機(jī)動(dòng)車輛磁像識(shí)別技術(shù)在交通控制中的應(yīng)用

    問題的提出 

    由于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的持續(xù)增長和城市化進(jìn)程速度加快，車輛數(shù)量持續(xù)快速增加，城市及其周邊區(qū)域的公路交通設(shè)施受到了日益增大的壓力，堵車現(xiàn)象司空見慣。為緩解這方面的壓力，除了修建更多的道路外，使公路布局更合理，實(shí)施更有效的交通管理控制也是解決問題的重要手段。 

    公路交通監(jiān)控的目的應(yīng)是有效的將更多的人和物送到他（他）們的目的地，而不是將更多的車輛送到路上去。 

    目前世界各國都在努力研究行之有效的交通監(jiān)控系統(tǒng)，以提高道路的輸送能力。這種研究大致可分為2個(gè)環(huán)節(jié)，一是建立合理的監(jiān)控模型，二是實(shí)現(xiàn)與該模型相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)識(shí)別工具及信息的傳輸與處理系統(tǒng)。 

    模型的建立因時(shí)因地而異，他涉及周邊的諸多環(huán)境因素，還要顧及監(jiān)控系統(tǒng)的能力。第二個(gè)環(huán)節(jié)則更多地涉及工程與技術(shù)問題。 

    決定監(jiān)控系統(tǒng)成敗的一個(gè)重要因素，在于如何高效可靠地獲得道路的各種信息。由于所要收集的信息都是動(dòng)態(tài)變化的，所以要采用合理的技術(shù)將以上信息收集傳送給中央處理機(jī)。 

    機(jī)動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案在很大程度上隨所采用的傳感技術(shù)而異。目前世界上發(fā)展比較成熟的是感應(yīng)環(huán)技術(shù)，用得也最多。但其成本高，信號(hào)弱，易受天氣及環(huán)境因素的影響，維護(hù)麻煩，且提供的信息量有限。我國幅員遼闊，不適于大面積推廣。在我國研究得較多的是用電視攝像加圖像處理技術(shù)來對(duì)車輛進(jìn)行識(shí)別，他有很多長處，充分采用了計(jì)算機(jī)科學(xué)的先進(jìn)成果，有些產(chǎn)品做得比較成功，但仍有一些眾所周知的弱點(diǎn)，使其應(yīng)用受到限制。 

    車輛磁像識(shí)別系統(tǒng)所使用的原理，與現(xiàn)有的各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的原理截然不同，具有截然不同的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)可望在新世紀(jì)的交通控制領(lǐng)域發(fā)揮獨(dú)特的作用，占有一席之地。 

    2 磁像探測(cè)原理 

    任何機(jī)動(dòng)車輛的底盤都是由鐵磁性材料構(gòu)成的，每種車輛所采用的鐵磁性材料的質(zhì)量，其幾何尺寸與質(zhì)量分布都不一樣。在地上放一個(gè)羅盤，將一輛車從他旁邊或上面開過，羅盤的指針左右擺動(dòng)，不同的車開過，羅盤指針擺動(dòng)的模式不一樣。對(duì)同一種車，羅盤指針擺動(dòng)的模式是相同的。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)檐囕v底盤相對(duì)集中的鐵磁性材料干擾了羅盤附近區(qū)域的地球磁場，地磁矢量在羅盤附近發(fā)生了變化。這個(gè)極為簡單的實(shí)驗(yàn)表明，每種機(jī)動(dòng)車輛在羅盤附近都顯示出其特有的“磁像”，與人的指紋可用于人的身份鑒別一樣，這種特征性的磁像就可以用來識(shí)別各種機(jī)動(dòng)車輛。與人的指紋相似，機(jī)動(dòng)車輛的這種磁像具有惟一性和可測(cè)定性。 

    地球磁場是普遍存在的，據(jù)此就可以設(shè)計(jì)一種探測(cè)器，置于機(jī)動(dòng)車道路面下方，探測(cè)過往的車輛。得益于近年來材料科學(xué)、電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的長足進(jìn)步，已能制作出微型智能化的機(jī)動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)裝置，其中包括高度靈敏的磁場探測(cè)器和一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由高能電池供電，在微功耗狀態(tài)下工作。 

    這種探測(cè)器可以辨別過往車輛的類型，測(cè)定其速度及運(yùn)行方向，可測(cè)定車輛之間相對(duì)距離。此外，還可以統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間間隔內(nèi)在某方向通過的各種車輛的數(shù)量，統(tǒng)計(jì)的方式由面板上的微型按鈕輸入簡單的指令決定，以決定每周統(tǒng)計(jì)幾天，每天統(tǒng)計(jì)哪幾個(gè)小時(shí)。探測(cè)器可以設(shè)計(jì)成2種型式，一種以實(shí)時(shí)方式工作，他里面包含一個(gè)微功耗的發(fā)射機(jī)，發(fā)射距離為100公尺左右。平時(shí)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，車輛到來就激活，處理完信息后又返回休眠狀態(tài)。另一種只以統(tǒng)計(jì)方式工作，主要用于搜集道路上機(jī)動(dòng)車輛的信息，作政府決策，調(diào)查研究之用。這類探測(cè)器可測(cè)量完畢后取回將數(shù)據(jù)由串口送到計(jì)算機(jī)去。 

    同時(shí)，現(xiàn)階段隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的適用范圍不斷擴(kuò)大。因此將探測(cè)器收集到的信息，通過網(wǎng)絡(luò)直接傳回中央控制計(jì)算機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)全區(qū)域交通的動(dòng)態(tài)只能控制。 

    探測(cè)器可以做得很小，厚2 cm左右，長20~30 cm，可以平放在路面，再蓋一個(gè)鋁合金蓋子即能可靠工作。這類探測(cè)器可以實(shí)時(shí)提供進(jìn)行交通監(jiān)測(cè)控制所需的絕大部分關(guān)鍵信息，但不能探測(cè)過往車輛的車牌號(hào)碼與載重量。 

    他的另外一個(gè)重要特點(diǎn)是成本低廉、安裝與維護(hù)簡便。 

    3 區(qū)域性交通動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理要求 

    3.1 資源、屬性、界面與資源要求 

    就今后的交通監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)來看，作為區(qū)域性或局域性控制可能是解決這類復(fù)雜問題的途徑之一。 

    城市及其周邊區(qū)域的交通干線通常構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)總是可以分成若干個(gè)小塊以簡化分析的難度。每一塊內(nèi)所包含的道路、停車場等都是可以用于交通監(jiān)控的資源。道路的長短寬窄、路面車道數(shù)量、路上紅綠燈路口的多少、停車場的大小等則是影響這些資源的參數(shù)，可以稱其為這些資源的屬性。采用適當(dāng)?shù)姆椒?，調(diào)節(jié)這些屬性可以改變?cè)搮^(qū)域資源的利用能力，即對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的輸送與通行能力。出入?yún)^(qū)域的路口則構(gòu)成與其他區(qū)域聯(lián)接的界面，通過界面該區(qū)域可以向外提供資源或使用外區(qū)的資源。道路上機(jī)動(dòng)車輛的數(shù)量，密度，速度及方向則構(gòu)成了對(duì)系統(tǒng)的資源要求。顯然，區(qū)域的資源有一定的限度，超過此限度的資源要求就會(huì)引起堵車。 

    3.2 信息搜集與中心控制 

    系統(tǒng)中的資源要求是隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，如果與此相關(guān)的區(qū)域能預(yù)做準(zhǔn)備，調(diào)整資源的相關(guān)屬性，改變區(qū)域資源的機(jī)動(dòng)車輛輸導(dǎo)特性（比如改變紅綠燈的運(yùn)行模式、調(diào)整某些路段的通行方向等），就可起到緩解交通壓力，提高通導(dǎo)能力的效果。由于系統(tǒng)中采集、傳輸與處理數(shù)據(jù)和輸出與執(zhí)行控制指令的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)動(dòng)車輛的運(yùn)行速度，因此這種調(diào)整控制是可行的。 

    這種調(diào)控的關(guān)鍵因素之一是實(shí)時(shí)搜集足夠而又中肯的信息。這就要求在區(qū)域所有關(guān)鍵通道的各個(gè)路口都設(shè)置具有特定性能，足夠數(shù)量的探測(cè)設(shè)備，以獲取這些信息。 

    4 區(qū)域性交通動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理目標(biāo) 

    為了減少和避免交通擁擠，應(yīng)設(shè)法降低高峰交通時(shí)間里的交通需求，增大道路設(shè)施的通行能力。為達(dá)到以上目的，開發(fā)和采用新型的交通控制系統(tǒng)和車輛控制系統(tǒng)，有效的調(diào)整需求，提高通行能力是行之有效的方案。 

    交通控制系統(tǒng)中控制的是交通流。控制過程就是完成交通流的監(jiān)測(cè)、匯報(bào)，通過控制算法，根據(jù)收集到的信息，通過控制交通指示設(shè)備完成對(duì)交通流的控制，減少和避免交通擁擠。 

    5 機(jī)動(dòng)車輛磁像探測(cè)器的實(shí)用性 

    為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)城市及其周邊區(qū)域的交通做不同程度的綜合性監(jiān)控管理，這是我們的必由之路，勢(shì)在必行。這也是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的工程。不管采用何種方案，對(duì)道路做直接監(jiān)測(cè)的手段都必不可少。根據(jù)不同的要求、環(huán)境和資金情況，可以綜合考慮方案的選取和設(shè)備的配置。
 
    在未來的交通監(jiān)控系統(tǒng)中，不管采用何種方案，都會(huì)大量使用相對(duì)廉價(jià)、獲取基本信息多且準(zhǔn)確、工作可靠、安裝維護(hù)簡便的機(jī)動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)裝置。 

    機(jī)動(dòng)車輛磁像探測(cè)器信息量大、準(zhǔn)確、工作可靠、價(jià)格低廉，是一種性能/價(jià)格比很高、實(shí)用性很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)工具。因此，基于磁像識(shí)別技術(shù)的道路機(jī)動(dòng)車輛監(jiān)測(cè)設(shè)備可望在今后的交通監(jiān)控系統(tǒng)中占有一席之地。