基於視覺的交通路口仿生指揮系統及方法
2023-07-23 10:08:06 1
基於視覺的交通路口仿生指揮系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於視覺的交通路口仿生指揮系統，它包括設置在第一交通路口的第一視頻監控裝置和第一交通信號燈、設置在與第一交通路口相鄰的第二交通路口的第二視頻監控裝置和第二交通信號燈，視頻監控裝置和第二視頻監控裝置的通信端均通過通信模塊連接中央處理模塊的第一通信端，中央處理模塊的第二通信端連接信號處理模塊的通信端，中央處理模塊的第三通信端連接交通信號燈控制模塊的信號輸入端，交通信號燈控制模塊的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別連接第一交通信號燈和第二交通信號燈的信號輸入端。本發明比傳統的加裝車輛檢測器的方案成本更低，實施方便，智能化程度高。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及公路交通指揮系統【技術領域】，具體地指一種基於視覺的交通路口仿生 指揮系統及方法。 基於視覺的交通路口仿生指揮系統及方法
【背景技術】
[0002] 眾所周知，每一條公路的交叉路口都是汽車集結疏散的密集地，隨著社會的發展， 汽車的擁有量也隨之迅猛增加，城市中重要交叉路口更是車滿為患，尤其上下班尖峰時間 基本是天天擁堵不堪，常常出現越堵越亂、越亂越堵的現象，給人們的出行帶來諸多的不 便，並且由交通堵塞造成的時間和汽油浪費也帶來了重大的經濟損失，同時，道路交通狀況 也反應了一個城市甚至一個國家的發展狀況。因此，如何使擁堵的交叉路口變得順暢，促進 社會經濟的進一步發展，是目前亟待解決的問題。
[0003] 目前，關於防止交通堵塞的方法多種多樣，申請號為201310172372. 8的中國專利 《一種具有放堵塞功能的公路交叉路口》，從道路規劃角度，設計了一種具有環島的交叉路 口，在《基於FPGA的交通路口紅綠燈控制系統》這篇學位論文中（作者王維松，合肥工業大 學，2012)，描述了一種通過檢測車流量對交通路口紅綠燈進行控制的方法，該方法中需要 另外安裝車輛檢測器。然而這些方法成本比較高、建設複雜，並且，隨著車輛的增多，交通路 口堵塞現象仍在加劇，導致目前許多擁堵的交叉路口依然需要交通警察進行交通疏導。
[0004] 參考文獻《基於弱紋理檢測及視差圖融合的立體匹配》，作者曹曉倩、馬彩文，單 位：中國科學院西安光學精密機械研究所、中國科學院大學，儀器儀表學報，卷（期）：2013， 34 (9)，該參考文獻中詳細介紹了現有立體匹配法。
[0005] 參考文獻《魯棒的基於改進mean-shift的目標跟蹤》，作者薛陳、朱明、陳愛華，單 位：中國電科院長春光學精密機械與物理研究所，中國電科院研究生院，光學精密工程，卷 (期）：2010，18(1)
【發明內容】
[0006] 本發明的目的就是要提供一種基於視覺的交通路口仿生指揮系統及方法，本系統 和方法能模擬交警幹預、疏導擁堵的交叉路口，能有效緩解交叉路口交通堵塞現象。
[0007] 為實現此目的，本發明所設計的基於視覺的交通路口仿生指揮系統，它包括設置 在第一交通路口的第一視頻監控裝置和第一交通信號燈、設置在與第一交通路口相鄰的第 二交通路口的第二視頻監控裝置和第二交通信號燈，其特徵在於：它還包括通信模塊、中央 處理模塊、信號處理模塊和交通信號燈控制模塊，其中，所述第一視頻監控裝置和第二視頻 監控裝置的通信端均通過通信模塊連接中央處理模塊的第一通信端，中央處理模塊的第二 通信端連接信號處理模塊的通信端，中央處理模塊的第三通信端連接交通信號燈控制模塊 的信號輸入端，交通信號燈控制模塊的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別連接第一交 通信號燈和第二交通信號燈的信號輸入端。
[0008] -種利用上述基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮方法，其特 徵在於，它包括如下步驟：
[0009] 步驟S1 :第一視頻監控裝置和第二視頻監控裝置分別實時監測第一交通路口和 與第一交通路口相鄰的第二交通路口的車流狀況，並在中央處理模塊內預設原始的第一交 通路口交通指示燈狀態控制邏輯，當中央處理模塊內預設原始的第一交通路口交通指示燈 狀態控制邏輯為綠燈時，進入步驟2;當中央處理模塊內預設原始的第一交通路口交通指 示燈狀態控制邏輯為紅燈時進入步驟3 ;
[0010] 步驟S2 :中央處理模塊每隔指定時間通過通信模塊向第一視頻監控裝置調取實 時的第一交通路口的車流狀況圖像信息，中央處理模塊將第一交通路口的車流狀況圖像信 息傳輸給信號處理模塊，中央處理模塊將存儲在中央處理模塊內的基準車流狀況圖像信息 傳輸給信號處理模塊，信號處理模塊將實時的第一交通路口的車流狀況圖像信息通過現有 立體匹配法與所述基準車流狀況圖像信息進行比對分析，執行步驟S4 ;
[0011] 步驟S3 :中央處理模塊每隔指定時間通過通信模塊向第二視頻監控裝置調取實 時的第二交通路口的車流狀況圖像信息，中央處理模塊將第二交通路口的車流狀況圖像信 息傳輸給信號處理模塊，中央處理模塊將存儲在中央處理模塊內的基準車流狀況圖像信息 傳輸給信號處理模塊，信號處理模塊將實時的第二交通路口的車流狀況圖像信息通過現有 改進型mean-shift跟蹤算法對經過第二交通路口的車輛進行跟蹤，得到鎖定了跟蹤車輛 的第二交通路口的車流狀況圖像信息，然後將鎖定了跟蹤車輛的第二交通路口的車流狀況 圖像信息採用現有的立體匹配法與所述基準車流狀況圖像信息進行比對分析，得到指定時 間內被跟蹤車輛的各自位移，從而得到被跟蹤車輛的平均車速，執行步驟S5 ;
[0012] 步驟S4:如果比對結果顯示此期間第一交通路口的車輛不動，並且車輛佔用了第 一交通路口的人行橫道，依次執行步驟S6和S8,如果比對結果顯示在此期間第一交通路口 的車輛不動，並且車輛沒有佔用第一交通路口的人行橫道，同時距離第一交通路口的人行 橫道最近的車輛與第一交通路口的人行橫道之間的距離大於等於第一交通路口到第二交 通路口距離的三分之一，依次執行步驟S7和S8,如果比對結果顯示此期間第一交通路口的 車輛不動，並且車輛沒有佔用第一交通路口的人行橫道，同時距離第一交通路口的人行橫 道最近的車輛與第一交通路口的人行橫道之間的距離小於等於5米，執行步驟S8,當比對 結果顯示為除上述3種情況外的其它情況時，中央處理模塊通過信號處理模塊和交通信號 燈控制模塊控制設置在第一交通路口的第一交通信號燈按照預設原始的交通指示燈狀態 控制邏輯運行；
[0013] 步驟S5 :如果步驟S3得到的被跟蹤車輛的平均車速小於預設的標準車速時，執行 步驟S9,如果步驟S3得到的被跟蹤車輛的平均車速大於等於預設的標準車速時，執行步驟 S3 ；
[0014] 步驟S6 :以步長為1秒，縮短中央處理模塊向第一視頻監控裝置調取實時的第一 交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔；
[0015] 步驟S7 :以步長為1秒，增加中央處理模塊向第一視頻監控裝置調取實時的第一 交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔；
[0016] 步驟S8 :中央處理模塊通過交通信號燈控制模塊控制設置在第一交通路口的第 一交通信號燈為紅燈，執行步驟S3 ;
[0017] 步驟S9 :中央處理模塊通過交通信號燈控制模塊控制設置在第二交通路口的第 二交通信號燈為綠燈，執行步驟S2。
[0018] 本發明的有益效果：
[0019] 本發明通過增設通信模塊、中央處理模塊、信號處理模塊和交通信號燈控制模塊， 並且設計上述控制邏輯，實現了充分利用現有設備，進行信息共享，以較低的成本緩解交叉 路口的擁堵現象，避免越堵越亂、越亂越堵的現象，實現智能化的擁堵疏導，降低了交通管 理的工作量及交通堵塞造成的時間和汽油浪費。並且本系統的車流預判準確，預判精度不 會因車流的大幅增加而降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明的結構框圖；
[0021] 圖2為本發明中頻監控裝置和交通信號燈在路口的布置形式圖。
[0022] 其中，1 一第一視頻監控裝置、1. 1 一第二視頻監控裝置、2-第一交通信號燈、 2. 1-第二交通信號燈、3-通信模塊、4 一中央處理模塊、5-信號處理模塊、6-交通信號燈 控制模塊。
【具體實施方式】
[0023] 以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：
[0024] 如圖1和2所示的基於視覺的交通路口仿生指揮系統，它包括設置在第一交通路 口的第一視頻監控裝置1和第一交通信號燈2、設置在與第一交通路口相鄰的第二交通路 口的第二視頻監控裝置1. 1和第二交通信號燈2. 1，它還包括通信模塊3、中央處理模塊4、 信號處理模塊5和交通信號燈控制模塊6,其中，所述第一視頻監控裝置1和第二視頻監控 裝置1. 1的通信端均通過通信模塊3連接中央處理模塊4的第一通信端，中央處理模塊4 的第二通信端連接信號處理模塊5的通信端，中央處理模塊4的第三通信端連接交通信號 燈控制模塊6的信號輸入端，交通信號燈控制模塊6的第一信號輸出端和第二信號輸出端 分別連接第一交通信號燈2和第二交通信號燈2. 1的信號輸入端。
[0025] 上述技術方案中，通信模塊3用於實現第一視頻監控裝置1和第二視頻監控裝置 1. 1與中央處理模塊4之間的數據通信。中央處理模塊4用於視頻信息採集以及對以下整 個控制邏輯的統一管理與控制。信號處理模塊5用於進行立體匹配法計算；交通信號燈控 制模塊6用於根據中央處理模塊4的指令對第一交通信號燈2和第二交通信號燈2. 1進行 控制。
[0026] -種利用上述基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮方法，其特 徵在於，它包括如下步驟：
[0027] 步驟S1 :第一視頻監控裝置1和第二視頻監控裝置1. 1分別實時監測第一交通路 口和與第一交通路口相鄰的第二交通路口的車流狀況，並在中央處理模塊4內預設原始的 第一交通路口交通指示燈狀態控制邏輯，當中央處理模塊4內預設原始的第一交通路口交 通指示燈狀態控制邏輯為綠燈時，進入步驟2 ;當中央處理模塊4內預設原始的第一交通路 口交通指示燈狀態控制邏輯為紅燈時進入步驟3 ;
[0028] 步驟S2 :中央處理模塊4每隔指定時間通過通信模塊3向第一視頻監控裝置1調 取實時的第一交通路口的車流狀況圖像信息，中央處理模塊4將第一交通路口的車流狀況 圖像信息傳輸給信號處理模塊5,中央處理模塊4將存儲在中央處理模塊4內的基準車流狀 況圖像信息傳輸給信號處理模塊5,信號處理模塊5將實時的第一交通路口的車流狀況圖 像信息通過現有立體匹配法（現有立體匹配法詳見參考文獻《基於弱紋理檢測及視差圖融 合的立體匹配》，作者曹曉倩、馬彩文，單位：中國科學院西安光學精密機械研究所、中國科 學院大學，儀器儀表學報，卷（期）：2013,34(9))與所述基準車流狀況圖像信息進行比對分 析，執行步驟S4;
[0029] 步驟S3 :中央處理模塊4每隔指定時間通過通信模塊3向第二視頻監控裝置1. 1 調取實時的第二交通路口的車流狀況圖像信息，中央處理模塊4將第二交通路口的車流狀 況圖像信息傳輸給信號處理模塊5,中央處理模塊4將存儲在中央處理模塊4內的基準車流 狀況圖像信息傳輸給信號處理模塊5,信號處理模塊5將實時的第二交通路口的車流狀況 圖像信息通過現有改進型mean-shift跟蹤算法（現有改進mean-shift跟蹤算法詳見參考 文獻《魯棒的基於改進mean-shift的目標跟蹤》，作者薛陳、朱明、陳愛華，單位：中國電科 院長春光學精密機械與物理研究所，中國電科院研究生院，光學精密工程，卷（期）：2010， 18 (1))對經過第二交通路口的車輛進行跟蹤，得到鎖定了跟蹤車輛的第二交通路口的車流 狀況圖像信息，然後將鎖定了跟蹤車輛的第二交通路口的車流狀況圖像信息採用現有的立 體匹配法與所述基準車流狀況圖像信息進行比對分析，得到指定時間內被跟蹤車輛的各自 位移，從而得到被跟蹤車輛的平均車速，執行步驟S5 ;
[0030] 步驟S4:如果比對結果顯示此期間第一交通路口的車輛不動，並且車輛佔用了第 一交通路口的人行橫道，依次執行步驟S6和S8,如果比對結果顯示在此期間第一交通路口 的車輛不動，並且車輛沒有佔用第一交通路口的人行橫道，同時距離第一交通路口的人行 橫道最近的車輛與第一交通路口的人行橫道之間的距離大於等於第一交通路口到第二交 通路口距離的三分之一，依次執行步驟S7和S8,如果比對結果顯示此期間第一交通路口的 車輛不動，並且車輛沒有佔用第一交通路口的人行橫道，同時距離第一交通路口的人行橫 道最近的車輛與第一交通路口的人行橫道之間的距離小於等於5米，執行步驟S8,當比對 結果顯示為除上述3種情況外的其它情況時，中央處理模塊4通過信號處理模塊5和交通 信號燈控制模塊6控制設置在第一交通路口的第一交通信號燈2按照預設原始的交通指示 燈狀態控制邏輯運行；
[0031] 步驟S5 :如果步驟S3得到的被跟蹤車輛的平均車速小於預設的標準車速時，執行 步驟S9,如果步驟S3得到的被跟蹤車輛的平均車速大於等於預設的標準車速時，執行步驟 S3 ；
[0032] 步驟S6 :以步長為1秒，縮短中央處理模塊4向第一視頻監控裝置1調取實時的 第一交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔；
[0033] 步驟S7 :以步長為1秒，增加中央處理模塊4向第一視頻監控裝置1調取實時的 第一交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔；
[0034] 步驟S8 :中央處理模塊4通過交通信號燈控制模塊6控制設置在第一交通路口的 第一交通信號燈2為紅燈，執行步驟S3 ;
[0035] 步驟S9 :中央處理模塊4通過交通信號燈控制模塊6控制設置在第二交通路口的 第二交通信號燈2. 1為綠燈，執行步驟S2。
[0036] 上述技術方案的步驟S2中，中央處理模塊4每隔2?3秒向第一視頻監控裝置1 調取實時的第一交通路口的車流狀況圖像信息。所述步驟S3中，中央處理模塊4每隔2? 3秒向第二視頻監控裝置1. 1調取實時的第二交通路口的車流狀況圖像信息。上述時間間 隔的設置有利於節省系統資源，延長中央處理模塊4的使用壽命。
[0037] 上述技術方案的步驟S5中的預設的標準車速為5km/h。
[0038] 所述步驟6中，中央處理模塊4向第一視頻監控裝置1調取實時的第一交通路口 的車流狀況圖像信息的時間間隔最短不小於1秒鐘。
[0039] 所述步驟7中，中央處理模塊4向第一視頻監控裝置1調取實時的第一交通路口 的車流狀況圖像信息的時間間隔最長不超過10秒。
[0040] 本發明在中央處理模塊4和信號處理模塊5中植入上述控制邏輯後即可實現智能 化的擁堵疏導，本發明比傳統的加裝車輛檢測器的方案成本更低，，實施方便，智能化程度 尚。
[0041] 本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1. 一種基於視覺的交通路口仿生指揮系統，它包括設置在第一交通路口的第一視頻監 控裝置（1)和第一交通信號燈（2)、設置在與第一交通路口相鄰的第二交通路口的第二視 頻監控裝置（1. 1)和第二交通信號燈（2. 1)，其特徵在於：它還包括通信模塊（3)、中央處理 模塊（4)、信號處理模塊（5)和交通信號燈控制模塊（6)，其中，所述第一視頻監控裝置（1) 和第二視頻監控裝置（1. 1)的通信端均通過通信模塊（3)連接中央處理模塊（4)的第一通 信端，中央處理模塊（4)的第二通信端連接信號處理模塊（5)的通信端，中央處理模塊（4) 的第三通信端連接交通信號燈控制模塊￠)的信號輸入端，交通信號燈控制模塊￠)的第 一信號輸出端和第二信號輸出端分別連接第一交通信號燈（2)和第二交通信號燈（2. 1)的 信號輸入端。
2. -種利用權利要求1所述基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮 方法，其特徵在於，它包括如下步驟： 步驟S1 :第一視頻監控裝置（1)和第二視頻監控裝置（1. 1)分別實時監測第一交通路 口和與第一交通路口相鄰的第二交通路口的車流狀況，並在中央處理模塊（4)內預設原始 的第一交通路口交通指示燈狀態控制邏輯，當中央處理模塊（4)內預設原始的第一交通路 口交通指示燈狀態控制邏輯為綠燈時，進入步驟2 ;當中央處理模塊（4)內預設原始的第一 交通路口交通指示燈狀態控制邏輯為紅燈時進入步驟3 ; 步驟S2 :中央處理模塊（4)每隔指定時間通過通信模塊（3)向第一視頻監控裝置（1) 調取實時的第一交通路口的車流狀況圖像信息，中央處理模塊（4)將第一交通路口的車流 狀況圖像信息傳輸給信號處理模塊（5)，中央處理模塊（4)將存儲在中央處理模塊（4)內的 基準車流狀況圖像信息傳輸給信號處理模塊（5)，信號處理模塊（5)將實時的第一交通路 口的車流狀況圖像信息通過現有立體匹配法與所述基準車流狀況圖像信息進行比對分析， 執行步驟S4 ; 步驟S3:中央處理模塊（4)每隔指定時間通過通信模塊（3)向第二視頻監控裝置 (1. 1)調取實時的第二交通路口的車流狀況圖像信息，中央處理模塊（4)將第二交通路口 的車流狀況圖像信息傳輸給信號處理模塊（5)，中央處理模塊（4)將存儲在中央處理模塊 (4)內的基準車流狀況圖像信息傳輸給信號處理模塊（5)，信號處理模塊（5)將實時的第二 交通路口的車流狀況圖像信息通過現有改進型mean-shift跟蹤算法對經過第二交通路口 的車輛進行跟蹤，得到鎖定了跟蹤車輛的第二交通路口的車流狀況圖像信息，然後將鎖定 了跟蹤車輛的第二交通路口的車流狀況圖像信息採用現有的立體匹配法與所述基準車流 狀況圖像信息進行比對分析，得到指定時間內被跟蹤車輛的各自位移，從而得到被跟蹤車 輛的平均車速，執行步驟S5 ; 步驟S4 :如果比對結果顯示此期間第一交通路口的車輛不動，並且車輛佔用了第一交 通路口的人行橫道，依次執行步驟S6和S8,如果比對結果顯示在此期間第一交通路口的車 輛不動，並且車輛沒有佔用第一交通路口的人行橫道，同時距離第一交通路口的人行橫道 最近的車輛與第一交通路口的人行橫道之間的距離大於等於第一交通路口到第二交通路 口距離的三分之一，依次執行步驟S7和S8,如果比對結果顯示此期間第一交通路口的車輛 不動，並且車輛沒有佔用第一交通路口的人行橫道，同時距離第一交通路口的人行橫道最 近的車輛與第一交通路口的人行橫道之間的距離小於等於5米，執行步驟S8,當比對結果 顯示為除上述3種情況外的其它情況時，中央處理模塊（4)通過信號處理模塊（5)和交通 信號燈控制模塊（6)控制設置在第一交通路口的第一交通信號燈（2)按照預設原始的交通 指示燈狀態控制邏輯運行； 步驟S5 :如果步驟S3得到的被跟蹤車輛的平均車速小於預設的標準車速時，執行步驟 S9,如果步驟S3得到的被跟蹤車輛的平均車速大於等於預設的標準車速時，執行步驟S3 ; 步驟S6 :以步長為1秒，縮短中央處理模塊（4)向第一視頻監控裝置（1)調取實時的 第一交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔； 步驟S7 :以步長為1秒，增加中央處理模塊（4)向第一視頻監控裝置（1)調取實時的 第一交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔； 步驟S8 :中央處理模塊（4)通過交通信號燈控制模塊（6)控制設置在第一交通路口的 第一交通信號燈（2)為紅燈，執行步驟S3 ; 步驟S9 :中央處理模塊（4)通過交通信號燈控制模塊（6)控制設置在第二交通路口的 第二交通信號燈（2. 1)為綠燈，執行步驟S2。
3. 根據權利要求2所述的基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮方 法，其特徵在於：所述步驟S2中，中央處理模塊（4)每隔2?3秒向第一視頻監控裝置（1) 調取實時的第一交通路口的車流狀況圖像信息。
4. 根據權利要求2所述的基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮 方法，其特徵在於：所述步驟S3中，中央處理模塊（4)每隔2?3秒向第二視頻監控裝置 (1. 1)調取實時的第二交通路口的車流狀況圖像信息。
5. 根據權利要求2所述的基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮方 法，其特徵在於：所述步驟S5中的預設的標準車速為5km/h。
6. 根據權利要求2所述的基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮方 法，其特徵在於：所述步驟6中，中央處理模塊（4)向第一視頻監控裝置（1)調取實時的第 一交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔最短不小於1秒鐘。
7. 根據權利要求2所述的基於視覺的交通路口仿生指揮系統的交通路口仿生指揮方 法，其特徵在於：所述步驟7中，中央處理模塊（4)向第一視頻監控裝置（1)調取實時的第 一交通路口的車流狀況圖像信息的時間間隔最長不超過10秒。
【文檔編號】G08G1/08GK104064038SQ201410280953
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】王龍華, 史會軒, 錢進, 劉曉麗, 劉曉波, 段守勝, 魏華 申請人:國家電網公司, 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司