CN105719495A - 交通信号灯联动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交通信号灯联动控制系统，包括至少两个安装在交通道路入口处的交通信号灯控制装置，以及分别与每一个交通信号灯控制装置无线通信的交通指挥控制服务器；所述交通信号灯控制装置包括设置在交通道路入口处各个方向的智能视频检测器，和与同一个道路入口处的所有智能视频检测器无线连接的Zigbee路口控制器；所述智能视频检测器包括带视频智能分析功能的摄像机，与该摄像机的输出端连接的视频处理模块，和与该视频处理模块的输出端连接的Zigbee通信模块，所述Zigbee路口控制器的输入端与所述Zigbee通信模块的输出端无线连接，其输出端则与交通指挥控制服务器无线连接。

Description

交通信号灯联动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体地说，是涉及一种交通信号灯联动控制系统及其控制方法。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，机动车保有量的迅速上升，城市交通拥堵情况日益严重。为保障车辆在城市道路间的正常通行，路口交通信号控制尤其重要。

目前，常规的交通信号灯管理方式主要采用单点控制模式，同时针对单点的交通信号灯采用固定模式，即路口的信号相位放行时间及顺序始终不变，如某个信号灯一旦设定其车辆通行时间周期为30秒，行人通行时间周期为50秒，那么该信号灯在长期工作过程中则始终按照车辆通信时间30秒、行人通行时间50秒的方式进行轮换，即使在某时间段内长期没有行人通行也不会发现变化。而且，各个信号控制机之间以及和交通管理控制中心之间均未相连，无法实现整个交通控制系统的实时监控及实时响应。

在一些相对发达的城市，也尝试采用动态自适应模式，即路口交通信号灯控制系统依据实时监测的路口交通流数据动态优化交通信号灯的控制方案，从而缓解路口的交通压力，减轻路口拥堵。

但现有的动态自适应模式的交通信号灯控制办法，通常利用设置在路口进口道的感应检测器获取交通流数据，判别路口交通状态，来进行信号相位放行时间的优化，但这种检测方法对于路口的拥堵状态，对于过街行人的状态，无法有效监控及智能化。

为了检测路口出口的车辆交通流数据，通常采用的检测方法，需要在出口道或者上游的位置布设线圈检测器，然而，该检测方法检测设备和建设投入成本高，破坏路面积大，工程量大，施工成本高。

而针对现在已经存在的路口信号控制系统，如果想增加智能化的需求，由于传统管线及土建工程已经比较久远，同时地下管道环境复杂，很难增加新的检测设备。即使增加也会带来电缆、钢管、塑料管、水泥等资源的消耗，成本极高，也不利于绿色工程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交通信号灯联动控制系统，解决现有技术中交通信号灯控制方式固定、难以适应交通强度实时变化的交通指挥实际需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

交通信号灯联动控制系统，包括至少两个安装在交通道路入口处的交通信号灯控制装置，以及分别与每一个交通信号灯控制装置无线通信的交通指挥控制服务器；所述交通信号灯控制装置包括设置在交通道路入口处各个方向的智能视频检测器，和与同一个道路入口处的所有智能视频检测器无线连接的Zigbee路口控制器；所述智能视频检测器包括带视频智能分析功能的摄像机，与该摄像机的输出端连接的视频处理模块，和与该视频处理模块的输出端连接的Zigbee通信模块，所述Zigbee路口控制器的输入端与所述Zigbee通信模块的输出端无线连接，其输出端则与交通指挥控制服务器无线连接。

优选地，所述智能视频检测器安装于交通信号灯杆上。

同时，本发明还提供了上述交通信号灯联动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

（a）通过摄像机实施采集交通道路入口处各个方向的路况信息，并由视频处理模块分析出交通道路各个方向的交通强度；

（b）通过Zigbee通信模块将交通强度数据传输给Zigbee路口控制器，再由Zigbee路口控制器将同一个交通道路出口处同一时间在各个方向上的交通强度数据无线传输给交通指挥控制服务器；

（c）交通指挥控制服务器根据收到的同一路口处的交通强度数据，对该路口处的交通信号灯进行调整。

进一步地，所述路况信息至少包括车流量、人流量、平均车速、行人平均过街速度。

再进一步地，所述步骤（a）中视频处理模块区分车、人及车速、人速的方法至少包括下列一种方法：

方法一：通过背景建模的方式获取当前运动场景的静止背景图，通过当前帧和静止背景图差分的方式获取当前帧的运动前景，然后对当前帧的运动前景分块并跟踪，再根据运动前景块的大小及运动方向区分车、人及各自速度；

方法二：对运动场景内相邻视频帧中的特征点采用反向追溯验证的方式进行光流检测，然后根据光流的方向区分车辆及行人，根据光流的大小估算车辆和行人的运动速度；

方法三：对车辆及行人建立正负样本，然后进行训练获得分类器，再通过用于识别目标的特征在静止图像中检测出车辆、行人及相应速度。

更进一步地，所述方法三中用于识别目标的特征为哈尔特征、方向梯度直方图特征或局部二值模式特征。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中各个设备功耗低，摄像机的供电只需要直接采用信号灯的供电即可，免去了管道铺设及拉线的施工成本，而设备的安装可直接固定在信号灯杆或者是行人过街灯杆上，无需增设设备安装箱，容易实施，成本低廉。

（2）本发明采用基于Zigbee的无线通信技术进行数据传输，具有成本低、容量大、传输距离远、时延短的优点，安装时无需破坏路面，施工难度低，能够避免传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失，同时，还避免了由于城市快速发展，道路扩展，传统信号机转智能信号机的变化对原有预埋管线的干扰。而且，由于不需要控制箱及控制电路，因此就也避免了恶意破坏，大大减少了维护成本。

（3）本发明原理简单，操作方便，能够满足交通状况随时变化的实际需求，具有很高的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明在交通道路入口处的安装示意图。

图3为本发明中无线通信网络示意图。

上述附图中，附图标记对应的名称为：

1-摄像机，2-智能视频检测器，3-Zigbee路口控制器，4-交通指挥控制服务器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1～图3所示，本发明公开的交通信号灯联动控制系统，包括至少两个安装在交通道路入口处的交通信号灯控制装置，以及分别与每一个交通信号灯控制装置无线通信的交通指挥控制服务器；所述交通信号灯控制装置包括设置在交通道路入口处各个方向的智能视频检测器，和与同一个道路入口处的所有智能视频检测器无线连接的Zigbee路口控制器；所述智能视频检测器包括带视频智能分析功能的摄像机，与该摄像机的输出端连接的视频处理模块，和与该视频处理模块的输出端连接的Zigbee通信模块，所述Zigbee路口控制器的输入端与所述Zigbee通信模块的输出端无线连接，其输出端则与交通指挥控制服务器无线连接。

优选地，所述智能视频检测器安装于交通信号灯杆上。

同时，本发明还提供了上述交通信号灯联动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

（a）通过摄像机实施采集交通道路入口处各个方向的路况信息，并由视频处理模块分析出交通道路各个方向的交通强度。

其中，为了更好的控制信号灯，确保车辆与行人的通行顺畅，上述路况信息主要包括车流量、人流量、平均车速、行人平均通行速度等等。而在摄像机采集到图像之后，视频处理模块采用以下三种方式之一进行分析，以最后确定路况信息：

方法一:

通过背景建模的方式获取运动场景的静止背景图，通过当前帧和静止背景图差分的方式获取当前帧的运动前景，再对运动前景分块并跟踪，最后根据前景块的大小及运动方向区分车辆及行人，进而得到相应的速度。

方法二：

对场景内相邻视频帧中的特征点进行光流检测，并利用反向追溯验证的方式提高光流检测的可靠性。根据光流的方向可以区分车辆及行人，根据光流的大小可以估算目标运动的速度。

所谓反向追溯验证是指在第一帧中的特征点p1通过光流检测指向第二帧中的匹配点p2，将匹配点p2作为第二帧中的特征点进行光流检测，指向第一帧中的匹配点p3。如果p1和p3接近重合，则认为p1和p2的匹配有效，否则匹配无效。

方法三：

首先对车辆及行人建立正负样本，然后进行训练得到分类器，再通过识别特征如哈尔特征、方向梯度直方图特征、局部二值模式特征进行识别车辆和行人。本方法对行人及车辆的识别准确度很高，而且对部分遮挡的目标也有较高的识别率。

当然，上述三种方法也可以相互结合，共同使用。在运动前景中进行光流检测，可以很好的估计出运动目标的速度，辅助以目标识别技术，可以准确的区分车辆和行人，并得出车辆及行人的个数或者密度值。根据车辆及行人的个数、密度以及速度，可以有效的获取场景中目标的流量数据。

（b）通过Zigbee通信模块将交通强度数据传输给Zigbee路口控制器，再由Zigbee路口控制器将同一个交通道路出口处同一时间在各个方向上的交通强度数据无线传输给交通指挥控制服务器。

基于Zigbee的无线通信传播技术，具备以下优点：

模块成本低：由于Zigbee数据传输速率低，协议简单，大大降低了成本，且Zigbee协议免收专利费；

网络容量大：每个Zigbee子网络最多支持65536个设备，也就是说。每个Zigbee设备可以与另外65535台设备相连接；

时延短：通常的时延小于30ms，利于实时唤醒实时通讯

通讯距离远：采用国际通用的免费频段（2.4GHzISM），传输方式为抗干扰能力强的直序扩频方式，特别适合在干扰较大的环境使用

易于扩展：采用标准协议，每个节点都有在网络中的唯一地址，用户终端的接入十分方便。

（c）交通指挥控制服务器根据收到的同一路口处的交通强度数据，对该路口处的交通信号灯进行调整。

交通指挥控制服务器在收到交通路口的交通强度数据之后，实时调整交通信号灯的各个方向的车辆、行人放行时长，以快递改变该路段的交通状况，进而达到保证交通通常的目的。

本发明原理简单，实施方便，能够有效避免常规智能化系统建设存在路面破坏度大、成本高、容易干扰现有系统运行的问题，具有很高的实用价值和广阔的应用前景。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.交通信号灯联动控制系统，其特征在于，包括至少两个安装在交通道路入口处的交通信号灯控制装置，以及分别与每一个交通信号灯控制装置无线通信的交通指挥控制服务器；所述交通信号灯控制装置包括设置在交通道路入口处各个方向的智能视频检测器，和与同一个道路入口处的所有智能视频检测器无线连接的Zigbee路口控制器；所述智能视频检测器包括带视频智能分析功能的摄像机，与该摄像机的输出端连接的视频处理模块，和与该视频处理模块的输出端连接的Zigbee通信模块，所述Zigbee路口控制器的输入端与所述Zigbee通信模块的输出端无线连接，其输出端则与交通指挥控制服务器无线连接。

2.根据权利要求1所述的交通信号灯联动控制系统，其特征在于，所述智能视频检测器安装于交通信号灯杆上。

3.交通信号灯联动控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）通过摄像机实施采集交通道路入口处各个方向的路况信息，并由视频处理模块分析出交通道路各个方向的交通强度；

（b）通过Zigbee通信模块将交通强度数据传输给Zigbee路口控制器，再由Zigbee路口控制器将同一个交通道路出口处同一时间在各个方向上的交通强度数据无线传输给交通指挥控制服务器；

（c）交通指挥控制服务器根据收到的同一路口处的交通强度数据，对该路口处的交通信号灯进行调整。

4.根据权利要求3所述的交通信号灯联动控制系统的控制方法，其特征在于，所述路况信息至少包括车流量、人流量、平均车速、行人平均过街速度。

5.根据权利要求4所述的交通信号灯联动控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤（a）中视频处理模块区分车、人及车速、人速的方法至少包括下列一种方法：

方法一：通过背景建模的方式获取当前运动场景的静止背景图，通过当前帧和静止背景图差分的方式获取当前帧的运动前景，然后对当前帧的运动前景分块并跟踪，再根据运动前景块的大小及运动方向区分车、人及各自速度；

方法二：对运动场景内相邻视频帧中的特征点采用反向追溯验证的方式进行光流检测，然后根据光流的方向区分车辆及行人，根据光流的大小估算车辆和行人的运动速度；

方法三：对车辆及行人建立正负样本，然后进行训练获得分类器，再通过用于识别目标的特征在静止图像中检测出车辆、行人及相应速度。

6.根据权利要求5所述的交通信号灯联动控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法三中用于识别目标的特征为哈尔特征、方向梯度直方图特征或局部二值模式特征。