基于3G通信技术的智能交通指挥系统研究djsi.docx

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1、基于3GG通信技技术的智智能交通通指挥系系统研究究董 昕董昕，男，1963年出生，硕士，讲师，教研室主任，13981700268。主要研究方向：光通信技术、计算机通信（电子科科技大学成都学学院，成成都，66117731）摘要通过将将3G移动通通信技术术应用于于智能交交通指挥挥控制系系统，并并利用发发展迅速速的3GG移动通通信网组组成3GG无线局局域网来来传输各各交通路路口信号号点的视视频和控控制信息息，为智智能交通通指挥系系统组网网提供了了一条新新路。系系统综合合应用了了智能图图像处理理与识别别技术，智智能控制制技术、数数字图像像传输技技术、数数字图像像压缩编编解码技技术和33G网络络通信技技

2、术等，可可实现交交通监控控现场的的实时图图像显示示和网络络传输、智智能调整整摄像机机的位置置、清晰晰度和亮亮度、实实现对运运动物体体的跟踪踪与识别别，实时时智能调调整控制制区域内内交通信信号灯的的切换等等主要功功能。关健词词3G通通信智能能交通数数字图像像智能控控制1、引言言我国交通通管理事事业经过过几年的的发展，同同以往相相比，有有了长足足的进步步。但因因城市化化交通持持续发展展和汽车车拥有量量的稳定定快速增增加，城城市交通通的发展展已经超超过了我我国交通通管理发发展的速速度。而而由城市市交通中中交通违违章（违违法）行行为给交交通管理理所带来来的负面面影响，往往往是危危害最大大的一种种。再加

3、加上我国国各地城城市交通通发展情情况不同同，交通通情况错错综复杂杂，管理理难度非非常大。在在我国大大中型城城市中交交通路口口众多，交交通流量量较大，违违章事件件频繁，在在此情况况下基于于3G通通信技术术的智能能交通指指挥控制制系统就就能为控控制交通通违章行行为的发发生、智智能化调调节交通通流量起起到很大大的作用用。2、系统统的主要要构成及及框图基于3GG通信技技术的智智能交通通指挥系系统主要要由3GG(TDD-SCCDMAA或CDDMA220000)数据据通信链链路，监监控中心心和多个个监控远远端组成成。3GG数据通通信链路路采用标标准的TTCP/IP协协议，可可直接运运行在交交通部门门的内部

4、部无线局局域网上上。前端端摄像机机的视频频信号利利用网络络视频服服务器通通过网络络传输到到分节点点，在分分节点可可以直接接传输上上网，或或者分节节点有矩矩阵时，也也可以把把矩阵连连接到DDVR上上，然后后再传输输上网。监监控中心心可以通通过多级级级联构构成多级级监控系系统，系系统可以以根据现现场情况况和用户户的需求求配置不不同的外外围硬件件设备。监监控远端端使用系系统外围围设备有有远端监监控主机机、3GG数据传传输模块块、告警警采集器器、温湿湿度传感感器、画画面分割割器、摄摄像机、数数字解码码器、高高速云台台和可变变镜头、话话筒、扬扬声器等等，完成成监控中中心所需需的图像像实时监监控、现现场交

5、通通信号智智能控制制和报警警联动功功能。监监控中心心使用系系统外围围设备有有主控台台、3GG无线路路由器、监监视器阵阵列、视视频切换换矩阵、主主交换机机、视频频服务器器、电视视墙等。具具体可根根据用户户要求进进行灵活活配置。图1 智智能交通通指挥系系统网络络结构图图利用发展展迅速的的3G网网组成33G无线线局域网网来传输输各交通通路口信信号点的的视频和和控制信信息，为为智能交交通指挥挥系统组组网提供供了一条条新路。网网络管理理用户可可以对多多个监控控现场进进行实时时浏览监监控。系系统综合合应用了了智能图图像处理理与识别别技术，智智能控制制技术、数数字图像像传输技技术、数数字图像像压缩编编解码技

6、技术和33G网络络通信技技术等，可可实现交交通监控控现场的的实时图图像显示示和网络络传输、智智能调整整摄像机机的位置置、清晰晰度和亮亮度、实实现对运运动物体体的跟踪踪与识别别，对监监控情况况进行纪纪录及报报警，实实时智能能调整控控制区域域内交通通信号灯灯的切换换等。3、系统统的主要要功能及及特点系统采用用高速DDSP 实现图图像信号号的实时时采集处处理，经经过图像像预处理理模块实实现对采采集图像像的复原原、增强强后，数数字图像像分别发发送给自自动控制制模块、运运动目标标检测模模块、特特定颜色色目标检检测模块块、人机机接口模模块和数数据库模模块。系系统采用用模糊跟跟踪控制制技术实实现运动动目标的

7、的智能跟跟踪；采采用现场场总线技技术、33G无线线以太网网通信技技术、数数字图像像传输技技术和数数字图像像压缩编编解码实实现远程程视频、控控制及语语音信号号的传输输，采用用图像动动画与多多媒体技技术和WWeb 数据库库技术实实现图像像的网上上浏览和和历史数数据回放放及查询询。系统中嵌嵌入式系系统以应应用为中中心，软软硬件可可裁减，适适用于对对功能、可可靠性、成成本、体体积等综综合性严严格要求求的专用用系统，亦亦即为智智能控制制系统量量体裁衣衣的专用用系统。嵌嵌入式系系统主要要由嵌入入式处理理器、相相关支撑撑硬件、嵌嵌入式操操作系统统及应用用软件系系统等组组成，集集软硬件件于一体体，可以以独立工

8、工作。视频服务务器内置置一个嵌嵌入式WWeb服服务器，采采用嵌入入式实时时多任务务操作系系统。摄摄像机送送来的视视频信号号数字化化后由高高效压缩缩芯片压压缩，通通过内部部总线送送到内置置的Weeb服务务器，网网络上用用户可以以直接用用浏览器器观看WWeb服服务器上上的摄像像机图像像，授权权用户还还可以控控制摄像像机、镜镜头的动动作或对对系统配配置进行行操作。智能交通通指挥系系统有以下特特点：实时性：视频数数据属于于实时数数据必须须实时处处理，例例如实时时压缩、解解压缩、传传输等。分布性：现场图图像采集集和发送送主机和和图像接接收显示示主机位位于不同同地点，通通过计算算机有、无无线局域域网或广广

9、域网连连接。同步性：尽管视视频信息息具有分分布性，但但在用户户终端显显示时必必须保持持同步，声声音与视视频也必必须保持持同步。系统可以以组成多多级系统统, 监监控中心心还可以以通过级级联的方方式构成成多级交交通监控控系统，以以扩大交交通监控控范围和和系统容容量。监监控机将将采集的的图像信信息实时时地传送送给服务务器并通通过服务务器向外外广播发发送，相相关客户户只要通通过浏览览器打开开网页便便能实时时地进行行监控。4、系统统的主要要关键技技术4.1最最佳交通通流量预预测算法法利用人工工神经网网络建立立的预测测模型有有独特的的优越性性。人工工神经网网络利用用输入数数据和输输出数据据进行建建模，是是

10、一种并并行的计计算模型型，具有有高速运运算能力力，有很很好的非非线性映映射能力力和很强强的自学学习、自自适应能能力及高高度的灵灵活性。在在各种形形式的人人工神经经网络中中，又以以误差逆逆传播(BP)网络应应用最为为广泛，它它已成为为前向网网络的核核心部分分，并体体现了人人工神经经网络最最精华的的部分。目目前，在在人工神神经网络络的实际际应用中中，绝大大部分的的神经网网络模型型都采用用BP网网络和它它的变化化形式。高阶神经经网络属属于BPP神经网网络的一一种，它它与传统统BP神神经网络络的不同同在于构构成高阶阶神经网网络的神神经元是是智能神神经元，即即这种神神经元具具有“思思考”的的能力，它它能

11、根据据自身外外部网络络的变化化调整内内部的转转移函数数，在内内外双调调的情况况下，达达到更好好的学习习效果。一个初步步的模型型是对于于一个交交叉口而而言，影影响交叉叉口一个个出口的的交通流流量Q（预预测的输输出变量量）的因因素共有有6个(即输入入变量为为6个)，它们们分别是是：Q11、Q22、Q33、 QQt-11（这个个出口前前15分分钟流量量）、QQt-22（这个个出口前前30分分钟流量量）、tt（时间间）；输输出层一一个神经经元（需需预测的的15分分钟后的的出口交交通流量量）；隐隐层采用用试算的的方法优优化，最最后确定定第一个个隐层111个神神经元，第第二个隐隐层4个个神经元元。这样样建

12、立神神经网络络模型，可以应用并能够胜任于实时交通流预测。4.2 TD-SCDDMA33G移动动通信技技术TD-SSCDMMA是目目前世界界上唯一一采用智智能天线线的第三三代移动动通信系系统。在在系统中中，由于于采用了了TDDD模式，上上、下行行链路采采用同一一频率，在在同一时时刻上下下行链路路的空间间物理特特性是完完全相同同的，因因此，只只要在基基站端依依据上行行数据进进行空间间参数的的估底再再根据这这些估值值对下行行链路的的数据进进行数字字赋形，就就可以达达到自适适应波束束赋形的的目的，充充分发挥挥智能天天线的作作用。智能天线线的采用用可大致致定位用用户的方方位和距距离，因因此，基基站和基基

13、站控制制器可采采用接力力切换方方式，根根据用户户的方位位。距离离信息来来判断手手机用户户现在是是否移动动到了应应该切换换给另一一基站的的临近区区域，如如果进入入切换区区，便可可通过基基站控制制器通知知另一基基站做好好切换的的准备，达达到接力力切换的的目的。接接力切换换可提高高切换的的成功率率，降低低切换时时对邻近近基站信信道资源源的占用用。TD-SSCDMMA系统统仅采用用1.228Mbbs的的码片速速率，只只需占用用单一的的 111Mbs频带带宽度，就就可传送送2Mbbs的的数据业业务而其其他的33G FFDD（频频分双工工）的方方案，要要传送22Mbs的数数据业务务均需要要255Mbs的带

14、带宽即需需两个对对称的55Mbs带宽宽分别作作为上、下下行频段段，且上上下行频频段间需需要有几几十兆的的频率间间隔作为为保护，在在目前频频谱资源源十分紧紧张的情情况下要要找到符符合要求求的对称称频段非非常困难难，而DD-SCCDMAA系统可可以“见见缝插针针”只要要有满足足一个载载彼的频频段（11.6MMbss）就可可使用，可可以灵活活有效地地利用现现有的频频率资源源。43 CDMMA20000移移动通信信技术CDMAA即码分分多止是是由美国国Quaalcoomm公公司首先先提出的的技术。其其原理基基于扩频频技术，即即将需传传送的具具有一定定信号带带宽的信信息数据据，用一一个带宽宽远大于于信号

15、带带宽的高高速伪随随机码进进行调制制，使原原数据信信号的带带宽被扩扩昆再经经载波调调制后发发送出去去，接收收端由使使用完全全相同的的伪随机机码与接接收的宽宽带信号号做相关关处理，以以恢复信信息数据据，与FFDMAA和TDDMA相相比，CCDMAA具有许许多独特特的优点点。归纳纳起来CCDMAA应用于于数字移移动通信信的优点点有：（1）系系统容量量大，在在CDMMA系统统中所有有用户共共用一个个无线信信直当用用户不讲讲话时，该该信道内内的所有有其他用用户会由由于干扰扰减小而而得益。因因此利用用人类话话音特点点的 CCDMAA系统可可大幅降降低相互互干忧增增大其实实际容量量近3倍倍。CDDMA数数

16、字移动动通信网网的系统统容量理理论上比比模拟网网大200倍，实实际上比比模拟网网大100倍、比比GSMM大 445倍倍。（2）系系统通信信质量更更佳。软软切换技技术（先先连接再再断开）可可以克服服硬切换换容易掉掉话的缺缺点，CCDMAA系统工工作在相相同的频频率和带带宽上比比TDMMA系统统更容易易实现软软切换技技术，从从而提高高通信质质量。CCDMAA系统采采用确定定声码器器速率的的自适应应阈值技技术、强强有力的的误码纠纠错、软软切换技技术和分分离多径径分集接接收帆可可提供TTDMAA系统不不能比拟拟的、高高质量的的数据。（3）频频带利用用率高，CCDMAA是一种种扩频通通信技木木尽管扩扩频

17、通信信系统抗抗干扰性性能的提提高是以以占用频频带带宽宽为代价价的，但但是CDDMA允允许单一一频率在在整个系系统区域域内可重重复使用用，使许许多用户户共用这这一频带带同时进进行通稻稻大大提提高了频频带利用用率，这这种扩频频CDMMA方式式虽然要要占用较较宽的频频带，但但按每个个用户占占用的平平均频带带来计算算，其频频带利用用率是很很高的。CCDMAA系统还还可以根根据不同同信号速速率的情情况，提提供不同同的信道道频带利利用形式式，使给给定频带带得到更更有效的的利用。CDMAA20000采用用了以下下的技术术：（1）功功率控制制技术：功率控控制技术术是CDDMA系系统的核核心技术术。CDDMA系

18、系统是一一个自扰扰系统所所有移动动用户都都占用相相同带宽宽和频率率，CDDMA功功率控制制的目的的就是使使系统既既能维护护高质量量通信，又又不对其其他用户户产生干干扰。（2）PPN码（伪伪随机码码）技术术：PN码码的选择择直接影影响到CCDMAA系统的的容量、抗抗干扰能能力、接接入和切切换速度度等性能能，CDDMA信信道的区区分是靠靠PN码码来进行行的，因因而要求求PN码码具有自自相关性性好、互互相关性性弱、实实现和编编码方案案简单等等特征。目目前的CCDMAA系统就就是采用用一种基基本的mm序列m序序列作为为地址码码，利用用它的不不同相位位来区分分不同用用户。（3）RRAKEE接收技技术：移

19、动通通信信道道是一种种多径衰衰落信道道，RAAKE接接收技术术就是分分别接收收每一路路的信号号进行解解调，然然后叠加加输出来来增强接接收效果果，在CCDMAA系统中中多径信信号不再再是一个个不利因因氛而且且变成了了一个可可供利用用的有利利因素。44数数字图像像压缩编编解码技技术MPEGG-4除除采用第第一代视视频编码码的核心心技术，如如变换编编码、运运动估计计与运动动补偿、量量化、熵熵编码外外，还提提出了一一些新的的有创见见性的关关键技术术，并在在第一代代视频编编码技术术基础上上进行了了卓有成成效的完完善和改改进。下下面重点点介绍其其中的一一些关键键技术： （1） 视频对象提取技术 MPEG-

20、4实现基于内容交互的首要任务就是把视频/图像分割成不同对象或者把运动对象从背景中分离出来，然后针对不同对象采用相应编码方法，以实现高效压缩。因此视频对象提取即视频对象分割，是MPEG-4视频编码的关键技术，也是新一代视频编码的研究热点和难点。在视频分分割中基基于数学学形态理理论的分分水岭（wwateershhed）算算法被广广泛使用用，它又又称水线线算法，其其基本过过程是连连续腐蚀蚀二值图图像，由由图像简简化、标标记提取取、决策策、后处处理四个个阶段构构成。分分水岭算算法具有有运算简简单、性性能优良良，能够够较好提提取运动动对象轮轮廓、准准确得到到运动物物体边缘缘的优点点。（2） VOPP视频

21、编编码技术术 视频对象象平面（VVOP，VVideeo OObjeect Plaane）是是视频对对象（VVO）在在某一时时刻的采采样，VVOP是是MPEEG-44视频编编码的核核心概念念。MPPEG-4在编编码过程程中针对对不同VVO采用用不同的的编码策策略，即即对前景景VO的的压缩编编码尽可可能保留留细节和和平滑；对背景景VO则则采用高高压缩率率的编码码策略，甚甚至不予予传输而而在解码码端由其其他背景景拼接而而成。这这种基于于对象的的视频编编码不仅仅克服了了第一代代视频编编码中高高压缩率率编码所所产生的的方块效效应，而而且使用用户可与与场景交交互，从从而既提提高了压压缩比，又又实现了了基于

22、内内容的交交互，为为视频编编码提供供了广阔阔的发展展空间。（3） 视频编编码可分分级性技技术 MPEGG- 44通过视视频对象象层（VVOL，VVideeo OObjeect Layyer）数数据结构构来实现现分级编编码。MMPEGG-4提提供了两两种基本本分级工工具，即即时域分分级（TTempporaal SScallabiilitty）和和空域分分级（SSpattiall Sccalaabillityy），此此外还支支持时域域和空域域的混合合分级。每每一种分分级编码码都至少少有两层层VOLL，低层层称为基基本层，高高层称为为增强层层。基本本层提供供了视频频序列的的基本信信息，增增强层提提供

23、了视视频序列列更高的的分辨率率和细节节。在随后增增补的视视频流应应用框架架中，MMPEGG-4提提出了FFGS（FFinee Grranuularrityy Sccalaablee，精细细可伸缩缩性）视视频编码码算法以以及PFFGS（PProggresssivve FFinee Grranuularrityy Sccalaablee，渐进进精细可可伸缩性性）视频频编码算算法。（4） 运动估估计与运运动补偿偿技术 MPEGG- 44采用II-VOOP、PP-VOOP、BB-VOOP三种种帧格式式来表征征不同的的运动补补偿类型型。它采采用了HH.2663中的的半像素素搜索（hhalff piixe

24、ll seearcchinng）技技术和重重叠运动动补偿（ooverrlapppedd mootioon ccomppenssatiion）技术，同同时又引引入重复复填充（rrepeetittivee paaddiing）技技术和修修改的块块（多边边形）匹匹配（mmodiifieed bblocck （ppolyygonn）maatchhingg）技术术以支持持任意形形状的VVOP区区域。5、结束束语系统综合合应用了了智能图图像处理理与识别别技术，最最佳交通通流量算算法、智智能控制制技术、数数字图像像传输技技术、数数字图像像压缩编编解码技技术和33G网络络通信等等技术。所所构建的的智能交交通系

25、统统可实现现及时准准确地掌掌握所监监视路口口、路段段周围的的车辆、行行人的流流量、交交通治安安情况等等，为指指挥人员员提供迅迅速直观观的信息息从而对对交通事事故和交交通堵塞塞做出准准确判断断并及时时响应。最最佳交通通流量预预测算法法使用目目前国际际上较为为先进的的高阶神神经网络络预测算算法，预测精精度高。高阶神经网络的神经元是智能神经元，即这种神经元具有“思考”的能力，极大地提高了智能交通指挥系统的智能水平，在公交、地铁及物流运输等系统中都有比较广阔的应用前景。参考文献献：1. GB/TT179975-20000信息息技术 运动图图像及其其伴音信信息的通通用编码码2. 汤吉群，李李玲编著著.数

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