車輛通過檢測方法和道路用燈控制的方法以及相應系統的製作方法

2023-05-20 16:36:26

專利名稱：：車輛通過檢測方法和道路用燈控制的方法以及相應系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及信號^^測及控制領域，尤其涉及一種車輛通過;f企測方法和道i各用燈的控制方法以及相應的系統。
背景技術：
：在很多應用中，都需要檢測是否有車輛通過，例如對道路用燈的控制中，其中道路用燈包括路燈和交通燈。現有技術多是通過攝像來進行檢測，其不僅需要安裝較複雜的諸如攝像裝置的硬體，還需要對批量的採集數據進行複雜計算的軟體系統。關於路燈控制，目前已有一些對路燈進行調控以節約能源的方法，多是通過時間段來調節路燈的明暗程度從而達到節能的目的。例如申請號為200710075732,7、名稱為《一種節能型LED路燈及一種LED路燈節能方法》的專利申請中所描述的一種LED路燈節能方法，根據用光量的不同，將LED路燈每天的工作時間拆分為若干個工作時段，再根據用光量的不同，由自動調光節能控制器控制在不同的工作時段內開啟不同的工作模組數。又例如申請號為200810026981.1、名稱為《節能路燈智能控制方法》的專利申請中所描述的一種節能路燈智能控制方法，包括以下步驟(1)當時間處於白天時，檢測外界光線強度；根據檢測所得光強來調節路燈工作電壓的高低，得到路燈期望電壓；(2)當時間處於夜晚時，設定多個時間段，根據時間段的不同調節路燈的工作電壓的高低，得到路燈期望電壓。上述方法不能自動識別當前路段上車輛通過情況，即無法準確判斷路面行車情況，也就無法據此採取更為智能的節能控制。另外，在第二個方法中還需要在現有基礎設施上安裝準確檢測光線強度的裝置、新的傳感器或通信設備等。對於交通燈，其在城市交通中起著重要作用，有效的協調了人與車的關係。現有的城市路口交通燈控制系統從是否智能方面可以大體上分為兩種類型定周期的信號機和具有自適應功能的智能型信號機。前者控制簡單，方便，但比較單一，不符合現代智能化城市的和諧理念，特別在夜間車輛非常稀少的情況下，能根據馬路上的車輛情況智能調整交通燈的切換顯得十分必要。後者，例如申請號為200710303912.6的《一種交通燈的自動控制方法及系統》中，雖然實現了智能化交通燈切換；但需要安裝較複雜的諸如攝像裝置的硬體，且由於根據視頻檢測來控制交通燈，所以環境光線必須較充足，而且還需要對批量的採集數據進行複雜計算的軟體系統。如上所述，迫切需要一種方便易行的檢測是否有車輛通過的方法，從而能夠進一步獲得道路用燈智能控制方法和系統。
發明內容本發明提供一種車輛通過檢測方法，進而提供一種方便易行的根據現場環境控制道路用燈的方法和系統。根據本發明的一個方面，提供了一種車輛探測模型訓練方法，包括如下步驟釆集來自多個信號源的無線信號；以所述無線信號構成的信號特徵向量作為輸入，以所述信號特徵向量的不同的數值對應的探測值作為輸出，訓練車輛探測模型。上述的訓練方法中，所述信號源是3至10個。上述的訓練方法中，所述訓練車輛探測模型採用機器學習方法。根據本發明的另一方面，提供了一種基於上述車輛探測模型的車輛通過檢測方法，包括如下步驟實時採集來自多個信號源的無線信號；對於所述實時釆集的無線信號構成的信號特徵向量根據所述車輛探測模型計算探測值；根據所述所計算的探測值判斷是否有車輛通過。根據本發明的又一方面，提供了一種基於上述的車輛探測模型的車輛通過4企測系統，包括如下部件數據採集部件，用於實時採集來自多個信號源的無線信號；計算部件，用於以所述實時釆集的無線信號構成的信號特徵向量根據所述車輛探測模型計算探測值，並根據所述所計算的探測值判斷是否有車輛通過。根據本發明的又一方面，提供了一種上述的檢測方法的道路用燈控制方法，包括根據所述判斷結果控制道路用燈的步驟。上述的控制方法中，所述道路用燈是路燈。若所述判斷結果為無車輛通過，將所述所計算的探測值控制範圍內的路燈關閉或者微亮照明；若所述判斷結果為有車輛通過，將所述所計算的探測值控制範圍內的路燈打開。上述的控制方法中，所述道路用燈是交通燈。若所述判斷結果為東西換；當東西方向交通燈為紅燈時則將交通燈延時切換；若所述判斷結果為東西方向有車而南北方向無車，則做相反操作。根據本發明的又一方面，還提供了一種包含上述的檢測系統的道路用燈控制系統，還包括燈控部件，用於根據所述判斷結果控制道路用燈。本發明的優點在於，有效利用了現代城市中的無線信號，無需添加新的通信設備，即可容易地實現對是否有車輛通過的檢測。能夠根據路面的行車情況控制路燈的亮度和開關或控制交通燈的信號，從而通過前者不僅確保了為車輛提供有效照明，還能夠節約能源，通過後者智能控制交通。圖1是根據本發明一個實施例的信號探測區域示意圖；圖2是根據本發明一個實施例的方法流程圖；圖3是根據本發明一個實施例的用於控制路燈的街道信號探測點布置示意圖；圖4是根據本發明一個實施例的控制路燈的規則示意圖；圖5是根據本發明一個實施例的用於控制交通燈的交通路口信號探測點布置示意圖；圖6是根據本發明一個實施例的用於控制交通燈的十字路口探測值示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。現代的城市環境中，逐漸為各種無線信號所覆蓋。在提供無線上網服務的同時，WiFi無線信號的大面積覆蓋也同時帶來了其它可能的潛在應用。對於環境中處處覆蓋的由多個無線信號源發射的WiFi信號，隨著無線信號源的增減和建築物的變化，形成不斷變化的WiFi場；但在局部區域一定範圍內，對於指定的幾個無線信號源，其信號場是相對穩定的。如圖l所示，該區域共有4個無線信號源，如果沒有任何幹擾，其發射的無線信號在該區域形成一個穩定的信號場，且信號場中任意點的信號可以由無線信號探測點WSD進行探測。道路上是否有車輛行使對該信號場會有影響，利用該現象，本發明根據WiFi信號的變化對馬路上的行車情況進行檢測，從而對道路兩邊的路燈或路口的交通燈實現智能控制。根據本發明的一個方面，本發明提供一種車輛通過^f企測的方法，如圖2的流程圖所示，該方法主要涉及採集無線信號、利用所採集的無線信號和其對應的行車情況(即，是否有車)訓練車輛探測模型、通過車輛訓練模型的在線應用根據實時測量的無線信號判斷行車情況等步驟。根據本發明的一個實施例，無線信號以WiFi無線信號為例，無線城市正是以WiFi信號為渠道向公眾開放無線上網服務的。通過上述流程可知，該車輛通過檢測方法是基於一種車輛探測模型訓練方法。該車輛探測模型訓練方法包括如下步驟首先，在待檢測區域附近布設WiFi信號探測點WSD,如圖1所示，以用於釆集其周邊若干個信號源發出的無線信號。然後，以WSD採集到的周邊若干個信號源的無線信號為輸入，以車輛的行車情況為輸出，來訓練機器學習方法的車輛探測模型。該訓練過程是利用人工採集的若干數據。對新採集的無線信號根據上述車輛探測模型判斷當前車輛通過情況。該操作具體描述如下基於無線城市已經建設好的WiFi無線覆蓋環境進行無線信號的採集，例如將遍布城市的無線交換機AP作為無線信號源進行信號採集。根據本發明的具體實施例，對每一個信號探測點，分別指定範圍內N個APj進行信號採集，其中N為3~10。採集的具體過程是在WSD對APj進行信號強度釆集。來自APj的信號強度為Xi,則對N個AP釆集形成信號特徵向量X(X,，X2,…，Xn)。通過人工觀察，當採集信號特徵向量Xk時，記錄相應的探測值Yk。用Yk值表示當前是否有車輛通過，有車則Yfl,無車則Yk=0。這樣就形成訓練特徵對(Xk，Yk)。每10秒採集一次，在較長時間內採集一批這樣的數據，比如24小時，則可以形成足夠多的訓練數據，對該訓練數據利用機器學習方法進行訓練。對於每一時刻釆集的訓練特徵對(Xk，Yk),訓練車輛探測模型Y=f(X)，以學習道路上車輛通過情況，從而根據採集到的當前無線信號判斷是否有車輛通過。此訓練過程可以採用一些經典機器學習方法進行模型訓練，比如神經網絡學習方法或支持向量機SVM等。支持向量機是機器學習領域常用的訓練方法之一，具體使用方法具有公開的工具軟體和說明，可參考http:〃svmlight.joachims.org/。支持向量機的輸入是採集到的訓練特徵對(Xk,Yk),輸出是一個SVM模型Y=f(X)。根據上述車輛探測模型訓練方法訓練得到的車輛探測模型Y=f(X)可以植入WSD進行應用，從而判斷行車情況。實時對該馬路區域的AP進行實時掃描採集後，得到信號特徵向量X，(X'hX'&^X'N),將X，代入f(X)進行探測計算，則可以獲得該WSD的探測值Y，，通過該探測值即可判斷該待;險測區域當前是否有車輛通過。根據上述車輛通過檢測方法，本發明還提供了一種道路用燈智能控制的方法，以實現對道路用燈的智能化管理。本發明能夠直接利用現有道路用燈設施，對路燈的開關與光亮情況或交通燈的開關進行智能調節。對於路燈控制，在需要進行路燈控制路段按照一定間距D布設信號探測點WSD，如圖3所示。D可以根據城市路段的重要性來確定。一般重要性越大，D越小。優選的，D取值在100~300米之間。此外，要設置WSD的路燈控制區域參數S，即WSD在檢測到車輛行駛過來時，控制車輛前方S米範圍內的路燈全部打開。根據本發明的該具體實施例，S的取值條件為在車輛駛出S範圍時，下一個信號探測點獲得足夠的時間能夠為其打開下一個S範圍內的路燈。本發明中，一般S取值200500米。圖3中所示的S對應第二個WSD的開燈範圍，從圖中可以看出每兩個相鄰WSD的路燈控制區域有一定範圍的交集。利用如上布設的信號探測點WSD根據車輛通過檢測方法的判斷結果採用如下規則對路燈進行節能控制。WSD與控制範圍內的路燈通過電力線載波方式進行通信，實現對路燈的實時控制。因為本發明中只需要通過WSD向控制範圍中的路燈發送簡單的控制命令，因此電力線載波方式完全能夠滿足本發明的需求。根據如圖4示意圖所示的控制規則對路燈實時控制，即獲得道路車輛通過情況後，根據如下的策略對道路提供適當的照明服務。如果丫，=0，則無車通過，可採取以下兩種措施中的任意一個，l)使該探測點控制範圍內的路燈處於關閉狀態、2)使該探測點控制範圍內的路燈處於微亮照明狀態。採用何種措施可事先由人工在控制程序中設定，兩種措施都可以比原來更為節能。如果Y，-l,表示有車通過，則通過通信渠道打開車輛前方s米範圍內的路等提供照明。本領域普通技術人員可以理解，優選的，上述路燈為LED路燈。LED路燈具有開關、亮度調節方便、壽命長的特點，用本發明的方法經常對LED路燈進行開關，調節控制，不會影響其使用壽命，這為本發明的推廣提供了便利。目前已有城市的試點表明，LED路燈在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，焚光燈管的二分之一。總體說，LED路燈可節能40%左右。從環境方面考慮，LED燈具不含汞、鈉等有害元素，不會對環境造成汙染，是更符合綠色照明的產品，具有良好的社會效應。本領域普通技術人員可以理解，與對路燈的控制類似，本發明還提供一種交通燈控制方法，圖5是根據本發明一個實施例的用於控制交通燈的交通路口信號探測點布置示意圖。從圖5中可知，當控制交通燈時，僅在交通路口布設信號探測點。利用該信號探測點探測十字路口的探測值，如圖6所示，向南得到探測值&(X)，向北得到探測值f3(X)，向東得到探測值f2(X),向西得到探測值f4(X)。其中f,(X)和f3(X)可以合併為南北方向探測值fsn(X),即當&(X)=1或f3(X)=1時，fsn(X)=1;當f\(X)=0且f3(X)=0時，fsn(X)=0。同理當f2(X)=1或f4(X)=1時，few(X)=l;當f2(X)=0且&(X)=0時，few(X)=0。其中f;。和u的值為i表示對應的方向有車，值為o表示對應的方向無車。根據下表所示的規則控制交通燈，其中T表示交通燈的狀態。T=0表示短時間內沒有紅綠燈切換操作，T=1表示交通燈即將由南北方向通行切換為東西方向通行，即南北方向綠燈切換為東西方向綠燈，T=-l表示南北方向綠燈。表1交通燈控制規則tableseeoriginaldocumentpage10本領域普通技術人員可以理解，上述交通燈的控制僅以十字路口處的交通燈為例進行說明，對於諸如三盆路的其它的路口，也可以採用類似的方法進行交通燈控制。本發明還提供了一種車輛通過檢測系統，包括下列部件數據釆集部件在訓練過程中，負責採集大量的無線信號數據，以作為輸入用於探測模型的訓練；在應用過程中，負責實時採集當前的信號數據，構成信號向量，作為探測模型的新的輸入。計算部件和數據採集部件相連接，負責訓練過程中訓練車輛探測模型和應用過程中的計算探測值。基於上述車輛通過檢測系統，本發明還提供了一種用於道路用燈控制的系統，除了上述車輛通過檢測系統的部件還包括下列部件燈控部件負責把計算部件在應用過程中計算的探測值反映到路燈狀態上去，即根據應用過程中的計算結果控制路燈的開關和明暗變化或交通燈的切換。根據本發明的實施例對車輛通過進行檢測，實驗結果如表2所示表2車輛通過糹全測率表tableseeoriginaldocumentpage11從表2可知，根據本發明的實施例對車輛通過進行4僉測，大部分車輛能夠被檢測出，從而能夠根據路面的行車情況控制路燈的亮度和開關或控制交通燈的信號。通過前者不僅確保了為車輛提供有效照明，還能夠節約能源；通過後者智能控制交通，而且不受現場光線強度的限制。上述實施例是以WiFi為例進行說明，但本領域普通技術人員可以理解，WiMax，GPS，bluetooth等無線信號同樣可以用於本發明。應該注意到並理解，在不脫離後附的權利要求所要求的本發明的精神和範圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本發明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的範圍不受所給出的任何特定示範教導的限制。權利要求1.一種車輛探測模型訓練方法，包括如下步驟採集來自多個信號源的無線信號；以所述無線信號構成的信號特徵向量作為輸入，以所述信號特徵向量的不同的數值對應的探測值作為輸出，訓練車輛探測模型。2.根據權利要求1所述的訓練方法，其特徵在於，所述信號源是3至10個。3.根據權利要求1或2所述的訓練方法，其特徵在於，所述無線信號是WiFi信號。4.根據權利要求1或2所述的訓練方法，其特徵在於，所述訓練車輛探測模型採用機器學習方法。5.根據權利要求4所述的訓練方法，其特徵在於，所述機器學習方法包括支持向量機(SVM)和BP神經網絡。6.—種基於權利要求1所述的車輛探測模型的車輛通過檢測方法，包括如下步驟實時採集來自多個信號源的無線信號；對於所述實時採集的無線信號構成的信號特徵向量根據所述車輛探測模型計算探測值；根據所述所計算的探測值判斷是否有車輛通過。7.—種基於權利要求1所述的車輛探測模型的車輛通過檢測系統，包括如下部件數據採集部件，用於實時採集來自多個信號源的無線信號；計算部件，用於以所述實時釆集的無線信號構成的信號特徵向量根據所述車輛探測模型計算探測值，並根據所述所計算的探測值判斷是否有車輛通過。8.—種基於權利要求6所述的檢測方法的道路用燈控制方法，包括如下步驟根據所述判斷結果控制道路用燈。9.根據權利要求8所述的控制方法，其特徵在於，所述道路用燈是路燈。10.根據權利要求9所述的控制方法，其特徵在於，若所述判斷結果為無車輛通過，將所述所計算的探測值控制範圍內的路燈關閉或者微亮照明；若所述判斷結果為有車輛通過，將所述所計算的探測值控制範圍內的路燈打開。11.根據權利要求9所述的控制方法，其特徵在於，所述路燈為LED燈具。12.根據權利要求8所述的控制方法，其特徵在於，所述道路用燈是交通燈。13.根據權利要求12所述的控制方法，其特徵在於，若所述判斷結果為東西方向無車而南北方向有車，則當東西方向交通燈為綠燈時將交通燈結果為東西方向有車而南北方向無車，則做相反操作。14.一種包含權利要求7所述的檢測系統的道路用燈控制系統，還包括下列部件燈控部件，用於根據所述判斷結果控制道路用燈。15.根據權利要求14所述的控制系統，其特徵在於，對於所述道路用燈為路燈的情況，則所述檢測系統中的相鄰的所述數據採集部件間距為100至300米。全文摘要本發明提供一種車輛通過檢測方法和道路用燈控制的方法以及相應系統。該車輛通過檢測方法包括下列步驟採集來自多個信號源的無線信號；以所述無線信號構成的信號特徵向量作為輸入，以所述信號特徵向量的不同的數值對應的探測值作為輸出，訓練車輛探測模型；實時採集來自所述信號源的無線信號；對於所述實時採集的無線信號構成的信號特徵向量根據所述車輛探測模型計算探測值；根據所述所計算的探測值判斷是否有車輛通過。本發明中根據上述判斷結果控制道路用燈。本發明無需添加新的通信設備，即可容易地實現對是否有車輛通過的檢測。能夠根據路面的行車情況控制路燈的亮度和開關或控制交通燈的信號。文檔編號G08G1/095GK101533559SQ20091008189公開日2009年9月16日申請日期2009年4月14日優先權日2009年4月14日發明者劉軍發,錢躍良,陳益強申請人:中國科學院計算技術研究所