CN103927889B - 一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统，能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度与驶离合流区的速度之差是否低于设定阈值；并且能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度和驶离合流区的速度是否都低于设定阈值；当满足上述任一条件时，则说明合流区的车流量密度过大，需要对驶入匝道口的车辆进行控制，进而控制匝道口信号灯为红灯，有效缓解匝道驶入的车流对主路带来的影响。

Description

一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统

技术领域

本发明涉及智能交通控制领域，具体是涉及一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统。

背景技术

随着城市规模的不断扩大，交通需求快速增长，道路交通拥堵日益严重，导致人们出行时间不断增加，给人们日常生活带来极大不便，同时也制约了城市经济的发展。为了缩短人们的出行时间，大中城市都在市区内，通过建设快速路，将短途交通流与长途交通流分离。目前已建成的城市快速路中，在刚投入使用时，缓解交通拥堵的效果是非常明显的。随着时间的增长，交通需求不断增加，高峰时间快速路的拥堵已成为常态。尤其是当匝道进入快速路的机动车流量非常大时，就会造成快速路的某一区域交通瘫痪，使快速路失去了快速疏导交通的作用。

为此，采用匝道控制信号灯对匝道入口车辆进行控制，已成为国内外许多城市缓解快速路拥堵的方法之一，即当快速路发生拥堵时，通过将匝道控制信号灯变成红灯，控制和减少匝道进入快速路的流量，禁止匝道上的车辆继续进入快速路，以缓解主道压力、保障主道的正常通行。在什么情况下通过开启或关闭匝道信号灯，控制车流进入主路，则是提高快速路通行效率的关键。

现有专利文献CN101794518A公开了一种快速路匝道控制信号灯系统及其运行方法，主要原理是由设置在匝道车流与快速路主道车流进行合流的合流点旁的主道上的车辆检测器、设置在匝道停车线处的匝道控制信号灯、设置在匝道边的分析处理单元等部分组成。分析处理单元内预设一个拥堵阀值Ta，还预设了一个拥堵解除阀值Tb。从车辆检测器被占用起监测，若在≥Ta时间隔内车辆检测器始终被连续占用，即认为主道发生交通拥堵、匝道控制信号灯亮红灯；从连续占用车辆检测器时间段≥Ta的车辆离开车辆检测器时计，若再未有车辆检测器被连续占用时间≥Ta情况发生，即累加车辆检测器的空闲时间至拥堵解除阀值Tb，匝道控制信号灯亮绿红灯。

该方法存在以下问题：1、检测区域只设在道路的断面上，检测范围只能检测到一台车，所以当发生拥堵时，拥堵排队的车辆中的一台车必须停在检测范围内；2、为了防止误报警，设定的报警阈值时间长，检测周期长；3、无法判断是匝道车辆进入主路导致的拥堵，还是前方拥堵导致匝道附近拥堵。因此无法判断对当前拥堵是前方拥堵造成的，还是匝道车辆引发的，匝道信号控制就不能起到缓解拥堵作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的，不能准确控制匝道信号灯变化，缓解因匝道车流进入导致的快速路拥堵问题，从而提供一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，包括如下步骤：

S1：利用视频跟踪检测器对驶入合流区和驶出合流区的车辆进行连续跟踪；

S2：在匝道口信号灯为绿灯时，利用视频跟踪检测器获取驶入合流区车辆的第一车速和驶出合流区车辆的第二车速；

S3：判断所述第一车速与所述第二车速之间的差值是否大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4；

S4：判断所述第一车速和所述第二车速是否均小于或等于设定的速度阈值，若是则进入步骤S5，否则返回步骤S1；

S5：设置匝道口信号灯为红灯。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括如下步骤：

W1：判断驶入合流区的车辆是否为停止状态，若否则进入步骤S2，是则进入步骤W2；

W2：判断处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是否为停止状态，若是则返回步骤S1，否则进入步骤W3；

W3：发送报警信息至监控中心，提示该处于停止状态的车辆为异常停车。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，所述步骤W2中：停止车辆正前方紧邻车辆与停止车辆之间的距离不超过距离阈值L米，其中L≤20。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，所述步骤W3中，当停止车辆正前方无紧邻车辆为停止状态，且该车辆停止的时间超过判断阈值T时，发出报警信息至监控中心。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，所述步骤W3中，所述判断阈值T大于或等于3秒钟。

本发明还提供一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，包括：

视频跟踪检测器，用于对驶入合流区和驶出合流区的车辆进行连续跟踪，并且在匝道口信号灯为绿灯时，利用视频跟踪检测器获取驶入合流区车辆的第一车速和驶出合流区车辆的第二车速；

第一判断模块，用于判断所述第一车速与所述第二车速之间的差值是否大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值；

第二判断模块，用于判断所述第一车速和所述第二车速是否均小于或等于设定的速度阈值；

匝道信号灯控制模块，用于在所述第一车速与所述第二车速之间的差值大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值或者所述第一车速和所述第二车速均小于或等于设定的速度阈值时，设置匝道口信号灯为红灯。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，还包括：

车辆状态判断单元，用于判断驶入合流区的车辆是否为停止状态；

异常停车判断单元，用于在所述车辆状态判断单元判断有车辆为停止状态时判断处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是否为停止状态；

异常停车报警单元，用于在处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是不为停止状态时发送报警信息至监控中心，提示该处于停止状态的车辆为异常停车。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，所述异常停车判断单元中，停止车辆正前方紧邻车辆与停止车辆之间的距离不超过距离阈值L米，其中L≤20。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，所述异常停车报警单元中，设定当停止车辆正前方紧邻车辆不是停止状态，且该车辆停止的时间超过判断阈值T时，发出报警信息至监控中心。

所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，所述异常停车报警单元中，设定所述判断阈值T大于或等于3秒钟。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统，能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度与驶离合流区的速度之差是否低于设定阈值，若是则说明当前拥堵是匝道车辆引发的；并且能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度和驶离合流区的速度否都低于设定阈值，若是则说明当前拥堵是前方道路车多引发的；当满足上述任一条件时，则说明合流区的车流量密度过大，需要对驶入匝道口的车辆进行控制，进而控制匝道口信号灯为红灯，有效缓解匝道驶入的车流量带来的影响。视频跟踪技术的采用，比现有技术中在道路断面上设置监测区域的方案来说具有更好的实时性和准确性，无论车辆行驶在视频画面跟踪范围的任意位置，都能对其行驶速度及是否为非正常停车都能及时进行跟踪检测处理。

（2）本发明所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统，可以实时准确监测到进入或驶出合流区附近的车辆异常停车；因此本发明中的上述方法和系统除了能够对匝道口信号灯进行合理的控制，还能够对异常停车的车辆进行快速准确的检测，系统功能更加强大，而且上述功能可以借助于快速路匝道口信号控制系统中的视频跟踪单元来实现，提高了视频跟踪单元的利用率。

（3）本发明所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法及系统，在判断车辆是否异常停车时，设定了判断阈值T。通过设置判断阈值可以避免车辆一停车就被判断为异常停车的情况出现，进一步提高了系统的准确性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明一个实施例中所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统的设置方式示意图；

图2是本发明一个实施例所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法流程图；

图3是本发明一个实施例所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法流程图；

图4是本发明一个实施例所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统的原理框图；

图5是本发明一个实施例所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统的原理框图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1：利用视频跟踪检测器对驶入合流区和驶出合流区的车辆进行连续跟踪。其中视频跟踪检测器的设置方式如图1所示，其可以设置在匝道入口处的位置，能够对匝道口附近的车辆进行连续跟踪监测。其视频跟踪范围至少要能够包括匝道上的车辆以及到达合流区的车辆。如图1所示，图中的合流区的设定可以根据路况来灵活设定，一般情况下合流区沿行驶方向的距离不超过20米。从图中可以看出，驶入合流区的车辆为快速路上三条车道上的车辆以及匝道口一条车道上的车辆，驶出合流区的车辆为三条车道的车辆。正常情况下，驶入合流区的车辆与驶出合流区的车辆相同，车速也变化不大。

S2：在匝道口信号灯为绿灯时，利用视频跟踪检测器获取驶入合流区车辆的第一车速和驶出合流区车辆的第二车速。如果未发生拥堵，则第一车速和第二车速应当相等，或者差值不大。

S3：判断所述第一车速与所述第二车速之间的差值是否大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4。其中所述速度差阈值根据道路所在位置以及当时的车流量来灵活选取。例如可以选择速度差阈值=第一速度*0.5。

S4：判断所述第一车速和所述第二车速是否均小于或等于设定的速度阈值，若是则进入步骤S5，否则返回步骤S1。其中所述速度阈值根据道路所在位置以及当时的车流量来灵活选取。例如可以选择该路段限速值的50%或者30%等。例如一般的快速路上，车辆的限速值为100km/小时，则可以设置该路段上的速度阈值为30km/小时。

S5：设置匝道口信号灯为红灯。

本实施例中的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度与驶离合流区的速度之差是否低于设定阈值；并且能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度和驶离合流区的速度否都低于设定阈值；当满足上述任一条件时，则说明合流区处的车流量密度过大，需要对驶入匝道口的车辆进行控制，进而控制匝道口信号灯为红灯，有效缓解匝道驶入的车流量带来的影响。

进一步地，如图3所示，所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括如下步骤：

W1：判断驶入合流区的车辆是否为停止状态，若否则进入步骤S2，是则进入步骤W2。

W2：判断处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是否为停止状态，若是则返回步骤S1，否则进入步骤W3。

W3：发送报警信息至监控中心，提示该处于停止状态的车辆为异常停车。

本实施例中，采用视频跟踪技术对进入视频跟踪范围内的车辆进行连续跟踪，是现有技术中常用的手段。作为一种实现方法，视频跟踪结果可以看做一个平面坐标系，其横轴为x轴，纵轴为y轴。对于该视频画面内的每一个位置点来说都可以确定其位置。而进入视频跟踪范围内的每一辆车，被连续跟踪后，可以视为一个矩形框，矩形框的中心所对应的x、y值可以作为确定其在视频画面中位置的依据。为了将不同车辆进行区分，还可以为每一辆车设置一编号。例如，编号001、002、003……。因此，每一个时刻，都能够准确得知每一个编号的车辆在视频画面内的具体位置。而在视频监控画面中也会明确给出合流区的准确位置及合流区所包含的范围内的坐标，因此很容易得知车辆是否到达合流区。

采用视频跟踪技术，当连续两帧或几帧数据中某一车辆的位置均未发生变化，则可以认定该车辆处于停止状态。利用连续跟踪技术，实时监测到进入到视频跟踪范围内的车辆是正常行驶还是处于停止状态。当车辆处于停止状态时，立即判断车辆正前方的车辆是否处于停止状态，如果车辆的正前方紧邻的车辆没有停止状态的，则说明该车辆为异常停车。便向监控中心发送车辆非正常停车的报警信息。因此，一旦在视频监控单元的跟踪范围内出现车辆异常停车，监控中心便可以及时、快速地检测到。从而可以合理安排措施，避免由于该车辆异常停车带来交通拥堵。

优选地，所述步骤W2中：停止车辆正前方紧邻车辆与停止车辆之间的距离不超过距离阈值L米，其中L≤20。所述距离阈值可以为1米，3米，5米，10米，20米等。也就是说如果在停止车辆前方与停止车辆紧邻的位置处有车辆处于停止状态，则说明该车辆不属于异常停车。该距离阈值可动态调整以尽量不发生误报为原则。

进一步地，本实施例所述步骤W3中设定一报警阈值T，当停止车辆正前方无紧邻车辆为停止状态，且该车辆停止的时间超过所述判断阈值T时，发出报警信息至监控中心。所述判断阈值T大于或等于3秒钟，可以选择5秒、10秒等。通过设置判断阈值可以避免车辆一停车就被判断为异常停车的情况出现，进一步提高了系统的准确性。

实施例2

本实施例提供一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，如图4所示，包括：

视频跟踪检测器，用于对驶入合流区和驶出合流区的车辆进行连续跟踪，并且在匝道口信号灯为绿灯时，利用视频跟踪检测器获取驶入合流区车辆的第一车速和驶出合流区车辆的第二车速。

第一判断模块，用于判断所述第一车速与所述第二车速之间的差值是否大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值。其中所述速度差阈值根据道路所在位置以及当时的车流量来灵活选取。例如可以选择速度差阈值=第一速度*0.5。

第二判断模块，用于判断所述第一车速和所述第二车速是否均小于或等于设定的速度阈值。其中所述速度阈值根据道路所在位置以及当时的车流量来灵活选取。例如可以选择该路段限速值的50%或者30%等。例如一般的快速路上，车辆的限速值为100km/小时，则可以设置该路段上的速度阈值为30km/小时。

匝道信号灯控制模块，用于在所述第一车速与所述第二车速之间的差值大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值或者所述第一车速和所述第二车速均小于或等于设定的速度阈值时，设置匝道口信号灯为红灯。

本实施例中的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度与驶离合流区的速度之差是否低于设定阈值；并且能够实时准确监测到进入合流区每一台车辆的速度和驶离合流区的速度否都低于设定阈值；当满足上述任一条件时，则说明合流区处的车流量密度过大，需要对驶入匝道口的车辆进行控制，进而控制匝道口信号灯为红灯，有效缓解匝道驶入的车流量带来的影响。

进一步地，如图5所示，本实施例中的上述系统还包括：

车辆状态判断单元，用于判断驶入合流区的车辆是否为停止状态。

异常停车判断单元，用于在所述车辆状态判断单元判断有车辆为停止状态时判断处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是否为停止状态。

异常停车报警单元，用于在处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是不为停止状态时发送报警信息至监控中心，提示该处于停止状态的车辆为异常停车。

本实施例中，采用视频跟踪技术对进入视频跟踪范围内的车辆进行连续跟踪，是现有技术中常用的手段。作为一种实现方法，视频跟踪结果可以看做一个平面坐标系，其横轴为x轴，纵轴为y轴。对于该视频画面内的每一个位置点来说都可以确定其位置。而进入视频跟踪范围内的每一辆车，被连续跟踪后，可以视为一个矩形框，矩形框的中心所对应的x、y值可以作为确定其在视频画面中位置的依据。为了将不同车辆进行区分，还可以为每一辆车设置一编号。例如，编号001、002、003……。因此，每一个时刻，都能够准确得知每一个编号的车辆在视频画面内的具体位置。而在视频监控画面中也会明确给出合流区的准确位置及合流区所包含的范围内的坐标，因此很容易得知车辆是否到达合流区。

采用视频跟踪技术，当连续两帧或几帧数据中某一车辆的位置均未发生变化，则可以认定该车辆处于停止状态。利用连续跟踪技术，实时监测到进入到视频跟踪范围内的车辆是正常行驶还是处于停止状态。当车辆处于停止状态时，立即判断车辆正前方的车辆是否处于停止状态，如果车辆的正前方紧邻的车辆没有停止状态的，则说明该车辆为异常停车。便向监控中心发送车辆非正常停车的报警信息。因此，一旦在视频监控单元的跟踪范围内出现车辆异常停车，监控中心便可以及时、快速地检测到。从而可以合理安排措施，避免由于该车辆异常停车带来交通拥堵。

优选地，所述异常停车判断单元中，停止车辆正前方紧邻车辆与停止车辆之间的距离不超过距离阈值L米，其中L≤20。所述距离阈值可以为1米，3米，5米，10米，20米等。该距离阈值可动态调整以尽量不发生误报为原则。进一步优选地，本实施例中所述异常停车报警单元中，设定当停止车辆正前方紧邻车辆不是停止状态，且该车辆停止的时间超过判断阈值T时，发出报警信息至监控中心。所述判断阈值T大于或等于3秒钟，可以选择5秒、10秒等。通过设置判断阈值可以避免车辆一停车就被判断为异常停车的情况出现，进一步提高了系统的准确性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (8)

1.一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：利用视频跟踪检测器对驶入合流区和驶出合流区的车辆进行连续跟踪；

W1：判断驶入合流区的车辆是否为停止状态，若否则进入步骤S2，是则进入步骤W2；

W2：判断处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是否为停止状态，若是则返回步骤S1，否则进入步骤W3；

W3：发送报警信息至监控中心，提示该处于停止状态的车辆为异常停车；

S2：在匝道口信号灯为绿灯时，利用视频跟踪检测器获取驶入合流区车辆的第一车速和驶出合流区车辆的第二车速；

S3：判断所述第一车速与所述第二车速之间的差值是否大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4；

S4：判断所述第一车速和所述第二车速是否均小于或等于设定的速度阈值，若是则进入步骤S5，否则返回步骤S1；

S5：设置匝道口信号灯为红灯。

2.根据权利要求1所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，其特征在于，所述步骤W2中：停止车辆正前方紧邻车辆与停止车辆之间的距离不超过距离阈值L米，其中L≤20。

3.根据权利要求2所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，其特征在于，所述步骤W3中，当停止车辆正前方无紧邻车辆为停止状态，且该车辆停止的时间超过判断阈值T时，发出报警信息至监控中心。

4.根据权利要求3所述的利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制方法，其特征在于，所述步骤W3中，所述判断阈值T大于或等于3秒钟。

5.一种利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，其特征在于，包括：

视频跟踪检测器，用于对驶入合流区和驶出合流区的车辆进行连续跟踪，并且在匝道口信号灯为绿灯时，利用视频跟踪检测器获取驶入合流区车辆的第一车速和驶出合流区车辆的第二车速；

第一判断模块，用于判断所述第一车速与所述第二车速之间的差值是否大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值；

第二判断模块，用于判断所述第一车速和所述第二车速是否均小于或等于设定的速度阈值；

匝道信号灯控制模块，用于在所述第一车速与所述第二车速之间的差值大于设定的需关闭匝道信号灯的速度差阈值或者所述第一车速和所述第二车速均小于或等于设定的速度阈值时，设置匝道口信号灯为红灯；

还包括:

车辆状态判断单元，用于判断驶入合流区的车辆是否为停止状态；

异常停车判断单元，用于在所述车辆状态判断单元判断有车辆为停止状态时判断处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是否为停止状态；

异常停车报警单元，用于在处于停止状态的车辆行驶方向正前方紧邻的车辆是不为停止状态时发送报警信息至监控中心，提示该处于停止状态的车辆为异常停车。

6.根据权利要求5所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，其特征在于，所述异常停车判断单元中，停止车辆正前方紧邻车辆与停止车辆之间的距离不超过距离阈值L米，其中L≤20。

7.根据权利要求6所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，其特征在于，所述异常停车报警单元中，设定当停止车辆正前方紧邻车辆不是停止状态，且该车辆停止的时间超过判断阈值T时，发出报警信息至监控中心。

8.根据权利要求7所述利用视频跟踪技术的快速路匝道信号控制系统，其特征在于，所述异常停车报警单元中，设定所述判断阈值T大于或等于3秒钟。