《基于多旋翼无人机的交通流检测实验教学方法》-教育论文，科学教育论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

基于多旋翼无人机的交通流检测实验教学方法

范文

秦太兴李锋陈志坚

摘要充分利用无人机新技术，提出了适用于交通运输专业本科生的道路交通流调查新型实验方案和教学方法。根据实验需求给出了可行的实验项目系列，并探讨了无人机交通流检测实验的优劣性，该方法在交通流检测实驗教学中具有较好的应用前景。

关键词无人机交通流检测实验教学

中图分类号：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.10.060

Abstract Taking full advantage of the new technology of UAV， a new experimental scheme and teaching method of road traffic flow investigation for undergraduates majoring in transportation are put forward. According to the experimental requirements， a series of feasible experimental items are given， and the advantages and disadvantages of UAV traffic flow detection experiment are discussed. This method has good application prospects in traffic flow detection experiment teaching.

Keywords UAV; traffic flow detection; experimental teaching

交通调查是城市交通规划与设计的重要基础工作之一，也是城市交通管理中获取基础数据的重要手段。[1]因此，《交通调查与分析》是交通运输相关专业本科生需要掌握的专业核心课程之一。道路交通流调查是交通调查的项目之一，包括各种车型的交通流量调查、车速调查、车辆密度调查等内容。长期以来，道路交通流调查以传统的人工调查方法为主，随着计算机和信息技术的发展，先后出现了多种道路交通流自动检测方法。例如：通过对安装在路边的摄像头进行交通流图像识别的方法;[2，3]通过地磁或地感线圈进行交通流检测的方法;[4，5]通过RFID传感器进行车辆检测的方法，[6，7]通遥感技术进行检测的方法等。[8]近年来，多旋翼无人机在各领域中的应用越来越广泛，已有学者提出采用无人机高空视频进行交通流检测的方案。[9]由于基于无人机视频检测的交通流调查方法是近年来出现的新方法，在交通调查相关本科教材中仍鲜有提及，为此，本文从道路交通流调查实验需求出发，利用无人机所能实现的功能，以提高学生实践动手能力为目标，基于多旋翼无人机的交通流检测实验教学方法和系列实验项目。

1 总体实验方案

总体实验流程如图1所示，步骤如下：

（1）无人机高空视频图像采集。采用大疆精灵4 PRO v2.0无人机作为高空视频图像采集设备，搭载2000万像素影像传感器和16GB数据采集卡。采用控制器将无人机飞行至被采集路段上空悬停，进行道路交通视频图像采集，采集时间一般大于20分钟。在满足图像分辨率范围条件下，飞行高度一般取30m～200m，拍摄的路段范围一般大于50m*50m。

（2）图像预处理，选取无人机拍摄的视频图像进行预处理，以达到适合进行交通流参数识别的效果。如果拍摄的视频图像时间较长，需要对视频进行分段处理。又如部分视频图像如果出现明显抖动，将影响交通流识别，此时需要进行视频图像抖动校正。

（3）距离测算与检测范围的确定。为了能检测车辆速度，需要对所拍摄的范围进行距离测算，以所测算的距离作为车速估算的一个参数。同时在视频区域框定所要检测的车道以及检测范围，作为视频识别的区域。

（4）图像识别。采用背景差法和帧差法对所拍摄的视频图像进行交通流参数识别，检测的参数包括流量检测，车速检测和车流密度检测，其中车流密度参数可用车道时间占有率来近似表示。

（5）检测结果校验，将交通流参数视频图像识别结果与实际人工调查的数据进行对比，分析漏检和误检问题及其原因，探讨方法的改进和结果的校正。

2 实验项目系列

根据总体实验方案，基于多旋翼无人机的交通流检测实验具体可开设的实验项目如下：

（1）无人机交通视频图像采集实验。该实验的目的是使学生掌握大疆精灵4 PRO v2.0无人机操控方法，采集符合视频图像检测要求的道路交通视频图像，掌握交通视频图像预处理方法。

（2）道路背景提取实验。实验的目的是掌握帧差法的基本原理，学会应用Matlab软件进行编程，达到采用帧差法对视频图像进行背景提取的目的。

（3）车道交通流量检测实验。实验的目的是掌握图像识别的背景差法和帧差法的基本原理，掌握采用Matlab软件应用背景差法和帧差法对视频图像中运动车辆进行检测的方法，掌握检测误差的影响因素及误差修正方法。

（4）车速检测实验。实验的目在掌握帧差法识别运动车辆的基础上，进一步判断车辆的运动过程和车辆的具体位置，采用距离时间比估算出车辆运动的速度，并掌握检测误差的影响因素及误差修正方法。

（5）道路车辆密度检测实验。道路车辆密度是交通流调查的重要参数，本实验采用车到时间占有率来近似表达道路车辆密度，实验目的是在掌握车辆识别的基础上，进一步判断所选定的检测范围内有车辆经过的时间与检测总时间的比例，并掌握检测误差的影响因素及误差修正方法。

3 无人机检测实验的优劣分析

与传统的交通流调查实验相比无人机检测实验具有以下几方面的优势：

（1）与人工交通流调查相比，采用无人机进行检测的实验方法，具有检测范围广，效率高，节省人力的优势。例如要调查一个道路交叉口的交通流量，传统的人工调查需要8人一组，而采用无人机调查只需2-4人一组。

（2）与传统的路侧交通视频图像检测实验相比，无人机视频图像具有视角范围广，视角与地面垂直，拍摄范围机动可控等优势，非常有利于提高交通图像检测的识别率。

（3）与传统的地感线圈检测方法相比，无人机交通流检测实验提供了一种全新的实验方法，可以锻炼学生对无人机的动手操控能力及计算机编程能力，这些都是传统实验方法无法达到的。

然而目前无人机交通流检测仍存在一些不足之处，首先由于无人机是新兴事物，目前还比较缺乏标准的实验教材;其次，目前的电池技术仍有待提高，无人机的续航时间普遍在30分钟以内，因此无法进行长时间的拍摄;最后，目前无人机实验设备价格还比较昂贵，实验成本较高。

4 结语

无人机的兴起为交通流调查实验提供了新的实验设备和新的实验方案，基于多旋翼无人机的交通流检测实验教学方法是交通运输相关专业的一种新型实验教学方法。与其它传统的实验方法相比，该方法具有实验内容丰富，节省实验人力，锻炼学生动手操作能力和编程能力等优点。随着无人机技术的发展，该实验方案将在交通运输相关专业本科实验教学中具有较好的应用前景。

广东技术师范大学教学改革与研究重点项目（JGZD201710）资助

参考文献

[1] 贺明光，孙杨，叶臻.新时期综合交通运输规划调查方法研究[J].综合运输，2018.40（12）：50-56.

[2] 曹鑫胜，韩一德.基于固定视频图像的高速公路交通流参数检测研究[J].山西电子技术，2018（06）：77-80，87.

[3] 陳厚仁，蔡延光.基于视频的干线交通流检测系统的研究与实现[J].工业控制计算机，2017.30（07）：85-87.

[4] 徐蕾，王旭，朱青山，龚正毅.基于无线地磁传感器的交通流检测系统协议设计[J].数字通信，2013.40（03）：42-45.

[5] 杨亚鹏.基于多传感信息的交通流参数检测设备研究[D].哈尔滨工业大学，2015.

[6] 李硕，张久浩，张萌萌.一种基于RFID技术的交通流检测方案[J].智能城市，2016.2（05）：115.

[7] 彭华军.基于RFID检测的绿波控制方法研究[D].重庆交通大学，2015.

[8] 艾叶青，王中平.基于遥感技术的交通流检测[J].公路与汽运，2014（04）：53-56.

[9] 李士尧，鲁元博，裴玉龙.道路交通流参数无人机调查与识别方法研究[J].森林工程，2018.34（05）：72-77.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。