CN101706998A - 智能交通信号控制终端 - Google Patents

Abstract

一种智能交通信号控制终端，包括图像采集处理单元、主控制单元、交通信号灯和系统电源，图像采集处理单元包括视频图像微处理器电路，分别接在视频图像微处理器电路输入和输出端的视频图像采集电路、程序存储器电路、数据存储器电路、双串口电路和以太网电路；主控制单元包括主控制器模块、接在主控制器模块一端的外部接口电路和输入输出电路，以及接在输入输出电路端的交通信号灯；图像采集处理单元通过CCD摄像头和视频图像采集电路采集交叉路口的车辆视频图像信号。通过视频图像采集处理可得到精确的车流量信息，也能获得车辆流向及车辆等待情况和车辆违章信息。因而控制效果有很大改善。车辆的通行效率提高20％，同时也可减少路口车辆堵车情况的发生。

Description

智能交通信号控制终端

技术领域

本发明涉及路口交通控制领域，特别是一种城市路口交通信号灯的控制仪。

背景技术

我国当前城市路口的交通信号灯的控制，绝大多数采用固定相位的控制方式，它最大的优点是控制方式简单、造价低。但由于是采用开环的控制，因此不可能知道实际的路况，因此会增加车辆的平均等待时间，降低行车效率。另一方面，我国城市路口大多安装了“机动车路口交通违章处理系统”，但它和路口的信号交通控制是两套独立的系统，相互之间没有必然的联系。因而既增加了投资成本又达不到理想的控制效果。另外，我国某些城市路口现在也开始安装带线圈测量的交通信号控制系统，但线圈的安装要破坏路面、工作量大，比较适合新建道路。同时，线圈检测器又不好测定车流的方向，因此它对信号的实时控制带来了一定的不确定性。因此对路口交通信号的采集仍是对路口交通控制的关键，CN1716334A提出对路口交通信号采集分别采用机动车、非机动车和行人检测器，机动车和非机动车检测器为埋在相应车道地表内线圈检测器或设在距地面路口一定高度的射频探头，而行人检测器是设在人行道上一定高度的红外探头。不论是埋地线圈还是设在路口地面上的检测探头，由于交叉路口的复杂环境，干扰信号多，信号不可靠，失灵或误报机率大，而无法实施推广应用。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明设计一种既能根据路口的车辆实际行驶情况对车辆进行有效的放行控制，又能对路口车辆违章行驶进行处理的智能交通控制终端。

本发明需要解决的技术问题是怎样通过视频摄像机把视频信号传送到计算机进行处理得出车辆的实际路况信息，并在安全通行的原则下，对车辆通行进行最优控制，并能进行对路口违章通行车辆进行记录处理。

本发明采用以下技术方案来实现上述目的。

智能交通信号控制终端，包括图像采集处理单元、主控制单元、交通信号灯和系统电源，其特征在于图像采集处理单元包括视频图像微处理器电路，分别接在视频图像微处理器电路输入和输出端的视频图像采集电路、程序存储器电路、数据存储器电路、双串口电路和以太网电路；主控制单元包括主控制器模块、接在主控制器模块一端的外部接口电路，接在外部接口电路一端的输入输出电路，以及接在输入输出电路端的交通信号灯；图像采集处理单元通过CCD摄像头和视频图像采集电路采集交叉路口的车辆视频图像信号，通过视频图像微处理器电路产生交通流量信号，通过双串口电路输出至主控制单元的主控制器系统模块，主控制器系统模块产生的路口交通控制信号经外部接口电路输出控制信号灯变化的信号。

图像采集处理单元通过CCD摄像头和图像采集电路收集到路口违章行驶车辆的图像信号，通过与视频图像处理器电路相连的以太网电路传送到交通管理中心进行记录处理.

图像采集处理单元的视频采集与控制通过以下方式实现：车流量视频信号由安装在路口的CCD摄像头，通过视频解码模块SAA7113，输入到VPOTR0端，信息存放在图像采集处理单元内存中。经程序处理后，产生道路流量信号和路口车辆违章信号。其中违章信号可通过以太网接口传送给交通指挥中心进行违章处理。车流量信号则通过串口送往主控制单元。主控制单元的核心由ARM8019系统组成，它通过串口读出由图像采集处理单元发来的实时路况信号，再根据路口线圈检测电路采集到的实时流量信号，经过控制软件处理后产生最优路口信号控制方案，通过外部逻辑单元及输出电路来控制路口的红、绿灯时间。

通过视频图像采集处理得到的路口车况信息，它不仅可以得到精确的车流量信息，并且也能获得车辆的流向及车辆的等待情况和车辆的违章信息。因而控制效果得到了很大的改善。车辆的通行效率提高20％，同时也可以减少路口车辆堵车情况的发生，具有明显的社会经济效益。

附图说明

图1为智能交通信号控制终端系统组成框图。

图2为视频图像微处理器电路图。

图3为数据存储器电路图。

图4为程序存储器电路图。

图5为以太网电路图。

图6为双串口电路图。

图7为视频图像采集电路图。

图8为系统电源电路图。

图9为主控制器系统模块电路图。

图10为外部接口电路图。

图11为输入输出电路图。

图12为视频图像采集控制流程图。

图13为交通信号控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对实施例作进一步详细描述，如图1所示。

图像采集处理单元1包括：视频图像微处理器电路6、数据存储器电路4、程序存储器电路5、视频图像采集电路7和以太网电路8。

主控制单元2包括：主控制器系统模块10、外部接口电路11和输入输出电路12。

电源由系统电源9包括+5V、+3.3V、和+1.4V的DC/DC电源。

交通信号灯13包括车辆通行的红、黄、绿灯和行人通行的红绿灯。

参看图4、图2所示，视频图像处理微处理器电路6由专用的支持视频图像处理的高速中央处理器(TMS320DM642)U1A和U1B组成，采用64bit的外部存储器接口(EMIF)工作模式.系统总线20位地址EA[3，22]，64位数据ED[0，63]分别经排电阻RP1-RP8和RP12-RP16进行高速数据缓冲转换成地址总线TEA[3，22]，TED[0，63]；CE0z1-CE0z3为该中央处理器的外部存储器接口(EMIF)模块芯片使能(enable)信号，实现地址隐射；其中数据存取存储器(SDRAM)占用CE0，而程序存储器、串行口控制都映射到CE1.TBE0#--TBE7#为字节使能信号，TECLKOUT1信号提供给数据随机存取存储器133MHZ运行时钟信号；TCE0#，TSDRAS#，TSDCAS#，TDSWE#等信号分别为数据存取存储器的片选、行地址有效、列地址有效、写有效控制信号实现数据存取存储器控制读写操作.U2的ICS512和Y1组成25MHZ有源晶振，作为外部存储器接口(EMIF)模块外部时钟源，由DSP_ECLKIN信号输出连接至中央处理器U1B的H25引脚，作为外部存储器接口(EMIF)的时钟信号.

参看图3所示，数据存储器电路4由数据存储器芯片U3和U4组成。两片HY57V283220T-6组成8MbitX64容量存放采集到的视频图像信息数据。

参看图4所示，程序存储器电路5存放固化的图像处理程序(NorFlash)。由AMD公司生产的型号为AM29LV033C存储芯片U5组成，容量为4x8Mbit。NorFlash的地址A0-A18和数据DQ0-DQ7分别连到总线上TEA和TED上。

参看图7所示，视频图像采集电路7由图像视频芯片U15、总线开关U16和U17组成，实现车辆实时视频图像数据的采集。电路采用PHILIPS的视频解码芯片SAA7113，CCD摄像头信号经过P1输入至CCD RCA0，输出至8位“VPO”总线A_INDATA0-A_INDATA7，信号为标准的ITU 656、YUV 4:2:2格式；SAA_HREF、SAA_VSYNC、SAA_CLK分别为视频输出信号的行同步、帧同步、点时钟信号。SAA7113通过DSP_ISDA0、DSP_ISCL0进行读/写操作。U16、U17选用74CBT3245A作为数据的总线开关，实现视频数据和中央处理器U1D的连接。

参看图5所示，以太网电路8由以太网接口芯片U8、网络变压器L2、输出接口J2组成，实现向交通管理控制中心发送违章车辆信息任务。以太网接口电路采用Intel的LXT971A芯片，符合IEEE标准直接支持10M/100M双绞线应用。MTXD0-MTXD3为并行数据发送端口，MTXEN为发送使能引脚，TX_CLK是发送时钟，速率为10Mb/s时为2.5MHz，速率为100Mb/s时为25MHz；COL，CRS分别是冲突检测端和载波检测端；RX_DRV是接收数据正常指示端，MTXD0-MTXD3为并行数据接收端口；TPFOP、TPFON是网络接口输出正、负端口；TPFIP、TPFIN是网络接口输入正、负端口；ADDR0-ADDR4是设备地址端口。TPFOP、TPFON，和TPFIP、TPFIN通过网络变压器L2连接至标准的网络接口RJ45上。

参看图6所示，双串口电路3由串/并转换芯片U12、电平转换芯片U13和U14组成，实现与主控制单元1交换信息任务。串/并转换芯片采用TL16C752B芯片，具有一个带有64字节FIFO的通用异步收发器(UART)，自动硬件/软件流控制，数据率高达到3Mbps。TL16C752B的8位数据和3位地址分别连到外部存储器接口(EMIF)总线TED[0，7]，TEA[3，5]上。软件流控制模式的控制可通过其内部的EFR和MCR这2个寄存器来实现；通过RTS和CTS引脚信号的硬件连接可自动控制串行数据流，从而提高系统的有效性。电平转换芯片U13、U14采用MAX3243芯片，通过它实现RS232格式的电平转换，转换后分别输出至接口UART0或接口UART1。

参看图8所示，系统电源电路9由U18、U19和U20组成。电源电路采用2片TPS54310组成2路DC/DC电路，+5V输入，它同时作为主控单元的供电电源，DC/DC电路分别输出1.4V和3.3V。提供给中央处理器(TMS320DM642)内核电压和外围I/O电压。TL7705为电源监控芯片，当外部电源不稳定时，自动复位系统。

参看图9所示，主控制器系统模块10由中央处理器芯片U40组成，它是主控制单元的核心，由ARM8019芯片组成，实现对路口交通灯的实时控制。ARM8019系统的CPU采用Marvell公司的PXA270，包括64MHZ数据存储器(SDRAM)，256M程序存储器(NorFlash)；支持800x600 TFT LCD，支持VGA接口输出；1个RS-232串口和以太网接口；内置实时时钟(RTC)和备用电池。

参看图10所示，外部接口电路11由集成芯片U4A组成，通过它来控制交通信号灯。电路采用ALTERA的EPM3256ATC144组合64路I/O扩展，可以驱动外围设备。

参看图11所示，输入输出电路12由8路行人开关信号，16路线圈输入信号和32路灯控信号组成。

以下结合控制软件框图12和图13，简述本发明对交叉路口红绿灯的控制过程。

图12为视频图像采集控制流程图：当前第i帧输入：提取通过图像采集电路得到的第i帧图像信息；运动目标区域提取，即确定车辆可能存在的区域；目标确认，即对上阶段产生的候选区域进行确认，判断是车辆或背景；目标分割，通过识别出图像中符合车辆特征的像素，将待识别的目标从背景中分离出来；目标跟踪，依据提取出的特征匹配前后帧中的车辆，从而计算交通参数；目标分类，依据几何外形、纹理特征等对不同类型的车辆进行分类；后处理，根据应用需求计算交通参数，如车流量、车速等，如有违章车辆通过由以太网电路输出违章信息。

图13为交通信号控制流程图，系统上电后，先进行初始化，检测输入开关量，读取控制模式，完成控制模式的确定，并建立控制方案；选择自适应控制时，主控单元通过RS232端口从车辆视频图像检测器中读取车流量信息，系统调用交通信号动态控制优化算法，进行参数优化，最终得到优化的周期、绿信比、相位差等参数；利用系统内部总线，将控制参数传输给输出驱动电路，进行对信号灯的实时控制；返回读取交通流量信息或结束。

Claims (10)

1.一种智能交通信号控制终端，包括图像采集处理单元、主控制单元、交通信号灯和系统电源，其特征在于图像采集处理单元包括视频图像微处理器电路，分别接在视频图像微处理器电路输入和输出端的视频图像采集电路、程序存储器电路、数据存储器电路、双串口电路和以太网电路；主控制单元包括主控制器系统模块、接在主控制器系统模块一端的外部接口电路，接在外部接口电路一端的输入输出电路，以及接在输入输出电路端的交通信号灯；图像采集处理单元通过CCD摄像头和视频图像采集电路采集交叉路口的车辆视频图像信号，通过视频图像微处理器电路产生交通流量信号，通过双串口电路输出至主控制单元的主控制器系统模块，主控制器系统模块产生的路口交通控制信号经外部接口电路输出控制信号灯变化的信号。

2.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述的视频图像采集电路(7)由视频图像接口芯片U15、总线开关U16和U17组成实现车辆实时视频图像数据采集。

3.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述的视频图像微处理器电路(6)由高速中央处理器芯片U1A和U1B组成，采用外部存储器接口工作模式，芯片U2和接口Y1组成25MHz有源晶振。

4.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述的数据存储器电路(4)由存储器芯片U3和U4组成存放采集到的视频图像信息数据。

5.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述的所述的程序存储器电路(5)由存放固化的视频图像处理程序存储芯片U5组成。

6.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述的双串口电路(3)由串/并转换芯片U12、电平转换芯片U13和U14组成实现与主控制单元(1)交换信息。

7.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述以太网电路(8)由以太网接口芯片U8、网络变压器Z2和输出接口J2组成实现向交通管理控制中心发送违章车辆信息。

8.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述主控制器系统模块(10)由作中央处理芯片U40组成，包含64MHz数据存储器，256M的程序存储器，支持800×600TFT液晶显示和支持VGA接口输出。

9.根据权利要求1所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述外部接口电路(11)由集成芯片U4A组成控制交通信号灯信号电路。

10.根据权利要求5所述的智能交通信号控制终端，其特征在于所述输入输出电路(12)由8路行人开关信号、16路线圈输入信号和32路灯控制信号组成。

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