一種動態自適應交通信號控制裝置及方法

2023-07-28 16:16:06 1

專利名稱：一種動態自適應交通信號控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及交通信號控制領域，特別是一種基於視頻的動態自適應交通信號控制裝置及方法。
背景技術：
通過優化的交通信號控制方法提高交叉口的通行效率，是改善城市交通環境的一種有效方法。城市交通流具有很大的隨機性，為了充分發揮路口的通行能力，要求交通信號控制裝置能夠實時檢測路口的交通狀況，並根據檢測結果動態調整交通信號的放行順序和放行時間。

發明內容
本發明的目的是提供一種針對路口交通流具有隨機性的特點，能夠根據路口交通狀況實時調整交通信號放行順序和放行時間，且易於安裝和實施的交通信號控制裝置及方法。根據本發明一方面，提出一種動態自適應交通信號控制裝置，該裝置包括:多個視頻採集設備A和一個交通信號控制器B，其中:所述視頻採集設備A安裝在路口各入口方向上，用於通過視頻圖像實時檢測路口車輛的排隊長度；所述交通信號控制器B安裝在路口附近，通過其內置的無線通信模塊與所述視頻採集設備A進行通信，用於根據所述路口車輛的排隊長度實時調整路口紅綠燈的放行順序和放行時間。根據本發明另一方面，提出一種利用所述交通信號控制裝置對交通信號進行動態自適應控制的方法，所述方法包括以下步驟:步驟1，手動設定視頻採集設備A的檢測區域，並配置所述視頻採集設備A的安裝高度、車道寬度；步驟2，所述視頻採集設備A實時檢測所述檢測區域內路口車輛的排隊長度；步驟3，根據現場情況手動設定放行階段集合；步驟4，交通信號控制器B根據所述視頻採集設備A檢測到的所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，對於交通信號進行控制。本發明一種動態自適應交通信號控制裝置及方法的有益效果是:交通信號控制器和視頻檢測設備間通過無線方式進行通信，很容易在現有的交通信號控制設備上進行改造實施，簡化了安裝與施工過程，從而可以減少對道路交通流的影響；使用本發明的這種裝置能根據路口交通狀況實時調整放行的順序和時間，車流量較大的方向能夠得到優先放行，獲得的放行時間也較長，另外，在選擇放行階段的過程中還考慮了距離上次放行的時間，能避免車流量較小的方向長時間得不到放行，以保證行車安全。


圖1是根據本發明一實施例的交通信號控制裝置結構圖；圖2是一個典型的十字路口拓撲圖；圖3是根據本發明一實施例的交通信號控制裝置安裝示意圖；圖4是根據本發明另一實施例的交通信號控制裝置安裝示意圖；圖5是根據本發明一實施例的視頻採集設備的硬體結構圖；圖6是本發明交通信號控制方法的流程圖；圖7是根據本發明一實施例的合理的放行階段集合示意圖；圖8是根據本發明另一實施例的合理的放行階段集合示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。根據本發明的一方面，提供一種基於視頻的動態自適應交通信號控制裝置，如圖1所示，所述交通信號控制裝置包括多個視頻採集設備A和一個交通信號控制器B，其中:所述視頻採集設備A安裝在路口各入口方向上，既可以安裝在入口停車線的上方，也可以安裝在距離入口停車線80 100米的位置，用於通過視頻圖像實時檢測路口車輛的排隊長度；在本發明實施例中，對於圖2所示的一個典型十字路口，所述視頻採集設備A有兩種安裝方式:I)從停車線往後照所述視頻採集設備A安裝在交叉口照明燈或信號燈的橫杆或專用立柱上，位於停車線的上方，面向車輛駛來方向，如圖3所示，圖中，301是交通信號控制器，302、303、304、305是視頻採集設備，交通信號控制器301和視頻採集設備(302、303、304、305)之間通過Zigbee協議進行通信。視頻採集設備安裝高度大約在7 10米之間。視頻採集設備需要具有O 100米的有效檢測範圍，可同時檢測5條以上車道，為了保證檢測精度，要儘量確保攝像機光軸在路面的映射與道路平行。2)從後往停車線照視頻採集設備安裝在照明燈橫杆或專用立柱上，離停車線80 100米，照向停車線，如圖4所示，圖中401是交通信號控制器，402、403、404和405是視頻採集設備，交通信號控制器401和視頻採集設備(402、403、404、405)之間通過Zigbee協議進行通信。視頻採集設備的視域一定要包括停車線，為了保證檢測精度，要儘量確保視域中停車線保持水平，其它要求與從停車線往後照方式的相同。所述交通信號控制器B —般安裝在路口附近，通過其內置的無線通信模塊與所述視頻採集設備A進行通信，用於根據所述路口車輛的排隊長度實時調整路口紅綠燈的放行順序和放行時間。所述交通信號控制器B可由普通的交通信號控制器增加支持Zigbee等無線通信協議的無線通信模塊構成。圖5是根據本發明一實施例的視頻採集設備的硬體結構圖，如圖5所示，所述視頻採集設備A進一步包括處理模塊1、無線通信模塊2和電源模塊3，其中:所述無線通信模塊2支持Zigbee等無線通信協議，用於支持所述處理模塊I與所述交通信號控制器B之間的通信，其通過電源線112與所述電源模塊3相連；所述電源模塊3採用太陽能電池控制器，用於為所述無線通信模塊2和所述處理模塊I供電；所述處理模塊I通過串口 111與所述無線通信模塊2相連，通過電源線113與所述電源模塊3相連；所述處理模塊I進一步包括視頻採集單元101、圖像處理單元102和存儲單元103，其中，所述視頻採集單元101用於實時檢測視野範圍內的車輛排隊長度，在本發明一實施例中，所述視頻採集單元101採用CMOS攝像機；所述圖像處理單元102通過USB接口 106與所述視頻採集單元101連接，用於接收並處理所述視頻採集單元101採集得到的視頻信號，這裡的處理包括圖像去噪、背景建模、前景分析，最後提取所述車輛排隊長度，並將提取到的車輛排隊長度信息存入所述存儲單元103中；所述存儲單元103通過數據線104和控制線105與所述圖像處理單元102連接，用於保存所述圖像處理單元102的處理結果O根據本發明的另一方面，提供一種利用所述交通信號控制裝置基於視頻對交通信號進行動態自適應控制的方法，如圖6所示，所述方法包括以下步驟:步驟1，手動設定視頻採集設備A的檢測區域，並配置所述視頻採集設備A的安裝高度、車道寬度等信息；步驟2，所述視頻採集設備A實時檢測所述檢測區域內路口車輛的排隊長度；該步驟中，檢測結果存放在本地的緩衝區內，並每秒更新一次。當所述視頻採集設備A收到交通信號控制器B發來的查詢消息後，將緩衝區內存儲的檢測結果發送給交通信號控制器B。步驟3，根據現場情況手動設定放行階段集合，其中，根據車流方向劃分放行階段，多個放行階段組成一個放行階段集合，一個合理的放行階段集合除了要保證交通安全，還要滿足放行階段集合中任意兩個放行階段間不包含相同的放行方向，並且放行階段集合中所有的放行階段全體涵蓋了所有的放行方向；以圖2所示的十字路口為例，假設右轉燈不用控制，圖7和圖8是兩個合理的放行階段集合的示例。在實際應用中，可以將一天劃分為多個時段，並為每個時段設定相應的放行階段集合。例如，可將一天分為5個時段，分別是
，[7:00-9:00],[9:00-17:00[，[17:00-19:00]和[19:00-24:00]，其中[7:00-9:00]和[17:00-19:00]是早高峰和晚尖峰時段，採用圖7所示的放行階段集合，其餘時段採用圖8所示的放行階段集
入
口 ο 步驟4，交通信號控制器B根據所述視頻採集設備A檢測到的所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，對於交通信號進行控制；對於交通信號的控制是一個不斷循環的過程，每一循環過程包括以下幾個步驟:步驟41，根據所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，選擇放行階段；所述選擇放行階段具體為:交通信號控制器B通過其內置的無線通信模塊向所述視頻採集設備A查詢檢測區域內路口車輛的排隊長度，並根據查詢結果計算放行階段集合中所有放行階段的放行緊迫度，選擇其中放行緊迫度最大的放行階段作為下一放行階段，其中:利用下式來計算某一個放行階段的放行緊迫度e:e = q+kd,其中，q是該放行階段包含的放行方向上的車輛排隊長度的最大值(單位:米)，d是該放行階段距離上次放行結束的時間(單位:秒)，k是根據經驗設定的係數，取值範圍為I 5 ;如果最終得到的放行階段有多個選擇結果，即這些放行階段的放行緊迫度相同，則從中選擇符合常規放行順序的下一個階段作為下一放行階段。這裡的常規方向順序指的是:東西和南北兩個方向輪流放，放東西(或南北)方向時，先放相對的直行，再放相對的左轉。步驟42，根據所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，選擇放行時間；所述選擇放行時間具體為:所述交通信號控制器B通過其內置的無線通信模塊向所述視頻採集設備A查詢路口車輛的排隊長度，並根據查詢結果計算需要放行的時間:t = t0+q/5*m其中，q是一放行階段包含的放行方向上的車輛排隊長度的最大值(單位:米)，、為車輛的起步損失時間，取值範圍為3 7秒，一般設為5秒，m為一輛車以正常速度經過路口的時間，取值範圍為2 5秒，一般設為2秒。步驟43，切換到放行階段進行放行，直至放行時間結束。在切換過程中，如果待放行的階段與當前階段不同，則顯示放行階段過渡狀態，SP黃燈和全紅狀態後，進入放行階段，否則不需要顯示所述放行階段過渡狀態，相當於延長上一放行階段的放行時間。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種動態自適應交通信號控制裝置，其特徵在於，該裝置包括:多個視頻採集設備A和一個交通信號控制器B,其中: 所述視頻採集設備A安裝在路口各入口方向上，用於通過視頻圖像實時檢測路口車輛的排隊長度； 所述交通信號控制器B安裝在路口附近，通過其內置的無線通信模塊與所述視頻採集設備A進行通信，用於根據所述路口車輛的排隊長度實時調整路口紅綠燈的放行順序和放行時間。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述視頻採集設備A進一步包括處理模塊、無線通信模塊和電源模塊，其中: 所述無線通信模塊用於支持所述處理模塊與所述交通信號控制器B之間的通信，其通過電源線與所述電源模塊相連； 所述電源模塊3採用太陽能電池控制器，用於為所述無線通信模塊和所述處理模塊供電； 所述處理模塊通過串口與所述無線通信模塊相連，通過電源線與所述電源模塊相連。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述處理模塊進一步包括視頻採集單元、圖像處理單元和存儲單元，其中: 所述視頻採集單元用於實時檢測視野範圍內的車輛排隊長度； 所述圖像處理單元通過USB接口與所述視頻採集單元連接，用於接收並處理所述視頻採集單元採集得到的視頻信號，提取所述車輛排隊長度，並將提取到的車輛排隊長度信息存入所述存儲單元中； 所述存儲單元通過數據線和控制線與所述圖像處理單元連接，用於保存所述圖像處理單元的處理結果。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述圖像處理單元對視頻信號進行的處理為圖像去噪、背景建模和/或前景分析。
5.一種利用權利要求1所述的交通信號控制裝置對交通信號進行動態自適應控制的方法，所述方法包括以下步驟: 步驟1，手動設定視頻採集設備A的檢測區域，並配置所述視頻採集設備A的安裝高度、車道寬度； 步驟2，所述視頻採集設備A實時檢測所述檢測區域內路口車輛的排隊長度； 步驟3，根據現場情況手動設定放行階段集合； 步驟4，交通信號控制器B根據所述視頻採集設備A檢測到的所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，對於交通信號進行控制。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟3中，首先根據車流方向劃分放行階段，然後將多個放行階段組成一個放行階段集合，其中，一個合理的放行階段集合除了要保證交通安全，還要滿足放行階段集合中任意兩個放行階段間不包含相同的放行方向，並且放行階段集合中所有的放行階段全體涵蓋了所有的放行方向。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟4中，對於交通信號的控制是一個不斷循環的過程，每一循環過程包括以下幾個步驟: 步驟41，根據所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，選擇放行階段；步驟42，根據所述檢測區域內路口車輛的排隊長度，選擇放行時間； 步驟43，切換到放行階段進行放行，直至放行時間結束。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟41中，放行階段的選擇具體為: 交通信號控制器B通過其內置的無線通信模塊向所述視頻採集設備A查詢檢測區域內路口車輛的排隊長度，並根據查詢結果計算放行階段集合中所有放行階段的放行緊迫度，選擇其中放行緊迫度最大的放行階段作為下一放行階段，其中，利用下式來計算某一個放行階段的放行緊迫度e:e = q+kd， 其中，q是該放行階段包含的放行方向上的車輛排隊長度的最大值，d是該放行階段距離上次放行結束的時間，k是經驗係數； 如果最終得到的放行階段有多個選擇結果，即這些放行階段的放行緊迫度相同，則從中選擇符合常規放行順序的下一個階段作為下一放行階段。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟41中，放行時間的選擇具體為:所述交通信號控制器B通過其內置的無線通信模塊向所述視頻採集設備A查詢路口車輛的排隊長度，並根據查詢結果計算需要放行的時間: t = t0+q/5 氺 m 其中，q是一放行階段包含的放行方向上的車輛排隊長度的最大值，h為車輛的起步損失時間，m為一輛車以正常速度經過路口的時間。
10.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟43中，在切換過程中，如果待放行的階段與當前階段不同，則顯示放行階段過渡狀態，即黃燈和全紅狀態後，進入放行階段，否則不需要顯示所述放行階段過渡狀態，即延長上一放行階段的放行時間。
全文摘要
本發明公開了一種動態自適應交通信號控制裝置及方法，所述裝置由一個安裝在路口附近的交通信號控制器和安裝在各入口方向上的多個視頻檢測設備組成，交通信號控制器和視頻採集處理設備間通過無線通信模塊進行通信，交通信號控制器根據各入口方向上的排隊長度動態選擇放行階段並實時計算需要放行的時間。本發明還公開了一種利用所述交通信號控制裝置對交通信號進行動態自適應控制的方法。本發明提出的裝置簡單靈活，易於實施，並可提高路口的通行能力。
文檔編號G08G1/08GK103150913SQ20131004986
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者朱鳳華, 陳松航, 王飛躍, 李鎮江, 呂宜生, 熊剛, 董西松 申請人:東莞中國科學院雲計算產業技術創新與育成中心, 中國科學院自動化研究所