，目前已建、在建高清电子警察系统1544套，治安卡口72处，雷达测速44处，交通诱导屏55块，已基本实现覆盖“三环九射”的重要节点、路段、和出入城区交叉口的车牌识别交通信息采集和诱导信息体系。系统具体情况如图4所示。

4 结语

在计算机软件、图像处理、及模式认别等技术不断发展的前提下，高清车牌识别技术将会是交通信息数据采集的一种高效方式。相对于传统的线圈、红外、地磁等检测器，一方面交通信息数据的采集技术更先进，数据处理更有效；系统前端数据采集部分不需要另外建设，无需破坏路面，维护简单，节省资源，节约成本；综上所述，随着科技的更进一步发展，以高清车牌识别为交通信息采集单元的城市智能交通诱导信息系统将会在实践应用中不断完善和发展。

参考文献

[1]吕婷婷.交通检测技术综合对比与应用分析[J].淮海工学院学报（自然科学版），2011，20（1）：10-12.

[2]梁子君，张博，宋志洪.基于无线地磁检测器的交通诱导系统建设[J].数字技术与应用2011（11），105-108.

[3]王秀波.新型电子警察系统及其就用[J].中国安防，2010，06，47-49.

[4]林宇.车牌识别在智能交通中的运用及发展趋势[J].中国安防，2011，11，63-65.

[6]张晓利.基于非参数回归的短时交通流量预测方法研究[D].天津：天津大学，2007，12

[7]贺国光.ITS系统工程导论.中国铁道出版社2004，12.

[8]陆化普，隋亚刚，郭敏，朱茵等.城市道路通混合交通流分析模型与方法[M].中国铁道出版社，2009.