CN101739833A - 预编队无等待交通流控制方法 - Google Patents

Abstract

预编队无等待交通流控制方法。本发明涉及一种交通控制装置，属于交通控制技术领域。本发明是在路口设置摄像机和测速仪，利用计算机分别对采集的数据进行处理；测速仪的车辆数、速度和位置信号被处理生成理想的预编队数据，一路信号送到路灯信号控制柜和灯信号显示，另一路信号与来自摄像机的数据再合并处理；摄像机的实时图像信号及测速仪信号被处理成简化图像，与预编队数据一同进行分析对比，再与摄像机的真实路况图像通过处理重叠合成控制图像，一路信号送到路口显示屏，另一路信号送到路口设置的信号发射台由车载接收及显示器接收。通过驾驶员及时进行调整，进入正确的编队位置实现编队，最终队列有序通过路口，实现汽车不停车即可通过路口。

Description

预编队无等待交通流控制方法

所属技术领域

本发明涉及一种预编队无等待交通流控制图像生成电路系统，属于交通控制技术领域。

背景技术

目前的交通控制是通过路口的红绿信号灯来实现的。红灯停，绿灯行这是我们所遵循的最基本的交通法规。随着车辆的不断增多，路口的等待时间越来越长，几乎所有路口都要等待，浪费时间，发动机待速排出大量的废气。交通拥堵已成为现代社会最令人头痛的一件事。为解决这个难题，迫使我们考虑动态交通管理方式，实现汽车不停车即可通过路口。

发明内容

本发明为克服现有交通拥堵的难题，给出一种动态交通图像控制管理装置，汽车驾驶员根据预编队图像的指示提前进行预编队，按队列有序通过路口，实现汽车不停车即可通过路口。

解决本发明的技术问题所采用的方案是：在路口设置摄像机和测速仪，利用计算机分别对采集的数据进行处理；测速仪的车辆数、速度和位置信号被处理生成理想的预编队数据，一路信号送到红绿路灯信号控制柜用于信号显示控制，另一路信号与来自摄像机的数据再合并处理；摄像机的实时图像信号被处理成简化图像数据，与预编队数据一同进行分析对比，再与摄像机的真实路况图像通过处理重叠合成，构成控制图像，该图像信号一路信号送到路口显示屏，另一路信号送到路口设置的信号发射台由车载接收及显示器接收。

本发明上述测速仪的数据是通过数据采集板采集，一路信号经预编队数据处理送到路灯信号控制柜，另一路信号经实时位置生成处理送去与摄像机的图像信号合并处理成实时简化图像；所述的预编队数据经处理生成预编队图形信号，摄像机的实时简化图像再与所述的测速仪实时位置生成信号合并成实时简化图像，再与预编队图形信号进行分析比较，比较后的图像再与处理过的摄像机的实时图像信号重叠合并成为实时有路面及车辆背景的控制图像；该控制图像信号是通过图像信号发射台和定位信号发射台进行发射的。

为了获得更加准确和连续的图像重叠合成信号，在路口的每个方向间隔距离设置二组摄像机和测速仪，同时还可达到对预编队图像数据的校验。

通常在大城市的交通主干道路口，第一组摄像机和测速仪宜选择距离路口500米～200米，第二组摄像机和测速仪距第一组的距离为200米，测速仪可采用雷达测速仪。

本发明所述的预编队无等待交通流控制方法的实现原理是通过预编队图像的指示，在将要通过的路口前几百米的一段路进行预编队，最终队列有序的通过路口。该预编队图像的生成通过如下方式实现：

路口前设置的测速仪可以将车辆的位置、车辆数和速度信号传输到计算机数据采集板上进行数据分析，并根据预先编好的程序进行计算，实时算出4条路左右行车道预编队队列的长度，密度和速度，这样的数据一共有8路。

采集的数据经预编队程序计算后，得到四个路口的预编队的计算结果：1.编队速度；2.编队车辆数；3.编队长度；4.编队车辆之间各车间距；5.车辆在雷达测速仪的瞬态实际位置。

上述计算结果分为两路，第一路送到路口信号灯控制柜中，控制信号灯。第二路送到图形计算机中，采用图像软件将实时编队结果变为直观的图像，将该图像送入图像分析比对计算机中；另一方面，高清晰摄像头将实际车辆运行的图像输入图像简化计算机中，利用图像识别软件对图像进行简化，得到计算机可识别的实时车辆位置图像，也将该图像送入图像分析比对计算机中。

图像分析比对计算机将上述两种图像(理论图像和实际图像)进行分析对比。自动判别车辆实际位置是否满足理想编队位置，如果实际位置符合理想编队位置，车辆实际位置图像变为绿色，如果实际位置不符合理想编队位置，车辆实际位置图像则变为红色(这一过程可通过图像处理软件来实现)。色彩的改变可以使驾驶员对自己的车辆位置是否进入到正确的编队位置有一个直观的判断。

为了让驾驶员的判断更为准确，还需要提供一个路面的实际的背景图像，这一背景图像可以通过高清晰摄像头拍摄实际的路况图像，并通过图像适配程序将实际路况图像与计算机图像相匹配，这样就获得了真实的路况图像的背景图像。

最终，将所有的图像进行重叠合成，合成的图像就是预编队所需要的最终图像。称该图像为预编队图像。该图像分两路进行传输，一路传送到监视大屏幕；另一路送到图像信号发射台，该图像通过无线电信号传输到微型显示器上。利用该图像可实现预编队。

本发明的有意效果是：可以大大缓解目前交通拥堵的状况，借助于预编队无等待交通流控制图像生成系统来实现预编队。预编队无等待交通流控制的实现相对于现有通过路口由红绿灯控制等待时间而言是一个巨大的进步。

附图说明

图1为本发明的系统装置结构示意图；

图2为本发明的工作原理框图；

图3为本发明车载微型接收及显示器的工作原理框图。

在图1中：摄像机1、测速仪2、计算机数据采集板3、预编队数据处理计算机4、实时位置生成计算机5、信号灯6、路口信号灯控制柜7、实时图像处理计算机8、预编队图形生成计算机9、实时简化图像生成计算机10、图像分析对比计算机11、图像重叠合成计算机12、大屏幕显示器13、信号发射台14、车载接收及显示器15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

预编队无等待交通流的实现原理是在将要通过的路口前200～500米(根据路口的情况和车流来决定预编队的距离)的一段路进行预编队，最终使队列有序的通过路口。具体实施方式是在距路口200～500处的地方左行车道旁立柱上端安装前端车辆位置、速度、数量测速仪2及摄像机1(具体可采用雷达测速仪，从路口至最前端的雷达测速仪的距离为预编队区域)。在路口前设置的第一组测速仪2及摄像机1的后端200米处再安装另一组测速仪2及摄像机1，这样两个雷达测速仪可以将车辆的位置、车辆数和速度信号传输到计算机数据采集板上，获得更加准确、连续的数据，并可对获取的数据校验。这样的测速仪2的数据一共有8路，与雷达测速仪配套有八个摄像机1，8个图像信号送入实时图像计算机进行处理。

汽车驶入进预编队区域内，车辆位置速度数量测速仪2对该路段驶过的车辆位置、速度、数量的所有数据实时传输到控制终端中的计算机数据采集板3中。对4个方向路口的8路雷达测速仪2信号数据被送入到预编队数据处理计算机4进行数据分析，确定出预编队区域内的车辆数、速度和位置。对于单一的路段，一个路口只有二个雷达测速仪2，因而所测到的车辆速度和位置不是连续的，因而只能作为一的校准数据使用。对于连续而准确的车辆位置、速度和数量具体是通过相应的二个摄像机1将图像传输给实时图像处理计算机8，通过图像识别程序来确定车辆位置、速度和数量。这样图像分析对比计算机11受到两组数据：一组是源自于雷达测速仪2的校准数据；另一组是源自于摄像机1的连续数据，两者共同构成预编队车辆实时位置、速度和数量数据，简称为实时数据。实时数据分为两路进行传输：a.输入到预编队数据处理计算机，用于生成理想的预编队图像；b.输入到时实位置生成计算机，用于生成简单准确的实时图像。现在分别逐一来看则两个过程是如何实现的，首先考虑预编队图像的生成。

a.预编队图像的生成：预编队数据处理计算机收到实时数据后，根据预先编好的程序进行计算，实时算出4条路左右行车道预编队队列的长度，密度和速度。在计算预编队队列的长度，密度和速度时，编程必须满足如下规则：

预编队所要遵循的法则：1.基本关系式：预编队的车辆位置速度数量监测器与定位信号接收发射架之间的距离定义为预编队区总长度，用S表示。编队车辆过路口的最大速率用U_max表示，满足：

S∝U_max.                                (2)

换言之，若要提高编队通过路口的速度，就要增加预编队总长度，相应的车辆位置速度数量监测器的数量也要增加。设每一段ΔS需要一台车辆位置速度数量监测器，那么S共需要n台，即

$n=\frac{S}{\mathrm{\ΔS}}.---\left(3\right)$

这是车辆位置速度数量监测器与预编队总长度之间的关系。

2.对称性法则。a.两组迎面相向的预编队领头的车辆必须满足同时在路口中心处，即定位信号接收发射架处交汇错车；b.两组迎面相向的编队车辆速度严格相等，用O点表示路口中心处，两编队用a，b两队表示。V_aO表示a编队O点处的速度，V_bO表示b编队O点处的速度，用公式表示出来是：

V_aO+B_bO＝0                   (4)

速度是矢量，相加为0，表明两编队在O点速度相反，且相等。上式简明的表述了两编队所要满足的对称性法则。

3.编队满足匀速性法则。在编队结束到编队解散之间，车辆必须保持匀速性，匀速通过路口，直至编队解散。

4.编队长度。设预编队之间的间隔距离为Δl，根据对称性法则有

l_a＝V_a·Δt_a≡l_a＝V_a·Δt_a.         (6)

路况无车的间隔时间Δt为

$\mathrm{\Δt}=\frac{{\mathrm{\Δl}}_a}{V_a}=\frac{{\mathrm{\Δl}}_b}{V_b}---\left(7\right)$

设预编队的长度为l，编队通过路口的时间是t，那么

$t=\frac{V}{l}<\mathrm{\&Delta;t}---\left(8\right)$

这一条件保证了编队不发生冲突。

5.右拐弯编队及左拐编队遵守的法则：编队分为三种a.直行编队；b.左拐弯编队；c.右拐弯编队。在这三类编队中，直行编队和左拐弯编队会发生干涉，因而要遵循上述所有法则，而右拐弯编队编队则可以和直行编队和左拐弯编队并行前进。参见图四。

6.人行道遵守的法则：在预编队交通流中，穿过马路和现有的在路口穿过马路的规则不同，有多个斑马路通道对行人开放，每一个斑马路通道设有红绿灯，红绿灯的规则和现有路口的斑马路人行通道规则一致。多通道的开放减少了行人过马路的时间，提高了安全性。

采集的数据经预编队程序计算后，得到四个路口的预编队的计算结果：

1.编队速度；2.编队车辆数；3.编队长度；4.编队车辆之间各车间距；5.车辆在雷达测速仪的瞬态实际位置。

上述计算结果分为两路，第一路送到路口信号灯控制柜7中，控制信号灯6。第二路送到预编队图形生成计算机9中，采用图像软件将实时编队结果变为直观的图像，再将该图像送入图像分析比对计算机11中。

b.实时图像的生成：8个摄像机1的图像是不适合用于预编队控制的，因为图像的视角不同，为了得到完美简洁的俯视图，必须将实际车辆运行的图像输入实时简化图像生成计算机10中，利用图像识别软件对图像进行简化，得到计算机可识别的实时车辆位置图像。

上述两种图像(预编队图像和实时图像)送入图像分析比对计算机11中，计算机将通过图像对比分析软件将上述两种图像(理论图像和实际图像)进行分析对比。自动判别车辆实际位置是否满足理想编队位置，如果实际位置符合理想编队位置，车辆实际位置图像变为绿色，如果实际位置不符合理想编队位置，车辆实际位置图像则变为红色(这一过程可通过图像处理软件来实现)。色彩的改变可以使驾驶员对自己的车辆位置是否进入到正确的编队位置有一个直观的判断。

为了让驾驶员的判断更为准确，还需要提供一个路面的实际的背景图像，这一背景图像可以通过8个高清晰摄像机1拍摄实际的路况图像，并通过图像适配程序将实际路况图像与计算机图像相匹配，这样就获得了真实的路况图像的背景图像。

最终，将所有的图像在图像重叠合成计算机12中进行重叠合成，合成的图像就是预编队所需要的最终图像，称为预编队控制图像。该图像分两路进行传输，一路传送到大屏幕显示器13；另一路送到信号发射台14，该图像通过无线电信号传输到微型车载接收及显示器15上。

这里还要解决在没有车载微型显示器的情况下，如何通过图像来进行预编队。

这里考虑利用监视大屏幕来进行预编队：

监视大屏幕编队：预编队控制图像传送到的路口的大屏幕显示器13上，可以直观的观察到：1.队列的形状(队列形状用闪动的红色亮线显示出来)；2.理想预编队位置；3.车辆的实际位置；4.进入到编队位置的实际情况。驾驶员可以从大屏幕上一目了然的看到。未进入队列车辆的驾驶员看到自己未进入队列则及时调整，进入队列。在队列中未调整好的车辆也可以通过大屏幕显示器13的图像及时进行调整，处于正确的编队位置。

车载微型显示器编队：参见图3，在汽车内有条件的装有车载接收及显示器15，该监控具有预编队大屏幕显示器13相同的功能。车载接收及显示器15置于汽车驾驶室，其内部有一个定位信号发生器，该车辆的定位信号被定位信号接收发射架接收，送到数据分析中心中，确定该车辆在监控路段的位置，并和该监控路段的俯视图进行合成，得到该车位置的实时图像。把四条道路的所有定位信号与四条道路监控路段地形的俯视图进行合成，就得到了所有位置的实时图像。将每一辆车简化为一个移动的具有速度位置的点，第i辆车用f_i(x₁，x₂，v₁，v₂)，点的数据f_i(x₁，x₂，v₁，v₂)输入到数据分析中心计算机中，用专门的预编队程序进行分析和计算：1.确定预编队的队形，并用虚线方框表示出来；2.确定监控路段中第i辆车进入编队的所需的新的速度和位置f′_i(x′₁，x′₂，v′₁，v′₂)和路径S(x₁，x₂)和归队时间ΔT_i。这里新的速度和位置用f′_i(x′₁，x′₂，v′₁，v′₂)表示。

f_i(x₁，x₂，v₁，v₂)→f′_i(x′₁，x′₂，v′₁，v′₂)     (1)

可以把这一计算结果显示在车载接收及显示器15上。在预编队监控器的显示屏上，位置速度函数f_i(x₁，x₂，v₁，v₂)和f′_i(x′₁，x′₂，v′₁，v′₂)用图形表示出来。f′_i(x′₁，x′₂，v′₁，v′₂)在用虚线绿色圆圈来表示，这是由程序计算给出的最佳理想位置。如果位置未归队，则用一个闪动的实线红色圆圈来表示；如果已进入编队位置，则红色的圆圈变为实线蓝色圆圈。两圆环相交，表明进入正确位置，驾驶员保持该位置行驶过路口，一段距离后，显示屏上实线蓝色圆圈消失，表示编队解散。

车载微型显示器的实现原理：其基本原理是采用GPS定位手机和电视手机的结合体。对于市场上具有接受普通电视信号或数字广播电视信号功能的手机已很普遍，这类电视手机可以直接接受预编队图像信号。另一方面，具有GPS定位功能的手机也很普遍，最近国内具有GPS定位功能的电视手机也已上市，该手机的软件经过改变之后，就可以实现预编队控制图像的接收。

该类手机在接收了GPS定位信号后，通过地图匹配程序与电子地图匹配。驾驶员通过屏幕可以知道自已的位置。进入的预编队区域后，手机接收到预编队图像的电视信号，电视信号变为与电子地图格式相同的数字图像信号取代了原有的电子地图，这样，驾驶员所看到的图像就不再是静止的电子地图，而是动态的路况的俯视图，可以知道自己车辆前后的车辆的运动状态，看到自己在是否在正确的预编队位置，于是调整自己的位置，实现预编队控制。具体的硬件原理图参见图六。

GPS信号经陶瓷滤波器进入到RT接口，通过该接口道8通道ASIC转变为数字量进入到手机的32位微处理器中，进行数据处理，和电子地图进行比对运算，得到正确的修正后的位置(修正程序被存储于RAM，EEPROM存储器内)，将修正后的位置数据经过RS-232转换器输出至VGA接口，进入到LCD图像信号处理模块，最后到LCD模块，显示图像。

在没有预编队时，显示的是汽车在电子地图上的位置。当进入到预编队区域后，切换程序将电子地图切换为预编队控制的动态图像，采用图像适配程序通过CPU来调整图像的大小，用于匹配车辆的出于正确位置，驾驶员可以看到自己在预编队的位置。该图像数据输出至VGA接口，进入到LCD图像信号处理模块，最后到LCD模块，显示图像。

对于图3中各模块的功能作如下说明：

普通模拟电视信号处理模块。该模块与普通的电视信号信号处理部分功能相同，可接受多种输入信号格式，如RF电视射频信号、CVBS复合电视信号、S-Video信号、色差分量信号。RF电视射频信号的接收可使用一体化二合一高频头进行处理，处理后可直接输出复合电视信号和解调的伴音信号。高频头输出的复合电视信号经视频解码IC处理后，输出模拟YUV(或RGV)信号及场同步信号供数字板进行处理使用。

模拟信号/数字信号转换模块。该模块把三通道YUV(或RGB)信号通过AD转换器处理后，转变为24路数字YUV(或RGV)信号提供给逐行处理板使用。

逐行/逐行转换模块。该模块把隔行格式的数字YUV(或RGB)信号进行逐行处理后输出一标准逐行格式的数字YUV(或RGB)信号。

模拟VGA/数字VGA信号转换模块。该模块主要把PC输出的标准模拟VGA视频信号转变成24位的并行数字VGA视频信号。

DVI串行/并行转换模块。这部分的主要功能由DVI接受器来实现。接收PC输出的标准串行数字视频DVI信号，将其转换为24位(或48位)并行数字视频信号。

LCD图像数字处理模块(SCALER)。该模块的核心是一个高性能的平板图像处理器，可对前端进来的多种格式数字视频信号进行处理，输出平板显示模块可接受的平板图像显示数据格式。其主要功能有：数字色度亮度处理、彩色Y校正、图像大小缩放、画质改善、运动补偿、边缘平滑等。

DVI并行/串行转换模块。这部分的功能主要由DVI发送器来实现。其接受的平板图像处理器输出的24位(或48位)平板图像显示数据，然后将其转换为DVI标准的串行输出数据格式，直接连接带DVI输出接口的LCD显示模块。

LCD显示模块。该模块是LCD-TV的显示终端，其接收平板图像处理器输出的平板图像显示数据(或DVI格式的平板图像显示数据，与LCD显示模块的输入接口有关)，经内部时序控制电路转换后驱动LCD屏显示出正确的视频图像。

CPU模块。提供人机接口及对电路的各个功能模块进行功能设置和控制。

供电模块。对电源接口输入的12V和24V直流电进行DC/DC转换后，提供系统需要的各种不同电压。

Claims (4)

1.一种预编队无等待交通流控制方法，其特征是：在路口设置摄像机和测速仪，利用计算机分别对采集的数据进行处理；测速仪的车辆数、速度和位置信号被处理生成理想的预编队数据，一路信号送到红绿路灯信号控制柜用于信号显示控制，另一路信号与来自摄像机的数据再合并处理；摄像机的实时图像信号被处理成简化图像数据，与预编队数据一同进行分析对比，再与摄像机的真实路况图像通过处理重叠合成，构成控制图像，该图像信号一路信号送到路口显示屏，另一路信号送到路口设置的信号发射台由车载接收及显示器接收。

2.按权利要求1所述的预编队无等待交通流控制方法，其特征是：测速仪的数据通过数据采集板，一路信号经预编队数据处理送到路灯信号控制柜，另一路信号经实时位置生成处理送去与摄像机的图像信号合并处理成实时简化图像；所述的预编队数据经处理生成预编队图形信号，实时简化图像再与预编队图形信号进行分析比较，比较后的图像再与处理过的摄像机的实时图像信号重叠合并成为实时有路面及车辆背景的控制图像；该控制图像信号是通过图像信号发射台和定位信号发射台进行发射的。

3.按权利要求2所述的预编队无等待交通流控制方法，其特征是：在路口的每个方向间隔距离设置二组摄像机和测速仪。

4.按权利要求3所述的预编队无等待交通流控制方法，其特征是：第一组摄像机和测速仪距离路口500米～200米，第一组摄像机和测速仪距第二组的距离为200米，测速仪可采用雷达测速仪。

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