机动车辆磁像识别技术在交通控制中的应用

    问题的提出 

    由于经济活动的持续增长和城市化进程速度加快，车辆数量持续快速增加，城市及其周边区域的公路交通设施受到了日益增大的压力，堵车现象司空见惯。为缓解这方面的压力，除了修建更多的道路外，使公路布局更合理，实施更有效的交通管理控制也是解决问题的重要手段。 

    公路交通监控的目的应是有效的将更多的人和物送到他（他）们的目的地，而不是将更多的车辆送到路上去。 

    目前世界各国都在努力研究行之有效的交通监控系统，以提高道路的输送能力。这种研究大致可分为2个环节，一是建立合理的监控模型，二是实现与该模型相应的机动车辆监测识别工具及信息的传输与处理系统。 

    模型的建立因时因地而异，他涉及周边的诸多环境因素，还要顾及监控系统的能力。第二个环节则更多地涉及工程与技术问题。 

    决定监控系统成败的一个重要因素，在于如何高效可靠地获得道路的各种信息。由于所要收集的信息都是动态变化的，所以要采用合理的技术将以上信息收集传送给中央处理机。 

    机动车辆监测系统的方案在很大程度上随所采用的传感技术而异。目前世界上发展比较成熟的是感应环技术，用得也最多。但其成本高，信号弱，易受天气及环境因素的影响，维护麻烦，且提供的信息量有限。我国幅员辽阔，不适于大面积推广。在我国研究得较多的是用电视摄像加图像处理技术来对车辆进行识别，他有很多长处，充分采用了计算机科学的先进成果，有些产品做得比较成功，但仍有一些众所周知的弱点，使其应用受到限制。 

    车辆磁像识别系统所使用的原理，与现有的各种监测系统采用的原理截然不同，具有截然不同的特点，这些特点可望在新世纪的交通控制领域发挥独特的作用，占有一席之地。 

    2 磁像探测原理 

    任何机动车辆的底盘都是由铁磁性材料构成的，每种车辆所采用的铁磁性材料的质量，其几何尺寸与质量分布都不一样。在地上放一个罗盘，将一辆车从他旁边或上面开过，罗盘的指针左右摆动，不同的车开过，罗盘指针摆动的模式不一样。对同一种车，罗盘指针摆动的模式是相同的。出现这种现象，是因为车辆底盘相对集中的铁磁性材料干扰了罗盘附近区域的地球磁场，地磁矢量在罗盘附近发生了变化。这个极为简单的实验表明，每种机动车辆在罗盘附近都显示出其特有的“磁像”，与人的指纹可用于人的身份鉴别一样，这种特征性的磁像就可以用来识别各种机动车辆。与人的指纹相似，机动车辆的这种磁像具有惟一性和可测定性。 

    地球磁场是普遍存在的，据此就可以设计一种探测器，置于机动车道路面下方，探测过往的车辆。得益于近年来材料科学、电子技术与计算机技术的长足进步，已能制作出微型智能化的机动车辆监测装置，其中包括高度灵敏的磁场探测器和一个微型计算机系统，整个系统由高能电池供电，在微功耗状态下工作。 

    这种探测器可以辨别过往车辆的类型，测定其速度及运行方向，可测定车辆之间相对距离。此外，还可以统计某一时间间隔内在某方向通过的各种车辆的数量，统计的方式由面板上的微型按钮输入简单的指令决定，以决定每周统计几天，每天统计哪几个小时。探测器可以设计成2种型式，一种以实时方式工作，他里面包含一个微功耗的发射机，发射距离为100公尺左右。平时系统处于休眠状态，车辆到来就激活，处理完信息后又返回休眠状态。另一种只以统计方式工作，主要用于搜集道路上机动车辆的信息，作政府决策，调查研究之用。这类探测器可测量完毕后取回将数据由串口送到计算机去。 

    同时，现阶段随着计算机网络技术的不断发展，网络的适用范围不断扩大。因此将探测器收集到的信息，通过网络直接传回中央控制计算机，即可实现全区域交通的动态只能控制。 

    探测器可以做得很小，厚2 cm左右，长20~30 cm，可以平放在路面，再盖一个铝合金盖子即能可靠工作。这类探测器可以实时提供进行交通监测控制所需的绝大部分关键信息，但不能探测过往车辆的车牌号码与载重量。 

    他的另外一个重要特点是成本低廉、安装与维护简便。 

    3 区域性交通动态监控管理要求 

    3.1 资源、属性、界面与资源要求 

    就今后的交通监测控制系统来看，作为区域性或局域性控制可能是解决这类复杂问题的途径之一。 

    城市及其周边区域的交通干线通常构成一个复杂的系统。这种系统总是可以分成若干个小块以简化分析的难度。每一块内所包含的道路、停车场等都是可以用于交通监控的资源。道路的长短宽窄、路面车道数量、路上红绿灯路口的多少、停车场的大小等则是影响这些资源的参数，可以称其为这些资源的属性。采用适当的方法，调节这些属性可以改变该区域资源的利用能力，即对机动车辆的输送与通行能力。出入区域的路口则构成与其他区域联接的界面，通过界面该区域可以向外提供资源或使用外区的资源。道路上机动车辆的数量，密度，速度及方向则构成了对系统的资源要求。显然，区域的资源有一定的限度，超过此限度的资源要求就会引起堵车。 

    3.2 信息搜集与中心控制 

    系统中的资源要求是随时间动态变化的，如果与此相关的区域能预做准备，调整资源的相关属性，改变区域资源的机动车辆输导特性（比如改变红绿灯的运行模式、调整某些路段的通行方向等），就可起到缓解交通压力，提高通导能力的效果。由于系统中采集、传输与处理数据和输出与执行控制指令的速度远远高于机动车辆的运行速度，因此这种调整控制是可行的。 

    这种调控的关键因素之一是实时搜集足够而又中肯的信息。这就要求在区域所有关键通道的各个路口都设置具有特定性能，足够数量的探测设备，以获取这些信息。 

    4 区域性交通动态监控管理目标 

    为了减少和避免交通拥挤，应设法降低高峰交通时间里的交通需求，增大道路设施的通行能力。为达到以上目的，开发和采用新型的交通控制系统和车辆控制系统，有效的调整需求，提高通行能力是行之有效的方案。 

    交通控制系统中控制的是交通流。控制过程就是完成交通流的监测、汇报，通过控制算法，根据收集到的信息，通过控制交通指示设备完成对交通流的控制，减少和避免交通拥挤。 

    5 机动车辆磁像探测器的实用性 

    为适应国民经济的发展，对城市及其周边区域的交通做不同程度的综合性监控管理，这是我们的必由之路，势在必行。这也是一个相当复杂的工程。不管采用何种方案，对道路做直接监测的手段都必不可少。根据不同的要求、环境和资金情况，可以综合考虑方案的选取和设备的配置。
 
    在未来的交通监控系统中，不管采用何种方案，都会大量使用相对廉价、获取基本信息多且准确、工作可靠、安装维护简便的机动车辆监测装置。 

    机动车辆磁像探测器信息量大、准确、工作可靠、价格低廉，是一种性能/价格比很高、实用性很强的机动车辆监测工具。因此，基于磁像识别技术的道路机动车辆监测设备可望在今后的交通监控系统中占有一席之地。