Sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật thông tin và truyền thông đã góp phần thúc đẩy cho sự ra đời của nhiều ứng dụng trong quản lý, khai thác giao thông đường bộ mà trong đó phải kể đến sự xuất hiện của hệ thống giao thông thông minh. Tại các nước phát triển như Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Nhật Bản... khái niệm “hệ thống giao thông thông minh” không còn xa lạ. Cụ thể, đó là việc đưa công nghệ cao của thông tin truyền thông ứng dụng vào cơ sở hạ tầng và trong phương tiện giao thông, tối ưu hóa quản lý, điều hành nhằm giảm thiều ùn tắc, tai nạn, tăng cường năng lực vận tải hàng khách.
Đây là lý do cần nhanh chóng có giải pháp nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống giám sát - điều khiển, giúp khai thác tối đa khả năng của cơ sở hạ tầng giao thông. Việc này bao gồm các nhiệm vụ nâng cao độ chính xác của hệ thống thu thập thông tin dòng giao thông và tăng cường mức độ thông minh cho các hệ thống điều khiển – giám sát giao thông.
Ở những quốc gia có hệ thống giao thông phát triển hoàn thiện, dòng giao thông chủ yếu là ôtô, các xe chạy theo làn một cách có tổ chức. Khi đó, thu thập các các số liệu về dòng giao thông không phải là việc khó. Ở Việt Nam, dòng giao thông có đặc trưng chủ yếu là hỗn hợp và tính tổ chức thấp nên việc có được số liệu chính xác về nó không hề đơn giản. Lấy một ví dụ, tất cả các hệ thống đếm xe được triển khai ở Việt Nam đều không có khả năng đếm chính xác số lượng xe máy trong khi đây là loại phương tiện chủ yếu trong dòng giao thông.
Hình 2.2 Dòng giao thông ở Hong Kong (trái) và ở Hà Nội (phải)
Trên thế giới, việc phát triển các hệ thống ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong thu thập dữ liệu dòng giao thông đã được quan tâm từ khá lâu (từ những năm 80), nhưng những thành quả quan trọng thì chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian gần đây như hệ quả của những thành tựu trong công nghệ điện tử bán dẫn và công nghệ thông tin. Những thành quả này báo hiệu một xu hướng mới trong thiết kế và xây dựng các hệ thống thu thập dữ liệu giao thông. Tính đến nay đã có nhiều hệ thống được triển khai thành công, ví dụ:
Hệ thống giám sát giao thông của hãng IBM
Phần mềm giám sát giao thông thời gian thực của hãng IBM được phát triển tại trung tâm nghiên cứu IBM do Belle L. Tseng, Ching-Ịung Lin và John R. Smith chủ trì. Hệ thống thực hiện việc đếm số lượng xe trên đường cao tốc, bắt bám và phân lớp chúng.
Hệ thống TRIP - Anh
Hệ thống đánh giá giao thông bằng phương pháp xử lý ảnh (Traffic Research using Image Processing - TRIP) là sản phẩm hợp tác phát triển giữa trường đại học Manchester, Viện khoa học và công nghệ, và trường đại học Sheffield, vương quốc Anh từ những năm 1980, đây là một trong những hệ thống ứng dụng phương pháp xử lý ảnh trong giám sát giao thông sớm nhất. Hệ thống được thiết kế chủ yếu để đếm số phương tiện giao thông đi trên đường cao tốc.
Hệ thống Sample Points - Nhật bản
Được phát triển tại Nhật bản từ đầu những năm 1980. Hệ thống có khả năng đếm số lượng xe và xác định tốc độ xe chạy trên đường.
Hệ thống WADS – Mỹ
Hệ thống phát hiện phạm vi rộng (WADS), được phát triển tại phòng thí nghiệm Jet Propulsion, Mỹ, hệ thống này có thể phát hiện, đếm và ước lượng tốc độ của xe.
Hệ thống ACRC – Anh
Trung tâm nghiên cứu tính toán hiệu năng cao tại trường đại học Bristol đã tạo ra một hệ thống có khả năng đếm xe trên nhiều làn đường một lúc, đo tốc độ và bắt bám đối tượng xe qua các con đường phức tạp. Thuật toán phát hiện đối tượng dựa trên sự sai khác nhau giữa hai ảnh liên tiếp là trọng tâm của hệ thống. Các vùng có đối tượng chuyển động được phân đoạn để bắt bám từ ảnh này đến ảnh khác trong chuỗi ảnh, nó có khả năng tìm đường đi của đối tượng xe, tính tốc độ và đưa toàn bộ chúng ra màn hình máy tính. Một số phương pháp để tách ra sự khác nhau giữa các ảnh liên tiếp trong chuỗi ảnh được phát hiện để giảm tối thiểu ảnh hưởng của thay đổi ánh sáng trong khi vẫn thu được vùng chuyển động. Tất cả các thuật toán được thực hiện trong phần cứng. Các toán tử thực hiện mức thấp như sự khác nhau giữa các ảnh và duy trì ảnh tham chiếu cũng được thực hiện trong phần cứng. Điều này cho phép hệ thống thực hiện trong thời gian thực.
Hệ thống IMPACTS – Anh
IMPACTS là một hệ thống giám sát giao thông được phát triển bởi Hoose tại trường đại học London. Nó thực hiện ở mức vĩ mô, tức là không quan tâm đến việc xác định hay bắt bám từng đối tượng xe mà nó cung cấp một mô tả về phân bố không gian giữa các vùng chuyển động và các vùng không chuyển động trong ảnh giao thông. Hệ thống chia ảnh giao thông ra làm một số các ô, mỗi ô có chiều rộng xấp xỉ chiều rộng của làn đường giao thông và chiều dài bằng chiều của ô tô. Mỗi ô sẽ có thể có một trong ba trạng thái: không có xe, xe đang đỗ hoặc xe đang chuyển động. Các ô mà có cùng một trạng thái được nhóm lại với nhau theo chiều dài của làn đường để đưa ra đối tượng xe. Trạng thái của các ô sẽ được xác định bằng cách sử dụng hai thuật toán, một thuật toán để xác định đối tượng xe và một thuật toán để xác định trạng thái chuyển động. Các đối tượng xe được phát hiện bằng cách chỉ ra một số nhất định các đường biên có trong ô. Việc chuyển động được xác định bằng cách thực hiện trừ ảnh trên từng ô ở hai thời điểm khác nhau.
Hệ thống Autoscopy – Mỹ
Autoscope là một hệ thống có khả năng thu nhận được các dữ liệu về giao thông thời gian thực. Dự án được bắt đầu tại trường đại học Minnesota vào năm 1984 và được sự hỗ trợ của khoa giao thông Minnesota và ban quản lý đường cao tốc Federal. Autoscope hiện nay thuộc về Oconolite (California, Mỹ).
Hơn thế, có nhiều thiết bị, hệ thống đã được phát triển dưới dạng các sản phẩm thương mại. Tuy nhiên những hệ thống này không được thiết kế để làm việc với dòng giao thông ở Việt nam nên ta không thể thực hiện phương án đơn giản nhất là mua và sử dụng ngay những sản phẩm có sẵn này, vì vậy cần nghiên cứu một hệ thống phù hợp với tình hình giao thông ở nước ta hiện nay.
Mục đích của công nghệ xử lý ảnh trong giao thông là phân tích ảnh camera để thu thập được các dữ liệu về dòng giao thông như số lượng xe, tốc độ xe, loại xe, biển số xe đồng thời tự động giám sát một số biểu hiện vi phạm luật giao thông như chạy quá tốc độ, vượt làn trái phép, …