CN104157155A - 交通路口信号灯自适应控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交通路口信号灯自适应控制系统，所述控制系统包括多个摄像头、多个信号灯控制器和远端监控平台，摄像头和信号灯控制器一一对应，每一个摄像头对应连接一个信号灯控制器，用于对相应信号灯控制器所控制的信号灯所在的路口拍摄，获得路口图像，信号灯控制器对路口图像压缩编码、打UDP包以输出路口图像网络数据，远端监控平台通过4G网络连接多个信号灯控制器以获得多个路口图像网络数据，并基于多个路口图像网络数据对多个信号灯控制器所分别控制的多个信号灯自适应控制。通过本发明，能够根据同一路段多个路口的具体通行情况，自适应确定多个路口的信号灯的红绿灯持续时间，实现交通流量的合理调度。

Description

交通路口信号灯自适应控制系统

技术领域

本发明涉及道路交通调度领域，尤其涉及一种交通路口信号灯自适应控制系统。

背景技术

当前，各个国家，尤其是发展中国家，城市化进程在不断地被推进，城市规模不断地被扩大。由于市区医疗、工作机会和娱乐方面的优势，越来越多的人们选择在城市里工作或生活，随之带来的是市区汽车数量的逐步提高。汽车在给人们带来方便的同时，也影响了城市交通的畅通。甚至在某些路段，由于汽车的过度饱和，导致交通高度拥堵，开车所花费的时间甚至超过了人们步行的时间，严重干扰了人们的正常生活。交通拥堵已经成为一种城市病，困扰着城市居民和城市管理者。

为了减轻城市交通拥堵的程度，城市管理者费劲脑筋，提出并实施了改善交通出行的一些办法，例如，通过道路施工来拓宽道路，增加更多的疏通路段，或者通过经济手段，提高市区停车场的收费标准。这些办法在一定程度上减轻了交通拥堵的程度，但是前者耗费大量的人力和财力，增加的宽度和道路赶不上汽车数量的增加，后者是以行政干涉的手段，给市区出行的居民造成一定的经济负担。因此，上述办法都具有一定的弊端。

为了从城市规划本身出发，提高疏通交通流量的合理性，现有技术中存在一些路口信号灯红绿灯持续时间智能控制的技术方案，根据朝夕交通流量的差别，在不同时间段为同一信号灯设计不同的红绿灯持续时间，减少等待红灯的车辆数量，保障道路的使用率。但是现有技术中信号灯红绿灯持续时间是基于时间段而被固定的，不能实时根据信号灯所在路口的流量而自适应变化，从而技术方案比较死板，智能化水平较低。

因此，需要一种新的交通路口信号灯控制方案，能够实时获得同一路段的各个路口的拥堵程度，基于路口拥堵程度及时改变各个信号灯的红绿灯持续时间，同时保持各个信号灯之间的信号联动，最大程度地利用现有的城市交通道路，在各个时间段都能自适应地提高道路的通行速度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种交通路口信号灯自适应控制系统，引入路口摄像头对路口图像进行拍摄，使用网络带宽高、覆盖范围广、传播速度快的4G网络实现路口图像的传输，在远端监控平台处对路口图像中的汽车进行识别，对汽车数量进行统计，从而确定各个路口的拥堵程度，选择拥堵程度变化大、控制优先级高的信号灯进行优先控制，其他信号灯联动控制，控制逻辑清楚，提高了自适应程度和控制效率，有力地改善了城市交通现状。

根据本发明的一方面，提供了一种交通路口信号灯自适应控制系统，所述控制系统包括多个摄像头、多个信号灯控制器和远端监控平台，摄像头和信号灯控制器一一对应，每一个摄像头对应连接一个信号灯控制器，用于对相应信号灯控制器所控制的信号灯所在的路口拍摄，获得路口图像，信号灯控制器对路口图像压缩编码、打UDP包以输出路口图像网络数据，远端监控平台通过4G网络连接多个信号灯控制器以获得多个路口图像网络数据，并基于多个路口图像网络数据对多个信号灯控制器所分别控制的多个信号灯自适应控制。

更具体地，在所述交通路口信号灯自适应控制系统中，每一个信号灯控制器还包括，图像编码器，连接信号灯控制器所对应的摄像头，对接收到的路口图像压缩编码，获得路口图像编码数据；4G网络接口，连接图像编码器，对路口图像编码数据打UDP包以获得路口图像网络数据，将路口图像网络数据通过4G网络发送到远端监控平台，并通过4G网络接收控制数据；控制设备，连接4G网络接口，根据接收到的控制数据控制对应信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间；所述远端监控平台还包括，信号灯控制器优先级设定设备，根据管理人员的输入，设定多个信号灯控制器的优先级；4G网络接口，连接4G网络，对多个信号灯控制器分别发送的多个路口图像编码数据解UDP包以获得多个路口图像编码数据，还将决策控制设备输出的多个控制数据通过4G网络分别发送到对应的信号灯控制器；图像解码器，连接4G网络接口，用于对多个路口图像编码数据解码，获得多个路口图像；拥堵指数分析设备，连接图像解码器，用于对多个路口图像中等待红灯的车辆数量进行分析，以分别获得多个路口拥堵指数；存储设备，用于存储多个历史路口拥堵指数，并预存信号灯联动算法和预定拥堵指数阈值；决策控制设备，分别与信号灯控制器优先级设定设备、拥堵指数分析设备、存储设备和4G网络接口连接，基于多个路口拥堵指数和多个历史路口拥堵指数寻找路口拥堵指数与对应的历史路口拥堵指数之差大于预定拥堵指数阈值的多个拥堵指数变化明显的路口，并基于多个信号灯控制器的优先级，在多个拥堵指数变化明显的路口分别对应的多个信号灯控制器中寻找优先级最高的信号灯控制器作为优先控制信号灯控制器，基于优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数确定优先控制信号灯控制器的控制数据，所述控制数据用于控制信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间，并基于信号灯联动算法确定其他信号灯控制器的控制数据，同时将多个路口拥堵指数存储到存储设备以作为多个历史路口拥堵指数；其中，多个信号灯控制器分别控制的多个信号灯在同一路段，所述信号灯联动算法用于实现对同一路段的多个信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间进行联动控制，以在一个信号灯的红灯持续时间或绿灯持续时间发生变化时，其他信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间相应变化；其中，所述对多个路口图像中等待红灯的车辆数量进行分析，以分别获得多个路口拥堵指数包括，路口拥堵指数与路口图像中等待红灯的车辆数量成正比，所述基于优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数确定优先控制信号灯控制器的控制数据包括，优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数越高，优先控制信号灯控制器的控制数据所控制的红灯持续时间越短、绿灯持续时间越长。

更具体地，所述交通路口信号灯自适应控制系统中，所述4G网络为TD-LTE网络。

更具体地，所述交通路口信号灯自适应控制系统中，所述摄像头为高清摄像头，所输出的路口图像的分辨率为1280×720，1920×1080或1420×1080。

更具体地，所述交通路口信号灯自适应控制系统中，所述图像编码器基于MPEG-4压缩格式标准对接收到的路口图像压缩编码，所述图像解码器基于MPEG-4压缩格式标准对多个路口图像编码数据解码。

更具体地，所述交通路口信号灯自适应控制系统中，所述控制系统还包括，多个管理人员通信终端，分别通过4G网络连接所述远端监控平台的4G网络接口，用于接收并查看所述决策控制设备输出的多个控制数据。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的交通路口信号灯自适应控制系统的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的交通路口信号灯自适应控制系统的信号灯控制器的结构方框图。

图3为根据本发明实施方案示出的交通路口信号灯自适应控制系统的远端监控平台的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的交通路口信号灯自适应控制系统的实施方案进行详细说明。

由于城市中心区域对资源的过度聚集，例如，大型医院一般设立在城市中心地带，市政府行政部门也分别在中心区域附近，娱乐场所设置在城市中心居民聚集区等，导致城市居民的出行集中在城区。进一步地，随着人们生活水平的提高，汽车出行成为趋势。这样，每在上班高峰期，或者周末娱乐集中时段，城区里的主要路段都呈现拥堵现象，一方面，降低了出行的效率，给生活和工作带来了不便，另一方面，低速运行的汽车排出了更多的尾气，形成了严重的环境污染。

在增加道路通行空间、以经济手段调节交通流量之外，更好地规划交通信号灯，使得各个路口的交通通行流量达到最大，并保持同一路段的各个交通信号灯的良好联动，是一种更科学更合理的路况改善方案，既节能环保，又开支不高，成为城市交通管理部门偏爱的交通管理方式。但是，现有的交通信号灯规划方案是基于时间段改变信号灯红绿灯持续时间，控制模式固定，各个路口的通行能力仍未被完全开发出来。

本发明的交通路口信号灯自适应控制系统，能够实时确定同一路段的每一个路口的拥堵程度，根据拥堵程度自适应确定每一个路口的信号灯红绿灯持续时间，最大程度地开发出各个路口的通行能力，同时实时性强，比现有方案更加灵活。

图1为根据本发明实施方案示出的交通路口信号灯自适应控制系统的结构方框图，所述控制系统包括n个摄像头1、n个信号灯控制器2和远端监控平台3，n为大于1的自然数，摄像头1和信号灯控制器2一一对应，每一个摄像头1对应连接一个信号灯控制器2，用于对相应信号灯控制器2所控制的信号灯所在的路口拍摄，获得路口图像，信号灯控制器2对路口图像压缩编码、打UDP包以输出路口图像网络数据，远端监控平台3通过4G网络连接多个信号灯控制器2以获得多个路口图像网络数据，并基于多个路口图像网络数据对多个信号灯控制器2所分别控制的多个信号灯自适应控制。

下面，对交通路口信号灯自适应控制系统的结构进行更具体的说明。

图2为根据本发明实施方案示出的交通路口信号灯自适应控制系统的信号灯控制器2的结构方框图，每一个信号灯控制器2包括，图像编码器21，连接信号灯控制器2所对应的摄像头1，对接收到的路口图像压缩编码，获得路口图像编码数据；4G网络接口22，连接图像编码器21，对路口图像编码数据打UDP包以获得路口图像网络数据，将路口图像网络数据通过4G网络发送到远端监控平台3，并通过4G网络接收控制数据；控制设备23，连接4G网络接口22，根据接收到的控制数据控制对应信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间。

图3为根据本发明实施方案示出的交通路口信号灯自适应控制系统的远端监控平台3的结构方框图。所述远端监控平台3包括，信号灯控制器优先级设定设备31，根据管理人员的输入，设定多个信号灯控制器2的优先级；4G网络接口34，连接4G网络，对多个信号灯控制器2分别发送的多个路口图像编码数据解UDP包以获得多个路口图像编码数据，还将决策控制设备36输出的多个控制数据通过4G网络分别发送到对应的信号灯控制器2；图像解码器35，连接4G网络接口34，用于对多个路口图像编码数据解码，获得多个路口图像；拥堵指数分析设备33，连接图像解码器35，用于对多个路口图像中等待红灯的车辆数量进行分析，以分别获得多个路口拥堵指数；存储设备32，用于存储多个历史路口拥堵指数，并预存信号灯联动算法和预定拥堵指数阈值；决策控制设备36，分别与信号灯控制器优先级设定设备31、拥堵指数分析设备33、存储设备32和4G网络接口34连接，基于多个路口拥堵指数和多个历史路口拥堵指数寻找路口拥堵指数与对应的历史路口拥堵指数之差大于预定拥堵指数阈值的多个拥堵指数变化明显的路口，并基于多个信号灯控制器2的优先级，在多个拥堵指数变化明显的路口分别对应的多个信号灯控制器2中寻找优先级最高的信号灯控制器2作为优先控制信号灯控制器，基于优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数确定优先控制信号灯控制器的控制数据，所述控制数据用于控制信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间，并基于信号灯联动算法确定其他信号灯控制器2的控制数据，同时将多个路口拥堵指数存储到存储设备32以作为多个历史路口拥堵指数。

其中，多个信号灯控制器2分别控制的多个信号灯在同一路段，所述信号灯联动算法用于实现对同一路段的多个信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间进行联动控制，以在一个信号灯的红灯持续时间或绿灯持续时间发生变化时，其他信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间相应变化；所述对多个路口图像中等待红灯的车辆数量进行分析，以分别获得多个路口拥堵指数包括，路口拥堵指数与路口图像中等待红灯的车辆数量成正比，所述基于优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数确定优先控制信号灯控制器的控制数据包括，优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数越高，优先控制信号灯控制器的控制数据所控制的红灯持续时间越短、绿灯持续时间越长。

其中，所述4G网络可选为TD-LTE网络，所述摄像头1可选为高清摄像头，所输出的路口图像的分辨率为1280×720，1920×1080或1420×1080，所述图像编码器21基于MPEG-4压缩格式标准对接收到的路口图像压缩编码，所述图像解码器35基于MPEG-4压缩格式标准对多个路口图像编码数据解码，所述控制系统还可包括多个管理人员通信终端，分别通过4G网络连接所述远端监控平台3的4G网络接口34，用于接收并查看所述决策控制设备输出的多个控制数据。

另外，4G，即第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，严格意义上来讲，4G只是3.5G，LTE尽管被宣传为4G无线标准，但他其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL(4兆)快20倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，他们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，他使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输；抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。第四代移动通信系统主要是以正交频分复用(OFDM)为技术核心。

另外，MPEG-4是一套用于音频、视频信息的压缩编码标准，由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)下属的“动态图像专家组”(Moving Picture Experts Group，即MPEG)制定，第一版在1998年10月通过，第二版在1999年12月通过。MPEG-4格式的主要用途在于网上流、光盘、语音发送(视频电话)，以及电视广播。

MPEG-4包含了MPEG-1及MPEG-2的绝大部份功能及其他格式的长处，并加入及扩充对虚拟现实模型语言VRML的支持，面向对象的合成档案(包括音效，视讯及VRML对象)，以及数字版权管理(DRM)及其他互动功能。而MPEG-4比MPEG-2更先进的其中一个特点，就是不再使用宏区块做影像分析，而是以影像上个体为变化记录，因此尽管影像变化速度很快、码率不足时，也不会出现方块画面。

采用本发明的交通路口信号灯自适应控制系统，针对现有交通路口信号灯规划方案的控制模式固定、无法实时跟上各个路口实际的交通状况、控制效率不高的技术问题，采用4G无线数据传输的方式，保证数据的快速、准确、全范围覆盖的传输，同时对各个路口采集到的图像进行车辆识别、车辆数量统计，并进一步计算出各个路口的拥堵指数，基于各个路口的拥堵指数的变化情况，制定各个路口处的各个信号灯的联动模式，最大程度地利用了各个路口的交通道路，对城市道路堵塞的缓解起到了一定的积极作用。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种交通路口信号灯自适应控制系统，其特征在于，所述控制系统包括多个摄像头、多个信号灯控制器和远端监控平台，摄像头和信号灯控制器一一对应，每一个摄像头对应连接一个信号灯控制器，用于对相应信号灯控制器所控制的信号灯所在的路口拍摄，获得路口图像，信号灯控制器对路口图像压缩编码、打UDP包以输出路口图像网络数据，远端监控平台通过4G网络连接多个信号灯控制器以获得多个路口图像网络数据，并基于多个路口图像网络数据对多个信号灯控制器所分别控制的多个信号灯自适应控制。

2.如权利要求1所述的交通路口信号灯自适应控制系统，其特征在于：

每一个信号灯控制器还包括

图像编码器，连接信号灯控制器所对应的摄像头，对接收到的路口图像压缩编码，获得路口图像编码数据；

4G网络接口，连接图像编码器，对路口图像编码数据打UDP包以获得路口图像网络数据，将路口图像网络数据通过4G网络发送到远端监控平台，并通过4G网络接收控制数据；

控制设备，连接4G网络接口，根据接收到的控制数据控制对应信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间；

所述远端监控平台还包括

信号灯控制器优先级设定设备，根据管理人员的输入，设定多个信号灯控制器的优先级；

4G网络接口，连接4G网络，对多个信号灯控制器分别发送的多个路口图像编码数据解UDP包以获得多个路口图像编码数据，还将决策控制设备输出的多个控制数据通过4G网络分别发送到对应的信号灯控制器；

图像解码器，连接4G网络接口，用于对多个路口图像编码数据解码，获得多个路口图像；

拥堵指数分析设备，连接图像解码器，用于对多个路口图像中等待红灯的车辆数量进行分析，以分别获得多个路口拥堵指数；

存储设备，用于存储多个历史路口拥堵指数，并预存信号灯联动算法和预定拥堵指数阈值；

决策控制设备，分别与信号灯控制器优先级设定设备、拥堵指数分析设备、存储设备和4G网络接口连接，基于多个路口拥堵指数和多个历史路口拥堵指数寻找路口拥堵指数与对应的历史路口拥堵指数之差大于预定拥堵指数阈值的多个拥堵指数变化明显的路口，并基于多个信号灯控制器的优先级，在多个拥堵指数变化明显的路口分别对应的多个信号灯控制器中寻找优先级最高的信号灯控制器作为优先控制信号灯控制器，基于优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数确定优先控制信号灯控制器的控制数据，所述控制数据用于控制信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间，并基于信号灯联动算法确定其他信号灯控制器的控制数据，同时将多个路口拥堵指数存储到存储设备以作为多个历史路口拥堵指数；

其中，多个信号灯控制器分别控制的多个信号灯在同一路段，所述信号灯联动算法用于实现对同一路段的多个信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间进行联动控制，以在一个信号灯的红灯持续时间或绿灯持续时间发生变化时，其他信号灯的红灯持续时间和绿灯持续时间相应变化；

其中，所述对多个路口图像中等待红灯的车辆数量进行分析，以分别获得多个路口拥堵指数包括，路口拥堵指数与路口图像中等待红灯的车辆数量成正比，所述基于优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数确定优先控制信号灯控制器的控制数据包括，优先控制信号灯控制器的路口拥堵指数越高，优先控制信号灯控制器的控制数据所控制的红灯持续时间越短、绿灯持续时间越长。

3.如权利要求2所述的交通路口信号灯自适应控制系统，其特征在于：

所述4G网络为TD-LTE网络。

4.如权利要求2所述的交通路口信号灯自适应控制系统，其特征在于：

所述摄像头为高清摄像头，所输出的路口图像的分辨率为1280×720，1920×1080或1420×1080。

5.如权利要求2所述的交通路口信号灯自适应控制系统，其特征在于：

所述图像编码器基于MPEG-4压缩格式标准对接收到的路口图像压缩编码，所述图像解码器基于MPEG-4压缩格式标准对多个路口图像编码数据解码。

6.如权利要求2所述的交通路口信号灯自适应控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

多个管理人员通信终端，分别通过4G网络连接所述远端监控平台的4G网络接口，用于接收并查看所述决策控制设备输出的多个控制数据。