CN105551280A - 无人机智能交通信号指示系统 - Google Patents

Abstract

一种无人机智能交通信号指示系统，其特征在于，包括：长航时旋翼无人机平台、交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、图像数据传输模块、多个带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块、多个超声波传感器。其中交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、图像数据传输模块、多个带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块、多个超声波传感器组成智能交通载荷，装在无人机平台下方，保证载荷重心在无人机的中心附近，提高旋翼无人机的稳定性；无人机起落架装载于载荷主体结构的下面，和智能交通载荷形成一体，方便运输。

Description

无人机智能交通信号指示系统

技术领域：

本发明涉及到智能交通系统领域，尤其涉及到一种基于无人机的交通信号指示系统。

背景技术：

城市交通系统是保证一个城市高速运转和保持活力最主要的基础设施之一。近年来，随着城市人口和私家车的快速增长，城市交通问题越来越突出，已经成为了许多城市所面临的难题之一。城市中的交通阻塞主要发生在十字路口,红绿灯在城市交通中起着至关重要的作用，目前市场上大多是固定的信号指示灯或信号显示器，这种信号显示系统虽然能持续工作，信号稳定，但是一旦出现交通事故或红绿灯故障等状况引发交通不畅，这时交警人员及车辆很难及时抵达现场指挥交通，交通指挥中心也不能通过传统交通信号灯获取实时的交通数据，不方便进行总体调度。无人机机载交通信号指示系统将智能交通信号指示灯搭载在旋翼无人机上，因此响应速度快，能从空中直达交通拥堵地点，并将现场视频实时回传给指挥中心，在应急交通指挥中极为便利；同时在无人机多个方向方配置多个高清图像传感器，通过智能算法能够实时自动识别各个方向车流量情况，并自动调整各个方向上的红绿灯时间，保障每个通行方向合理的通行时间；基于无人机的智能交通指示灯系统可以实时调节指示灯的高度，不仅便于远离路口的车辆能看到指示灯的状态，而且能精确统计各个方向车流量的情况；将各个方向视频及车流量参数发回指挥中心，指挥中心可远程控制交通指示灯；布置灵活，当一个拥堵点问题解决以后，可立即飞行到下一个拥堵点。因此这种智能交通信号指引无人机能在有限的道路条件下提高交通管理效率，缓解交通压力。

发明内容：

本发明针对现有应急交通指挥的不足，提供了一种基于无人机的智能交通指示系统，解决了交通管理者到达拥堵点不便利、了解拥堵情况不及时、不能准确了解各个方向车辆流量、通过各个方向车流量情况智能调整各个方向通行时间等问题。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种无人机智能交通信号指示系统，包括

无人机平台、交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、数据传输模块、多个图像传感器及智能车流量识别模块；

图像传感器，实时采集一个方向上的路口信息，将视频和/或图像数据同时传输给数据传输模块和智能车流量识别模块；

智能车流量识别模块根据所述视频和/或图像数据数据实时计算该方向上的车流量数据；

数据传输模块将视频和/或图像数据数据传输给指挥车或指挥中心；

交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、数据传输模块、多个图像传感器及智能车流量识别模块作为智能交通载荷，安装于无人机平台。

所述信号灯控制模块负责交通灯颜色、通行时间的控制；信号灯控制模块预设参数显示红绿灯信息，或接收指挥中心远程控制指令显示红绿灯信息，或根据图像传感器自动检测到的各个方向车流量自动调整调整红绿灯信息。

所述无人机交通信号灯显示系统包括主体支架和面板，其中主体支架分为多个面，每个面安装一个指示灯面板，每个指示灯面板都装载有多个信号灯，负责一个方向上的交通指示。

所述图像传感器为带云台的高清图像传感器，云台能够隔离无人机振动对图像的影响，并根据无人机的飞行高度调整摄像头拍照的角度。

所述智能车流量识别模块包含硬件和识别算法，硬件负责接收各个图像传感器的视频和/或图像数据，并通过图像识别算法识别车辆数量，计算出道口各个方向的车流量情况。

还包括定高系统，对无人机的高度测量，并发送给无人机飞控系统，实现无人机的高度定位。

还包括一个或多个超声波传感器，可检测一定距离和角度范围内的障碍物，并将信息反馈给无人机飞控系统，飞控系统根据反馈信息实现无人机避障功能。

所述智能交通载荷，装在无人机平台下方，保证载荷重心在无人机的中心附近；无人机起落架装载于所述智能交通载荷结构的下面，和智能交通载荷形成一体。

所述数据传输模块包括采集和控制信号传输子模块及视频和/或图像数据传输子模块，实现一般数据双向传输和视频和/或图像数据的单向传输；视频和/或图像数据传输子模块具有多路视频和/或图像数据输入，选择其中一路传输或者对多路降低分辨率后同时传输，把视频和/或图像数据直接传回交通指挥车或者交通控制指挥中心；采集和控制信号传输子模块把无人机的飞行参数、地面高度、车流量信息发回给交通指挥车或交通指挥中心；交通指挥车或交通指挥中心工作人员根据路口视频和/或图像数据以及车流量相关信息可远程控制信号指示灯的显示；当图像数据传输模块监测到通信链路不好后，将通知无人机上信号灯控制模块将根据预设参数自动控制信号灯指示

当交通路口出现拥堵或者出现固定红绿灯失效时，无人机智能交通信号指示系统根据命令规划航线飞到相关路口；

飞到路口后，调整无人机悬停的位置、方位和高度，确认无人机下挂载的多个信号灯显示系统正对交叉路口各个通行方向；

调整云台使得图像传感器对准通行道路；

由指挥车或指挥中心工作人员根据无人机智能交通信号指示系统传输回来的图像和/或视频数据远程控制多个信号灯显示系统；或无人机智能交通信号指示系统按照预定参数控制多个信号灯显示系统；或无人机智能交通信号指示系统根据图像传感器自动检测到的各个方向车流量自动调整调整红绿灯信息；

在完成一个路口的任务后，无人机智能交通信号指示系统飞到附近另外一个拥堵路口，或者降落在指挥车上，或者飞回指挥中心，或飞回起飞位置。

一种无人机智能交通信号指示系统，其特征在于，包括：长航时旋翼无人机平台、交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、图像数据传输模块、多个带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块、多个超声波传感器。其中交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、图像数据传输模块、多个带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块、多个超声波传感器组成智能交通载荷，装在无人机平台下方，保证载荷重心在无人机的中心附近，提高旋翼无人机的稳定性；无人机起落架装载于载荷主体结构的下面，和智能交通载荷形成一体，方便运输。

所述无人机智能交通信号灯指示系统包括无人机载机平台、交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、图像数据传输模块、超声波传感器、高清图像传感器及智能车流量识别模块，其中交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、图像数据传输模块以及多个超声波传感器集成在主体支架上，主体支架通过螺钉固定在无人机的下面；每个交通信号灯显示面板均安装一个带云台的高清图像传感器装置，实时采集同一个方向上的路口信息，将视频数据同时传输给图像数据传输模块和智能车流量识别模块，智能车流量识别模块根据图像数据实时计算该方向上的车流量数据；图像数据传输模块将视频通过无线方式传输给指挥车或指挥中心。

所述长航时旋翼无人机平台为无人机交通信号灯系统的搭载平台，具备空中定点悬停的能力，通过超声波和光流算法实现高精度定高和定位；航行时间长、载荷负重能力强和飞行灵活，具备一定的避障能力，主要通过移动指挥车或者交通指挥中心远程的控制，为交通信号灯提供安全稳定的飞行平台。

所述无人机交通信号灯显示系统由主体支架和面板等组成，其中主体支架分为四个面，每个面安装一个指示灯面板，每个指示灯面板都装载有多个信号灯，负责一个方向上的交通指示，实现交通指引和计时数字显示的功能，每个信号灯都有红黄绿三个颜色可显示，满足交通指示要求。

所述信号灯控制模块为交通指示灯的控制中心，负责交通灯颜色、通行时间的控制信号灯控制模块可预设参数，也可接收指挥中心远程控制指令，当信号灯受控于信号控制模块时，即可根据设置参数自动显示红绿灯信息，也可根据载荷上自动检测到的各个方向车流量自动调整调整红绿灯信息，其供电既可采用无人机主电力系统供电，也可以在载荷部分自带电源供电。

所述带云台高清图像传感器为各个通行方向上的车流量传感器，负责拍摄各个方向的图像数据，云台不久具备隔离无人机振动对图像的影响，还可以根据无人机的飞行高度调整摄像头拍照的角度，高清图像传感器具备自动增益调节、可适应多种光照环境，并且具备一定的透雾功能。另外，带云台的高清图像传感器都具备防水功能，可以在中雨中工作。

所述智能车流量识别模块包含硬件和识别算法，硬件负责接收各个高清摄像头的图像信息，并通过专门的图像识别算法对图像中车辆数量进行识别，计算出道口各个方向的车流量情况，并将车流信息发送给信号灯控制模块，信号灯控制模块根据车流信息来智能切换红绿灯更替时长，从而实现交通智能化的功能。

所述超声波传感器，为超声波收发传感器，可检测一定距离和角度范围内的障碍物，并将信息反馈给无人机飞控系统，飞控系统根据反馈信息实现无人机避障功能；同时通过无人机底部向下的超声波和光流传感器，对无人机的高度测量，并发送给无人机飞控系统，实现无人机的高度定位。

所述图像数据传输模块将实现数据双向传输和视频的单向传输，传输模块有多路视频输入，可选择其中一路传输或者对多路进行降低分辨率后同时传输，通过无线传输把视频信号直接传回交通指挥车或者交通控制指挥中心；数据传输模块将把无人机的飞行参数、地面高度、车流量等关键信息发回给指挥中心；交通指挥车或交通指挥中心工作人员根据路口视频信息和车流量等相关信息可远程控制信号指示灯的显示，当图像数据传输模块监测到通信链路不好后，将通知无人机上信号灯控制模块将根据预设参数自动控制信号灯指示，提高整个系统的可靠性。

所述无人机交通信号灯系统实现远程操控，在交通拥堵高峰时期，直接用无人机在空中机动巡逻，能实现第一时间抵达拥堵现场，解决拥堵问题，当解决问题后，能迅速抵达下一个治理点，节约人力成本和时间成本。

所述无人机交通信号灯系统的信号显示终端可根据应用需求来定制，可做不同规格的交通信号指示灯，满足不同类型的路况需求。

本发明发明点在于：(1)交通指示灯搭载在无人机平台，能够快速响应交通指挥需求。(2)交通指示灯上具有图像传感器，图像传感器可随无人机移动，能够快速飞抵待指挥路口，并将路口路况传回指挥中心。(3)交通指示灯上具有图像传感器，能够实时识别各路口路况，智能调节指示灯时间。(4)实时将路况传回指挥中心，便于远程控制指示灯。(5)实时将路况传回指挥中心，能够及时发现拥堵已解决，并及时指挥无人机携带交通灯飞抵另一个拥堵点，能够优化资源配置，使无人机交通指挥系统发挥最大的效能。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明将交通指示灯搭载在无人机平台，并加装多个高清图像传感器和图像数据传输模块后，响应速度快，能从空中直达交通拥堵地点，并将现场视频实时回传给指挥中心，在应急交通指挥中极为便利。

2、本发明将交通指示灯搭载在无人机平台，并加装多个高清图像传感器和图像数据传输模块后，能实时调节指示灯的高度，不仅便于远离路口的车辆能看到指示灯的状态，而且能精确统计各个方向车流量的情况，通过智能算法能够实时自动识别各个方向车流量情况，并自动调整各个方向上的红绿灯时间，保障每个通行方向合理的通行时间。

3、本发明将交通指示灯搭载在无人机平台，并加装多个高清图像传感器和图像数据传输模块后，将各个方向视频及车流量参数发回指挥中心，指挥中心根据视频和流量参数远程控制交通指示灯；另外这个系统布置灵活，当一个拥堵点问题解决以后，可立即飞行到下一个拥堵点。

附图说明：

图1为本发明的智能无人机交通信号指示系统示意图；

图2为本发明的智能无人机交通信号指示系统主视图；

图3为本发明的智能无人机交通信号指示系统俯视图；

图4为本发明的交通信号指示部分示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、多旋翼飞行器平台，2、交通信号灯显示系统，3、超声波传感器，4、带云台高清图像传感器，5、图像数据传输模块，6、信号灯控制模块，7、信号灯显示器，8、无人机起落架。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2、图4所示，本发明包括旋翼无人机1和智能交通载荷，其中智能交通载荷由交通信号灯显示系统2、信号灯控制模块6、图像数据传输模块5、带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块4、超声波传感器3、信号灯显示器7和无人机起落架8。其中，智能交通载荷安装在旋翼无人机1的底部，安装过程需要将其重心要调整到无人机的中心附近，提高整个系统的性能。

智能交通载荷有主体结构，其中信号灯显示系统2共有四个，分别安装在主体结构四边，对应十字交叉路口的四个通行方向，每个信号灯显示系统2由超声波传感器3、信号灯显示器7组成。信号灯显示器7由两个方向指示灯和一个等待时间显示灯组成，如图2所示，最左边的指示灯为左转指示灯，具备红、黄、蓝三色显示；最右边的指示灯为直行指示灯，也具备红、黄、蓝三色显示。中间指示灯为两位数字显示数码管，在指示灯颜色变化前十秒开始倒计时。超声波传感器3安装在信号灯显示系统2的左向转向灯和中间两位数字显示数码管的中间，由发送和接收两个模块组成，负责本方向上的障碍物检测，保证飞行安全，由于城市上空情况比较复杂，而且对无人机的安全性能要求比较高，因此加装避障模块是很有必要的。

信号灯控制模块6安装在信号灯显示系统2的内表面，负责四个信号灯显示器7的每个灯的颜色、显示时间、通行方向的控制，可以预设通行流程和时间等参数，也可响应图像数据传输模块5接收到的指挥车或指挥中心控制指令进行通行显示。同时信号灯控制模块6可接收四个方向上的智能车流量识别模块输出的车流量数据，根据车流量数据、预定的模型、参数进行各个方向通行时间调整，达到最优的通行效果。

图像数据传输模块5固定在信号灯显示系统2的内表面，其数据传输天线朝下。本模块通过数字视频接口同时接收四个方向上的带云台高清图像传感器输出的高清图像，并在高清图像叠加参数，可将其中任何一路图像或者四路图像进行降分辨率后拼图输出，然后通过无线视频传输通道传出，具体传输模式由地面指挥车或指挥中心控制，并且可以实时切换；图像数据传输模块5通过串行通信接口接收信号灯控制模块6输出的状态信息，不仅可以叠加在视频上，还通过无线数据传输通道发送给指挥车或指挥中心。图像数据传输模块5可以接收地面指挥车和指挥中心发送的数据，设置自身的工作转态，并将相关控制指令发给信号灯控制模块6，实现远程对交通灯的控制。当图像数据传输模块5监测到通信链路不稳定后，将通知无人机上信号灯控制模块将根据预设参数自动控制信号灯指示，提高整个系统的可靠性。

带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块4安装在智能交通载荷的主体结构的下面，安装零位方向与信号灯显示系统2的垂线平行，每个信号灯显示系统2方向均安装一个。云台为三轴云台，不仅可以隔离无人机的振动，保证高清相机成像效果，还可以远程手动调整高清相机的视角，更好的了解路口的状况和识别出该方向上的车流量。高清传感器具备自动对焦、白平衡和自动快门时间调整等功能，能适应不同光照环境，适应性很强，整个模块具备防水能力，可以在中雨中工作。另外，无人机操作人员也需要根据高清摄像头图像对无人机进行超视距飞行控制，保证安全飞行。

无人机起落架8安装在信号灯显示系统2的下面，保证信号灯显示系统2和带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块4距离地面有一定的安全距离，在无人机起飞和降落时保证系统的安全。

本发明的工作原理为：

当出现交通路口拥堵或者出现固定红绿灯失效时，采用指挥车将无人机送到拥堵路口附近，给无人机通电，无人机智能交通信号指示系统开始自检，包括无人机本身和智能交通载荷，自检成功后，无人机智能交通信号指示系统操作人员开始规划航线，让无人机飞到拥堵路口，或者让无人机直接从指挥中心飞到拥堵路口；飞到路口后，调整无人机悬停的位置、方位和高度，确认无人机下挂载的4个信号灯显示系统2正对交叉路口四个通行方向，调整带云台高清图像传感器及智能车流量识别模块4对准通行道路；无人机根据超声波和光流传感器稳定自身姿态、高度和位置，实现高精度悬停；此时开始进行交通指挥，可由指挥车或指挥中心工作人员根据传输回来的视频远程控制交通指挥，也可让无人机智能交通信号指示系统按照预定参数进行交通指挥，同时通过高清图像传感器和智能车流量识别模块实时识别各个方向的车流量，对各个方向通行时间进行修正，达到智能化的交通指示灯；在整个工作过程中，监测整个系统动力系统状态，确保系统安全。在解决一个路口的拥堵问题后，可选择飞到附近另外一个拥堵路口，或者降落在指挥车上，完成下一个任务。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主体特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例的说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：包括

无人机平台、交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、数据传输模块、多个图像传感器及智能车流量识别模块；

图像传感器，实时采集一个方向上的路口信息，将视频和/或图像数据同时传输给数据传输模块和智能车流量识别模块；

智能车流量识别模块根据所述视频和/或图像数据数据实时计算该方向上的车流量数据；

数据传输模块将视频和/或图像数据数据传输给指挥车或指挥中心；

交通信号灯显示系统、信号灯控制模块、数据传输模块、多个图像传感器及智能车流量识别模块作为智能交通载荷，安装于无人机平台。

2.一种如权利要求1所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：所述信号灯控制模块负责交通灯颜色、通行时间的控制；信号灯控制模块预设参数显示红绿灯信息，或接收指挥中心远程控制指令显示红绿灯信息，或根据图像传感器自动检测到的各个方向车流量自动调整调整红绿灯信息。

3.一种如权利要求1所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：所述无人机交通信号灯显示系统包括主体支架和面板，其中主体支架分为多个面，每个面安装一个指示灯面板，每个指示灯面板都装载有多个信号灯，负责一个方向上的交通指示。

4.一种如权利要求1或2所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：所述图像传感器为带云台的高清图像传感器，云台能够隔离无人机振动对图像的影响，并根据无人机的飞行高度调整摄像头拍照的角度。

5.一种如权利要求1所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：所述智能车流量识别模块包含硬件和识别算法，硬件负责接收各个图像传感器的视频和/或图像数据，并通过图像识别算法识别车辆数量，计算出道口各个方向的车流量情况。

6.一种如权利要求1所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：还包括定高系统，对无人机的高度测量，并发送给无人机飞控系统，实现无人机的高度定位。

7.一种如权利要求1所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：还包括一个或多个超声波传感器，可检测一定距离和角度范围内的障碍物，并将信息反馈给无人机飞控系统，飞控系统根据反馈信息实现无人机避障功能。

8.一种如权利要求1-8所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：所述智能交通载荷，装在无人机平台下方，保证载荷重心在无人机的中心附近；无人机起落架装载于所述智能交通载荷结构的下面，和智能交通载荷形成一体。

9.一种如权利要求1-8所述的无人机智能交通信号指示系统，其特征在于：所述数据传输模块包括采集和控制信号传输子模块及视频和/或图像数据传输子模块，实现一般数据双向传输和视频和/或图像数据的单向传输；视频和/或图像数据传输子模块具有多路视频和/或图像数据输入，选择其中一路传输或者对多路降低分辨率后同时传输，把视频和/或图像数据直接传回交通指挥车或者交通控制指挥中心；采集和控制信号传输子模块把无人机的飞行参数、地面高度、车流量信息发回给交通指挥车或交通指挥中心；交通指挥车或交通指挥中心工作人员根据路口视频和/或图像数据以及车流量相关信息可远程控制信号指示灯的显示；当图像数据传输模块监测到通信链路不好后，将通知无人机上信号灯控制模块将根据预设参数自动控制信号灯指示。

10.一种使用无人机智能交通信号指示系统进行交通指示的方法，其特征在于：

当交通路口出现拥堵或者出现固定红绿灯失效时，无人机智能交通信号指示系统根据命令规划航线飞到相关路口；

飞到路口后，调整无人机悬停的位置、方位和高度，确认无人机下挂载的多个信号灯显示系统正对交叉路口各个通行方向；

调整云台使得图像传感器对准通行道路；

由指挥车或指挥中心工作人员根据无人机智能交通信号指示系统传输回来的图像和/或视频数据远程控制多个信号灯显示系统；或无人机智能交通信号指示系统按照预定参数控制多个信号灯显示系统；或无人机智能交通信号指示系统根据图像传感器自动检测到的各个方向车流量自动调整调整红绿灯信息；

在完成一个路口的任务后，无人机智能交通信号指示系统飞到附近另外一个拥堵路口，或者降落在指挥车上，或者飞回指挥中心，或飞回起飞位置。