广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (2): 31-51.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2025032504

• 智慧交通 • 上一篇    下一篇

一种基于复合框架的城市道路场景车辆轨迹提取方法

田晟*, 冯帅涛, 李嘉   

  1. 华南理工大学 土木与交通学院,广东 广州 510641
  • 收稿日期:2025-03-25 修回日期:2025-05-25 发布日期:2026-02-03
  • 通讯作者: 田晟(1969—),男,江西九江人,华南理工大学副教授,博士。E-mail: shitian1@scut.edu.cn
  • 基金资助:
    广东省自然科学基金(2021A1515011587)

A Framework for Enhanced Vehicle Trajectory Extraction in Urban Road Scenes

TIAN Sheng*, FENG Shuaitao, LI Jia   

  1. School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510641, China
  • Received:2025-03-25 Revised:2025-05-25 Published:2026-02-03

摘要: 城市道路车辆轨迹提取对智能交通监管至关重要,但现有技术存在检测精度低、身份跳变导致轨迹断裂等问题。为了解决这些问题,本文提出融合改进YOLOv7-tiny检测、StrongSORT跟踪与Savitzky-Golay滤波优化的复合框架(integrated framework of improved YOLOv7-tiny detection, StrongSORT tracking, and Savitzky-Golay filtering optimization, IYSSG)。该框架能够利用交通监控设备采集的城市道路监控视频数据,高效提取不同车辆目标的轨迹。经过实验评估,IYSSG框架在3个主要任务中表现出色。在车辆检测方面,改进后的YOLOv7-tiny算法在保障检测速度的同时,精度、召回率和mAP@0.5相较于原始YOLOv7-tiny算法分别提升2.5、8.5和3.7个百分点;在车辆跟踪方面,StrongSORT算法相比于DeepSORT算法,MOTA(multiple object tracking accuracy)和MOTP(multiple object tracking precision)指标分别取得4.92和2.7个百分点的提升;在车辆轨迹提取与优化方面,Savitzky-Golay滤波算法有效解决因视频抖动和算法误差等客观因素导致的轨迹点缺失和轨迹不平滑问题,有助于研究人员从交通监控视频中提取精确的车辆轨迹,从而更好地分析定位交通问题。

关键词: YOLOv7-tiny, 目标检测, 深度学习, 多目标跟踪, 轨迹提取, 城市道路, 车辆轨迹

Abstract: Vehicle trajectory extraction on urban roads is crucial for intelligent transportation supervision, but existing techniques suffer from low detection accuracy and broken trajectories due to identity hopping. In this paper, a composite framework that fuses improved YOLOv7-tiny detection, StrongSORT tracking and Savitzky-Golay filter optimization is proposed. The framework is capable of efficiently extracting the trajectories of different vehicle targets using urban road surveillance video data collected by traffic monitoring devices. Based on experimental evaluation, the IYSSG framework performs well in three main tasks. In vehicle detection, the improved YOLOv7-tiny algorithm ensures the detection speed, while precision, recall rate and mAP@0.5 increase by 2.5%, 8.5%, and 3.7%, respectively, compared with the original YOLOv7-tiny algorithm. In terms of vehicle tracking, the StrongSORT algorithm achieves a 4.92% and 2.7% improvement in MOTA and MOTP metrics, respectively, compared with the DeepSORT algorithm. In terms of vehicle trajectory extraction and optimization, the Savitzky-Golay filtering algorithm effectively solves the problems of missing trajectory points and unsmooth trajectory due to objective factors such as video jitter and algorithmic errors, which helps the researchers to extract accurate vehicle trajectories from the traffic surveillance video for better analysis and localization of traffic problems.

Key words: YOLOv7-tiny, target detection, deep learning, multi-target tracking, trajectory extraction, urban road, vehicle track

中图分类号:  U495;TP391.41

[1] 胡昭华, 王长富.改进Faster R-CNN的遥感图像小目标检测算法[J].计算机工程与科学, 2024, 46(6):1063-1071.
[2] 邵延华, 张铎, 楚红雨, 等.基于深度学习的YOLO目标检测综述[J].电子与信息学报, 2022,44(10):3697-3708.
[3] YIN Q J, YANG W Z, RAN M Y, et al.FD-SSD:an improved SSD object detection algorithm based on feature fusion and dilated convolution[J].Signal Processing:Image Communication, 2021, 98:116402.DOI:10.1016/j.image.2021.116402.
[4] QIU M L, HUANG L, TANG B H.ASFF-YOLOv5:multielement detection method for road traffic in UAV images based on multiscale feature fusion[J].Remote Sensing, 2022, 14(14):3498.DOI:10.3390/rs14143498.
[5] HU S M, ZHAO F, LU H Z, et al.Improving YOLOv7-tiny for infrared and visible light image object detection on drones[J].Remote Sensing, 2023, 15(13):3214.DOI:10.3390/rs15133214.
[6] 范谦, 姚利德, 赵宇, 等.基于改进YOLOv7-Tiny的交通车辆与行人轻量级目标检测算法[J].扬州大学学报(自然科学版), 2024, 27(6):34-42.DOI:10.19411/j.1007-824x.2024.06.005.
[7] 火久元, 苏泓瑞, 武泽宇, 等.基于改进YOLOv8的道路交通小目标车辆检测算法[J].计算机工程, 2025, 51(1):246-257.DOI:10.19678/j.issn.1000-3428.0069825.
[8] 王国帅, 黄贻望, 刘建晓, 等.Transformer结构与注意力机制融合的无人机图像小目标识别方法[J].南京大学学报(自然科学), 2025, 61(2):214-222.DOI:10.13232/j.cnki.jnju.2025.02.003.
[9] BEWLEY A, GE Z Y, OTT L, et al.Simple online and realtime tracking[C]//2016 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP).Piscataway,NJ:IEEE, 2016:3464-3468.DOI:10.1109/ICIP.2016.7533003.
[10] WOJKE N, BEWLEY A, PAULUS D.Simple online and realtime tracking with a deep association metric[C]//2017 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP).New York, NY:ACM, 2017:3645-3649.DOI:10.1109/ICIP.2017.8296962.
[11] DU Y H, ZHAO Z C, SONG Y, et al.StrongSORT:make DeepSORT great again[J].IEEE Transactions on Multimedia, 2023, 25:8725-8737.DOI:10.1109/TMM.2023.3240881.
[12] LUO H, JIANG W, GU Y Z, et al.A strong baseline and batch normalization neck for deep person re-identification[J].IEEE Transactions on Multimedia, 2020, 22(10):2597-2609.DOI:10.1109/TMM.2019.2958756.
[13] SHENG W S, SHEN J H, HUANG Q M, et al.Multi-objective pedestrian tracking method based on YOLOv8 and improved DeepSORT[J].Mathematical Biosciences and Engineering, 2024, 21(2):1791-1805.DOI:10.3934/mbe.2024077.
[14] ZHANG Y N, ZHANG T, HUANG Z C.Multiple vehicle detection and tracking using improved YOLOv5 and strong SORT[C]//International Conference on Computer Graphics, Artificial Intelligence, and Data Processing (ICCAID 2022).Bellingham, WA:SPIE, 2023:66.DOI:10.1117/12.2674583.
[15] DHATBALE R, CHILUKURI B R.Deep learning techniques for vehicle trajectory extraction in mixed traffic[J].Journal of Big Data Analytics in Transportation, 2021, 3(2):141-157.DOI:10.1007/s42421-021-00042-3.
[16] 周雄峰.基于深度学习的多目标车辆轨迹自动采集方法[J].交通科技, 2021(4):135-140, 144.DOI:10.3963/j.issn.1671-7570.2021.04.030.
[17] 李俊彦, 宋焕生, 张朝阳, 等.基于视频的多目标车辆跟踪及轨迹优化[J].计算机工程与应用, 2020, 56(5):194-199.DOI:10.3778/j.issn.1002-8331.1904-0191.
[18] ZHU L, WANG X J, KE Z H, et al.BiFormer:vision transformer with bi-level routing attention[C]//2023 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR).Piscataway,NJ:IEEE, 2023:10323-10333.DOI:10.1109/CVPR52729.2023.00995.
[19] OUYANG D L, HE S, ZHANG G Z, et al.Efficient multi-scale attention module with cross-spatial learning[C]//2023 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP).Piscataway,NJ:IEEE, 2023:1-5.DOI:10.1109/ICASSP49357.2023.10096516.
[20] DONG Z, WU Y W, PEI M T, et al.Vehicle type classification using a semisupervised convolutional neural network[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2015, 16(4):2247-2256.DOI:10.1109/TITS.2015.2402438.
[21] WEN L Y, DU D W, CAI Z W, et al.UA-DETRAC:a new benchmark and protocol for multi-object detection and tracking[J].Computer Vision and Image Understanding, 2020, 193:102907.DOI:10.1016/j.cviu.2020.102907.
[22] TIAN S, LI J, ZHANG J M, et al.STLRF-Stack:a fault prediction model for pure electric vehicles based on a high dimensional imbalanced dataset[J].IET Intelligent Transport Systems, 2023, 17(2):400-417.DOI:10.1049/itr2.12267.
[23] ZHANG L H, XIONG N, PAN X H, et al.Improved object detection method utilizing YOLOv7-tiny for unmanned aerial vehicle photographic imagery[J].Algorithms, 2023, 16(11):520.DOI:10.3390/a16110520.
[24] 刘浩翰, 樊一鸣, 贺怀清, 等.改进YOLOv7-tiny的目标检测轻量化模型[J].计算机工程与应用, 2023, 59(14):166-175.DOI:10.3778/j.issn.1002-8331.2302-0115.
[25] 李永上, 马荣贵, 张美月.改进YOLOv5s+DeepSORT的监控视频车流量统计[J].计算机工程与应用, 2022, 58(5):271-279.DOI:10.3778/j.issn.1002-8331.2108-0346.
[26] LI F F, CHEN Y, HU M, et al.Helmet-wearing tracking detection based on StrongSORT[J].Sensors, 2023, 23(3):1682.DOI:10.3390/s23031682.
[27] 李俊彦.交通场景中多目标车辆检测跟踪技术研究[D].西安:长安大学, 2020.DOI:10.26976/d.cnki.gchau.2020.000980.
[1] 吕辉, 司可. 基于改进RT-DETR的光伏板缺陷检测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 52-64.
[2] 王旭阳, 梁宇航. 多尺度非对称注意力遥感去雾Transformer[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 77-89.
[3] 罗缘, 朱文忠, 王文, 吴宇浩. 基于改进PatchTST的多步水质预测模型[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 115-131.
[4] 田晟, 赵凯龙, 苗佳霖. 基于改进YOLO11n模型的自动驾驶道路交通检测算法研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(1): 1-9.
[5] 黄文杰, 罗维平, 陈镇南, 彭志祥, 丁梓豪. 基于YOLO11的轻量化PCB缺陷检测算法研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(1): 56-67.
[6] 韩华彬, 高丙朋, 蔡鑫, 孙凯. 基于HO-CNN-BiLSTM-Transformer模型的风机叶片结冰故障诊断[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(6): 13-28.
[7] 魏梓书, 陈志刚, 王衍学, 哈斯铁尔·马德提汗. 基于SBSI-YOLO11的轻量化轴承外观缺陷检测算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(6): 80-91.
[8] 刘廷汉, 梁艳, 黄鹏升, 闭金杰, 黄守麟, 李廷会. 基于改进YOLOv8s的人脸痤疮小目标检测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(5): 114-129.
[9] 田晟, 熊辰崟, 龙安洋. 基于改进PointNet++的城市道路点云分类方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 1-14.
[10] 黎宗孝, 张健, 罗鑫悦, 赵嶷飞, 卢飞. 基于K-means和Adam-LSTM的机场进场航迹预测研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 15-23.
[11] 石天怡, 南新元, 郭翔羽, 赵濮, 蔡鑫. 基于改进ConvNeXt的苹果叶片病害分类算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 83-96.
[12] 汤亮, 陈博文, 牛一森, 马荣庚. 基于YOLOv8的雾天车辆行人实时检测方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(3): 72-83.
[13] 郭翔羽, 石天怡, 陈燕楠, 南新元, 蔡鑫. 基于YOLO-CDBW模型的列车接触网异物检测研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(2): 56-69.
[14] 苏春海, 夏海英. 抗噪声双约束网络的面部表情识别[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(2): 70-82.
[15] 刘玉娜, 马双宝. 基于改进YOLOv8n的轻量化织物疵点检测算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(2): 83-94.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 田晟, 赵凯龙, 苗佳霖. 基于改进YOLO11n模型的自动驾驶道路交通检测算法研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(1): 1 -9 .
[2] 徐秀虹, 张进燕, 卢羽玲, 梁小平, 廖广凤, 卢汝梅. 萝藦科药用植物中新C21甾体的研究进展(Ⅱ)[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 1 -16 .
[3] 王星宇, 郑浩楠, 刘肖, 崔世龙, 蔡进军. 壳聚糖基吸附材料的制备及其吸附去除水中污染物的研究进展[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 17 -30 .
[4] 吕辉, 司可. 基于改进RT-DETR的光伏板缺陷检测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 52 -64 .
[5] 宋冠武, 李建军. 基于自蒸馏边缘细化的遥感图像语义分割[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 65 -76 .
[6] 王旭阳, 梁宇航. 多尺度非对称注意力遥感去雾Transformer[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 77 -89 .
[7] 张胜伟, 曹洁. 融合傅里叶卷积与差异感知的钢材表面微小缺陷检测算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 90 -102 .
[8] 王巍, 李智威, 张赵阳, 张洪, 周蠡, 王振, 黄放, 王灿. 基于IFA-BP神经网络模型的变电站碳排放预测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 103 -114 .
[9] 罗缘, 朱文忠, 王文, 吴宇浩. 基于改进PatchTST的多步水质预测模型[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 115 -131 .
[10] 陈斯淋, 刘佳飞, 周何馨, 吴璟莉, 李高仕. 复杂网络中基于多特征引力模型的关键节点识别方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 132 -144 .
版权所有 © 广西师范大学学报(自然科学版)编辑部
地址:广西桂林市三里店育才路15号 邮编:541004
电话:0773-5857325 E-mail: gxsdzkb@mailbox.gxnu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发