CN101540104B - 一种交通信息采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交通信息采集装置及方法，基于视频的多个交通信息采集的多个节点设备依次安装在道路一侧，用于采集道路上的双向交通流的信息；所述相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，构成无线传感网；相邻节点设备的视野之间具有覆盖的重叠区域，用于提供相邻节点设备间协作的时间和空间。通过相邻节点设备的交通信息合成，最下游节点得到整体范围内的交通信息。节点设备之间通过Zigbee协议进行通信，通过相邻节点设备之间的协作，实现节点设备采集的交通信息到整体信息的合成。采集的交通信息包括道路流量、占有率、平均速度和车辆的运动轨迹。本发明的特点是，网络结构灵活，采集的交通信息范围广、实时性高。

Description

一种交通信息采集装置及方法

技术领域

本发明涉及城市道路交通信息采集与应用领域，特别是一种基于无线视频传感网的交通信息采集装置及方法。

背景技术

交通信号控制机需要根据相邻几个路口范围内的交通信息预测各方向车辆的到达情况，以优化各个相位的放行时间。交通信号控制器对这些信息的实时性要求较高，并且这些信息一般无法通过单个采集节点设备获得。目前应用的交通信息采集装置一般是以单点方式工作的，节点设备之间互相独立，每个节点设备独立地分析采集范围内的交通流信息，节点设备本身不能将局部信息合成更大范围内的信息。专利“车流量线圈检测系统及其方法”(申请号：200510110607.6)和专利“公路网交通信息采集统计系统”(申请号：200610048247.6)，可以将单个节点设备采集的信息合成大范围内的交通信息，但需要各个节点设备将局部信息通过GPRS网络发送到处理中心，由处理中心统一进行处理。这样做需要建设统一的处理中心，增加了实施的难度，还会带来网络通信和信息处理的延时，影响信息的实时性。

因此，需要采集交通信息的节点设备间有更加灵活的组网方式，以满足交通信号控制机对一定区域范围内交通信息的实时性要求。另外，交通路网的范围很广，如果节点设备之间采用有线通信方式的话，不但网络结构不灵活，系统不容易扩展，而且通信线路的铺设也需要额外的工程量，影响正常的交通流。

发明内容

为了解决现有技术的节点设备覆盖范围小，整体信息的实时性差，网络结构不灵活，系统不容易扩展的问题，本发明的目的是提出了一种基于无线视频传感网的交通信息采集装置。

本发明的装置由基于视频的多个交通信息的采集节点设备组成，这些节点设备依次安装在道路一侧，用于采集道路上的双向交通流的信息；相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，可以构成无线传感网；相邻节点设备的视野之间具有覆盖的重叠区域，用于提供相邻节点设备间协作的时间和空间。

本发明装置的节点设备包括：一视频采集模块具有一数据端与处理模块连接，用于采集道路上的交通流视频；一无线通讯模块，具有一数据端和控制端分别与处理模块连接，其用于和相邻节点设备进行通信，获取其它节点设备采集的交通信息，并将本节点设备采集的交通信息发给其它节点；一处理模块，具有两数据端和一控制端，用于处理采集的交通流视频，并结合相邻节点设备的采集结果，提取交通信息。

节点设备的视频处理板采用TMS320DM642处理器芯片；节点设备的无线通讯模块支持Zigbee通信协议，节点设备之间可以构成无线传感网。

本发明的装置采集交通信息的方法是通过相邻节点设备的交通信息合成，最下游节点可以得到整体范围内的交通信息。本发明的装置采集的交通信息包括道路的流量、占有率、平均速度和车辆的运动轨迹。

本发明的装置采集道路流量、占有率、平均速度的方法是，在每个采集周期，节点设备依次执行以下步骤：

步骤301：通过无线通讯模块和上游节点设备进行通信，获取上游节点设备采集的道路流量、占有率和平均速度交通信息A；

步骤302：分析处理视频采集模块采集的交通流视频，提取节点设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B；

步骤303：将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的合成结果C；

步骤304：判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游节点设备，则执行步骤305；如果当前节点没有下游节点设备，则交通信息的合成结果C就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；

步骤305：将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。

本发明的装置采集车辆运动轨迹的方法是，节点设备依次执行以下步骤：

步骤501：从上游节点设备获取跟踪车辆v的运动轨迹D和特征信息E；

步骤502：根据特征信息E在视野范围内定位车辆v；

步骤503：在视野范围内采集车辆v的运动轨迹，并将其加入运动轨迹D，得到新的运动轨迹D′；

步骤504：判断当前节点设备是否有下游节点设备，如果有下游节点设备，执行步骤505，如果没有下游节点设备，运动轨迹D′就是最终的运动轨迹，节点设备结束采集车辆运动轨迹的工作；

步骤505：更新车辆的特征信息E，得到特征信息E′，将运动轨迹D′和特征信息E′发给下游节点，节点设备结束采集车辆运动轨迹的工作。

本发明一种基于无线视频传感网的交通信息采集装置的有益效果是：使用本发明的这种装置能够克服现有技术实施的难度大、网络结构不灵活、不能满足交通信号控制机对交通信息的实时性要求的缺点。本发明能够获取单个采集点的交通流信息，而且能够及时将相邻采集点信息合成，得到更大范围内的整体信息，并且采集点之间可以通过无线方式直接通信，网络结构非常灵活，很容易扩展，提高了交通信息的采集质量和实时性。

附图说明

图1是本发明节点设备的硬件结构图。

图2是本发明节点设备的安装示意图。

图3是本发明在采集道路流量、占有率和平均速度信息时，节点设备的工作流程图。

图4是本发明在采集道路流量、占有率和平均速度信息时，节点设备间传递的消息。

图5是本发明在采集车辆的运动轨迹信息时，节点设备的工作流程图。

图6是本发明在采集车辆的运动轨迹信息时，节点设备间传递的消息。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本发明的装置由多个基于视频的交通信息采集节点设备组成。如图1交通信息采集节点设备的硬件结构图所示，节点设备包括：无线通讯模块101、数据线102、控制线103、处理模块104、接口105、视频采集模块106；视频采集模块106采用CMOS摄像机，接口105采用USB接口，处理模块104采用TMS320DM642处理器芯片；视频采集模块106通过USB接口105和处理模块104相联，处理模块104通过USB接口105接收并处理视频采集模块106传来的视频信号，提取视频采集模块106视野范围内的道路流量、占有率、平均速度和车辆的运动轨迹信息。处理模块104还通过数据线102和控制线103和无线通讯模块101相联。无线通讯模块101支持Zigbee通信协议。通过无线通讯模块101，处理模块104可以和其它节点设备进行通信，并形成无线传感网。

图2是装置中节点设备的安装示意图。在图2中，201是一条道路，路边可安装多个节点设备，选择3节点设备示例，第一节点设备202、第二节点设备203和第三节点设备204是依次安装在路边的节点设备，图中标记205是用虚线画出的第二节点设备203的视野范围，即第二节点设备的摄像机的监视范围205。节点设备在道路一侧按顺序安装，相邻节点设备的视野之间有5～6米的重叠范围，第二节点设备203和第一节点设备202的视野的重叠区域206，第二节点设备203和第三节点设备204的视野的重叠区域207。相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，所有的节点设备的工作流程是一样的。节点设备可以采集道路上双向交通流的信息，下面我们为了描述方便，以从左到右的交通流为例。在图2中，对于从左的到右的交通流来说，第一节点设备202是第二节点设备203的上游节点设备，第二节点设备203是第三节点设备204的上游节点设备。

本发明的装置采集交通信息的方法包括两部分内容，一是采集道路流量、占有率和平均速度信息的方法；二是采集车辆的运动轨迹信息的方法。下面分别说明。

采集道路流量、占有率和平均速度信息的方法：

图3是本发明在采集道路流量、占有率和平均速度信息时，节点设备的工作流程图，实例中的上游或下游节点设备是相对第二节点设备203而言，所以当前节点设备是以第二节点设备203为例进行说明的。在每个采集周期，节点设备依次执行以下步骤：

步骤301：通过无线通讯模块和上游节点设备进行通信，获取上游节点设备采集的道路流量、占有率和平均速度交通信息A；

步骤302：分析处理视频采集模块采集的交通流视频，提取节点设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B；

步骤303：将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的合成结果C；

步骤304：判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游节点设备，则执行步骤305；如果当前节点没有下游节点设备，则交通信息的合成结果C就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；

步骤305：将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。

以图2中第二节点设备203为例，此时第一节点设备202为第二节点设备203的上游节点设备，反之第二节点设备203也是第一节点设备202的下游节点设备，第二节点设备203又是第三节点设备204的上游节点设备，第三节点设备204又是第二节点设备203为下游节点设备。

图4是步骤301中第二节点设备203从上游第一节点设备202获得的交通信息。第二节点设备203从上游第一节点设备202中获得数据内容包括第一节点设备202合成的道路流量v1、占有率d1、平均速度s1，以及采集范围的长度L1。L1的长度是按车道来计算的，如果采集范围含有多个车道的话，长度L1等于多条车道的长度之和。

第二节点设备203在步骤302中通过分析视频采集模块采集的交通流视频，提取视野范围内的道路流量v2，占有率d2，平均速度s2。第二节点设备视野范围的长度L2是在安装时设定的，L2的长度是按车道来计算的，如果视野范围中含有多个车道的话，长度L1等于多条车道的长度之和。

第二节点设备203在步骤303合成的交通信息包括道路流量v3，占有率d3，平均速度s3和统计范围的长度L3。合成过程的计算方法如下：

v3＝v1+v2；

L3＝L1+L2；

$d3=\frac{L1\×d1+L2\×d2}{L1+L2}$

$s3=\frac{s1\×v1+s2\×v2}{v1+v2}$

第二节点设备203在步骤305传给下游第三节点设备204的消息结构和图4一样，只是其中的包含的道路流量、占有率、平均速度和统计范围的长度分别是v3、d3、s3和L3。

根据图3中的工作流程，最下游节点在每个周期会生成整体范围内的道路流量、占有率和平均速度。

采集车辆的运动轨迹信息的方法：

图5是本发明在采集车辆运动轨迹时，节点设备的工作流程图。以车辆v从左至右经过图2中节点设备203的视野范围205的过程为例，在采集车辆运动轨迹的过程中，节点设备203会依次执行以下步骤：

步骤501：节点设备203从上游节点设备202获取跟踪车辆v的运动轨迹D和特征信息E。当车辆v进入节点设备202和203的视野范围的重叠区域206时，节点设备202以无线方式给节点设备203发送图6所示的消息，消息中包括车辆v的特征信息E和运动轨迹D。车辆v的特征信息E包括坐标、颜色直方图、三维尺寸。

步骤502：节点设备203根据特征信息E在自己的视野范围内定位车辆v。节点设备203分析视频采集模块106采集的交通流视频，根据特征信息E在区域206内识别车辆。在识别过程中，节点设备203要考虑特征信息E从发送到正确接收有一定的延时，具体来说，节点设备203接收的车辆v的坐标信息要加入一定的偏移，颜色直方图和三维尺寸不用变。

步骤503：节点设备203在视野范围内采集车辆v的运动轨迹，并将其加入运动轨迹D，得到新的运动轨迹D′。节点设备203正确识别车辆v后，在视野范围205内采集车辆v的运动轨迹，并将采集结果附加到车辆v的运动轨迹信息D中，得到新的运动轨迹D′。

步骤504：当车辆a运动到节点设备203和节点设备204的视野范围的重叠区域206时，节点设备203判断自己是否有下游节点，如果有下游节点，执行步骤505，如果没有下游节点，新的运动轨迹D′就是最终的运动轨迹，节点设备203结束采集车辆运动轨迹的工作；

步骤505：节点设备203更新车辆v的特征信息E，得到特征信息E′，将新的运动轨迹D′和新的车辆特征信息E′发给下游节点204，从而节点设备204可以在自己的视野范围内继续采集车辆v的运动轨迹，节点设备203结束采集车辆运动轨迹的工作。

根据图5中的工作流程，最下游的节点设备能够得到车辆的运动轨迹。

图6是图5中步骤501和步骤505中节点设备间通信的消息结构，消息中包括跟踪车辆的特征信息E和跟踪车辆的运动轨迹信息D两部分内容，跟踪车辆的特征信息E包括车辆的坐标、车辆的颜色直方图、车辆的三维尺寸。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种交通信息采集装置，其特征在于，由基于视频的多个交通信息的采集节点设备组成；

多个节点设备依次安装在道路一侧，用于采集道路上的双向交通流的信息；

一无线通讯模块，具有一数据端和控制端分别与处理模块连接，其用于和相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，构成无线传感网；获取其它节点设备采集道路流量、占有率和平均速度的交通信息A，并将本节点设备采集的交通信息发给其它节点设备；相邻节点设备的视野之间具有覆盖的重叠区域，用于提供相邻节点设备间协作的时间和空间；

视频采集模块具有一数据端与处理模块连接，处理模块具有两数据端和一控制端，用于接收并处理视频采集模块采集道路上的交通流视频，并结合相邻节点设备的采集结果，提取节点设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B；将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的合成结果C；判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游节点设备，则将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；如果当前节点没有下游节点设备，则交通信息的合成结果C就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。

2.根据权利1要求的交通信息采集装置，其特征在于，节点设备的视频处理板采用TMS320DM642处理器芯片。

3.根据权利1要求的交通信息采集装置，其特征在于，节点设备的无线通讯模块支持Zigbee通信协议。

4.一种采集交通信息的方法，其特征在于，通过相邻节点设备的交通信息合成，最下游节点可以得到整体范围内的交通信息；

所述节点设备对道路流量、占有率、平均速度的采集是在每个采集周期，节点设备依次执行以下步骤：

步骤301：通过无线通讯模块和上游节点设备进行通信，获取上游节点设备采集的道路流量、占有率和平均速度交通信息A；

步骤302：分析处理视频采集模块采集的交通流视频，提取节点设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B；

步骤303：将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的合成结果C；

步骤304：判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游节点设备，则执行步骤305，如果当前节点没有下游节点设备，则交通信息的合成结果C就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；

步骤305：将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。

5.根据权利4要求的采集交通信息的方法，其特征在于，采集车辆运动轨迹的方法是，节点设备依次执行以下步骤：

步骤501：从上游节点设备获取跟踪车辆v的运动轨迹D和特征信息E；

步骤502：根据特征信息E在视野范围内定位车辆v；

步骤503：在视野范围内采集车辆v的运动轨迹，并将其加入运动轨迹D，得到新的运动轨迹D′；

步骤504：判断当前节点设备是否有下游节点设备，如果有下游节点，执行步骤505，如果没有下游节点，运动轨迹D′就是最终的运动轨迹，节点设备结束采集车辆运动轨迹的工作；

步骤505：更新车辆的特征信息E，得到特征信息E′，将运动轨迹D′和特征信息E′发给下游节点，节点设备结束采集车辆运动轨迹的工作。

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