CN104392616A - 一种智能红绿灯控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能红绿灯控制系统及控制方法，包括摄像头、图像处理模块、通信模块、红绿灯控制模块、太阳能电池模块。摄像头采集车辆过红绿灯的图像；图像处理模块对摄像头收集的图像进行及时的处理；通信模块将处理后的数据采用数字无线通信手段传输到与之相关的路口；接收到数据的路口根据车流量通过控制模块来调整红绿灯的时间，以达到减缓红绿灯时间不合理分配导致路口拥堵的情况；太阳能电池模块将太阳能转换为电能与电路系统一起为整个系统供电。该系统在现有基础上通过视觉注意机制以及摄像头的分布，使车流量统计的可靠性大幅提高。

Description

一种智能红绿灯控制系统及控制方法

 

技术领域

本发明涉及一种控制系统及控制方法，尤其是涉及一种智能红绿灯控制系统及控制方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的飞速发展，人民生活水平日益提高，许多家庭都有私家车，这直接导致了城市交通拥堵的日益严重。在中国大多数城市，红绿灯还是采用固定时长，这直接导致了车少的路段路面空车而车多的路段水泄不通的情况，因此，如何采用有效的方法控制红绿灯的时间，对减缓交通拥堵非常重要。

为了解决上述状况，根据车流量的多少决定红路灯的时长是一种有效的缓解甚至解决办法。然而，目前采用的解决办法是用地感线圈配合车辆检测器利用电磁感应的原理来完成的，以及目前的一些专利，如专利号CN 103646556A利用车载射频模块和路边射频接收模块来完成，这两种方法虽是可行的，但是工程较为浩大、成本较高；又或者专利号CN 1082615A的过程是初始化（捕获图像、画车道、在车道上画虚拟线圈、进行路标标定）然后获取图像序列进入动态生成背景图、获取目标灰度图像、对目标进行跟踪、在虚拟线圈上判断是否有车，此方法虽然有效，但涉及的计算繁琐、图像处理效率低而本系统的一大要求便是及时性。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种图像处理效率高、可靠性高、成本低的一种智能红绿灯控制系统及控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种智能红绿灯控制系统，其特征在于，包括：

若干摄像头：布置城市每个区域的交叉路口，用于实时采集车辆通过的视频信息；

若干基于FPGA的图像处理模块：城市每个区域均设置有一个图像处理模块，所述每个区域的图像处理模块与每个区域的交叉路口摄像头连接，用于接收每个区域交叉路口的实时车辆通过的视频信息，基于视觉注意机制的方法进行处理后获取每个区域交叉路口处通过的车辆数；

通信模块：在城市每个区域均设置有一个通信模块，用于将上一个区域的图像处理模块处理后获取的该区域各个交叉路口中通过的车辆数传送至下一个区域的图像处理模块；

红绿灯控制模块：在城市每个区域均设置有一个控制该区域的交叉路口的红绿灯控制模块，并与该区域的基于FPGA的图像处理模块连接，该区域的基于FPGA的图像处理模块根据接收的上个区域的交叉路口处通过的车辆数信息计算出该区域的各个路口红绿灯所需要点亮和熄灭的时间并将控制信息发送给红绿灯控制模块，红绿灯控制模块根据接收的控制信息控制红绿灯的点亮和熄灭；

太阳能电池模块：城市每个区域均设置有一个太阳能电池模块，给该区域控制系统内需要供电的模块供电。

一种智能红绿灯控制方法，其特征在于，将城市划分为若干个区域，即：第1区域、第2区域、第3区域···第n区域，其中，n为大于等于1的正整数；每个区域仅包含一个交叉路口，所述交叉路口包括十字路口、丁字路口、以及一字线路口；每个区域中的每个路口设置有摄像头，并且该区域的中央设有一个中央摄像头；其中，相邻至少有一个区域与第m区域相邻，为第Q区域； 该智能红绿灯控制系统的红绿灯控制方法包括如下步骤：

  步骤1，当通往第m区域的其中一个路口的绿灯亮起，车辆从其他路口开往该路口的则必经过该绿灯亮起的路口，该绿灯亮起的路口车辆通过情况由该路口的摄像头收集，收集到的视频在图像处理模块中采用基于视觉注意机制的方法进行处理后获取绿灯亮起的路口的中通过的车辆数；同时，而中央摄像头则收集该区域的中央内车辆过红绿灯的情况，再将收集到的视频信息传给图像处理模块进行处理，采用基于视觉注意机制的方法来统计车辆经过的速度和时间。

  步骤2，通信模块将该区域此时绿灯亮起的路口和该区域的中央处理得到的车辆数据及时采取数字通信的方式以设定频段的电磁波发送出去至与该区域最近的至少一个区域即是第Q区域；并且第Q区域是第m区域绿灯亮起的路口上车辆即将通往的区域；由第Q区域的基于FPGA的图像处理模块接收此频段信号，并根据车辆数量以及通过红绿灯的速度和大致时间来设定时间，并通过红绿灯控制模块控制红绿灯的显示。

在上述的一种智能红绿灯控制控制方法，所述步骤2中，通信模块将该区域此时绿灯亮起的路口和该区域的中央处理得到的车辆数据及时采取数字通信的方式以设定频段的电磁波发送出去至与该区域最近的至少一个区域即是第Q区域时，至少将设定频段的电磁波发送两次以上至第Q区域，由第Q区域的基于FPGA的图像处理模块接收此频段信号并判断是否接收正确，具体方法是：

将多次接收信号解调后的结果进行对比，若多次信号上装载的数据相同则可认为正确；正确的话则根据车辆数量以及通过红绿灯的速度和大致时间来设定时间，并通过红绿灯控制模块控制红绿灯的显示；

将多次接收信号解调后的结果进行对比，若多次信号上装载的数据不同则认为发生错误，此时采用之间设定的固有时间并及时反馈给人工系统，防止系统发生重大差错。

因此，本发明具有如下优点：1. 图像处理效率高、可靠性高、成本低；2. 有足够的时间进行数据处理和传输，大大减小系统出现内部紊乱的几率。

附图说明

图1是本发明公开的智能红绿灯控制系统原理框图。

图2是本发明系统安装设置图。

图3是本发明所采用的数字通信系统原理框图。

图4是本发明数字通信模块无线发射装置电路图。

图5是本发明数字通信模块无线接收装置电路图。

图6是本发明数字通信模块电路总图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

在本发明中，视频获取分为两个区域。一个是十字路口中央的摄像头区，该区域用于获取车辆运动态势粗略得到各方向上的车流量以及车辆过红绿灯路口的速度，为下一路口时间控制做准备；另一个是四个方向上的摄像头区，准确统计出车流量。本发明中所用的一部分摄像头可直接利用现有的监控摄像头或将调整利用，大大降低了成本。

在数据传输上，同一个路口各个摄像头及图像处理模块之间采取有线传输，各个路口之间则采用现有的数字通信系统，用特定频段的无线电传输，具有抗干扰能力强、保密性好、差错可控的特点。改数字无线传输模块包括发射和接收两个模块，由发射接收的硬件电路以及进行编码、译码的单片机（含ROM固化程的AT89C51单片机为示范）构成。

城市的主干路口形成通信网络，每个路口的红绿灯控制模块同样采取将算法固化到FPGA中的方法，根据与之相临路口传输过来的数据（车辆数以及车辆经过红绿灯的速度等）来确定红绿灯时间。整个路口网络形成循环从而缓解整个城市的拥堵情况。由于是用此路口的车辆数据调节下一路口的红绿灯时间，使得该系统有足够的时间进行数据处理和传输，大大减小系统出现内部紊乱的几率。

具体操作方法如图2所示，当通往方向①的绿灯亮起，车辆从其他三个方向开往方向①则必经过监控区①，监控区①中车辆通过情况由图2中摄像头①收集，收集到的视频在图像处理模块中采用基于视觉注意机制的方法进行处理、统计监控区①中通过的车辆数；而摄像头⑤则收集监控区⑤内车辆过红绿灯的情况，再讲收集到的视频传给图像处理模块进行处理，采用基于视觉注意机制的方法来统计车辆经过的大致速度和时间。

如图1所示，通信模块将监控区①和监控区⑤中处理得到的车辆数据及时采取数字通信的方式以特定频段的电磁波发送出去。下一路口，即方向①上车辆即将通往的下一个路口，接收此频段信号并判断是否接收正确。正确的话则根据车辆数量以及通过红绿灯的速度和大致时间来设定时间，并通过红绿灯控制模块控制红绿灯的显示；如果发生错误则采用之间设定的固有时间并及时反馈给人工系统，防止系统发生重大差错。

其他方向上同方向①。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种智能红绿灯控制系统，其特征在于，包括：

若干摄像头：布置城市每个区域的交叉路口，用于实时采集车辆通过的视频信息；

若干基于FPGA的图像处理模块：城市每个区域均设置有一个图像处理模块，所述每个区域的图像处理模块与每个区域的交叉路口摄像头连接，用于接收每个区域交叉路口的实时车辆通过的视频信息，基于视觉注意机制的方法进行处理后获取每个区域交叉路口处通过的车辆数；

通信模块：在城市每个区域均设置有一个通信模块，用于将上一个区域的图像处理模块处理后获取的该区域各个交叉路口中通过的车辆数传送至下一个区域的图像处理模块；

红绿灯控制模块：在城市每个区域均设置有一个控制该区域的交叉路口的红绿灯控制模块，并与该区域的基于FPGA的图像处理模块连接，该区域的基于FPGA的图像处理模块根据接收的上个区域的交叉路口处通过的车辆数信息计算出该区域的各个路口红绿灯所需要点亮和熄灭的时间并将控制信息发送给红绿灯控制模块，红绿灯控制模块根据接收的控制信息控制红绿灯的点亮和熄灭；

太阳能电池模块：城市每个区域均设置有一个太阳能电池模块，给该区域控制系统内需要供电的模块供电。

2.一种智能红绿灯控制方法，其特征在于，将城市划分为若干个区域，即：第1区域、第2区域、第3区域···第n区域，其中，n为大于等于1的正整数；每个区域仅包含一个交叉路口，所述交叉路口包括十字路口、丁字路口、以及一字线路口；每个区域中的每个路口设置有摄像头，并且该区域的中央设有一个中央摄像头；其中，相邻至少有一个区域与第m区域相邻，为第Q区域； 该智能红绿灯控制系统的红绿灯控制方法包括如下步骤：

  步骤1，当通往第m区域的其中一个路口的绿灯亮起，车辆从其他路口开往该路口的则必经过该绿灯亮起的路口，该绿灯亮起的路口车辆通过情况由该路口的摄像头收集，收集到的视频在图像处理模块中采用基于视觉注意机制的方法进行处理后获取绿灯亮起的路口的中通过的车辆数；同时，而中央摄像头则收集该区域的中央内车辆过红绿灯的情况，再将收集到的视频信息传给图像处理模块进行处理，采用基于视觉注意机制的方法来统计车辆经过的速度和时间；

  步骤2，通信模块将该区域此时绿灯亮起的路口和该区域的中央处理得到的车辆数据及时采取数字通信的方式以设定频段的电磁波发送出去至与该区域最近的至少一个区域即是第Q区域；并且第Q区域是第m区域绿灯亮起的路口上车辆即将通往的区域；由第Q区域的基于FPGA的图像处理模块接收此频段信号，并根据车辆数量以及通过红绿灯的速度和大致时间来设定时间，并通过红绿灯控制模块控制红绿灯的显示。

3.根据权利要求2所述的一种智能红绿灯控制控制方法，其特征在于，所述步骤2中，通信模块将该区域此时绿灯亮起的路口和该区域的中央处理得到的车辆数据及时采取数字通信的方式以设定频段的电磁波发送出去至与该区域最近的至少一个区域即是第Q区域时，至少将设定频段的电磁波发送两次以上至第Q区域，由第Q区域的基于FPGA的图像处理模块接收此频段信号并判断是否接收正确，具体方法是：

将多次接收信号解调后的结果进行对比，若多次信号上装载的数据相同则可认为正确；正确的话则根据车辆数量以及通过红绿灯的速度和大致时间来设定时间，并通过红绿灯控制模块控制红绿灯的显示；

将多次接收信号解调后的结果进行对比，若多次信号上装载的数据不同则认为发生错误，此时采用之间设定的固有时间并及时反馈给人工系统，防止系统发生重大差错。