CN103247181A - 基于视频车辆队长检测的红绿灯智能控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

基于视频车辆队长检测的红绿灯智能控制器及其控制方法。本发明提供一种成本较低的红绿灯控制装置及方法，它可以在各种类型路口中根据路面车辆排队等待状况自动调整红绿灯时间间隔。是利用现有路面摄像头采用视频分析技术进行路面等待车队长度检测并根据多个等待车道的检测结果动态调整交通信号灯时间间隔。在施工时只需在每个路口安装一个小型控制盒，极大的降低了安装成本、减小了施工规模。本发明具有较广的应用面。本发明能够实时地根据等待车道的车队长度自动控制信号灯时长，无需人工调整，能有效的提高道路通行效率，缓解十字路口拥堵状况，保证车辆和行人正常通行。

Description

基于视频车辆队长检测的红绿灯智能控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能交通领域的红绿灯智能控制器及其方法，应用于道路交通管理。

背景技术

目前，智能红绿灯信号控制技术已作为智能交通领域中一项重要技术被越来越多的人提出并应用于新型的道路交通管理模式中。有别于传统采用固定周期的交通信号灯控制模式，新型的信号灯控制模式能根据实际的路面状况动态调整红绿灯的时间间隔，以避免十字路口某一方向的车辆为等红灯而过于拥堵而其他方向却闲置绿灯时间等情况。

现有的智能红绿灯信号控制技术大多采用地面压力传感器、环形线圈检测器等设备。这类设备虽然能准确的检测到路面车辆拥堵状况，但用途单一且维护成本也相对较高。

现有的智能红绿灯信号控制技术在时间间隔调整方面大多根据单一某一方向车流量大小或者根据车流最大和车流最小两个方向来进行判断。但是这种方案只适用于简单的十字路口情况，当十字路口包括左转控制时就可能出现某一相位绿灯时间过长而下一个同样拥堵的相位绿灯时间很短等情况，造成交通管理上的失误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本较低的红绿灯控制装置及方法，它可以在各种类型路口中根据路面车辆排队等待状况自动调整红绿灯时间间隔。具体的说，是利用现有路面摄像头采用视频分析技术进行路面等待车队长度检测并根据多个等待车道的检测结果动态调整交通信号灯时间间隔。

为了解决以上技术问题，本发明需要保护的技术方案是：

一、方法技术方案：

一种基于视频车辆队长检测的红绿灯时间间隔智能调节方法，其特征在于，包括如下步骤实现：

（1）利用现有路面各个摄像头采集视频，并将完整的数字图像块存入系统指定内存缓冲队列中。

（2）视频分析单元在系统启动时会根据系统配置文件读出各个输入摄像头的位置、架设高度等信息，并根据此类信息生成一张各路摄像头拍摄图像中像素长度与实际长度的转化表。然后视频分析单元不断的从内存缓冲队列中读出已经准备好的视频块，对绿灯相位和下一个相位的视频块进行基于背景建模的队长检测运算，生成等待车队的像素长度。最后，视频分析单元再根据事先生成的转化表将像素长度转化为车队实际长度，移交给信号灯控制单元。

（3）信号控制单元在系统启动时会根据配置的路口信息生成一张时长模糊控制查询表。然后，信号灯控制单元在某一相位绿灯结束进入新的绿灯相位时接收视频分析单元移交的队长测试结果，再根据相位表获得正处在红灯相位的下一相位。然后，其根据目前绿灯相位和下一相位的队长配合模糊控制表得出新绿灯相位的绿灯时间。最后，信号控制单元根据结果和通信协议来控制相应信号灯的绿灯时长。

进一步优化，步骤（2）中，由于信号灯的模糊控制算法只需新绿灯相位和下个相位的队列长度，因此视频分析单元只分析下两个相位的视频块，其他相位的视频块将被丢弃；同时，出于节能的考量，视频分析单元只在绿灯时间即将结束时才会进行分析运算，其他时间同样丢弃视频块。

具体的，步骤（3）中，所述信号灯控制采用基于模糊控制算法的路口信号控制模型，其主要思想是：根据相位表选出绿灯相位和下一个相位再计算出两相位的饥渴度和急切度。然后根据选择出来的相位以及计算出来的急切度和饥渴度利用模糊规则来决定绿灯相位的时长。

二、装置技术方案：

一种基于视频车辆队长检测的红绿灯智能控制器装置，其特征在于，安装于小型控制盒内，设置于每个路口处，所述控制器装置是由一多核高性能处理器和一系列外围芯片组成，其功能包括多路视频接收单元、视频分析单元、信号灯控制单元和系统维护单元。所述多路视频接收单元由多路视频并行采集芯片，同时将多路模拟信号转化为数字信号并采集到的完整图像帧交给视频分析单元。所述视频分析单元运行于多核高性能处理器，采用基于高斯背景建模的车队长度检测模型对拍摄的每一路视频图像进行队列长度检测并将检测结果交给信号灯控制单元。所述信号灯控制单元运行于多核高性能处理器，采用基于模糊控制算法的路口信号控制模型，根据视频分析结果计算下一相位车道绿灯时间并通过串口将相应信号发送给信号灯。所述系统维护单元运行于多核高性能处理器，对装置进行正常的维护工作，并能通过网络接收远程控制信号来对装置进行配置。

本发明的有益效果是：本发明利用路面上现有的监控摄像头进行道路等待车队检测，并根据路面现有红绿灯通信协议对红绿灯进行时间间隔设置，因此在施工时只需在每个路口安装一个小型控制盒，极大的降低了安装成本、减小了施工规模。同时，本发明采用基于模糊控制算法的路口信号控制模型，能够适应大多数的路口类型，包括带转向车道的十字路口。因此，本发明具有较广的应用面。本发明能够实时地根据等待车道的车队长度自动控制信号灯时长，无需人工调整，能有效的提高道路通行效率，缓解十字路口拥堵状况，保证车辆和行人正常通行。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的主要部分的示意图。

图2是本发明的硬件实施结构图。

图3是本发明用于信号灯控制的模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图所述实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的一种实施例的主要部分的示意图。如图1所示，装置输入为一路口各个摄像头的模拟视频信号，输出为一路口红绿灯的串口控制信号。装置执行单元分为多路视频接收单元、视频分析单元和信号灯控制单元；另外装置还有一独立于执行单元也运行于多核高性能处理器上的系统维护单元。系统启动后在多核高性能处理器中就启动了程序，作为一个维护进程一直运行在系统中，用于对装置进行正常的维护工作，并能通过网络接收远程控制信号来对装置进行配置。

视频接收单元不断的将输入的视频模拟信号转化为系统能识别的视频数字信号，并将完整的数字图像块存入指定内存缓冲队列中，然后通知视频分析单元视频块已准备好。

视频分析单元在系统启动时会根据系统配置文件读出各个输入摄像头的位置、架设高度等信息，并根据此类信息生成一张各路摄像头拍摄图像中像素长度与实际长度的转化表。然后视频分析单元不断的从内存缓冲队列中读出已经准备好的视频块，对绿灯相位和下一个相位的视频块进行基于背景建模的队长检测运算，生成等待车队的像素长度。最后，视频分析单元再根据事先生成的转化表将像素长度转化为车队实际长度，移交给信号灯控制单元。由于信号灯的模糊控制算法只需新绿灯相位和下个相位的队列长度，因此视频分析单元只分析下两个相位的视频块，其他相位的视频块将被丢弃。同时，出于节能的考量，视频分析单元只在绿灯时间即将结束时才会进行分析运算，其他时间同样丢弃视频块。

信号控制单元在系统启动时会根据配置的路口信息生成一张时长模糊控制查询表。然后，信号灯控制单元在某一相位绿灯结束进入新的绿灯相位时接收视频分析单元移交的队长测试结果，再根据相位表获得正处在红灯相位的下一相位。然后，其根据目前绿灯相位和下一相位的队长配合模糊控制表得出新绿灯相位的绿灯时间。最后，信号控制单元根据结果和通信协议来控制相应信号灯的绿灯时长。

系统维护单元在系统启动后就运行于后台，实时监听远程发来的装置配置命令，其能根据命令完成配置文件更新、状态信息查询、系统初始化等功能。

图2是本发明的硬件实施结构图。本发明的硬件主要由一块高性能多核处理器和一系列外围控制芯片所组成。外围控制芯片包括用于将视频模拟信号转化为数字信号的多路视频采集芯片、内存DDR、存储器Nor Flash、串口芯片、网络传输芯片和RTC时钟控制芯片。

图3是本发明用于信号灯控制的模型示意图。一般来说，在一个标准的四方向孤立路口信号灯周期采用四相位。即：东西直行、东西双左拐、南北直行、南北双左拐。如遇到无左转的简单十字路口或者丁字路口，则可去掉相应的相位，模型一样适用。本发明的信号灯控制采用基于模糊控制算法的路口信号控制模型，其主要思想是：根据相位表选出绿灯相位和下一个相位再计算出两相位的饥渴度和急切度。然后根据选择出来的相位以及计算出来的急切度和饥渴度利用模糊规则来决定绿灯相位的时长。

表1是本发明信号灯控制中模糊决策的逻辑。一般情况下，当急切度Y不是很大而同时饥渴度X比较大的时候，绿灯相位的时间应该长一些。当急切度Y比较大而饥渴度X比较小的时候，绿灯相位的时间应该尽量短一些，见下表。

表1：

 

本发明的创新点：

1、通过视频来进行车辆队列长度检测。

2、综合多个相位的队列长度来控制红绿灯时长。

Claims (4)

1.一种基于视频车辆队长检测的红绿灯时间间隔智能调节方法，其特征在于，包括如下步骤实现：

（1）利用现有路面各个摄像头采集视频，并将完整的数字图像块存入系统指定内存缓冲队列中；

（2）视频分析单元在系统启动时会根据系统配置文件读出各个输入摄像头的位置、架设高度等信息，并根据此类信息生成一张各路摄像头拍摄图像中像素长度与实际长度的转化表；

然后视频分析单元不断的从内存缓冲队列中读出已经准备好的视频块，对绿灯相位和下一个相位的视频块进行基于背景建模的队长检测运算，生成等待车队的像素长度；

最后，视频分析单元再根据事先生成的转化表将像素长度转化为车队实际长度，移交给信号灯控制单元；

（3）信号控制单元在系统启动时会根据配置的路口信息生成一张时长模糊控制查询表；

然后，信号灯控制单元在某一相位绿灯结束进入新的绿灯相位时接收视频分析单元移交的队长测试结果，再根据相位表获得正处在红灯相位的下一相位；

然后，其根据目前绿灯相位和下一相位的队长配合模糊控制表得出新绿灯相位的绿灯时间；

最后，信号控制单元根据结果和通信协议来控制相应信号灯的绿灯时长。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤（2）中，由于信号灯的模糊控制算法只需新绿灯相位和下个相位的队列长度，视频分析单元只分析下两个相位的视频块，其他相位的视频块将被丢弃；同时，出于节能的考量，视频分析单元只在绿灯时间即将结束时才会进行分析运算，其他时间同样丢弃视频块。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤（3）中，所述信号灯控制采用基于模糊控制算法的路口信号控制模型，其主要思想是：根据相位表选出绿灯相位和下一个相位再计算出两相位的饥渴度和急切度；然后根据选择出来的相位以及计算出来的急切度和饥渴度利用模糊规则来决定绿灯相位的时长。

4.一种基于视频车辆队长检测的红绿灯智能控制器装置，其特征在于，安装于小型控制盒内，设置于每个路口处，所述控制器装置是由一多核高性能处理器和一系列外围芯片组成，其功能包括多路视频接收单元、视频分析单元、信号灯控制单元和系统维护单元；

所述多路视频接收单元由多路视频并行采集芯片，同时将多路模拟信号转化为数字信号并采集到的完整图像帧交给视频分析单元；

所述视频分析单元运行于多核高性能处理器，采用基于高斯背景建模的车队长度检测模型对拍摄的每一路视频图像进行队列长度检测并将检测结果交给信号灯控制单元；

所述信号灯控制单元运行于多核高性能处理器，采用基于模糊控制算法的路口信号控制模型，根据视频分析结果计算下一相位车道绿灯时间并通过串口将相应信号发送给信号灯；

所述系统维护单元运行于多核高性能处理器，对装置进行正常的维护工作，并能通过网络接收远程控制信号来对装置进行配置。

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