基于视频的车流量统计算法设计毕业论文(编辑修改稿)

基于视频的车流量统计算法设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

术委员会 ISO/IC20xx中国委员会正式成立，委员会的主要任务是积极推进中国 ITS 的标准化； 1999年，我国成功举办了 “99国际智能交通技术研讨会暨展会 ”； 20xx年 7月， “第四届 亚太地区智能交通（ ITS）年会暨技术产品展览会 ”在北京举行。 为中国推动中国 ITS 的发展， 20xx年 2月 29日，科技部会同国家计委、经贸委、公安部、交通部、 铁道部、建设部、信息产业部等部委相关部门，在充分协商和酝酿的基础上，成立了发展中国 ITS 的政府协调领导机构 ——全国智能交通系统（ ITS）协调指导小组及办公室，并成立了 ITS 专家咨询委员会。 特别是国家在 “九五 ”期间，原国家科委与十几个部委成立了全国 智能运输 系统协调指导 小组及办公室，将 全球定位系统 GPS(Global Positioning System)、地理信息系统 GIS(Geographic Information System)以及管理信息系统 MIS(Management Information System)简称为 “3S”（ GPS、 GIS、 MIS）作为重点项目予以支持，并初步启动了 ITS 体系框架和标准体系的研究； “十五 ”期间，随着各项技术成熟与发展， ITS 应用已经成为社会的共识，为此科学技术部将 “智能交通系统关键技术开发和示范工程 ”列入 “十五 ”国家科技攻关计划的重大项目。 目前该项目已经全面启动，首批确定了北京、上海、天津、重庆、广州、济南、青岛、杭州、深圳和中山 10各城市作为智能交通试点示范城市。 智能交通系统的发展符合未来交通运输发展的方向，将为我国高新技术产业的发展提供一个巨大的市场。 因此在我国开展智能交通 与运输系统的开发和应用，将对促进国民经济和社会的快速发展，增强国际竞争力有十分重要的作用。 为了从整体上规范我国的智能交通系统建设，在全国智能交通系统协调领导小组和国家科技部的领导和组织下，我国完成了 “智能交通系统体系框架 ”的研究和编制工作，并正在进行 “智能交通系统标准框架 ”的进一步研究和修编工作。 目前，我国已经建立或正在研究开发的智能交通系统主要包括以下方面： （ 1）交通信号控制系统。 我国大多数大城市已经建立了交通信号控制系统，其中包括我国自行开发的系统和引进的国外 SCATS、 SCOOT 等系统。 目前，我国若 干研究机构和一些企业集团正在致力于适合中国混合交通特点的、具有一定自学习功能的、与交通诱导等其他子系统有相当协调能力的信号控制系统的研究开发工作。 （ 2）交通监控系统。 我国多数城市已经建立了以电视摄像为主体的交通监控系统。 （ 3）交通管理系统。 利用网络技术实现车辆档案、驾驶员档案、交通事故及交通违章的综合管理，并实现数据共享。 （ 4）交通信息动态显示系统。 利用交通控制系统和交通信息系统等进行动态信息显示。 （ 5）交通诱导系统。 利用交通广播电台或交通寻呼台实时发送交通信息。 （ 6）交通运输安全报警系统。 利用 GPS/GIS 等的功能。 （ 7）电子收费系统（ ETC）。 利用电子技术、计算机技术以及信息通讯技术，通过安装在汽车上的电子标识卡（存储与车辆收费有关的大量信息，如预缴金额、车型、车主）与安装在收费车道旁的读写收发器，通过微波或红外线进行快速的 数据交换，实现车辆的不停车收费不仅可以解决收费站的排队问题，而且应用它可以方便实现道路拥挤收费，进行交通需求管理；可以进行交通监视、事件检测，实时的 OD 矩阵估计等。 智能交通系统的主要研究内容 根据 ITS 的研究内容，对 ITS 项目进行分类的方法有很多种 ，这里采用的是美国国家 ITS 框架体系（《 National ITS Architecture》）中对 ITS 的分类方法，将其分为 7大类：先进的交通管理系统（ Advanced Traffic Management Systems,ATMS）、先进的 出行 者信息系统（ Advanced Traveler Information Systems,ATIS）、先进的 公共交通 系统（ Advanced Public Transportation Systems,APTS）、先进的车辆控制及安全系统（ Advanced Vehicle Control and Safety Systems,AVCSS）、商用车辆营运系统（ Commercial Vehicle Operations,CVO）、紧急救援管理系统（ Emergency Management Systems,EMS）、电子付 费与电子收费系统（ Electronic Payment Systemsamp。 Electronic Toll Collection,EPSamp。 ETC）。 （ 1）先进的交通管理系统（ ATMS） ATMS 利用监测、通讯及控制等技术，将交通监控系统监测所得的交通状况，经由通讯网络传输到交通控制中心，中心在结合其他方面所获得的信息，制定及评估交通控制策略，执行整体性的交通管理，并将相关信息传给出行者，以达到运输效率最大化及运输安全等目的。 本系统主要特色是强调子系统间协调与实时控制的功能，提供匝道控制、信号配时方案 、事件管理以及替代路线导引的参考等。 （ 2）先进的出行者信息系统 ATIS ATIS 由先进的信息、通讯及其他相关技术，提供出行者必要的信息，使其能在车内、家里、办公室、车站、途中等地点方便地取得所需地出行信息，作为出行方式与路线选择的决策参考，以顺利到达目的地。 （ 3）先进的公共交通系统 APTS APTS 采用各种智能技术促进公共交通的发展，如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行时间方式、路线及车次选择等提供咨询，在 公交 车站通过显示屏向候车者提供车辆的实时运行信息。 （ 4）先进的车辆控制及安全系统 AVCSS AVCSS 结合 传感器 、电脑、通讯、电机及控制技术应用于车辆及道路实施上，帮助驾驶员提高行车安全性，增加道路容量，减少交通拥挤。 本系统主要特色是利用传感器弥补人类感官功能的不足，减少危险的发生；提高自动控制的程度，实现更安全、准确、可 靠的控制，避免驾驶员因判断错误或技术不成熟所造成的损失。 城市智能交通信号控制方法及 仿真研究 CVO 系统利用前述 ATMS、 ATIS 与 AVCSS 技术于商业营运车辆，例如车辆自动识别技术、车辆自动定位技术、车辆自动分类技术等，提供企业内部劳动生产率，提升运输效率及安全，改进对突发事件的反应能力，改善车队管理和交通状况，并减少运输成本，提高生产力。 所谓 “商用车 ”不仅包括大型与重型车辆（如卡车、货车），也包括紧急救援用车辆（如救护车、拖吊车），以及每日运作的商用小型车（如 出租车 ）等。 （ 5）紧急救援管理系统 EMS EMS 即为当紧急危难发生时，求援车辆如何求援、救援车辆如何在最短时间内到达现场，以及如何警示其他驾驶员的系统。 本系统包括车辆故障与事故求援、事故救援派遣以及救援车辆优先通行等部分，为使事件能在最短时间获得解除，降低伤害的程度。 （ 6）电子付费与电子收费系统 EPSamp。 ETC 电子收费系统应用各种通讯和电子技术使得出行者和交通经营管理机构之间的交易变得更容易。 电子收费利用 车上的电子卡与路测的电子接收设备进行通讯。 智能交通系统研究的意义 智能交通系统的主要目标就是要充分有效地利用现有的交通资源，使其利用效率最大。 智能交通系统将缓解拥挤、减少交通事故、降低交通环境影响以及提高效率等方面产生可观的社会经济效益。 具体来说，智能交通系统的社会经济效益主要体现在如下几个方面： （ 1）减少交通拥挤和行车延误 随着城市人口的增加和社会经济的发展，汽车和道路交通量不断的增加，相应引起的交通拥挤也增加。 不管在发展中国家，还是发达国家，每年由于交通拥挤造成的经济损失 也十分巨大。 ITS 通过提供各种有选择的信息服务，能够使得出行者的路径选择向网络均衡和系统最优方向接近，达到路网负荷的均匀化，实时监控系统能够迅速发现交通事故。 先进的交通信号控制系统能够根据实际情况调整信号控制，可大大减少行车延误，实现道路资源的高效使用。 美国交通部估计，若将 ITS 与新增容量相结合，可以将未来用于应付交通拥挤而需扩建基础设施的费用减少一半。 （ 2）减少交通事故的发生率、死亡率 根据美国的预测，到 2020 年，美国因交通事故造成的经济损失每年将超过 1500 亿美元，而采用智能交通系统将会提前 对危险的预知，从而大大增加交通的安全性，将事故损失降至最低。 （ 3）能源消耗量减少，污染程度降低 事实表明，单纯依靠交通设施建设解决交通问题，不但不能完全满足交 通需城市智能交通信号控制方法及仿真研究求，还占用和消耗了大量的土地、燃油等资源，并造成了汽车尾气排放量的剧增，给环境带来了恶劣的影响。 如美国人口不足世界人口的 5%，但能源消耗占了全世界总消耗的 30%以上，其中交通运输所消耗的能源占了 1/4，而其中 95%是石油。 在未来， ITS在大规模、大范围应用将明显改善这一状况，大大降低交通运输系统的消耗和对 环境的污染。 （ 4）产业发展与就业机会的增加 ITS 涉及道路建设、交通管理、通信、计算机、电子、汽车、自动控制、信息服务、网络技术等众多媒体技术应用可能性最大的行业。 同时， ITS的技术发展与市场需求也将会推动与其相关的产业发展，增加就业岗位，促进社会经济的健康 本文主要硏究内容和结构安排 本文的主要内容分为以下四部分 : 1) 对车流量统计相关算法进行了研究 ,针对目标检测算法 ,研究了光流法、帧间差分法和背景差分法。 针对背景提取算法 ,研究了均值法、统计中值法、单高斯背景模型法和混合高斯背景模型 法。 针对阴影消除算法 ,研究了基于 HSV 颜色空间变换的阴影消除算法、基于色彩特征不变量的阴影消除算法和基于纹理特征的阴影消除算法。 同时 ,本文对上述算法进行了实验对比分析。 2) 给出了一种改进的混合高斯模型背景提取算法 ,当读入一定帧数的图像之后认为背景达到稳定状态 ,读入新的视频帧时 ,对当前帧进行判断 ,如果像素点和稳定背景图像的像素点差值大于阈值 7,就对该像素点进行更新 ,反之就不更新。 3) 给出了一种改进的基于虚拟区域的车流量统计算法 ,首先设置检测区域和检测线 ,然后跟踪检测区域中车辆的质心到检测线的距离 ,如果 小于 7认为有一辆车辆通过 ,通过实验验证 ,本文算法的准确率能达到 90%左右。 4) 实现了一个车流量统计系统 ,整个系统主要包括视频播放模块、 GMM背景更新模块、前景构建模块和车辆计数模块。 视频播放模块主要完成视频的播放和显示。 GMM 背景更新模块主要是实现本文的背景提取算法。 前景构建模块的主要功能是通过阴影去除和形态学操作得到较好的前景图像。 车辆计数模块的主要功能是完成本文的车流量统计算法。 本文各个章节安排如下 : 第 1 章是绪论 ,主要介绍了基于视频的车流量检测技术的国内外发展现状 ,阐述了研究车流量统计的必要性。 第 2 章介绍了常用的三种目标检测算法 ,包括光流法、帧间差分法以及背景减除法 ,并且对光流法和帧间差分法进行了实验仿真。 然后介绍了常用的背景构建算法 ,包括统计中值法、均值法、单高斯模型法和混合高斯模型法 ,并进行了实验对比。 第 3 章详细的介绍了实现过程的方法 ,并对方法进行了详细的介绍。 第 4 章在 的基础上实现了本文的算法 ,系统主要包括视频播放模块、背景构建模块、后处理模块和车辆计数模块。 2 车流量统计算法相关研究 基于视频的交通流量统计系统安装调试方便，维护也 很简单，对路面和土木设施不会产生破坏，对道路交通状况不会产生影响，具有直观、可监视范围广、 费用较低等优点，而且容易提供大量交通管理实时信息便于扩展其它功能，因而 可广泛应用于交叉道口和公路干线的交通监测系统中，具有广阔的应用前景。 具体讲，它可以为智能交通系统提供如下的功能和数据： 1)实时检测并跟踪所监视区域内的目标车辆，记录其位置、行驶速度以及 尺寸等特征信息； 2)实时自动地统计并记录当前道路上车流的统计参数，例如车速、等待时 间、道路占有率、车流量等，并对堵车等特殊的车流状况 进行判断并作出及时信 息反馈； 3)自动识别感兴趣车辆的车牌号码和车辆类型； 4)实时检测监视区域内的车辆有无违章行为 (包括越线、超速等 )和事故 发生。 若有，则报警并记录现场情况，为交通部门事后处理提供确凿的证据。 其中，在提供的各种功能中，车辆的实时检测、识别与跟踪是最基础的部分， 其它的功能都是建立在车辆检测、识别与跟踪的正确结果基础上的。 本章将针对基于视频的交通流量统计系统中的车辆检测和车辆跟踪这两大核心技术进行研究。 其中车辆检测部分是研究重点。 2． 1 基于视 频的交通流量统计系统组成 通常，基于视频的交通流量统计系统由三部分组成 : 1)摄像头进行实时视频采集 2)车辆检测 (识别分割 )模块 3)车辆跟踪 (计数统计 )模块 首先由摄。