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从电子眼看中国数字交通监控发展状况

2019-02-18 14:48:56

从电子眼看中国数字交通监控发展状况

美国从上世纪60年代初就开始了对交通监控方面的研究。之后,欧洲、日本等也相继加入了这一行列。经过几十年的发展,美国、欧洲、日本已成为世界交通监控研究的三大基地。而中国数字化交通监控起步比较晚,从上个世纪70年代开始,缓慢发展。电子眼是智能交通监控发展的,我们从电子眼的发展状况分析中国交通监控发展状况。

近年来,随着城市的发展,机动车数量不断增加,各种交通违章、交通事故也随之增多。与此同时,由于交通管理机构的警力有限,不可能全部依靠人力对所有路段、路口实施全天候、全方位的管理,因此,使用现代化的科学技术手段来管理交通势在必行。

选择合适芯片:确保系统性能

在交通监控中,图像采集和处理是其中的核心技术之一。近几年,随着电子技术和计算机技术的进步,数字图像技术也得到了长足的发展,尤其是伴随着近年集成电路设计技术和工艺水平的提高,CMOS传感器的发展和利用有了质的飞跃,其低成本、低耗电以及集成度特性在图像处理上得到了充分发挥。

在当前嵌入式视频应用方面,可以选择的处理芯片种类较多,它们各有优缺点。为了满足交通监控的需要,在选择处理芯片时,建议还是选择那些有较强的运算能力、可实现较大尺寸的视频编解码,可运行实时操作系统,具备较强的复杂控制功能;产品集成化好,性价比高,具有较强的可编程性,并能适应不同产品开发周期需求的处理器。

美国德州仪器公司(TI)达芬奇(DaVinci)技术交通监控图像处理系统,就比较适合用于具有DSP和ARM的双核结构,能够很好地处理ARM 与DSP之间协同工作的问题,同时使ARM与DSP能各自发挥自己的功能,大幅度提升采集图像的质量输出,而且便于系统集成和应用开发。

与其他系统相比,基于达芬奇平台上的CMOS图像采集处理系统能够以较高帧率获取图像、进行图像缩放处理及按比例输出,且功耗低,可以应用于国内不同条件下交通监控系统。

该系统主要包括图像采集与处理两部分,首先由CPLD(复杂可编程逻辑控件)先将CMOS的数字信号乒乓式存储到两片SRAM(静态RAM)中,再通过EDMA(增强型直接内存存取)的方式交付达芬奇平台进行处理。

软硬结合:保障系统稳定

达芬奇技术集成了DSP可编程数字信号处理器内核以及ARM处理器内核的片上系统(SOC)。在此技术体系中,ARM处理器内核运行一般的嵌入式操作系统(嵌入式Linux或WinCE),执行系统硬件资源的管理、提供良好的人机交互界面、处理各种数据采集、传输、存储等任务。而DSP则用来实现数字运算算法,完成多媒体数据的核心处理任务,如视频数据的压缩与解压缩等。通过使用达芬奇技术较好地处理了ARM与DSP之间协同工作的问题,使它们能够各自发挥自己功能。该技术提供了包括数字视频评估模块在内的一整套软件系统、开发工具等,使利用此项技术可以高效地开发出数字多媒体应用系统。[nextpage]

该系统软件部分分为:CPLD逻辑控制程序设计和基于达芬奇平台的程序设计。

其中,CPLD逻辑控制程序设计包括整体控制模块、数据采集模块、SRAM读写控制模块;达芬奇平台程序设计包括DSP上电自加载程序、DSP初始化程序、ARM的图形处理程序、I2C串口配置程序和EDMA数据传输程序。

由于CMOS采用隔行扫描方式,分为奇数场和偶数场分别传输,数字化以后仍然保持格式不变,因此在将数据保存到SRAM之前,采用双线性差值算法,可以将奇数场和偶数场的数据还原成一幅完整的图像,形成标准的RGB色彩模式,确保后续系统的采样读取。

该套系统图像处理程序系统初始化模块实现包括与中断相关的初始化、外部存储器接口初始化及平台各工作模块初始化。对CMOS进行相关寄存器配置时,该系统采用双向数据线SDA和时钟线SCL组成的IIC总线技术,通过集电极开路门以线与的方式进行总线连接。

交通监控发展现状

美国从上世纪60年代初就开始了对交通监控方面的研究。之后,欧洲、日本等也相继加入了这一行列。经过几十年的发展,美国、欧洲、日本已成为世界交通监控研究的三大基地。目前,其他一些国家和地区在这方面的研究规模也相当大,如澳大利亚、韩国、新加坡、中国香港等。可以说,一个新的交通监控产业正在全球形成,发展规模和速度惊人,并逐步向高度智能化、络化方向发展。

目前,交通监控系统可分为以下三种:闭路电视监控方式,这是早在高速公路上实现的监控手段。利用闭路电视和长延时录像机进行监视和录像,主要用于收费站。其优点是造价比较便宜,缺点是完全人工操作,劳动强度和工作量大;车道收费监控方式,车道收费监控可对车道出现的异常情况进行图像捕获,并实现了直接在车道控制机上进行图像采集,同时避免了人为因素的干扰,大大提高了捕获率;道路交通监控方式,这是一种比较新的监控方式,监控系统需要实现的功能包括:及时采集交通流、交通环境和主要交通设施状态的各种信息;对高速公路实现全程、实时、不间断的监控;根据已掌握的信息,迅速做出有针对性的处理和优化控制方案;建立多种信息发布渠道,为用户提供信息服务等。

中国对交通数字化监控的研究发展起步较晚。上世纪70年代以来,先后从国外引进、消化了一些项目,并进行了一些交通监控或相关基础项目的研究和应用。初主要是进行城市交通信号控制试验研究;上世纪80年代中至90年代初,在一些大城市引进和实施了城市交通信号控制系统,实现了一些高速公路监控系统、高等级公路电子收费系统和路边信息服务系统;90年代中期以来,我国开始研究交通监控系统发展战略,并重视交通信息络的建设。但是,由于交通监控系统总体投资不足,导致覆盖面比较狭窄,仅部分公路有相对较好的应用。此外,我国交通监控系统的一些图像处理技术还不成熟,核心技术大多还依赖于从国外引进。

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