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道路交通事故时有发生，交通拥堵也常常伴随着我们的生活。当道路上不幸发生交通事故或交通拥堵时，交警及相关指挥人员总能在第一时间赶赴现场并采取相应的措施。你知道他们为何可以如此高效率吗？因为你早已进入了他们的“视线”，一切实时交通信息都在掌握中。准确、实时和完整的交通信息采集是智能交通系统的基础，让我们一起来了解交通信息是如何被采集的吧。
手机用于定位，是移动定位技术的一种典型应用。说起移动定位技术，想必大家都会想起由美国研发并投入使用的全球定位系统（GPS）（如图1-1）。其实，除了GPS,我国也拥有自主研发的定位技术——北斗卫星导航系统。下面就让我们一起走进移动定位的世界。
图1-1 GPS示意图
手机的定位方式有两种，一种是通过加入GPS芯片来定位（利用手机上的GPS定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位），另外一种是通过移动基站来定位（利用基站对手机的距离进行测算来确定手机位置）。
手机定位有利有弊，关键在于用户如何使用。在发生紧急事件时，手机定位可以为生命救援提供方便。另一方面，用户位置信息被随意窃取的现象愈演愈烈，与手机定位相关的犯罪活动也越来越多，这是需要引起用户和管理者警惕的。
案例1:当我们用微信“摇一揺”摇出附近的其他用户时，当大家用手机微博看到谁在附近发微博的时候，其实别人也能知道你的位置（如图1-2）。
案例2:冯小刚的电影《手机》给观众留下了深刻的印象——私生活被严重干扰而拼命想逃离人群的严守一，被一部全球定位手机弄得无所遁形，精神几近崩溃。
案例3:小军是一家专营消防器材公司的技术员，因为常需要驻在不同的工地上，他总以此为借口睡到自然醒再回公司报到。某天，该公司老板请小军所在的项目成员吃饭，提到了iPhone手机上自带的手机定位系统可以随时看到好友的实时位置。老板立即建议用iPhone手机的员工都安装这款定位软件，方便联络。小军说，“虽然老板没有硬性规定，但是当时饭桌上的同事们都拿出手机，在老板指导下安装了定位软件。”从此，小军再也不能找借口偷懒了。
图1-2 微信“摇一摇”界面截图
手机定位技术的好处多多，可以服务于我们的日常生活。比如，把手机定位应用于汽车救援服务，给汽车救援服务商和车主带来了方便。过去，一旦车辆出现故障，车主需要通过打电话的方式说明自己的具体位置，既花费时间又浪费话费，而且车主往往并不清楚自己所处的位置。而现在，只需要打一个电话，发送一条短信就能准确定位车主所在位置，省钱省时又省力，而且还不需要在汽车和手机上安装任何东西，相当方便。因此，这种服务深受汽车救援行业的欢迎。
又如，把手机定位服务应用于医疗急救，能为医护人员和病人争取到宝贵的时间。手机定位服务应用于医疗急救采取拨号定位方式，不需要回复短信，病人只需向医院打一个电话就可以被院方定位并被及时救助。
此外，利用手机定位技术开发的一款知名软件——手机伴侣，对于弱势群体的安全监护非常合适。把它安装在老人和儿童的手机上，当老人或者儿童外出走失时，向其手机发送短信即可获得他们具体的地理位置。
全球定位系统（GPS）是利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位和导航的系统。GPS导航系统的基本原理是服务区内的卫星测量出各自到某一用户接收机的距离，通过综合多颗卫星的数据得到此接收机的具体位置（如图1-3）。由于GPS导航系统给我们的出行带来了许多的方便，因此，深受大多数自驾出行者的青睐。
图1-3 卫星定位原理示意图
全球定位系统是美国军方开发的系统，之前我国智能交通系统几乎都是建立在全球定位系统的基础之上的，这从根本上具有缺陷性，也限制了我国智能交通的进一步发展。目前，为了掌握定位技术的自主性，我国已经开发了北斗卫星导航系统（以下简称“北斗系统”）。已经投入使用的北斗系统，正在我国的智能交通中发挥着越来越重要的作用。
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略:2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务;2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务;2020年，建成北斗三号系统，向全球提供服务。目前北斗系统已经在交通信息查询、交通流量监测、车辆跟踪、公交车监控和调度、出租车叫车服务、行车安全管理、紧急援助以及交通事故分析等方面正式提供服务，具有极其重大的作用。北斗系统全部为我国所有和控制，系统运行维护不受国际环境变化的影响，完全可以取代美国的全球定位系统在我国智能交通系统中的地位。
北斗卫星导航系统是我国自主研制开发的无源三维卫星定位与通信系统，是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的全球卫星导航系统（GLONASS）之后全球第3个成熟的卫星导航系统，北斗导航定位系统独有的可传送多达120个汉字信息的通信功能，让使用者即使在无通信信号覆盖的区域也能及时获取位置等信息。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度可达1米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。导航精度上不逊于欧美，北斗卫星导航系统解决了何人、何事、何地的问题，这就是北斗的特色服务，靠北斗一个终端我们就可以走遍天下。
深夜，南京城郊公路上车辆稀少，王某驾驶汽车，借着点酒劲开足马力，体验了一把“速度与激情”。突然，“咔咔咔”几道白光闪过，在路口不眠不休的电子警察把违法超速的王某抓了个现行。如今，在没有交警执勤的区域和时段，电子警察正发挥着关键的作用（如图1-4）。
图1-4 道路上的电子警察
你也许会好奇，为什么这样一个不起眼的设备能让交通违法车辆无所遁形？它又是如何迅速准确地监测到违法行为、记录证据并做出处罚的呢？相信在这一节中，你会找到答案。
车辆检测技术在智能交通系统中扮演着重要的角色，它为道路交通的研究、规划和管理提供了基础信息，是相关部门做出正确决策的科学保障。目前，得益于我们在传感器、微电子和信息处理等领域的进步，车辆检测技术取得了较大的发展，检测设备已具备采用大规模集成电路和微处理等综合技术的能力。它们不仅能检测到车辆，对车辆进行计数，还能够检测车速、是否逆行、车辆种类、空间占有率、停车时间、延误时间、排队长度以及异常交通状况等多种动态交通参数，有效地支持了ITS各子系统与相关应用的运作和开展。看到这儿，相信大家心里早已打了不少问号：车辆检测这项基础性工作是如何实现的？如果需要得到一段时间内通过某个断面的车辆数，有什么简单易行的方法呢？这其中涉及哪些技术？它们的工作原理又是怎样的呢？下面我们将一一解读。
目前，车辆检测技术根据检测方式的不同划分为3大类：磁频车辆检测技术、波频车辆检测技术和视频车辆检测技术。这里主要对以上3种技术中的代表技术做具体介绍。
（1）环形线圈式车辆检测技术。如果我们出行时留心观察，想必对图中的地感线圈并不陌生，它就是检测技术中的感应元件。环形线圈是目前国内外使用最为广泛的车辆检测装置（如图1-5）。当有车辆通过时，车辆的金属部件会使通电线圈产生的磁场减弱，电感量减少，从而引起电路调谐频率的上升。因此，只要检测出信号的频率或相位是否发生变化，就可以知道是否有车辆通过。当多个地感线圈联合使用时，还能够检测出诸如车速和车辆排队长度等多种动态交通参数。
（2）微波车辆检测技术。大家是否在城市某些限速路段上看到过图中的交通设施呢（如图1-6）？相信聪明的你已经猜到了，它就是微波车辆检测器家族中的测速雷达。它能迅速地检测出车辆的行驶速度，并在电子屏上显示，对机动车驾驶人、路人起到提醒和警示的作用。倘若出现了违法超速的情况，与之配套使用的摄像机等设备还能实现自动抓拍，为处罚提供证据。那么，这些功能强大的微波车辆检测器是如何工作的呢？原来，它们是通过发射电磁能量并检测目标反射回来的波或者目标的固有辐射来实现对目标的探测的。设备接收到的这些电磁波信号提供了很多关于目标的信息，进行分析计算后就能得到目标的空间坐标。对于运动目标，雷达还能根据多普勒效应测算出物体运动的速度和加速度，并推导出目标的轨迹和姿态，进而对其未来的位置做出预测。
图1-5 道路上的地感线圈
图1-6 测速雷达电子显示屏
（3）视频车辆检测技术。视频车辆检测系统是在传统电视监视系统基础上发展起来的，是以车辆检测技术、摄像机和计算机图像处理技术为基础，大范围地对车辆进行检测和识别（如图1-7）。基本原理是在很短的时间间隔内，由摄像机连续摄得两幅图像，图像是数字图像，系统很容易对这两幅图像的全部或部分区域进行比较，有差异说明有运动物体。
图1-7 视频车辆检测器
在地面上架设感应线圈的传统车流量检测方法，仪器损坏率高，维护费用大。基于视频处理技术的交通流检测方法，只需要在道路上方架设一台摄像机，就可以使计算车流量、平均速度等变得简单和方便。
首先，需要在架设摄像头后，保存若干幅只有路面的道路照片作为背景图像，并对图像进行增强处理。然后在这些图像上设定虚拟检测区。常用的虚拟检测区有矩形检测区和检测线两种形式，前者运算量大，但获得的信息准确，后者可以将大量检测点设在车辆驶入的必经之路上，这样既保证了检测结果的正确性，又大大地减小了运算量（此时可把虚拟检测区内的像素值作为无车时的背景模板值）。
当有车辆驶入、停留或离开时，计算机都会注意到像素值的改变。想象我们小时候DIY的小人书，将每一个微妙的变化按顺序画在本子上，当轻轻连续翻动书页时就看到动画的效果。此时我们的眼睛就是摄像机，而大脑就像计算机。当一点微小的变化进入视线范围，如刚开始是车头，接下来是车身，最后车尾离开了视线，我们的大脑就总结出这样一个信息：有一辆车驶过。摄像机与计算机，就像我们的眼睛与大脑一样密切地配合。
有时候道路背景会有些变化，与背景模板值有所出入。比如大风将路边的大树吹得伸了个懒腰，但是只要像素值的变化在一定范围内（<5%），计算机将认为没有车辆驶入。图像处理技术还可通过增大道路与车辆的灰度差和滤波等方式来减小噪声，使结果更加准确。
当我们兴高采烈地乘车回家时，拥堵的交通往往会使心情变坏，这个时候我们一定会想，如果能提前知道道路的交通状况，就可以选择畅通的路线，快捷地抵达目的地。面对城市道路交通的拥堵，获取道路实时交通流量流向的信息，会为车辆调度带来极大便利，这时就是“浮动车”技术大显身手的时候。
大家是否见过“浮动车”，是否听说过“浮动车”技术一词，它们到底是何方神物？其实它们一点都不神秘，它们在我们的生活中随处可见。当我们在广州坐上的士时，乘坐的的士可能就是辆“浮动车”。
“浮动车”是指安装有定位装置和无线通信设备、能够与交通控制中心进行信息交换的车辆。“浮动车”系统的车辆一般由出租车或公交车构成。在城市道路中采集道路交通信息的车辆，就犹如在车水马龙中浮动的信息传感器一样，为交通系统提供实时路段交通信息，被称作“浮动车”（floating car），也被称作探测车（probe car）。
“浮动车”技术是近年来国内外获取交通信息的先进技术之一（如图1-8）。它的基本原理是根据装有全球定位系统的“浮动车”在行驶过程中将定期记录的车辆位置、速度和方向等信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算方法进行处理，得到不同时间内“浮动车”在城市道路的位置，最终获取“浮动车”所经过道路的车辆行驶速度以及行车时间等交通信息。如果在城市中有充足的“浮动车”，并将这些“浮动车”的实时位置数据及时地传输到交通信息中心，由信息中心汇总处理后，就可以得到整个城市实时和动态变化的交通路况信息。
图1-8 “浮动车”技术基本原理示意图
与线圈、微波、超声波等传统的交通数据采集方法相比，“浮动车”技术可以在花费较少的情况下灵活地采集路段的信息，具有高效、实时、自动化、采集面广和采集交通参数多的特点。传统的交通采集设备多是固定的，初次安装投入成本巨大，通常只安装在主要检测路段，覆盖范围也很有限，不能采集行程车速和延误时间等评价路网服务水平的重要参数。“浮动车”技术可以很好地克服以上缺点，是智能交通运输系统（ITS）数据采集的重要方式。
“浮动车”数据简称FCD（floating car data,FCD），应用发展于20世纪90年代早期。1991年，美国提出了动态车载导航系统的主要试验项目，目的是为了客观地分析驾驶人是否需要实时信息避免拥堵，从而提高行车质量。最初只有80辆车采集信息。1997年，经过一系列的工程后，项目进入应用阶段。虽然FCD带来的利益远大于传统采集方法，但由于成本问题在早期没有得到广泛应用。直到2000年美国政府取消了对民用信号的干扰，大部分“浮动车”都采用了GPS,从而降低了成本，使得FCD用于交通信息采集有了可能性。随后，英国、德国、瑞士、日本等国家都对“浮动车”技术及其应用展开了大量的研究。
目前,FCD的应用主要包括交通状况检测、拥堵自动探测、动态路径选择、车外导航、车辆部署、数字地图绘制、确定路径、探测道路服务水平等方面。以下举例子说明FCD在交通状况检测方面的应用。一般情况下，可以将某一路段、区域的交通状况分为很畅通、畅通、较畅通、一般、较拥挤、很拥挤、堵塞几种情况。通过FCD得到车流的速度范围，对应可以得到交通的状况。例如，设某条道路的自由车速为70千米/小时，当通过“浮动车”信息采集系统测得车辆的行驶速度为60~70千米/小时，则可认为该路段很畅通；若测得的车速为50~60千米/小时，可认为该路段畅通；若测得的车速为40~50千米/小时，可认为该路段较畅通；若测得的车速为30~40千米/小时，可认为该路段路况一般；若测得的车速为20~30千米/小时，可认为该路段较拥挤；若测得的车速为10~20千米/小时，可认为该路段很拥挤；如果测得的车速小于10千米/小时，甚至为0,则可以认为该道路堵塞。在此基础上，可以用不同颜色在电子地图或可变情报板上标示出路段的车流状态，为交通管理部门和出行者提供直观的交通状态信息。