公安部交管局：2015年上半年全国新增机动车7
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摘要：针对摄像头采集交通信息时易受环境干扰且采集到的信息不够全面的问题，提出智能交通多传感器信息融合框架，对多种传感器采集到的交通信息进行融合。另外由于摄像头采集的视频数据量巨大且多为底层视觉信息，不便于用户信息检索，提出智能交通信息语义描述框架，对交通视频信息和传感器信息进行语义描述。实验结果表明，对多传感器采集到的信息进行融合能有效提高信息采集的精度，同时对交通视频信息进行语义描述将极大地方便用户对感兴趣信息的检索。
关键词：智能交通系统；多传感嚣信息融合；MPEG-7；视频语义描述
0 引言
摄像头作为监控、采集交通信息的有效手段被广泛应用于智能交通系统中。然而摄像头由于其光学特性极易受到周围环境的干扰，例如强光照射、雨雪雾等恶劣的气候条件都会对摄像头的正常工作产生很大的影响，因而仅仅通过摄像头这一单一信息采集手段获得的交通信息往往是不够完整的，有时甚至是不可靠的。另外摄像头采集到的视频信息，信息量庞大，毫无结构性，用户如果希望在如此海量信息中检索感兴趣的内容，例如用户想查看某段黑色轿车闯红灯的视频，目前通常的做法是一帧帧地线性浏览整个视频，显然这个过程效率极其低下。
基于以上问题，本文首先提出了一个多传感器信息融合框架，通过将摄像头采集到的视频信息与多种智能交通传感器采集到的信息进行融合以弥补摄像头作为单一信息采集手段的不足。然后在此基础上提出了一个对摄像头所采集的视频信息和智能交通传感器信息进行语义描述的框架，为用户对交通信息进行高效检索提供铺垫。
1 智能交通多传感器信息检测与融合
1．1 多传感器信息融合理论
多传感器信息融合理论最早应用于军事领域，这一方面的研究首先起始于1973年的美国。20世纪80年代，随着传感器技术的进步，多传感器信息融合理论开始飞速发展，其在非军事领域的应用也大规模展开，工业控制系统、智能交通、气象监测、资源探测、医疗诊断等多个领域都在朝着多传感器方向发展。国内多传感器信息融合的研究也于20世纪90年代达到高潮，涌现了诸多理论和工程实践成果。
多传感器信息融合就是充分利用多个传感器的资源，通过对多种传感器信息按照某优化规则进行组合处理，有效地提高各个传感器信息之间的互补性，同时剔除不必要的冗余信息，提高整个系统的有效性。多传感器信息融合按照信息处理层次可分为数据层信息融合、特征层信息融合、决策层信息融合。其中决策层信息融合是根据各个传感器系统的判决进行优化推理，做出最终的决策，灵活性高，通信负荷小，无需传感器之间同质，但同时也对观测信息的预处理提出了很高的要求。
1．2 智能交通多传感器信息融合框架
智能交通传感器种类繁多，功能各异。针对应用场景以及结合前期的工程实践，选择磁敏传感器、压电式传感器、微波雷达、RFID作为获取交通信息的传感器，这4种传感器所采集的交通信息如表1所示。
此外，整个交通状态会受到周围环境的影响，因而需要根据环境变化调节多传感器信息融合的策略，从而降低环境变化所带来的影响。
到目前为止，需要进行信息融合的传感器包括摄像头、磁敏传感器、压电式传感器、微波雷达、RFID。这5种传感器彼此异质，原始观测数据结构、内容差异巨大，例如摄像头采集的是二维视频信号，磁敏传感器却输出一维模拟信号，而压电式传感器则输出模拟脉冲信号。因此考虑在决策级对这几种传感器信息进行融合。每个传感器节点对采集到的信息进行分析处理，其结果与视频信息处理结果进行决策级融合，整个融合过程同时会受到气象、光照条件的影响。多传感器信息融合框架如图1所示。
2 智能交通信息的语义描述
随着多媒体技术的迅速发展，视频信息量也呈现出爆炸性增长趋势。面对如此海量的数据，用户更关注如何才能高效地检索到自己所感兴趣的信息，即如何实现基于内容的视频信息查询(Content-Based Visual Queries，CBVQ)。这一问题已引起了研究者的广泛兴趣，一些原型系统相继问世，如IBM的QBIC系统，哥伦比亚大学的webseek系统，清华大学的TV-FI系统等。
传统视频分析技术是对底层视觉信息进行分析处理，如颜色、纹理、轮廓。而用户往往是从高层语义的角度理解整个视频内容，例如某段视频出现了什么物体、发生了什么事情。这之间不可避免地存在着语义鸿沟(Semantic gaps)。要实现视频内容查询，首先需要在底层视觉信息和高层语义之间搭建起一座桥梁。目前学术界对于该问题的研究工作已广泛开展起来，其中比较著名的是运动图像专家组提出的MPEG-7标准，即多媒体内容描述接口(Multimedia Content Description Interface)。MPEG-7标准的目标就是定义一套灵活的可扩展的描述框架。该框架能够对多媒体内容提供高效的、准确的并且具有互操作特性的语义描述，以便于进一步对多媒体信息内容进行语义检索。MPEG-7对以下内容标准化：描述符(Descriptors)、描述方案(Description Schemes)、描述定义语言(Description Definition Language)。其中描述定义语言基于XML语言，允许对描述符和描述方案进行灵活地定义和描述，并且具有极强的可扩展性。
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