CN105679013A - 基于控制箱的公交车调度控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于控制箱的公交车调度控制平台，包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、MSP430单片机、配电箱通信设备和公交车调度设备，CMOS视觉传感器、MSP430单片机和配电箱通信设备都设置在箱体上，CMOS视觉传感器和MSP430单片机用于确定交通路口处的行人数量，配电箱通信设备用于基于行人数量确定并无线发送交通路口处的客流指数，公交车调度设备用于基于交通路口处的客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度。通过本发明，能够帮助城市内各个公交车车队根据客流具体情况决定自己的发车频率，从而更有效地组织公共交通资源。

Description

基于控制箱的公交车调度控制平台

技术领域

本发明涉及控制箱领域，尤其涉及一种基于控制箱的公交车调度控制平台。

背景技术

一般在交通路口处都设置控制箱，用于交通路口的红绿灯控制，或者用于交通路口附近的路灯控制，还有可能用于为交通路口附近的违章拍摄设备、城市服务设备提供电力支持。

但现有技术中的交通路口控制箱的作用仅限于此，尚未出现交通路口控制箱用于提供公交车所需要的客流指数的技术方案，例如根据交通路口的人流数量确定客流指数，并进一步根据客流指数向附近公交车线路归属的公交车车队管理平台发送附近公交车线路的发车密度。

因此，需要一种基于控制箱的公交车调度方案，能够充分利用每一个交通路口处的控制箱，使其作为附近通信设备数量的采集载体，为交通路口附近的公交车提供交通路口的具体客流信息，以便于实现对附近公交车线路的发车密度的自适应控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于控制箱的公交车调度控制平台，首先，利用现有的交通路口处的常用控制箱作为数据采集终端，引入高精度、有针对性的图像识别设备实时识别出周围的人流数据，以确定交通路口地址的客流指数，随后引入公交车调度设备通过无线通信链路接收客流指数和交通路口地址，以基于客流指数确定附近公交车线路的发车密度。

根据本发明的一方面，提供了一种基于控制箱的公交车调度控制平台，所述平台包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、MSP430单片机、配电箱通信设备和公交车调度设备，CMOS视觉传感器、MSP430单片机和配电箱通信设备都设置在箱体上，CMOS视觉传感器和MSP430单片机用于确定交通路口处的行人数量，配电箱通信设备用于基于行人数量确定并无线发送交通路口处的客流指数，公交车调度设备用于基于交通路口处的客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度。

更具体地，在所述基于控制箱的公交车调度控制平台中，包括：控制箱主体，包括控制箱通信设备、箱体、排气散热孔、进气孔、接地点、控制面板、绝缘衬套、安装底板和多个支脚；箱体采用厚度为1.5毫米的冷轧钢板并具有加筋板和肋板；排气散热孔设置在箱体的上方，进气孔设置在箱体的下方；接地点设置在箱体的内侧壁，由焊片、螺钉和垫圈组成，用于将接地线与箱体连接；控制面板设置在箱体外侧壁上；多个支脚用于将安装底板与箱体连接，绝缘衬套设置在安装底板与箱体之间；亮度传感器，设置在箱体外侧壁上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级；CMOS视觉传感器，设置在箱体外侧壁上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840×2160；移动硬盘，设置在箱体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围；背景选择设备，设置在箱体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出；背景复杂度检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出；运动区域检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为1，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成；图像形态学处理设备，设置在箱体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像；特征提取设备，设置在箱体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度；MSP430单片机，设置在箱体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出；控制箱通信设备与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，用于基于行人数量确定客流指数，并通过无线通信链路发送客流指数和交通路口地址；公交车调度设备，设置在城市公交车管理控制中心位置，包括公交车调度通信接口和公交车调度控制器，公交车调度通信接口用于通过无线通信链路接收客流指数和交通路口地址，公交车调度控制器与公交车调度通信接口连接，用于基于客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度，并基于交通路口地址将确定的发车密度通过公交车调度通信接口发送给交通路口地址附近公交车线路归属的公交车车队管理平台。

更具体地，在所述基于控制箱的公交车调度控制平台中：行人数量越多，交通路口地址的客流指数越大，公交车线路的发车密度越频繁。

更具体地，在所述基于控制箱的公交车调度控制平台中：控制箱通信设备设置在箱体外侧壁上。

更具体地，在所述基于控制箱的公交车调度控制平台中：图像形态学处理设备和特征提取设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

更具体地，在所述基于控制箱的公交车调度控制平台中：公交车调度通信接口和公交车调度控制器被集成在一块集成电路板上。

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基于控制箱的公交车调度控制平台的结构方框图。

附图标记：1箱体；2亮度传感器；3CMOS视觉传感器；4MSP430单片机；5配电箱通信设备；6公交车调度设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于控制箱的公交车调度控制平台的实施方案进行详细说明。

常用的控制箱有木制和金属制两种，因为金属控制箱防护等级要高一些，所以还是金属的用的比较多。

现有技术中的控制箱应用过于单一，无法适应智能化城市的发展趋势，实际上，交通路口处控制箱的扩展功能大有可期，例如可以作为交通路口的数据采集平台，用于采集周围行人数量，基于行人数量来确定交通路口的客流指数，从而为周围公交车车队的发车频率提供准确的参考数据。

现有技术中在缺乏公交车车队的发车频率调度的情况下，很可能导致以下情况发生：(1)附近人流量非常少，但公交车车队管理平台不了解该信息，按照正常频率发车，导致发车相对频繁，很多公交车空载，给公交车车队带来经济负担；(2)附近人流量非常多，但公交车车队管理平台不了解该信息，按照正常频率发车，导致发车数量相对较少，很多旅客上不了车，给居民出行造成不便。

上述两种情况都是市政交管部门不愿意看到的局面，为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于控制箱的公交车调度控制平台，能够及时识别出周围的人流数量，从而确定相应路段的客流指数，并及时根据客流指数确定附近车队的发车频率，使得旅客人数与发车频率相适应。

图1为根据本发明实施方案示出的基于控制箱的公交车调度控制平台的结构方框图，所述平台包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、MSP430单片机、配电箱通信设备和公交车调度设备，CMOS视觉传感器、MSP430单片机和配电箱通信设备都设置在箱体上，CMOS视觉传感器和MSP430单片机用于确定交通路口处的行人数量，配电箱通信设备用于基于行人数量确定并无线发送交通路口处的客流指数，公交车调度设备用于基于交通路口处的客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度。

接着，继续对本发明的基于控制箱的公交车调度控制平台的具体结构进行进一步的说明。

所述平台包括：控制箱主体，包括控制箱通信设备、箱体、排气散热孔、进气孔、接地点、控制面板、绝缘衬套、安装底板和多个支脚。

箱体采用厚度为1.5毫米的冷轧钢板并具有加筋板和肋板；排气散热孔设置在箱体的上方，进气孔设置在箱体的下方；接地点设置在箱体的内侧壁，由焊片、螺钉和垫圈组成，用于将接地线与箱体连接。

所述平台包括：控制面板设置在箱体外侧壁上；多个支脚用于将安装底板与箱体连接，绝缘衬套设置在安装底板与箱体之间；亮度传感器，设置在箱体外侧壁上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级。

所述平台包括：CMOS视觉传感器，设置在箱体外侧壁上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840×2160。

所述平台包括：移动硬盘，设置在箱体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围。

所述平台包括：背景选择设备，设置在箱体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出。

所述平台包括：背景复杂度检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出。

所述平台包括：运动区域检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为1，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成。

所述平台包括：图像形态学处理设备，设置在箱体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像。

所述平台包括：特征提取设备，设置在箱体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度。

所述平台包括：MSP430单片机，设置在箱体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出。

控制箱通信设备与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，用于基于行人数量确定客流指数，并通过无线通信链路发送客流指数和交通路口地址。

所述平台包括：公交车调度设备，设置在城市公交车管理控制中心位置，包括公交车调度通信接口和公交车调度控制器，公交车调度通信接口用于通过无线通信链路接收客流指数和交通路口地址，公交车调度控制器与公交车调度通信接口连接，用于基于客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度，并基于交通路口地址将确定的发车密度通过公交车调度通信接口发送给交通路口地址附近公交车线路归属的公交车车队管理平台。

可选地，在所述基于控制箱的公交车调度控制平台中：行人数量越多，交通路口地址的客流指数越大，公交车线路的发车密度越频繁；控制箱通信设备设置在箱体外侧壁上；图像形态学处理设备和特征提取设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现；以及，公交车调度通信接口和公交车调度控制器可以被集成在一块集成电路板上。

另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的基于控制箱的公交车调度控制平台，针对现有技术公交车发车频率难以控制的技术问题，改造现有的交通路口控制箱，增加图像识别设备和通信设备以实现对附近行人数量的统计和发送，基于接收到的行人数量确定客流指数，更关键的是，增加公交车调度设备以基于接收到的客流指数确定附近车队的发车频率，从而为各个交通路段的行人提供优化后的公交车服务。

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)

1.一种基于控制箱的公交车调度控制平台，所述平台包括箱体、亮度传感器、CMOS视觉传感器、MSP430单片机、配电箱通信设备和公交车调度设备，CMOS视觉传感器、MSP430单片机和配电箱通信设备都设置在箱体上，CMOS视觉传感器和MSP430单片机用于确定交通路口处的行人数量，配电箱通信设备用于基于行人数量确定并无线发送交通路口处的客流指数，公交车调度设备用于基于交通路口处的客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度。

2.如权利要求1所述的基于控制箱的公交车调度控制平台，其特征在于，所述平台包括：

控制箱主体，包括控制箱通信设备、箱体、排气散热孔、进气孔、接地点、控制面板、绝缘衬套、安装底板和多个支脚；

箱体采用厚度为1.5毫米的冷轧钢板并具有加筋板和肋板；

排气散热孔设置在箱体的上方，进气孔设置在箱体的下方；

接地点设置在箱体的内侧壁，由焊片、螺钉和垫圈组成，用于将接地线与箱体连接；

控制面板设置在箱体外侧壁上；

多个支脚用于将安装底板与箱体连接，绝缘衬套设置在安装底板与箱体之间；

亮度传感器，设置在箱体外侧壁上，用于检测环境亮度，根据环境亮度确定并输出对应的环境亮度等级；

CMOS视觉传感器，设置在箱体外侧壁上，用于对交通路口进行拍摄，以获得高清路口图像，高清路口图像的分辨率为3840×2160；

移动硬盘，设置在箱体内，用于预先存储多个基准亮度路口图像，每一个基准亮度路口图像对应一个环境亮度等级，每一个基准亮度路口图像为在对应环境亮度等级下CMOS视觉传感器对交通路口在无任何行人状态下进行预先拍摄所获得的图像，移动硬盘还用于预先存储交通路口地址、预设差值阈值、纵横比范围和对称度范围，纵横比范围为对多个基准行人图像进行纵横比计算后统计的范围，对称度范围为对多个基准行人图像进行对称度计算后统计的范围；

背景选择设备，设置在箱体内，与亮度传感器和移动硬盘分别连接，基于当前时刻亮度传感器输出的环境亮度等级在移动硬盘中寻找对应的基准亮度路口图像并作为目标背景图像输出；

背景复杂度检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器连接，用于接收高清路口图像，并计算高清路口图像中像素颜色变化的剧烈程度以作为背景复杂度输出；

运动区域检测设备，设置在箱体内，与CMOS视觉传感器、移动硬盘、背景选择设备和背景复杂度检测设备分别连接，基于背景复杂度确定第一权重值和第二权重值，第一权重值和第二权重值之和为1，背景复杂度越大，第一权重值越小，第二权重值越大，通过CMOS视觉传感器接收当前时刻的高清路口图像和当前时刻下一秒的高清路口图像，分别作为第一高清路口图像和第二高清路口图像，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去第二高清路口图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第一绝对值，将第一高清路口图像的每一个像素的灰度值减去目标背景图像中对应位置的像素的灰度值并取绝对值以获得第二绝对值，第一权重值与第一绝对值相乘以获得第一乘积，第二权重值与第二绝对值相乘以获得第二乘积，当第一乘积与第二乘积都是非零且第一乘积与第二乘积之间的差值的绝对值小于预设差值阈值时，第一高清路口图像的对应像素被确定为运动像素，否则，第一高清路口图像的对应像素被确定为静止像素，将第一高清路口图像中所有运动像素组成的图像作为运动图像输出，运动图像由一个或多个运动区域组成；

图像形态学处理设备，设置在箱体内，与运动区域检测设备连接，用于接收运动图像，并对每一个运动区域进行去噪处理以获得去噪子图像，填补去噪子图像内部空洞并连接去噪子图像内的断点以获得整形子图像，输出一个或多个整形子图像；

特征提取设备，设置在箱体内，与图像形态学处理设备连接，提取每一个整形子图像的横向最大像素数量和纵向最大像素数量，将纵向最大像素数量除以横向最大像素数量以获得纵横比，并计算每一个整形子图像的对称度；

MSP430单片机，设置在箱体内，与特征提取设备和移动硬盘分别连接，将每一个整形子图像的纵横比和对称度分别与纵横比范围和对称度范围进行比较，当整形子图像的纵横比落在纵横比范围内且对称度落在对称度范围时，对应的整形子图像被确定为行人子图像，计算行人子图像的个数并作为行人数量输出；

控制箱通信设备与MSP430单片机和移动硬盘分别连接，接收行人数量和交通路口地址，用于基于行人数量确定客流指数，并通过无线通信链路发送客流指数和交通路口地址；

公交车调度设备，设置在城市公交车管理控制中心位置，包括公交车调度通信接口和公交车调度控制器，公交车调度通信接口用于通过无线通信链路接收客流指数和交通路口地址，公交车调度控制器与公交车调度通信接口连接，用于基于客流指数确定交通路口地址附近公交车线路的发车密度，并基于交通路口地址将确定的发车密度通过公交车调度通信接口发送给交通路口地址附近公交车线路归属的公交车车队管理平台。

3.如权利要求2所述的基于控制箱的公交车调度控制平台，其特征在于：

行人数量越多，交通路口地址的客流指数越大，公交车线路的发车密度越频繁。

4.如权利要求2所述的基于控制箱的公交车调度控制平台，其特征在于：

控制箱通信设备设置在箱体外侧壁上。

5.如权利要求2所述的基于控制箱的公交车调度控制平台，其特征在于：

图像形态学处理设备和特征提取设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

6.如权利要求2所述的基于控制箱的公交车调度控制平台，其特征在于：

公交车调度通信接口和公交车调度控制器被集成在一块集成电路板上。