雷达技术在交通检测中应用总结 王立新

第一篇：雷达技术在交通检测中应用总结 王立新

雷达技术在交通检测中的应用的个人总结（王立新）

经过7周对《交通测控工程》的学习，使我对交通参数研究方面有了新的认识，课上学习了有关各种交通参数的检测，以及检测使用工具和相应原理。最后我小组以雷达技术为例，下课后对雷达技术在交通检测中的应用进行了更深入探讨。

雷达在现如今的社会生活中应用已经很广泛，雷达技术相对成熟。雷达是利用无线电技术通过探测距离探测速度对目标物体实现空间位置的探测。我们在查找资料时，查阅到雷达分为根据不同的分类方法可以分出很多不同种类的雷达应用。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、测高雷达、战场监视雷达、机载雷达、无线电测高雷达、雷达引信、气象雷达、航行管制雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。我们针对雷达技术在交通检测中的应用对微波雷达、倒车雷达、反测速雷达进行更深入的探讨。其中，微波雷达的主要优点是在较短的波长范围内，微波雷达对恶劣天气不敏感；多普勒雷达可实现对速度的直接测量；侧向安装，可实现多车道检测；安装维护方便、不需破坏路面，检测精度高。

倒车雷达的主要优点是

1)准确的测出车尾与最近障碍物间的距离；

2)倒车至极限距离时，能发出急促的警告声提醒驾驶员注意制动； 3)能重复发出语音警告声，提醒行人注意。反测速雷达的主要优点是

4)全功能全频雷达接收系统,体积小隐藏性高,可搭载于车子遮阳板的位置 5)任何车型皆适用，百分之百接收

6)最新雷达波频道语音告知功能,全中文警示,并有足够的反应时间,轻易掌握前方道路状况

我们小组进行分工，分别进行雷达技术的文献查阅、雷达检测的应用条件、雷达技术的原理以及雷达技术的经济指标进行分工查阅及咨询，最终，我小组通过大家的通力合作完成了对雷达技术在交通检测中的应用一文。

经过这次的小实验，使我对团队意识有了更深的解读，光靠一个人的力量是不够的，只有整个团队积极向上，分工均匀，才能更好的完成整个任务。

第二篇：军用雷达技术在现代战争中的应用

军用雷达技术在现代战争中的应用

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军用雷达是专门为特定的军事用途而设计制造的无线电探测和定位装置。它的基本战术性能指标有：探测目标类型、覆盖空域、发现概率和虚警概率、测量座标数及精度、数据更新率、处理目标容量、全天候、全天时能力、电子反对抗能力、抗摧毁能力、目标识别能力、电磁兼容性、可用性、耗电量和全寿命周期费用等。主要技术参数有工作频率及带宽、发射机功率、天线增益、波瓣宽度及旁瓣电平、系统噪声温度、信号带宽和目标信号在杂波或干扰背景中的改善因子等。军用雷达种类繁多，按其发射接收天线所在位置可分为单基地雷达、双基地雷达和多基地雷达。按其发射波形可分为连续波雷达、调频连续波雷达和脉冲波雷达，按其装载所在的平台可分为地基雷达、机载雷达、舰载雷达和星载雷达。按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达。按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达、微波雷达和毫米波雷达。按其探测的目的性可分为预警雷达、截获雷达、跟踪雷达、制导雷达、成像雷达和地形回避雷达等。按探测的机理分为视距雷达和超视距雷达。军用雷达是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段之一，是防天、防空、防海和防陆武器系统和指挥自动化系统的首要视觉传感器。它不但可以预警、截获、跟踪、识别、引导拦截空中、海面、地面和外空的目标，而且具有依靠空中或外空平台对地面大面积内的目标成像的能力。目前其分辨率及测量精度虽不及光学和红外传感器，但军用雷达的全天候、全天时以及大空域高数据率的性能则是其他传感器无法代替的，因而军用雷达在军事领域担负着极其重要的角色，具有广阔的应用前景。

一、军用雷达在现代战争中的作用

1864年麦克斯韦提出了电磁场理论，预见了电磁波的存在。1886年赫兹成功地完成了产生电磁波的实验，从而证实了“无线电”的存在。1922年马可尼主张用短波无线电来探测物体，确定另一船舶的存在，这是对于雷达概念的最早描述。之后，英、美、德等国的科学家做了许多验证试验。1935年2月英国人用一部12MHz的雷达探测到60km外的轰炸机，并于1937年初，正式布置了雷达“链条”(Chain)，美国1938年制造了第一部防空火力控制雷达SCR-268，其工作频率为205MHz，探测距离达180km，先后生产了约3000部。由此可见，雷达的发明和应用是上世纪30年代，至今已有70多年的历史。1940年11月，美国麻省理工学院(MIT)成立了辐射实验室，对雷达及其相关技术进行全面研究，取得了全面丰硕成果。第二次世界大战后，陆续公开出版了有名的28本《辐射实验室丛书》，公布了雷达和有关专业技术的大批资料，这对全世界雷达技术的发展起了重大的推动作用。第二次大战期间，飞机是交战双方的一种主要作战武器，探测敌方飞机的入侵，引导己方高射炮和飞机去拦截，成了迫切需要解决的问题,对船舶的探测也是当时的紧迫问题。作为主要探测手段的雷达应运而生，获得了快速发展。那时雷达的主要任务是发现目标的存在，测量目标的坐标位置，即飞机目标的距离，方位和仰角(或由距离与仰角换算出来的高度)，目标距离依靠测量雷达辐射信号从雷达到目标往返所需的传播时间来确定。要测量目标所在的角度必须依靠定向天线，即具有较窄波束宽度的雷达天线。为了使天线波束能照射到整个观测空域，天线波束必须在空间进行扫描，初期的雷达天线都是机械扫描天线。

二战之后，军用雷达技术获得很大发展，各种新的军用雷达在战后多次局部战争中均起了重要作用。军用雷达在现代战争中的作用主要表现在以下3个方面：

①雷达是各个级别上的作战指挥系统(亦称指挥、控制、通信计算机和情报、监视侦察系统，即C4ISR系统)中能够实时、主动、全天候获取有关目标战场环境信息的探测手段：

②雷达是各类先进作战平台(飞机、导弹、战舰、战车等)的不可缺少的组成部分，是实现远程打击、精确打击的必要手段，是发挥其作战效能的倍增器。

③雷达是发展和评估各类先进武器系统和进行军事技术研究的测试手段。

军用雷达的分类有多种方法。常用的主要分类方法有：

①按雷达测量的坐标参数分类，可分为二坐标(2D)雷达和三坐标(3D)雷达。例如，只测量目标距离和目标方位的雷达属于二坐标雷达；能同时测量目标的距离、方位、仰角的雷达则称为三坐标雷达。

②按功能和作用分类，雷达可分为空中搜索(警戒)雷达，目标指示(引导)雷达，火控雷达，制导雷达，炮位侦察雷达和岸防雷达等。

③按雷达装载的平台来分类，有机载雷达、舰载雷达、气球载雷达、弹载雷达、车载雷达、星载雷达等。以机载雷达为例，又可细分为机载预警雷达、机载火控雷达、机载战场侦察雷达、直升机载雷达、无人机载雷达等。其中每一种机载雷达根据功能差异，所用的主要技术等，又可分出许多品种。

④按采用的雷达信号形式来划分，有连续波雷达和脉冲雷达两大类。每一类中又包含多种雷达，如调频连续波雷达，脉冲多普勒雷达，脉冲压缩雷达等。

⑤其它分类方法，如根据其移动性可分为固定式雷达，机动雷达，可运输式雷达等；根据雷达作用距离大小，可分为近程雷达、中程雷达、远程雷达、超远程雷达，等等。

无论哪种雷达，都包含有产生高功率辐射信号的雷达发射机；向空间辐射信号的发射天线；接收从目标反射信号的接收天线；将微弱的接收信号进行放大滤波和变换的雷达接收机；对雷达信号进行处理、录取与显示的雷达终端设备；控制雷达天线转动，控制与录取天线波束指向数据的雷达伺服设备：雷达各分系统协调工作的频率综合器和定时器等。典型的先进脉冲雷达的基本组成，如图1所示。

在图l中，发射天线与接收天线公用，因而增加了双工器：图l中的发射机为功率放大式发射机，接收机则是采用了低噪声放大器(LNA)的外差式接收机。军用雷达要完成的基本功能主要是：①目标检测，在雷达观测空域内确定有无感兴趣的目标；②目标参数测量，亦称目标参数估计，用于确定目标位置，运动参数和提取其它目标特征参数；③目标分类、识别，用于确定目标类型，分辨真假目标等。

为实现这些功能，满足现代战争的特点与密切相关的军事需求，对各种用途的新一代军用雷达提出以下8点要求：①观察低可探测目标：(包括隐身目标，如隐身飞机、隐身无人机、隐身舰船)和直径5cm以下“空间垃圾”(对航天和空间飞行活动)，小型导弹，反辐射导弹(A刚)等；②提高雷达在复杂电磁干扰环境下工作的可靠性和有效性；提高雷达在硬打击(反辐射导弹和激光制导炸弹)下的生存能力；③提高雷达测量的分辨率和精度，以适应具有精确打击能力的各类作战平台和测量评估雷达发展的需要：④进行目标分类、识别和判别目标属性；⑤对地面、海面和空中运动目标进行高分辨成像，检测地面／海面的运动或静止军用目标；⑥发展双，基地雷达系统，将多部雷达组网，采用多传感器数据融合(MSDF)，改善雷达性能，提高雷达抗电子战、信息战能力与雷达的生存能力：⑦提高雷达进入各类指挥控制(C4ISR)系统与作战平台的综合能力；⑧将有源雷达与无源雷达结合，将雷达中的一些功能模块(例如天线，发射，接收，信号处理，计算机，终端显示)与敌我识别(IFF)、电子战(Ew)，通信系统设备等中的相应功能模块共用，严格控制雷达发射信号的辐射，对雷达辐射进行管理和改进雷达所在平台的综合电子系统的性能。

二、军用雷达技术的应用

为了实现这些日益增高的新要求，各项雷达新技术获得了很大发展，并逐渐应用于各类先进雷达之中。这些新技术主要表现在以下9个方面：1)雷达频段的扩展

在频率的高端，往毫米波、红外、激光雷达方向扩展：在低端则往vHF、UHF与HF(短波)波段扩展。2)雷达自动目标识别(ATR)

根据雷达观测数据及从雷达回波中提取的特征，对目标进行分类、识别、判别属性是实现战场管理，精确打击的重要条件，是当今雷达发展中的一个重大课题。3)雷达成像技术

采用大的瞬时信号带宽信号，可获得目标的高分辨一维像，再利用目标回波中多普勒频移的变化，即利用综合孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)的原理可获得很高的两维分辨能力，实现目标的两维成像，测量地面高度、探测林中隐蔽目标，甚至探测地下军事工事，这极大提高了雷达的应用范围。4)超低副瓣天线技术

高增益、超低副瓣天线(最大副瓣低于．40dB)是雷达抗干扰、抗ARM，抗杂波的关键技术。5)超宽带雷达技术

雷达信号的瞬时相对带宽大于25％的雷达称为超宽带雷达。超宽带雷达在目标识别、雷达成像、抗干扰、抗AI己M等方面均有重要意义。6)相控阵天线技术

除低／超低副瓣相控阵天线外，有源相控阵天线，共形相控阵天线和宽带相控阵天线的发展有重要意义。有源相控阵天线中每一个天线单元均有一个发射，接收组件(T瓜组件)，具有高性能、高可靠、低成本的发射／接收组件，数字波束形成(DBF)，自适应波束形成，大时宽带积信号的数字产生与数字处理等技术正在快速发展，并在相控阵天线的大量采用是降低先进雷达成本的重要措施。7)先进的信号处理与数据处理技术

随着计算机、集成电路技术的飞速发展，高速、大容量并行处理的实时处理成为可能。将其用于相控阵天线，可实现自适应数字波束形成(ADBF)。这将天线理论与信号处理相结合，出现了具有多种自适应能力的信号处理天线，为提高雷达的性能提供了新的潜力。8)雷达系统建模与仿真技术

利用现今迅速发展的计算机技术和仿真技术，可以在雷达研制过程中的设计阶段，合理确定各项战术技术指标，协调各分系统之间的指标分配、优化雷达系统设计，缩短雷达设计周期；在系统软件优化和系统性能评估中仿真技术更有重要作用。采用先进的雷达系统建模与仿真技术是克服先进雷达研制周期长，技术风险大，成本高的关键措施。9)雷达新工艺，新结构，新材料技术

为实现雷达的高机动能力，解决在一些复杂平台上安装所遇到的体积、重量的限制和恶劣物理环境的影响，解决大功率散热问题等，都要依赖于采用新工艺，新结构和新材料。同时，这些新技术也是提高雷达性能，缩短雷达研制周期，降低成本的重要措施。碳纤维复杂材料(CFRP)、纳米材料、微电子机械系统(MEMS)，在雷达中将有更广泛的应用。

二战以后，军用雷达技术保持了高速发展的势头，这与战后的冷战局面和美苏两国的军备竞赛有密切关系。计算机、集成电路和信号处理技术的发展使雷达中的运动目标显示(MTI)处理、脉冲多普勒(PD)处理、脉冲压缩等，先后从模拟处理方式转为数字处理方式，极大地提高了雷达的性能，也大大促进了相控阵雷达的诞生。1957年苏联成功发射第一个人造卫星上天以后，观测空间飞行目标，人造卫星和洲际弹道导弹成了重大课题，要求雷达作用距离要达到数千公里，可同时跟踪多批高速飞行的目标，只有采用计算机实时控制的相控阵才能实现这些功能。

相控阵雷达与机械扫描雷达的主要差别是它采用了由大量天线单元构成的阵列天线及其复杂的馈线系统，其中包括了大量的无源与有源微波器件。每一个天线单元上带有一个电控移相器或移相器和衰减器组成的幅相调节器(APV)，因而天线口径照射函数可在计算机控制下高速变化，使相控阵雷达具有常规机械扫描雷达所具备的若干技术特点，它们是：①天线波束的快速扫描能力；②天线波束形状的快速变化能力；③空间定向与空域滤波的能力；④空间功率合成能力；⑤天线与雷达平台共形的能力。

相控阵技术不仅在远程、超远程雷达近年来在各种战术雷达中也都得到了广泛应用。

除了相控阵天线技术外，高功率雷达发射机技术始终是雷达技术的一个重点。在雷达发展过程中，经历了三、四极管发射机、磁控管、速调管、行波管等电真空发射机，随着高功率半导体器件的发展，固态发射机技术越益被广泛应用，特别是应用于～些高性能相控阵雷达之中；但在高功率、高频段，例如毫米波波段的雷达发射机仍广泛采用电真空器件的发射机。为适应雷达观察隐身飞机和空对空、空对地、空对舰、反辐射导弹(AI洲)、无人飞机等雷达截面积小的低可观察目标，各种军用雷达对高功率发射机的要求更显突出，促使新的电真空、半导体功率放大器件快速发展，例如高功率回旋速调管、宽禁带(wBG)半导体功率器件及放大器等均成了当今雷达技术领域中的研究重点。

三、军用雷达的发展趋势

现代军用雷达的发展是以现代信息处理技术，微电子技术和计算机等信息技术的迅猛发展和广泛应用为基础的。信息技术是双刃剑，它同时提高敌对双方的信息化装备的性能水平，其中的雷达和雷达对抗(侦察与干扰)的全面较量也永无休止。对抗从地面、海上发展到空中、再到太空。现代军用雷达的技术特点则来源于对现实威胁(战区弹道导弹、巡航导弹、小目标、低空目标、高机动目标，饱和攻击、基于快速侦察的强电子干扰环境，等等)的深刻认识和日益增长的军事需求(多任务、多使命、多模式、一体化、机动性、生存能力、组网能力、情报融合能力、信息传输能力、标准化程度、升级能力，等等)。美欧现代雷达在技术特点和战术应用特点上融合的比较协调——先进技术发挥最大效能的同时，需求与应用也刺激着技术的更新换代。

采用相控阵天线技术实现复杂灵活的多模式波束运动方式，以实现警戒区域多任务、多使命和多模式的应用功能，可以应对于未来空中威胁和严酷的雷达对抗威胁。

采用低、极低或超低副瓣针状波束天线(ULSA)和低雷达发射峰值功率技术，使侦察设备难以随意感觉到雷达信号。雷达技术参数(发射峰值功率、发射频率、脉冲重频、脉冲宽度、信号波形、波束宽度、波束位置等)大范围智能化随机“捷变或异化”，工作模式多样且可快速变化，致使侦察设备对感觉到的信号难以完全测量。

雷达的战术应用特点是与其他任务使命相关联的，无论是美国的Ⅻ＼∞和TMD的各类雷达，还是俄罗斯的s．300系列防空系统雷达，或美国的E．2C“鹰眼”2000E、E．3“哨兵”、E．8C Joint Sta心‘联合监视目标攻击雷达系统”，它们都有着自己在C4ISRK中所处的“位置”，都有着自己相应的作战程序和多种任务，应用模式。从电子侦察的角度看，现代雷达采用副瓣针状波束，计算机根据任务要求智能地选择工作模式并在大范围内控制着雷达的工作参数和捷变规律，使得一部分现代雷达成为难以侦察的低截获概率(LPI)雷达而发挥出相当于过去多部老式雷达的功能。

因此，军用雷达在军事领域中担负着重要的角色，具有广阔的应用前景，对我国雷达事业的发展，也将起到一定的促进作用。可输入日期查看精彩内容 查看“中国军工研究所分布”输入721查看“9张图教你看懂解放军军衔”输入811查看“中国军工系统渊源考证”输入812查看“解放军最神秘的部门”输入820查看“详述航天五院”输入806查看“中国船舶领域研究所大全”输入810查看“日本军工企业大揭秘”输入710查看“中国即将面世的12大武器装备”输入813查看“航天科技与航天科工之区别”输入729查看“西安军工企业一览”输入816其他更多精彩的文章↓请点击下面“阅读原文↓”

第三篇：基于视频的车辆检测技术及其在智能交通中的应用

基于视频的车辆检测技术及其在智能交通中的应用

智能交通系统(ITS)，随着信息技术、计算机技术、数据通信传输技术、模式识别技术、图像处理技术等学科的迅猛发展，得到了日益广泛的应用，极大提高了交通管理的智能化、科学化、规范化水平。特别是计算机视觉技术的发展为提高交通系统智能化程度，提供了有效手段。

一、主要车辆检测技术及性能比较

依据车辆检测触发方式的不同，现有的车辆检测器主要分为以下几类：电磁感应、红外感应、微波感应、超声波、视频检测方式等。

电磁感应线圈（ILD）是一种普遍采用的方式，采用感应线圈应用到车辆检测中，开始于上个世纪70年代。其基本原理是在路面检测区域敷设感应线圈，当车辆经过线圈上方时，线圈电感量会发生变化，利用这种变换来检测是否有车辆通过。其优点是：该技术因为比较可靠的检测车辆，技术成熟、易于掌握，计数精确，同时系统稳定，受环境的影响较少。价格低廉。缺点是：安装过程对可靠性和寿命影响很大，维修或安装需中断交通，破坏路面，影响路面寿命。同时线圈易被重型车辆、路面修理等损坏，而且它的维护难度大，不易移植，线圈容易在夏季断路。

红外传感器使用发射、接收器，发射光束并接收反射光束，通过反射频率的变化进行对所需数据的检测。优点：同一算法能够适用于昼、夜不同的时段，价格中等。缺点：为了实现高灵敏度，可能需要很好的红外线焦平面检测器，来提高功率。

微波感应技术是利用雷达线性调频技术原理，对路面发射微波，通过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析，实现车辆检测。优点：能够应用于恶劣气候条件。缺点：在车流拥堵以及大型车较多、车型分布不均匀的路段，由于遮挡，测量精度会受到比较大的影响，对安装高度要求严格，安装困难，价格也比较昂贵。

超声波检测器的原理是这样的，首先由传感器发射一束能量到检测区，然后接受反射回来的能量束，通过有关的换能装臵，将能量转换成所需的数据，依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的位臵。优点：可靠性较高，易于安装。缺点：性能随环境温度和气流影响而降低，价格较贵。

基于视频的车辆检测技术，通过摄像机实时得到交通场景，运用图像处理和模式识别的知识来检测车辆，得到了广泛的应用。优点：易于安装调试，提供大量信息，价格适中。缺点：夜晚及恶劣天气存在较大误差。

二、视频检测技术

（一）系统组成

系统所用的硬件有：摄像机、镜头、图像采集卡，计算机。摄像机的功能是把光信号转换成电信号。镜头是成像部件，图像采集卡将摄像机输出的视频数据输入电脑，并转换成计算机可辨别的数字数据，存储在计算机中，成为可编辑处理的视频数据文件。计算机则是根据编制的程序，对输入的视频数据进行分析，检测是否有车辆经过。

（二）主要方法及原理

基于视频的车辆检测技术，按照是否建立模型可以分成基于模型的和非模型的两类。

基于模型的方法中应用最广泛的背景减除(Backgr-ound subtraction)技术，即从当前帧和背景帧的差异来检测运动目标，因此运动目标的检测结果和背景好坏有直接关系，生成的背景应当独立于应用场景，对不同环境、光照有一定的适应能力，能够抑止摄像机的微小抖动和场景中微小运动，当场景发生显著变化时，应当能够自适应调整背景模型。基于背景模型研究人员提出了不同的方法，a、时间平均(tineaueragb)是最简单的方法，它对内存要求低，处理速度快。

b、采用最近n帧的中值作为背景模型方法。以上两种方法对于场景中存在多个运动目标或目标运动缓慢时，前景会污染背景。

c、利用帧间差分(inter-frame differencd)信息来生成背景的方法，该方法能够应用于多个运动目标的场合，但更新率不容易选择。d、用卡乐曼滤波器对每个像素建立模型来适应场景中的光照变化，其缺点是依赖于阈值的选择。

e、用K个高斯混合分布（Gaussian Mixture Model GMM）对每个像素进行建模方法，它解决了像素的多峰分布和缓慢变化的背景。该方法假设像素符合高斯分布，实际像素颁布可能不满足该假设。对于频繁变化的像素，需要多个高斯混合分布才能反映这种变化。

f、利用了图像变化的时间信息和图像空间信息，假设属于背景像素的邻域像素变化应当一致，但是对于存在显著差异的背景边界会引起误检测。

g、在整幅图像上进行特征值分解方法，充分利用空间相关性，它能取得较好效果，但要耗费大量内存，检测精度要低于高斯混合模型。

h、基于内核密度（Kernel Density Estination,KDE）估计的非参数背景模型，该方法能够适应不同的场景，不同于GMM，它充分利用最近的历史帧信息来更新背景模型，能够适应复杂的像素分布密度，因此能够得到较准确的估计，能够克服像素值在短时间内发生的频繁变化。

对于非模型的方法，最简单的是设定一个检测区域，即采用虚拟线圈的视频检测技术。因为不依赖于特定的模型，因此实时性能好于基于模型的方法。虚拟线圈的设臵非常方便。不需要切割路面、瑶族设线圈，观测范围大，维护、移植方便。虚拟线圈原理是在视频图像中设臵检测线或检测区域来模拟感应线圈，当车辆经过检测线时，根据检测线像素的颜色、灰度等特征的变化来检测车辆。基于虚拟线圈的方法因为其简单、易用、实时性高，因而得到广泛的应用。

此外，图像处理中的其他特征边缘，牌照等特征也可作为是否有车辆经过的依据。图像边缘特征。在车辆检测中主要表现在车辆头部的车牌照、通风栅格等存在着丰富的纹理信息，车辆在行驶过程中可以看作是做刚体运动。因此可以依据边缘的密集程度来检测是否存在车辆。此外，边缘对于光照变化有很强的鲁棒性。牌照则是车辆身份的唯一标识，因此也可以把牌照作为车辆通过的依据。

（三）技术难点分析

1、高实时性

考虑高速公路的实际需求，对于车辆的检测不仅仅是统计车流量，还需要更精细的统计，如分车道、分车型、分时段统计车流量，对违章车辆进行抓拍，有的甚至要求只要有车辆通过就要抓拍车辆图片，进行存储，以备需要时查询。因此，要求视频检测系统应当具有较高的实时性。但是系统的实时性不仅取决于硬件的性能，也有赖于具体算法的实现。一般说来，算法的复杂程度和检测的效果成正比。因此，如果要保证实时性，就需要部分牺牲检测精度。

2、较高的准确度 通过视频车辆检测技术得到的交通流量数据，应当具有较高的可信度。这部分有赖于算法的性能。如前所述，精度和实时性是一对矛盾。提高检测准确率，可能会影响实时性。

3、全天候工作

高速公路全天24小时运营，因此需要视频检测算法能够适应白天和晚上不同的光照条件。同时算法应该克服白天的光线显著变化、阴影的影响，对晚上车灯的强光干扰应该有一定的鲁棒性。此外对于恶劣天气如雨、雪、雾等的处理有一定的难度。

4、遮挡问题

无论是微波还是超声波检测技术，当存在车辆遮挡时，出现漏检测情况。视频检测技术可以依据车辆的轮廓等先验知识部分解决这个问题，但是当视野较宽，小车被大车遮挡时，视频检测技术就无能为力。为了解决遮挡问题，需要双目视觉来实现。

5、车辆跟随时的检测

感应线圈、微波、超声波、视频检测技术都面临着如何当面前后两辆车距离很近时，怎样把这两辆车区分开的技术难点。

三、视频车辆检测技术的应用

基于视频的车辆检测技术除了能提供传统检测技术的交通参数，如车道占有率、车流量、车辆行驶速度等基本参数，还能够提供分车道、分车型、分行驶方向的更为全面的统计。更为重要的是能够提供经过车辆的图片。因此，基于视频的车辆检测技术不仅能够广泛的应用于高速公路、普通路、桥梁、隧道等的交通参数的实时统计，还可和牌照识别技术配合有效抑止、乃至杜绝高速公路收费中的倒卡作弊行为。视频检测技术和雷达测速配合使用，对超速车辆进行抓拍，可以提高高速执法力度，减少违章行为，减少事故发生。总之，基于视频的车辆检测技术在智能交通中应用越来越广泛，在智能交通的发展过程中将起到越来越重要的作用。

第四篇：交通诱导技术在大型活动中的应用

大型活动中的交通诱导技术

【摘 要】随着经济发展和社会不断进步，国内的各种大型活动越来越多，大型活动要求高，对城市交通带来了很大的冲击和影响，如何针对大型活动所具有的强聚散性、突发性和短时性的特点，制科学的交通诱导疏散策略成为当务之急。本文首先介绍了国内外大型活动的诱导疏散现状，并对大型活动的特点和交通出行特性进行分析，然后对交通流诱导系统方面的理论和相关模型进行了探讨，最后对交通诱导技术在大型活动中的应用前景进行了展望。

【关键词】大型活动;交通诱导；疏散

一、引言近年来，国内各地承办的各种大型活动越来越多，如北京奥运、上海世博会以及广州亚运会等等，南京2014年青奥会也已进入倒计时。大型活动种类繁多，要求高，虽促进了城市各方面基础设施建设，但对城市交通带来了很大的冲击和影响，如何针对大型活动所具有的强聚散性、突发性和短时性的特点，制定合理的、适应的、且强有效的交通诱导疏散策略成为当务之急。

目前，大型赛事的疏散思想主要是充分利用现有的道路交通设施，将主要的交通需求疏散到大容量，高速度的快速路和主干道上，从而向外进行人群疏散，同时，诱导人群尽量使用大运量的公共交通运输方式作为出行工具，减少道路资源的浪费，以最快速度将人流车流向外疏散出去，减少对市区正常交通的影响。

二、大型活动定义和分类

（一）大型活动的定义

1988年美国联邦公路局给出了计划性特殊活动(planned special events)的定义:即己计划好的在特定时间和地点发生的能引起交通需求非正常增长的特殊活动，如体育活动、娱乐活动、节日集会、展览会和各种典礼等。大型活动属于计划性特殊活动范畴，但并不是所有的计划性特殊活动都是大型活动，大型活动是应该有较大的规模，因此，大型活动应该是一种规模较大的计划性特殊活动。

2006年北京市制定了《北京市大型社会活动安全管理条例》，该项管理条例是我国第一部以大型活动安全管理为专项内容的法规。条例中指出:大型社会活动，是指主办者租用、借用或者以其他形式临时占用场所、场地，面向社会公众举办的文艺演出、体育比赛、展览展销、招聘会、庙会、灯会、游园会等群体性活动。

由此我们可以分析得知，大型活动是一项有目的、有计划、有步骤地组织众多人参与的社会协调活动。要把握三个重要概念:

第一，大型活动要有鲜明的目的性。大型活动往往耗费很多包括人力、物力在内的资源，来创造一定的预期效果，达到大型活动的最终目标。

第二，大型活动要有很强计划性。要举办一个大型活动，从最开始的构思、筹划、到举办、结束退场，都要有周密详尽的计划和应急预案。

第三，众多人参与是大型活动重要的概念。既然是大型活动，就应该有众多人参与，但并不是参与人数多就是大型活动。大型活动和小型活动的根本区别不仅在于参与人的数量，— 1 —

而且还在于活动的质量的高低和影响力的大小。

结合我国的国情，从对城市交通影响的角度考虑，本文的大型活动是指影响力较大，参加人数较多，对城市交通或是区域交通影响较大，需要制定相应的交通疏散方案组织入场、退场，有组织有计划的社会性活动，包括国际性的奥运会、世博会，全国性的全运会、大运会及其他大规模展会、集会等等。

（二）大型活动的特性

大型活动的特性分析是大型活动研究和对其进行组织和管理的基础，大型活动的六个主要基本特性是：

(1)活动发生时间。大型活动的举办时间可能是白天、晚上、周末、一天或者是多天，对大型活动的这个特性进行分析具有重要的意义，比如，大型活动在正常工作日举行，活动对居民通勤出行会产生比较大的影响，背景交通量也会比较大;(2)活动的具体时间和持续时间。活动的具体时间是指准确的活动开始和结束时间，知道活动的具体时间就可以妥善的安排观众到达和离开的高峰，如果活动是连续多天举办，则可以在活动期间进行不间断的管理。

(3)活动地点。活动地点指的是举办活动的具体地点以及周围相关的交通设施。这个特性主要分为单个场馆、多个场馆、固定场馆以及临时场馆。一般来讲，临时性的场馆周围没有停车区域，需要实现制定一个详细的行车录像和停车方案;而固定场馆周围都会有停车区域，而且到达这种举办地的交通也比较方便。

(4)预计参加人数。参加人数指的是预计参加活动的人数的最大数目。这个数目通常是以以前举办类似活动的资料为基础估计的，这个数字有的活动是确定的，有的活动是不确定的。

(5)容纳观众的方式。有的活动需要缴费购票，有的活动是指定座位。这个特征主要包括持票或不持票、购票或不购票、指定或不指定座位。如果参加活动是免费的，就很难进行预测。并且预测结果还要受到天气和其他因素的影响。

（6)活动形式。不同的活动形式内容不同或者针对的人群不同，不同的活动形式能够行使规则和许可要求也可能不同。

（三）大型活动的分类

大型活动的分类方法可以有很多种，按照不同的分类标准可以划分出不同的类别。如可以按照活动的级别和区域影响范围分为县市级、省级、国家级和国际级;按照活动时间又可以分为开始和结束时间固定的大型活动、开始和结束时间不固定的大型活动;按照活动地点可以划分为单一场所大型活动、多场所大型活动。而作为交通管理者，在活动规模一定的情况下，会主要从时间和地点两个角度考虑来考虑问题，因为这两个因素对交通疏散产生直接影响，根据活动时间和地点是否固定将大型活动活动划分为四类:时间地点都固定、时间地点都不固定、时间固定地点不固定、地点固定时间不固定。其中两者都固定的大型活动最常见，也是交通管理者最关心的，因为固定的时间和地点会在短时间内在固定区域内聚集大量交通对城市交通造成巨大影响。

根据上面大型活动的特征分析可将大型活动具体分类如下表所示。

（四）大型活动交通出行特性分析

充分认识大型活动交通需求以及交通流与常规出行的区别，才能合理进行建模，使得建立的模型更能描述大型活动的实际交通状况。

１、大型活动交通需求特性 1)交通需求的临时性

日常上下班的通勤出行每工作日都会发生，而大型活动一般较少举办，一般的足球赛可能每年若干次，较大的赛事可能若干年举办一次。因此，大型活动出行与常规出行的区别在于需求的临时性。日常通勤出行的路线比较固定，但是大型活动的出行路线因为出行者的不同而因人而异。

2)交通需求的空间集中性

大型活动一般会吸引大量的观众和各类参与者，一场中型的球赛可能有3～6万人参加，而大型开幕式可能吸引10多万人参与。大型活动引发的交通需求量远远大于其他类型用地所产生的交通需求量。例如，北京奥运会开幕式当天，几千平方公里的场地内吸引了16万各类人员;南京举办的十运会----开幕式，奥体中心场馆吸引了10多万人参加。

3)交通需求的时间集中性

一般而言，大型活动根据活动的服务时间可分为两类:提供一次性服务的大型活动和提供长效服务的大型活动。尽管两类活动的所持续的时间不等，但是大型活动出行相对于常规出行有非常严格的时间限制。对于一次性服务的大型活动而言，进场时间一般集中在2h左右，而散场时间更是集中在1h左右;并且大型活动的出行在时间上还具有很强的波动性。这种出行需求在时间上的集中性和波动性对交通设施带来了前所未有的考验。

4)交通需求的层次性

不同于城市的日常出行需求，大型活动的交通出行需求具有比较明显的层次性，且不同层次的优先级别不相同。例如，在奥运期间，雅典奥运交通管理部门把参与者分为七大类，即运动员和官员、裁判员和技术官员、媒体服务人员、其他贵宾、工作人员、志愿者和观众，并对不同层次的人员建立相应的管理机构或服务中心。每个中心都配备独立的交通管理组织和后勤保障系统，以提供良好可靠的服务。

5)交通需求的高可靠性

大型活动的举办有严格的时间，交通需求也具有很高的可靠性要求。这种可靠度可以理解为三个方面:大型活动场馆与其他交通节点之间的联通可靠性，保证可达;大型活动场馆与周边交通网络以及关键通道的通行能力可靠性，保证能够满足出行需求;各类人员尤其是关键人员到达大型活动场馆出行时间的可靠性，保证不同层次的人员到达场地的时间准时性。２、大型活动交通流特性

大型活动交通流特性受出行需求特性的影响。基于以上出行需求特性的分析，大型活动交通流具备以下显著特性: 1)不确定性

大型活动出行需求的临时性，导致了出行者对路线的不明确，也即出行路线的不确定性。在一般的交通模型中，假设出行者对道路网络的流量以及停车位的车位数都比较了解，因此用户最优的交通分配原则来进行均衡配流;但是大型活动出行具有临时性，出行者对路线、路况和停车场的感知有一定误差，因此用带误差项的随机用户均衡等模型描述更合理。

2)时空分布不均

根据大型活动服务时间的分类，一次性服务的大型活动和长效服务的大型活动。一次性服务的活动指的是球赛、演唱会和开幕式等服务时间集中的大型活动。这类活动的参与者都会在活动开始前的一段时间集中到达，散场之后也会在更集中的时间内离开场馆、这类活动的交通流峰值比较高，活动期间的交通流比较平稳，以背景交通流为主，如图1所示。长效性服务的大型活动指是展览会、庙会和音乐节等活动。这类活动观众可以在任何时间到场和离场，且到达的人数随时间变化。这类活动在进场和散场期间会有比较大的高峰流量，但是峰值强度不如一次性服务活动的高，且在活动期间也有持续的进场和散场，需要进行全程的交通组织，流量特性如图2所示。

图1一次性服务大型活动的交通流特性

图2长效性服务大型活动的交通流特性

3)交通流随时空波动大

城市常规出行的交通流一般在上下班时间出现出行高峰，出现高峰的时间一致，且出现高峰的路段为整个交通网络。然而，大型活动引起的交通需求在周边路网上的流量具有很强的时空波动性，散场之后高峰流会沿着主要疏散通道由活动场馆向外围随时间扩散。在疏散的过程中，疏散网络上不同的路段和节点会在不同的时间出现高峰流量。

4)交通流单源多汇或多源单汇

大型活动的出行具有很强的目的性，因此导致大型活动的交通流具有很强的方向性，并且在进场和散场的过程中完全相反。在进场过程中，观众的出发地不相同，是城市的各个小区;而目的地相对惟一，最终目的地为场馆，因此在进场过程中形成了“多源单汇”的交通流。反之，在大型活动散场后，出行者的目的地是城市的各个交通小区，而出发点相对惟一，是大型活动场馆，因此形成了“单源多汇”的疏散流。无论是进场的“多源单汇”交通流还是“单源多汇”的疏散流，都与常规交通流有着本质的区别。

5)不均匀系数大

大型活动进散场过程中，出行需求目的性比较强。在大型活动开始前的进场过程中，出行者的起点各异而目的地惟一，因此在前往活动场馆方向的路段车道上流量较大，此时在相反的方向上流量较小，甚至有的路段流量很小。而在活动结束后的散场过程中，出行者的目的地各异而起点惟一，因此散场方向上的流量更大，而相反的方向流量较小。数据表明，在晚上散场时段某些路段在散场方向上的流量是相反流量的16倍之多。尽管日常上下班高峰道路上也会出现不均匀的现场，但是大型活动进散场的不均匀程度要高得多，并且在路网上普遍存在。因此在交通组织和管理时，应充分利用这种交通流特性，制定合理的交通组织方案，如单行、禁行和不同流量的信号配臵。

6)出行方式差异明显

常规出行中，出行者可根据自身出行的条件和差异来选择不同的出行方式;而大型活动的出行组织中，活动组织方为保证活动的顺利进行，要根据不同出行者的不同出行需求，主动地提供不同的交通服务。例如对于官员、运动员和教练员、媒体记者提供专用的交通服务，保证其安全准时到达会场;而对于服务人员和观众，应根据地区特点以及活动要求，提供方便快捷的大运量公交或临时公交，保证运量;对于个人小汽车方式出行的观众，应引导其采用停车换乘方式，在适当地停车并乘公交到达。这种交通出行的方式具有比较固定的比 例，因此各种交通方式的出行量比较容易控制和预测。

三、交通流诱导系统理论

交通流诱导系统，即TFGS(Traffic Flow Guidance System)是综合应用各种技术方法对路网中的交通流进行引导，使得道路的路段和交叉口不至于拥挤。交通流诱导系统(TFGS)，或者叫做城市交通路线引导系统(TRGS } Traffic Route Guidance System)和车辆导航系统(VNS.vehicle navigation system)，主要运用电子、计算机、网络和通信等现代技术，向特定的驾驶员提供其所需要的最优行车路径以及实施的交通信息。所以这种系统也被称为车辆导航系统。通过使用这种车辆导航系统，能够使得交通阻塞的情况有效地减少，也能够使得车辆在道路上停留的时间大大的减少，并最终实现路上中交通流量的最优分配。

（一）交通流诱导系统的分类

按照诱导信息发布的空间分布不同可以将交通流诱导系统分为车内诱导系统和车外诱

导系统车内诱导系统主要依靠车载导航系统接收实时的道路交通信息，通过车载电子地图和车载计算单元向驾驶员提供最优路径，指导驾驶员避开拥挤，进而减少燃油消耗和交通事故。车外诱导系统是通过设在城市道路两旁的信息显示屏来发布诱导信息，主要采用文字和简易图形两种显示方式反映交通状况，为交通拥挤路段提供替代路径，指引驾驶员避开拥挤。

按照交通诱导的方式不同可以分为中心式诱导系统和分布式诱导系统两类。中心式动态路径诱导系统，即CDRGS(Centrally Dynamic Route Guidance Systems)，是应用红外信标等双向数据通信技术，以所获得的实时交通信息为基础，在控制中心为每一个OD对进行最优或者是最准路线的计算，在提供给用户使用。中心是动态路径诱导系统主要分为两类:(1)B-CDRGS(Broadcast type-CDRGS)，即广播类的中心式动态路径诱导系统。例如:Euro-Scout系统。(2)I-CDRGS(Interactive type-CDRGS)，即交互类的中心式动态路径诱导系统。例如:日本的“LUCY'’系统就是典型的中心式动态路径诱导系统。该系统是利用任意三颗在太空中运行的商用卫星确定申请诱导的用户车辆位臵，然后将所获得的车辆定位信息传送给控制中心，从而使得控制中心可以根据车辆的定位信息以及用户申请所去的目的地，计算出相关的诱导路径，同时利用一定的通信手段实时地将诱导路径传送给用户车载计算机，来达到对用户实时诱导的最终目的。

分布式交通流诱导系统区别中心式诱导系统在于其不需要双向数据通信，交通信息由交通信息服务中心发布，车载导航系统中安装有交通信息接收设备，根据接收到的实时动态交通信息进行路径计算。分布式诱导系统的优点在于不需要占用大量的通信带宽，其缺点在于当车载导航系统的用户超过全部出行者三分之一的时候，会造成诱导车辆集中，因此产生新的交通拥挤，这就是交通诱导领域的Braess矛盾效应。

中心式车辆动态路径诱导系统相对于分布式诱导系统的特点:（1）中心式动态路径诱导系统是从系统角度出发来计算最短路径的，这样就可以避免Braess矛盾效应，充分的利用路网，从而提高系统的效率;下面解释一下Braess矛盾效应，如果控制中心给被诱导的车辆发送的诱导信息是相同的，就会出现车辆被分配到相同的而且比较畅通的道路，使得这条本来畅通的道路很快变得拥挤，这就是Braess矛盾效应。

（2)CDRGS有简单的车载单元，而且能被控制中心有效控制;（3）CDRGS由稳定且功能强大的主机进行基于系统最优及某种最短路准则的路径规划，所以有时不满足个别用户的需要。而且在系统所属车辆较多时会带来繁重的通信负担;（4）CDRGS使得车内装臵花费最小。但是在初建时由于基础设施投资较大，而带来巨大的经济负担。

无论是中心式诱导系统还是分布式诱导系统，交通流诱导系统(如图３所示)包括以下几个子系统。

.交通流信息采集与处理子系统.车辆定位子系统.交通信息服务子系统.行车路线优化子系统

图３ 交通诱导系统结构

（二）动态交通分配理论

实时动态交通分配理论是交通流诱导系统的核心部分，就是将交通流实时分配到路网中，具体的说就是确定各条路径的实时流量，按照一定的分配原则为车辆分配路径。分配原则根据Wardrop用户最优原理或者Wardrop系统最优原理。Wardrop原理是由著名的交通专家Wardrop于1952年提出来的。

Wardrop第一原理:网络上的交通以这样一种方式分布，就是使所有使用的路线都比没有使用的路线费用小。

Wardrop第二原理:车辆在网络上的分布，使得网络上所有车辆的总出行时间最小。如果交通分配模型满足Wardrop第一原理称为用户均衡分配模型(User-Optimized Equilibrium)，满足Wardrop第二原理则称为系统最优均衡分配模型(System-Optimized Equilibrium)。否则，则称为非均衡模型。

１、用户最优均衡模型

用户最优均衡原理是指对于同一个OD对间的可选路径，分配流量的路径都有相同的行程时间且小于等于没被分配流量的行程时间，也就是说驾驶员不能够单方面的改变其路径并降低其行程时间。被分配的路径一定是行程时间最小的路径，且被分配的路径的行程时间相等，小于没被分配流量路径的行程时间，驾驶员就不会再找到一条路径能比被分配的路径的行程时间更小。前提假设是:①所有用户(即出行者)都试图选择最短路径到达其目的地;②所有用户都根据同一标准判断路径的长短;③所有用户都可以得到当前交通状态下可供选择路径的全部信息;④所有用户知道所有路网的交通状态，均服从交通分配。

模型的基本公式为:

２、系统最优均衡模型

系统最优均衡原理是指假设司机能够接受统一的调度，大家的共同目的是使系统(整个路网)的总阻抗(行程时间)最小。

模型基本公式为:

式中符号意义同上式。

Wardrop第一原理是从极小化出行者自身费用的角度来描述网络平衡的，反映了交通网络用户路径选择的一种准则，按照第一原理分配出来的结果应该是出行者实际路径选择的结果。而Wardrop第二原理则是从极小化整个系统费用的角度来描述网络平衡的，它反映了一种目标，即按什么样的方式分配对系统而言是最好的。

在普通的交通网络中是不可能出现第二原理所描述的状态，除非所有的出行者互相协作为系统最优化而努力。

无论是系统最优还是用户最优，都包括静态和动态两种模型。所谓的静态就是交通需求固定而不是随着时间的变化而变化的。反之用户需求是时变函数，则为动态。

3、非均衡模型

非均衡型，又称非平衡模型，结构简单，计算方便，在实践中得到了广泛的应用。非平衡模型按其分配手段可分为动态和静态两类，但按其形态可分为单路径型与多路径型两类。因此，非平衡模型可分为最短路分配，容量限制分配，静态多路径分配，动态多路径分配四种交通分配方法如下表所示。一般来说，动态方法优于静态方法，多路径型方法优于最短路

型方法。

４、双层规划模型

双层规划问题可以描述为Stackelberg游戏模型。在该模型中，上层的决策能影响下层的行为;同时下层的反应可以影响上层的决定。双层规划是一种具有二层递阶结构的系统优化问题，模型的上层问题和下层问题都有各自的目标函数和约束条件。双层规划上层模型的目标函数和约束条件与下层模型决策变量有关，且依赖于下层模型的最优解;同时双层规划下层模型的最优解又受到上层决策变量的影响。根据双层规划的定义，它描述的问题有如下特征:(1)层次性。模型所描述的系统是分层管理的，各层决策者依次做出决策。上层决策约束下层行为，下层服从且影响上层。

(2)独立性。下层并非完全无条件服从上层，它有自己相应的自主权。

(3)冲突性。上下层决策者有各自不同的目标，并且这些目标一般是相互矛盾的。(4)优先性。上层决策者优先做出决策，而下层决策者做出自己的决策时，必须服从上层的制定的约束准则。

(5)自主性。各层决策者分别控制该层的决策变量，以优化各自的目标。

(6)制约性。上层决策会影响下层决策者的行为，并作用于双方目标函数;下层决策也影响着上层目标的实现。

双层规划模型建模

在双层规划模型中，上下层决策者都控制着相应的决策变量，并优化各自的目标函数。通用的双层规划模型有如下形式。

双层网络设计模型就是在满足上层模型(U)的约束条件下，考虑了下层模型(L)的决策行为后，寻找最佳上层决策变量y*，使系统目标函数z达到最优。上层模型通过反应函数y=y(x)作用于下层模型。

四、交通诱导技术在国内外大型活动中的应用现状

国内外举办的国际性体育赛事等大型活动的举办为大型活动交通组织和管理提供了良

好的基础和积累了丰富的经验。Amodei, Blacks和Tsamboulas等分别对1996年亚特兰大奥运会、2000年悉尼奥运会以及2004年雅典奥运会的交通组织和管理取得的经验进行了全面的阐述。这些研究报告的主要内容偏重于对交通管理原则的制定以及评价，主要包括交通需求管理、公共交通规划及管理、停车场以及换乘规划和信息发布等几个主要方面。FHWA于2003发布了大型活动交通管理有关的研究报告《Managing Travel For Planned Special Events》，该报告比较系统地介绍了大型活动的申请及可行性分析以及大型活动交通组织机构的成员构成和协调方法，并分时间段对活动前、活动中和活动后大型活动的交通组织管理措施进行了介绍。

国内关于大型活动交通组织和管理的研究项目主要依托于近几年的举办的大型活动。东南大学研究团队对2005年举办的“十运会”制定了比较完善的交通组织方案，尤其保证了VIP特殊人员的出行可靠性;北京工业大学刘小明、陈艳艳和荣建等对2008年北京奥运会交通规划展开了研究，主要成果有《奥运交通规划》报告;同济大学陈小鸿、晏克非等对2010年上海世博会的交通规划和组织展开了研究，并对制定了相关的交通预案;马小毅和龙小强等人开展了2010年广州亚运会的交通组织研究，分别从建设和组织两个层次提出了详细的规划，并用标定的交通规划模型对亚运场馆的可达性进行了定量的预测;武汉理工大学章辉、张亮和杨帆等人对大型活动以及突发事件展开了相关的研究，针对大型活动可能出现的突发事件制定了相应的方案。

从文献来看，大型活动交通需求预测和公交优化模型都比较成熟，能够有效指导实际工作。然而，这些研究只涉及到大型活动交通组织和管理的某些方面，而如何得到更优的交通组织方案，需要对理论和模型展开更多的研究。

五、交通诱导技术在大型活动中的应用前景展望 大型活动中的交通诱导技术应用是大型活动成功举办的关键因素之一，作为连接观众和活动中心的纽带，需要在适当的时机采取一系列交通措施，使得整个交通状态有序运行。交通疏散问题已经深入到我们日常生活中的方方面面，并在各个大型活动及大型事件下产生了强大的影响和不可或缺的作用，受到了各国政府和科研机构的广泛的重视。可以预见的是，随着科学技术的不断发展，尤其是通信技术的不断创新进步，交通诱导疏散将会融合更多的先进技术，提出更加智能，更加快速完善的疏散方案，为交通保障提供支撑。

参考文献

1、《面向大型社会活动的快速路网控制策略仿真评价方法》 杨珍珍 计算机应用研究 2010年12期

2、《城市智能交通诱导系统研究 》 田弼比

交通工程 2011年２月

3、《交通仿真技术在城市交通诱导评价中的应用研究》孔桦桦

交通标准化 2011年第１期

4、《大型活动动态交通组织方法建模研究》吕能超 博士论文 2010年５月

5、《面向大型活动的动态交通诱导疏散关键技术研究》杨薇 硕士论文 2011年５月

6、《智能交通诱导系统》 张学军 硕士论文 2008年12月

第五篇：免疫学检测技术在食品安全中的应用

免疫学检测技术在食品安全中的应用

杨明

（甘肃农业大学 动物医学院，甘肃 兰州 730070）

食品安全问题在21世纪的今天已经成为全世界关注的重大问题，对国家的经济发展和消费者的身体健康产生了重大影响。随着我国市场经济的的不断完善和发展，食品行业对外贸易与日剧增，食品的质量与安全问题已成为影响农业和食品工业产品竞争力的关键因素。同时，由于我国人民生活已由温饱型食物结构转向营业健康型食物结构，全民食品营业卫生知识得到普及。人民的饮食消费观念也由数量型转向质量型，对食品卫生质量标准的要求越练越高，这就对食品检测技术提出更高的要求。

由于食品种类丰富，食品中检测的有毒有害物质种类和组分繁多，需要检测的物质质量极低，样品中待检物的浓度常为μg、ng甚至 pg级，除此之外，许多检测物除需检测物质本身，还涉及其衍生物和降解物测定。区别同位异构体以及元素的价态等。因此食品检测要求检测方法更加准确、快速、方便，也使得其他学科的先进技术不断应用于食品检测领域中来，由于新技术的引入，食品行业开发出了许多自动化程度和精确度很高的检测仪器，这不仅缩短了分析时间，减少了人力误差，也大大提高了食品分析检测的速度、灵敏度和准确度。现代食品检测技术主要包括以下几个方面：①计算机视觉技术；②现代仪器分析技术；③食品物性的力学、声学和电学检测技术；④电子传感检测技术；⑤生物传感技术；⑥核酸探针检测技术；⑦PCR基因扩增技术；⑧免疫学检测技术。

免疫学检测技术是食品检测技术中的一个重要组成部分，特别是三大免疫技术——荧光免疫技术、酶免疫技术、放射免疫技术在食品检测中得到了广泛应用。利用免疫学检测技术可检测细菌、病毒、真菌、各种毒素、寄生虫等，还可用于蛋白质、激素、其他生理活性物质、药物残留、抗生素等的检测，其检测方法简便、快速、灵敏度高、特异性强，特别是单克隆抗体的发展，使得免疫检测方法特异性更强，结果更准确。

免疫分析是抗原与抗体的特异性、可逆性结合为基础的分析技术。1959年，Yalow和Berson 将发射性同位素示踪与免疫反应相结合建立了发射免疫测定法，从而开创了免疫分析这一崭新领域，次后又发展了许多替代或非同位素免疫免疫分析法。

1．免疫荧光技术在食品检测中的应用

免疫荧光分析（Immuno Fluorescence Assay , IFA）始创于20世纪40年代初，1942年Cons等首次报道用异硫氰酸荧光素标记抗体，检查小鼠组织切片中的可溶性肺炎球菌多糖抗体，但此种荧光素标记物的性能较差，未能推广应用，20世纪50年代，Riggs等合成性能较为优良的异硫氰酸荧光素。Mashall等对荧光抗体的标记方法又进行了改进，从而使得免疫荧光技术逐渐推广应用。1．1 基本原理

抗体与荧光素结合后，并不影响其与相应的抗原发生特异性反应，事先将待测抗原固定与玻璃载玻片上，滴加荧光标记抗体，若荧光标记抗体与相应的抗原发生特异性结合反应，不能被缓冲液冲掉，载荧光显微镜下可观察到荧光，否则荧光抗体被缓冲液冲掉，在显微镜下观察不到荧光。1．2 荧光免疫测定法的分类

根据标记荧光产生的方式不同分为底物标记荧光测定法、荧光偏振免疫测定法、荧光猝灭增强免疫测定法。FIA可使用均相或非均相分析方式，均相FIA应用较多。

1．2．1 底物标记荧光测定法

底物标记荧光测定法（SLFIA）使用一种酶的底物标记待测物，底物本身无荧光，在受到相应酶的催化时能转变为荧光物，当标记底物与抗体结合产生的空间位阻阻碍了酶与标记底物间的接触，样品中的待测物通过竞争作用使游离的酶标结合物或荧光强度增加。1．2．2荧光偏振免疫测定法

使用偏振光作为激发光时，视分子的运动状态，发射的荧光可能是振动方向各向随机化的普通荧光，或是只在某一平面振动的偏振荧光（ploarized fluorescence）在反应液中，游离的标记物分子体积小，在布朗运动中转动速度快，受偏振光照射后产生的荧光偏振方向被分散，不能产生偏振光，只发射普通荧光；与抗体结合的标记物分子体积增大，布朗运动速度减慢，甚至不能转动而形成定向排列，所以受偏振光激发后能产生偏振荧光，样品中的待测物的量越大，偏振荧光的强度越高。

1．2．3 荧光淬灭免疫测定法

荧光淬灭免疫测定法（Fluoresecent Quenching Immunoassay）的原理是当荧光标记物与抗体结合后发生荧光淬灭。荧光猝灭的机制尚不清楚，荧光淬灭可能与标记物与抗体结合后导致电子振动状态的改变有关。1．2．4荧光增强免疫测定法

荧光增强免疫测定法（Fluoresecent Enhancement Immunoassay）的原理与荧光淬灭增强免疫测定法相似，不同的是标记物与抗体结合后荧光强度增强。酶免疫检测技术在食品检测中的应用

酶免疫检测技术是在20世纪60年代在荧光和组织化学的基础上发展起来的一种新技术，最初用酶代表荧光素标记抗体作为生物组织中抗原的鉴定和定位。随后发展为用于鉴定免疫扩散及免疫电泳板上的沉淀线，到1971年，Engrall等用碱性磷酸酶标记抗原或抗体，建立了酶联免疫吸附试验（ELISA），这一技术因其高度的准确性、特异性、应用范围广、检测速度快以及费用低等优点，是目前食品检测中令人瞩目的有发展前途的一种新技术。2．1 酶免疫技术的基本原理

用酶标记已知的抗原（抗体），然后与样品在一定条件下反应，如果样品中含有相应的抗体（抗原），抗原抗体结合形成复合物中所带酶分子遇到底物时，能催化底物水解、氧化或还原，产生显色反应，这样就可以定性定量测定样品中的抗体（抗原）。2．2 酶免疫技术的分类

酶免疫技术发展迅猛，种类繁多，酶免疫技术分为酶免疫组化技术和酶免疫测定技术，酶免疫测定技术又分为均相免疫测定和异相免疫测定技术，异相免疫测定技术又分为固相免疫测定技术和液相免疫测定技术。2．3 酶联免疫吸附测定技术 2．3．1 基本原理

抗体（抗原）与酶结合后，仍然能和相应的抗原（抗体）发生特异性结合，将待测样品事先包被于固相载体表面，加入酶标抗体（抗原），酶将抗体（抗原）于吸附于固相载体上相应的抗原（抗体）发生特异性结合反应，形成酶标记的免疫复合物，不能被缓冲液冲掉，当加入酶的底物时，底物发生化学反应，呈颜色变化，颜色深浅与待测抗原或抗体的量有关，可定性或定量测定抗原或抗体。ELISA常用的方法有直接法、间接法、双抗体夹心法、双夹心法和竞争法。2．3．2 ELISA技术在食品安全性检测中的应用及前景

ELISA技术把抗原抗体特异性与酶反应的敏感性相结合，使食品在未经分离的提取的情况下，即可进行定性和定量分析。近年来，该技术在食品安全检测中正逐步推广应用，用于细菌及其毒素、真菌及其毒素、病毒、寄生虫的检测。还用于蛋白质、激素、农业残留、兽药残留和抗生素及食品成分和劣质食品的检测分析。ELISA技术由于灵敏度高、特异性强、检测费用低和易于商品化，具有十分广阔的应用前景。

3．放射免疫技术在食品检测中的应用

放射免疫技术（Radio Immunoassay ,RIA）是以放射性核素为标记物的标记免疫分析法。是由Yalow和Berson于1960年创建的标记免疫分析技术。由于标记物放射性核素的检测灵敏性，本法灵敏度高，测定准确性良好，特别适应于蛋白质、激素和多肽的精确定量测定。3．1 基本原理

放射免疫分析的基本原理是标记抗原和非标记抗原对特异性抗体的竞争结合反应。在这一反应系统中，作为试剂的标记抗原和抗体的量是固定的，抗体量一般采用能结合40％-50%的标记抗原，而受检标本中的非标记抗原是变化的，根据标本中抗原的量不同，得到不同的反应结果。当标记抗原、非标记抗原和特异性抗体三者同时在于一个反应系统时，由于标记抗原和非标记抗原对特异性抗体具有相同的结合力，因此两者相互竞争特异性的抗体，由于标记抗原与特异性抗体的量是固定的，故标记抗原抗体复合物形成的量就随着非标记抗原的量而改变。非标记抗原量增加，相应的结合较多的抗体，从而抑制了标记抗原对抗体的结合，是标记抗原抗体复合物的量相应减少，游离的标记抗原相应的增加，亦即抗原抗体复合物中的放射性强度与受检标本中抗原的浓度呈反比。若将抗原抗体复合物与游离的标记抗原分开，分别测定其放射强度，就可计算出结合的标记抗原（B）与游离的标记抗原（F）的比值（B/F），这与标本中的抗原呈函数关系。用一系列不同的标准抗原进行测定，计算相应的B/F值，可得到一条剂量反应曲线，受检标本在同样条件下进行测定，计算B/F值，即可在剂量反应曲线是查出标本中的抗原含量。放射免疫测定 分为液相放射免疫测定和固相放射免疫测定。3．2 放射免疫技术在食品检测中的应用

RIA测定就是应用放射性物质代替ELISA中的标记酶作为抗原或抗体耦联物，在食品安全检测中最常见的同位素是3H和14C。1978年，Charm在RIA技术的基础上发展了放射免疫检测技术（RRA），放射免疫检测在快速检测方面最成功的是CharmⅡ6600/7600抗生素快速检测系统，该系统就是利用专一受体来识别结合于同一类抗生素族中的母环以便最快速同时检测同一抗生素族在样品中的残留情况。目前，CharmⅡ7600检测系统就β－内酰胺类、氯霉素类、四环素类、磺胺类、氨唑西林及碱性磷酸酶这六项检测以被FDA认可。放射免疫技术由于可以避免假阳性，适宜于阳性率较低的大量样品检测，对水产品、肉类产品、果疏产品中的农药残留量的检测中广泛应用。还可检测经食品传播的细菌及毒素、真菌及毒素、病毒和寄生虫及小分子物质和大分子物质。如南京农业大学用放射免疫测定牛奶中的天花粉蛋白。

4．免疫胶体金检测技术在食品检测中的应用

免疫胶体金检测技术又叫Rosa.Tests法，是利用胶体金颗粒进行标记的一项新技术。4．1基本原理

氯金酸（HAuCl4）在还原剂作用下，可聚合成一定大小的金颗粒，形成负电的疏水胶溶液，由于静电作用而成为稳定的胶体状态，故称胶体金。胶体金标记，实质上是蛋白质等分子被吸附到胶体金颗粒表面的过程，吸附机理可能是胶体金颗粒表面带有负电荷，与蛋白质的正电荷基团因静电吸附而行形成牢固结合，用已知还原法可以方便地从HAuCl4制备各种不同的粒径，不同颜色的胶体金颗粒，这种球形的颗粒对蛋白质有很强的吸附功能，可以与葡萄球菌A蛋白、毒素、免疫球蛋白、糖蛋白、酶、抗生素、激素等非共价结合。

免疫胶体金检测原理是利用了金颗粒具有电子密度的特性，当这些标记物在相应配体处大量聚集时，肉眼可见红色或粉红色斑点。因而可用于定性或定量的快速检测方法中。这一方法可通过银颗粒的沉积被放大，称之为免疫金银染色。4．2 免疫胶体金技术在食品检测中的应用

该技术当前主要用于在牛奶中检测抗生素，可在十分钟内快速检测牛奶中的抗生素，利用该技术可检测的抗生素种类有六种，β－内酰胺、四环素、磺胺二甲嘧啶、恩诺沙星和黄曲霉毒素，可检测的β－内酰胺药物有氨苄青霉素、阿莫西林、邻氯青霉素头孢噻呋、头孢霉素和青霉素G等。由于该技术结果直观、操作简单，在食品安全检测中有广阔的应用前景。单克隆抗体技术在食品检测中的应用

抗体主要由B淋巴细胞合成，每个B淋巴细胞有合成一种抗体的遗传基因，如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可以得到由单细胞经分裂增殖而形成的细胞群，即克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体。1975年，Kohler和 Milstein发现将小鼠骨髓瘤细胞和绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞进行融合，形成了杂交细胞即可产生抗体，又可无限增殖，从而创 立了单克隆抗体杂交瘤技术。这一技术为医学和生物学基础研究开创了新纪元，是免疫学领域的重大突破。5．1 基本原理

B淋巴细胞具有专一性的合成针对某一抗原决定簇的抗体，但这种B淋巴细胞不能在体外生长，而骨髓瘤细胞可在体外生长，应用细胞杂交技术使骨髓瘤细胞与免疫的淋巴细胞二者合二为一，得到杂种的骨髓瘤细胞即杂交瘤细胞，这种杂交瘤细胞即具有专一性合成某一抗体的特性，也具有瘤细胞能在体外无限增殖的特性，用这种杂交瘤细胞培养的细胞群，可制备抗一种抗原决定簇的特异性单克隆抗体，这种用杂交瘤技术制备的单克隆抗体称为第二抗体，主要抗原能引起小鼠的抗体应答，应用杂交瘤技术可获得几乎所有抗原的单克隆抗体。5．2 单克隆抗体技术在食品检测中的应用

单克隆抗体在食品检测中最大的优点是特异性强，不易出现假阳性。在食品检测中有广泛的应用前景。目前人们已制备出各种经食品传播和引起食物中毒的细菌及毒素、真菌及毒素、病毒、寄生虫、农药、激素等的单克隆抗体并建立的检测方法。

磺胺二甲嘧啶和克伦特罗（瘦肉精）这两种药物被欧美各国和我国列为兽药残留控制重点，国内研究出了用于动物性食品中磺胺二甲嘧啶检测的单克隆抗体试剂盒和克伦特罗残留检测的多克隆试剂盒。这两种试剂盒具有特异性强、仪器化程度低、样品前处理简单、检测时间短，在实际生产中应用前景广阔，填补了国内空白。

单克隆抗体检测技术可在十分钟内快速检测有机磷类、氨基甲酸酯类、有机氯类、拟除虫菊酯类及激素类的残留量为农产品的优质安全提供技术支持。

英国建立了自动肉制品中的沙门氏菌的单克隆抗体检测方法，人们还制出了单核增生性李特氏杆菌的单抗，用单抗ELISA检测该菌。乳中氯霉素的单克隆抗体检测技术也被建立。

食品储藏过程中会受到霉菌污染，现已从青霉、毛霉等霉菌中提取耐热性抗原制成单克隆抗体用ELISA方法可检出加热和未加热食品中的霉菌。免疫测定新技术

6．1 脂质体免疫测定法

脂质体免疫测定法（LIA）是一种较新的免疫测定技术，脂质体是由磷脂或由其他类脂分子在水相中自发形成的一种密闭的双分子单层或多层囊泡，脂质体表面还可以连接抗原或抗体分子。这种生物模拟膜在形成过程中能包裹水及其中的溶质（染料或酶），膜的稳定性可随免疫反应有规律变化。根据释放出的标记物的量进行测定，所以LIA具有很高的信号放大作用。目前LIA主要存在脂质体的稳定性和非特异性溶解问题。6．2 克隆酶给予体免疫测定法

克隆酶给予体免疫测定法（CEDIA）是一种新型均相免疫测定法。CEDIA中使用由重组DNA技术获得的半乳糖苷酶两个独立的蛋白质片段，这两个片段独立存在时无酶活性，但两个片段结合则显示催化活性。以此作为分析方法的基础。其中较小片段称为酶给予体片段（ED），另一片段称为酶受体片段（EA）。ED标记物与抗体集合后不再与EA形成酶，所以当样品中待测物增 加时则游离ED标记物增多，使反应液中酶产生增加，经底物显色测定。CEDIA是目前灵敏度较高的均相免疫测定法。6．3 发光免疫测定法

发光免疫测定法（CLIA）常用鲁米诺（Luminol）、异鲁米诺（Isoluminol）及其衍生物进行标记。这些环肼类化合物在碱性条件下可被氧化产生3-胺基苯二甲酸盐和430nm的发射光。在鲁米诺的芳氨基上进行烃链取代后产光性能增强，但若置换芳氨基则发光被破坏。另外丫叮酯也用于发光标记。CLIA操作简单、灵敏度高、测定速度快。但CLIA产光物质发光时间极短（数秒钟），测定误差较大。6．4免疫传感器技术

免疫传感器是生物传感器的一种，近年来已取得迅速发展。免疫传感器的探头主要由两部分组成；感受器：通常覆有连接有特异性抗体的可更换的传感膜；换能器：能将抗原抗体产生的信号转换为可供仪器检测的电信号。免疫传感器使用对象广泛，专一性较强，高度的自动化，微型化与集成化减少对使用者及环境技术条件的依赖，测定速度快，适合现场或野外操作。6．5 多组分免疫测定法

根据不同检测物标记方法互不相同，分析条件和检测信号互不干扰。同一反应液中同时检测不同的检测物。但这种方法必须使几种标记物的测定条件相互协调，其灵敏度和组分数受到限制。

免疫反应最大的特点是高度选择性，抗原抗体的亲和数通常为109或更高。作为一种分析手段，免疫分析技术操作简单、速度快、分析成本低，在食品安全检测中已表现出巨大的应用潜力。此外免疫分析技术能与其他技术联用，在联用方法中免疫技术即可作为高效液相色谱（HPLC）或气相色谱法（GC）等测定技术的样品进化或分离手段，也可作为其离线或在线检测方法。这些方法结合了免疫分析的选择性，灵敏性与HPLC，GC等技术的高速，高效分离和准确检测能力，使分析过程简化，分析成本下降，拓展了待测物范围。

免疫分析测定法提供的待测物组分或结构方面的信息太少，一般不具备多残留分析能力；免疫分析过程复杂，影响因素众多，且不易控制，结果易于出现假阳性，方法难以标准化；方法建立过程复杂，研究周期长，某些待测物半抗原难以合成。免疫测定法不可能取代色谱或光谱等常规分析方法，只能作为其重要补充。

参考文献

[1]现代食品检测技术.赵杰文,孙永海主编.中国轻工业出版社.北京,2005:4.[2]兽药残留分析.赵俊锁,邱月明,王超主编.上海科学技术出版社.2002:2.[3]食品安全与卫生.曹小红主编.科学出版社.2006:7.[4]兽医免疫学.杜念心主编.中国农业出版社.北京:1997.[5]分子免疫学.余传霖主编.上海医科大学出版社.复旦大学出版社.上海:2001.[6]细胞和分子免疫学.余伯泉主编.科学出版社.2001.[7]乳和乳制品检测技术.翁鸿珍主编.中国轻工业出版社.北京:2006.[8]乳品安全和乳品检测技术.庞广昌,陈庆森,刘志和,等主编.科学出版社.北京： 2005.