CN106530772B - 智能交通信号灯及控制系统和应急控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能交通信号灯及控制系统和应急控制方法，其中智能交通信号灯包括：AC/DC转换器、蓄电池、电源切换器、信号灯盘、RGB颜色传感器和信号灯控制器；所述电源切换器用于控制AC/DC转换器或蓄电池向信号灯盘供电；所述RGB颜色传感器设置于信号灯盘上，用于检测信号灯盘的RGB特征值；所述信号灯控制器与RGB颜色传感器连接，用于根据RGB特征值确定信号灯盘的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给电源切换器，从AC/DC转换器供电切换至蓄电池供电。本发明通过RGB颜色传感器直接检测灯色的显示状态，提高了故障检测的准确度，且在显示异常时切换至蓄电池供电，避免了供电故障导致信号灯不能工作。

Description

智能交通信号灯及控制系统和应急控制方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种智能交通信号灯及控制系统和应急控制方法。

背景技术

随着城市人口越来越密集，车辆越来越多，缓解城市交通拥堵成为每个城市发展急需解决的问题。实时优化城市交通控制信号，提高道路通行效率，使得交通信号灯更加智能化，是解决城市拥堵问题的必由之路。

目前的交通信号灯主要是由路口的交通信号机来实现对于故障的检测。其主要检测方法是通过获取每个信号灯盘的电流大小来大概估算灯盘的显示状态。该检测方法容易会造成检测结果的不准确，如果交通信号机与信号灯盘之间的电源线由于施工、雷击等原因被破坏，则根本无从检测到相关数据。其次，如果信号灯盘本身有部分灯珠不亮，则信号机也很难检测到。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有交通信号灯检测信号灯盘的电流大小来估算显示状态容易导致判断不准确的问题，提供一种智能交通信号灯及其控制系统和应急控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能交通信号灯，包括：AC/DC转换器、蓄电池、电源切换器、信号灯盘、RGB颜色传感器和信号灯控制器；

所述电源切换器用于控制所述AC/DC转换器或蓄电池向所述信号灯盘供电；

所述RGB颜色传感器设置于所述信号灯盘上，用于检测信号灯盘的RGB特征值；

所述信号灯控制器与所述RGB颜色传感器连接，用于根据所述RGB特征值确定所述信号灯盘的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给所述电源切换器，从AC/DC转换器供电切换至蓄电池供电。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述智能交通信号灯还包括通讯模块，用于通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收的交通信号机的灯色数据；所述信号灯控制器包括灯色控制单元，用于检测通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收的交通信号机的灯色数据是否一致，否则请求重发数据，是则根据灯色数据检测绿冲突；当未检测到绿冲突时，判定灯色数据有效，并根据所述灯色数据控制所述信号灯盘的灯色，当检测到绿冲突时，控制所述信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的灯色方案显示灯色。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述智能交通信号灯还包括视频采集模块，所述信号灯控制器包括视频检测单元，用于根据采集的视频检测路口内是否有车辆或行人滞留，是则发送异常信号给所述灯色控制单元，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述视频检测单元通过以下步骤基于改进的ViBe算法检测路口内是否有车辆或行人滞留：

1)根据灯色数据检测当前时刻为红灯开始时刻时，基于ViBe算法进行背景初始化；

2)根据灯色数据检测当前时刻为红灯结束时刻时，检测当前帧图像的前景和背景，通过以下公式对每个像素点进行判断，进而实现背景更新：

其中，M_i(x)表示第i帧像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i帧像素x的像素值；

3)使用当前帧减去背景帧，阈值化后检测出图像序列的目标，并经预处理后检测出目标区域的边缘轮廓线，得到矩形目标；

4)根据得到的矩形目标判断是否属于静止目标，是则判断路口内存在车辆或行人滞留，否则判断不存在。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述视频检测单元判断矩形目标的存在时间是否大于1/2个绿灯周期，并判断矩形目标的长宽是否符合车辆或者行人的1/2尺寸，在满足上述两个条件时判断该矩形目标为静止目标，否则判断为非静止目标。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述智能交通信号灯还包括温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器，所述视频检测单元还用于根据所述温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器的检测结果得到天气状况。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述智能交通信号灯还包括显示模块，且所述信号灯控制器还包括显示驱动单元，所述显示驱动单元与所述显示模块连接，用于驱动所述显示模块显示信号灯电源状况、天气状况、道路状况和/或路口车辆状况。

在根据本发明所述的智能交通信号灯中，所述信号灯控制器还包括报警单元，用于在检测到信号灯盘显示异常或者在启动预存的灯色方案时通过通讯模块发送报警信号给指挥中心。

本发明还提供了一种智能交通信号灯控制系统，包括交通信号机以及多个如前所述的智能交通信号灯；所述交通信号机与所述多个智能交通信号灯通讯，用于发送灯色数据给所述多个智能交通信号灯。

本发明还提供了一种智能交通信号灯的应急控制方法，所述应急控制方法包括以下步骤：

S1、通过RGB颜色传感器检测信号灯盘的RGB特征值；

S2、根据所述RGB特征值确定所述信号灯盘的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给电源切换器，由AC/DC转换器向信号灯盘供电切换至蓄电池向信号灯盘供电。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述应急控制方法还包括灯色控制步骤：

通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收交通信号机的灯色数据；

检测通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收的交通信号机的灯色数据是否一致，否则请求重发数据，是则根据灯色数据检测绿冲突；当未检测到绿冲突时，判定灯色数据有效，并根据所述灯色数据控制所述信号灯盘的灯色，当检测到绿冲突时，控制所述信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的灯色方案显示灯色。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述应急控制方法还包括视频检测步骤：用于根据采集的视频检测路口内是否有车辆或行人滞留，是则发送异常信号给所述灯色控制单元，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述视频检测步骤中基于ViBe算法检测路口内是否有车辆或行人滞留的步骤如下：

根据灯色数据检测当前时刻为红灯开始时刻时，基于ViBe算法进行背景初始化；

根据灯色数据检测当前时刻为红灯结束时刻时，检测当前帧图像的前景和背景，通过以下公式对每个像素点进行判断，进而实现背景更新：

其中，M_i(x)表示第i帧像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i帧像素x的像素值；

使用当前帧减去背景帧，阈值化后检测出图像序列的目标，并经预处理后检测出目标区域的边缘轮廓线，得到矩形目标；

根据得到的矩形目标判断是否属于静止目标，是则判断路口内存在车辆或行人滞留，否则判断不存在。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述视频检测步骤中判断矩形目标的存在时间是否大于1/2个绿灯周期，并判断矩形目标的长宽是否符合车辆或者行人的1/2尺寸，在满足上述两个条件时判断该矩形目标为静止目标，否则判断为非静止目标。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述视频检测步骤中还结合温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器的检测结果得到天气状况。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述应急控制方法还包括显示步骤，用于驱动显示模块显示信号灯电源状况、天气状况、道路状况和/或路口车辆状况。

在根据本发明所述的智能交通信号灯的应急控制方法中，所述应急控制方法还包括报警步骤，用于在检测到信号灯盘显示异常或者在启动预存方案时发送报警信号给指挥中心。

实施本发明的智能交通信号灯及控制系统和应急控制方法，具有以下有益效果：本发明通过RGB颜色传感器直接检测信号灯盘的RGB特征值，并判断灯色的显示状态是否正常，该方式与人眼观察到的情况一致，提高了故障检测的准确度，并且可在显示异常时切换至蓄电池供电，解决了供电故障导致信号灯不能工作的问题，避免了路口出现车辆和行人的混乱。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的智能交通信号灯的模块框图；

图2为根据本发明优选实施例的智能交通信号灯的控制系统的示意图；

图3为根据本发明第二实施例的智能交通信号灯的模块框图；

图4为根据本发明第二实施例的信号灯控制器的模块框图；

图5为根据本发明的智能交通信号灯的数据检验流程框图；

图6为根据本发明的智能交通信号灯的外观示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为根据本发明第一实施例的智能交通信号灯的模块框图。如图1所示，该实施例提供的智能交通信号灯10包括：AC/DC转换器100、电源切换器200、蓄电池300、信号灯盘400、信号灯控制器500和RGB颜色传感器600。

其中AC/DC转换器100输入端连接至220V交流电源线，输出端通过电源切换器200连接至信号灯盘400。例如，市电供应的220V电压经过交流直流转换后，可输出14V直流电。蓄电池300作为备用电池，连接至电源切换器200。在正常状态下，电源切换器200控制AC/DC转换器100向信号灯盘400供电。在异常状态下，电源切换器200控制蓄电池300向信号灯盘400供电。同时电源切换器200还具有对可充电蓄电池300的充电管理功能，可控制AC/DC转换器100向蓄电池300充电，该蓄电池300可采用13.8V电压。优选地，电源切换器200可以实时检测AC/DC转换器100输出端电信号，判断市电供应是否存在，如果没有，则判定处于异常状态，及时切换至蓄电池300供电，使得智能交通信号灯能够正常工作。

本发明RGB颜色传感器600设置于信号灯盘400上，用于检测信号灯盘400的RGB特征值。信号灯控制器500与RGB颜色传感器600连接，用于根据检测的RGB特征值确定信号灯盘400的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给电源切换器200，从AC/DC转换器100供电切换至蓄电池300供电。

本发明直接采用RGB颜色传感器600对信号灯盘400的亮度和颜色来进行判断，与人眼观察到的情况一致，属于最直接的检测方式。具体地，可以在信号灯盘400的红、黄和绿的每个灯盘上放置一个小型的RGB颜色传感器板，用以检测每个灯的亮灭。信号灯灯色的基准波长为红色625nm，黄色590nm，绿色505nm。优选地，本发明采用16位的RGB颜色传感器，带有红外光滤除功能，除了检测RGB值之外，还可以检测到当前光照度、色温等，检测亮度范围比较宽，从0.005到40klx，采用IIC接口与信号灯控制器500连接。

信号灯控制器500先将检测到的RGB特征值标准化到[0,255]之间，随后根据以下不同情况确定信号灯显示状态，并判断是否与当前灯色数据一致，是则判断显示正常，否则判断显示异常。

优选地，该信号灯控制器500在判断灯色显示异常时，还及时与指挥中心通讯，将灯色异常状态报告给指挥中心，便于及时处理。如果灯色显示异常的原因是市电供电异常，则切换蓄电池供电后可以使得智能交通信号灯正常工作，以免路口出现车辆和行人的混乱。如果灯色显示异常的原因是灯盘的部分灯珠不亮，则RGB颜色传感器600也可以检测到，即使更换蓄电池300仍然不能正常显示，也可发送报警信号给指挥中心，以便于管理员及时更换灯盘。请结合参阅图2，为根据本发明优选实施例的智能交通信号灯的控制系统的示意图。如图2所示，该智能交通信号灯的控制系统包括交通信号机20和多个智能交通信号灯，例如设置在路口四个方向的第一智能交通信号灯10-1至第四智能交通信号灯10-4。其中交通信号机20与多个智能交通信号灯通讯，用于发送灯色数据给各个智能交通信号灯。

现有技术中，由于信号灯灯色变化不允许出现一丁点的偏差，否则会出现混乱。所以每个交通路口的灯色控制都是由交通信号机20使用非常可靠的220V交流电源来直接控制。即每组信号灯盘的每个灯色都需要通过一根220V电源线连接至交通信号机20，由交通信号机20通过各自的220V电源线进行供电和断电，从而控制与220V电源线连接的灯色点亮或熄灭。但是，该方案中施工难度大，费用高。

在本发明的更优选实施例中，摒弃了上述通过220V电源线进行灯色控制的传统方式，采用了整个路口使用一根电源线、一根CAN总线和无线zigbee的通讯方式。也就是说，交通信号机20通过一根电源线连接至路口四个方向的第一智能交通信号灯10-1至第四智能交通信号灯10-4，为各个信号灯盘供电。同时，交通信号机20通过CAN有线通信方式和ZigBee无线通讯方式与前述多个智能交通信号灯实现通讯，用于发送灯色数据给各个智能交通信号灯。上述连接方式大大减少了交通信号机20与每个信号灯盘之间的线材，不仅简化了施工，而且大大节省了费用。

请参阅图3，为根据本发明第二实施例的智能交通信号灯的模块框图。如图所示，该智能交通信号灯10还包括通讯模块700，用于通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收交通信号机20的灯色数据。请结合图4为根据本发明第二实施例的信号灯控制器的模块框图。该信号灯控制器500至少包括电源检测单元510和灯色控制单元520。

其中电源检测单元510用于检测信号灯盘400的RGB特征值，并根据检测的RGB特征值确定信号灯盘400的显示状态，在显示异常时产生控制信号给电源切换器200，从AC/DC转换器100供电切换至蓄电池400供电。

灯色控制单元520用于通过CAN总线和ZigBee(紫蜂)无线通讯方式接收的交通信号机的灯色数据是否一致，否则请求重发数据，是则根据灯色数据检测绿冲突；当未检测到绿冲突时，判定灯色数据有效，并根据所述灯色数据控制所述信号灯盘的灯色，当检测到绿冲突时，控制所述信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的灯色方案显示灯色。在路口联网过程中，本发明中CAN总线数据和ZigBee无线数据，都独立进行通讯。

请参阅图5，为根据本发明的智能交通信号灯的数据检验流程框图。如图5所示，灯色控制单元520采用如下数据检验流程来判断数据是否有效：

S501、流程开始。

S502、独立接收CAN总线数据和ZigBee无线数据，即分别通过CAN总线和ZigBee(紫蜂)无线通讯方式接收的交通信号机的灯色数据。优选地，在每次接收数据后进行解析校验，如果校验正确则执行下一步，如果校验错误则请求重发数据。

S503、判断灯色数据是否一致，是则转步骤S505，否则转步骤S504。

S504、判断灯色数据的重发次数是否不大于3，是则转步骤S502，请求重发数据，否则转步骤S505。

S505、根据灯色数据检测是否有绿冲突，是则转步骤S506，否则转步骤S507。

S506、判断灯色数据无效，控制信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的灯色方案显示灯色。优选地，灯色控制单元520在启动预存方案时，与同一路口的其它方向的智能交通信号灯的信号灯控制器通讯，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的信号规则显示灯色。例如，在每个方向的信号灯控制器中会预存当前路口设定的方案，启用预存方案时，会首先控制整个路口的信号灯盘全红显示3秒钟，作为路口车辆和行人的清空时间。优选地，同时每个方向的信号灯控制器通过GPS进行校时，这样会使得4个方向的时间完全一致。然后开始按预存的信号规则显示灯色。

S507、判定灯色数据有效，并根据灯色数据控制信号灯盘的灯色。

S508、流程结束。

因此，本发明采用比较可靠的CAN总线通讯方式，再辅以目前越来越稳定的zigbee无线传输方式，然后通过前述数据检验流程来保证通讯的稳定性。该方法保证了路口间4个方向采用通讯方式控制信号灯灯色变化的稳定与可靠，在稳定性的基础上大大节省了施工难度和费用。本发明中使用汽车级别的CAN总线，有可靠的错误处理和检错机制，在应用软件程序上还采用了16位的CRC校验，来确保传输链路的正确。而ZigBee安全性很高，本身提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(AccessControlList，ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，我们采用了AES128的高级加密方式，确保传输的正确。CAN总线和ZigBee方式都采取了碰撞避免策略，避开了发送数据的竞争和冲突。在整个通讯协议上采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

可选地，本发明的智能交通信号灯10还包括视频采集模块800。相应地，信号灯控制器还包括视频检测单元530，用于根据采集的视频检测路口内是否有车辆或行人滞留，是则发送异常信号给灯色控制单元510，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间。因此，该视频检测单元530可实现当前路口异常状况的检测功能，如果路口有车辆、行人等停留或者缓慢行驶的话，会给其他绿灯方向的即将通行的车辆造成很大影响，使得车辆不敢快速行驶或者也停留在路口，进一步造成拥堵，甚至事故。本发明通过摄像机进行图像采集，再检测是否有车辆、行人或者其他大型物体停留或者缓慢行驶在路口中，如果阻碍交通的话，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间，以清空和排除路口异常。

视频检测单元530可以基于改进的ViBe算法检测路口内是否有车辆或行人滞留。

ViBe算法是一种像素级的背景建模、前景检测算法。ViBe算法的原理为每个像素点存储了一个样本集，样本集中采样值就是该像素点过去的像素值和其邻居点的像素值，随后将每一个新的像素值和样本集进行比较来判断是否属于背景点。该方法本质上是通过背景差的方法来检测运动物体，其需要准确的对背景进行更新，因此其背景的更新策略是整个算法效果的根本保证。传统的ViBe算法对于背景的更新采用的基本思想是：减少背景更新频率，人为延伸背景模型中样本的寿命。用φ来表示时间二次抽样因子，通过调节φ来调整像素背景模型覆盖的时间窗口长度。根据邻域像素具有相似临时分布的原理，ViBe在邻域内传播背景样本。

该传统ViBe算法更新背景的方法可能会把静止或者缓慢运动的物体错误的更新成背景。为了解决这个问题，本发明中采用了一种改进的更新策略：

A、在红灯刚开始时进行背景初始化，在红灯结束前进行背景更新。此时运动目标最少，也最容易得到完整的背景。

B、当像素点被判断为运动物体时，不进行背景更新；当像素点被判断为背景是，才进行背景的更新。运用这种方法可以避免静止的或者缓慢运动的物体被错误的更新为背景。

因此，视频检测单元530基于改进的ViBe算法检测路口内是否有车辆或行人滞留的具体步骤如下：

1)根据灯色数据检测当前时刻为红灯开始时刻时，基于ViBe算法进行背景初始化。ViBe算法比较其他算法的最大特点是可以快速实时得到背景图像，甚至可以通过单帧图像就可以获得背景，但是如果单帧获得的背景中目标过多，以后背景更新就会花费很长时间，甚至造成很多误检测。本发明针对信号灯变化的实际情况，使用了红灯开始时间段进行背景的初始化，保证了背景更新的实时性和准确性。

2)根据灯色数据检测当前时刻为红灯结束时刻时，检测当前帧图像的前景和背景，通过以下公式对每个像素点进行判断，进而实现背景更新：

其中，M_i(x)表示第i帧像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i帧像素x的像素值；

也就是说，当像素x被判断为前景时，不更新像素x的背景模型，当像素x被判断为背景时，更新x的背景模型。当目标静止或者缓慢运动时，该目标区域的像素背景模型不更新，背景差分后，能检测出静止或者缓慢运动的目标。改进更新策略能有效抑制静止的目标前景被背景吸收。

3)使用当前帧减去背景帧，阈值化后检测出图像序列的目标，并经预处理后检测出目标区域的边缘轮廓线，得到矩形目标。

优选地，每个像素点都建立好Vibe背景模型，用当前帧减去背景帧，再阈值化，检测出视频图像序列的目标，包括运动、静止或者缓慢运动的目标。然后，采用平滑技术过滤检测结果，对于当前目标存在小空洞等残缺情况，利用数学形态学的二次腐蚀，一次膨胀进行处理，扩展前景区域，使其形成完整的目标。最后利用索贝尔(sobel)算子检测所有目标区域的边缘轮廓线，根据区块的边缘轮廓线得其最小外接矩形。

4)根据得到的矩形目标判断是否属于静止目标，是则判断路口内存在车辆或行人滞留，否则判断不存在。该步骤中判断矩形目标的存在时间是否大于1/2个绿灯周期，并判断矩形目标的长宽是否符合车辆或者行人的1/2尺寸，在满足上述两个条件时判断该矩形目标为静止目标，否则判断为非静止目标。当检测路口内有车辆或行人滞留时，发送异常信号给所述灯色控制单元，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间。

在本发明的更优选实施例中，该智能交通信号灯10还包括温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器。视频检测单元530还具有当前天气情况的检测功能，用于根据温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器的检测结果得到天气状况。本发明采用视频结合传感器的方式来进行检测，在信号灯盘的框架上方增设了温度、湿度以及环境光亮度一体化传感器。

其中，环境光亮度传感器可以检测到当前的亮度值，作为视频判断当前天气状况的辅助依据。

温度传感器可以检测到当前的天气温度状况，可以大致判断当前的天气气温，也可以知道当前季节是冬天、夏天等。

湿度传感器可以判断当前天气下的湿度情况，可以作为雨天、雪天的辅助判断依据。

采用视频来判断天气情况，主要是通过检测当前路面的背景，通过对比度检测可以知道当前的能见度，通过积水、积雪等检测判断当前的下雨下雪情况。

在本发明的更优选实施例中，智能交通信号灯还包括显示模块900，且信号灯控制器500还包括显示驱动单元540，显示驱动单元540与显示模块900连接，用于驱动显示模块900显示信号灯电源状况、天气状况、道路状况和/或路口车辆状况。

请参阅图6，为根据本发明的智能交通信号灯的外观示意图。如图所示，信号灯框架11上方设有信号灯盘400，即标准的红黄绿三种颜色的灯盘。下方设有集成了视频采集模块800的信号灯控制器。显示模块900可以采用与信号灯框架11并排设置的LED显示屏实现。该LED显示屏上可以显示信号灯电源状况，如正常供电和应急供电。LED显示屏上还可以显示天气状况，如雨天、雪天、雾霾天气等，可以提醒车辆在恶略天气下慢行，注意安全。此外，还可以显示道路状况，如正常、积水、低洼等，以及路口车辆状况，如拥堵或顺畅。如图6中显示信号灯电源状况“灯态：应急”，天气状况“天气：雾”，道路状况“道路：正常”，以及路口车辆状况“车辆：拥堵”。在本发明的更优选实施例中，信号灯控制器500还包括报警单元550，用于在检测到信号灯盘400显示异常或者在启动预存方案时通过通讯模块700发送报警信号给指挥中心。通讯模块700与指挥中心的通讯方式可以采用应答型无线4G通信的方式，此种方式直接向指挥中心报告信号灯盘目前的状况，使得维修人员可以及时掌握准确的故障信息，有针对性的进行维护。

本发明具有多项报警功能：

1)实时检测当前信号灯状态，当电源切换器200检测到市电供应异常，或者电源检测单元510在根据RGB特征值检测到信号灯盘400显示异常时，报警单元550发送报警信号及时通知指挥中心相关人员，进行维修。2)灯色控制单元520在接收的交通信号机的灯色数据不一致，或者重发数据超过预定次数，或者检测到绿冲突时，启动预存方案，因此报警单元550将发送报警信号给指挥中心。

3)视频检测单元530在检测到有车辆、行人或者其他大型物体停留或者缓慢行驶在路口中，阻碍交通的话，启动预存方案，采用路口全红一段时间，以清空和排除路口异常。然后报警单元550及时给指挥中心报警，让其尽快处理。

本发明还提供了一种智能交通信号灯的应急控制方法，该智能交通信号灯可以采用如前所述的智能交通信号灯实现。该应急控制方法包括以下步骤：

S1、通过RGB颜色传感器检测信号灯盘的RGB特征值；

S2、根据RGB特征值确定信号灯盘的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给电源切换器，由AC/DC转换器向信号灯盘供电切换至蓄电池向信号灯盘供电。

优选地，该应急控制方法还包括灯色控制步骤：首先，通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收信号机的灯色数据。其次，检测通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收的交通信号机的灯色数据是否一致，否则请求重发数据，是则根据灯色数据检测绿冲突；当未检测到绿冲突时，判定灯色数据有效，并根据所述灯色数据控制所述信号灯盘的灯色，当检测到绿冲突时，控制所述信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的灯色方案显示灯色。

优选地，应急控制方法还包括视频检测步骤：用于根据采集的视频检测路口内是否有车辆或行人滞留，是则发送异常信号给所述灯色控制单元，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间。

优选地，视频检测步骤中基于ViBe算法检测路口内是否有车辆或行人滞留的步骤如下：

1)根据灯色数据检测当前时刻为红灯开始时刻时，基于ViBe算法进行背景初始化；

2)根据灯色数据检测当前时刻为红灯结束时刻时，检测当前帧图像的前景和背景，通过以下公式对每个像素点进行判断，进而实现背景更新：

其中，M_i(x)表示第i帧像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i帧像素x的像素值；

3)使用当前帧减去背景帧，阈值化后检测出图像序列的目标，并经预处理后检测出目标区域的边缘轮廓线，得到矩形目标；

4)根据得到的矩形目标判断是否属于静止目标，是则判断路口内存在车辆或行人滞留，否则判断不存在。

优选地，视频检测步骤中判断矩形目标的存在时间是否大于1/2个绿灯周期，并判断矩形目标的长宽是否符合车辆或者行人的1/2尺寸，在满足上述两个条件时判断该矩形目标为静止目标，否则判断为非静止目标。

优选地，视频检测步骤中还结合温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器的检测结果得到天气状况。

优选地，应急控制方法还包括显示步骤，用于驱动显示模块显示信号灯电源状况、天气状况、道路状况和/或路口车辆状况。

优选地，应急控制方法还包括报警步骤，用于在检测到信号灯盘显示异常或者在启动预存方案时发送报警信号给指挥中心。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种智能交通信号灯，其特征在于，包括：AC/DC转换器、蓄电池、电源切换器、信号灯盘、RGB颜色传感器和信号灯控制器；

所述电源切换器用于控制所述AC/DC转换器或蓄电池向所述信号灯盘供电；

所述RGB颜色传感器设置于所述信号灯盘上，用于检测信号灯盘的RGB特征值；

所述信号灯控制器与所述RGB颜色传感器连接，用于根据所述RGB特征值确定所述信号灯盘的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给所述电源切换器，从AC/DC转换器供电切换至蓄电池供电；在更换蓄电池后仍然显示异常，则发送报警信号给指挥中心；

所述智能交通信号灯还包括通讯模块，用于通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式接收交通信号机的灯色数据；

所述信号灯控制器包括灯色控制单元，用于检测通过CAN总线和紫蜂无线通讯方式各自接收的交通信号机的灯色数据是否一致，否则请求重发数据，是则根据灯色数据检测绿冲突；当未检测到绿冲突时，判定灯色数据有效，并根据所述灯色数据控制所述信号灯盘的灯色，当检测到绿冲突时，控制所述信号灯盘全红显示预定时间，并按预存的灯色方案显示灯色；

所述智能交通信号灯还包括视频采集模块，所述信号灯控制器包括视频检测单元，用于根据采集的视频检测路口内是否有车辆或行人滞留，是则发送异常信号给所述灯色控制单元，控制路口的信号灯盘全红显示预定时间；

所述视频检测单元通过以下步骤基于改进的ViBe算法检测路口内是否有车辆或行人滞留：

1)根据灯色数据检测当前时刻为红灯开始时刻时，基于ViBe算法进行背景初始化；

2)根据灯色数据检测当前时刻为红灯结束时刻时，检测当前帧图像的前景和背景，通过以下公式对每个像素点进行判断，进而实现背景更新：

其中，M_i(x)表示第i帧像素x的Vibe背景模型，P_i(x)表示第i帧像素x的像素值；

3)使用当前帧减去背景帧，阈值化后检测出图像序列的目标，并经预处理后检测出目标区域的边缘轮廓线，得到矩形目标；

4)根据得到的矩形目标判断是否属于静止目标，是则判断路口内存在车辆或行人滞留，否则判断不存在。

2.根据权利要求1所述的智能交通信号灯，其特征在于，所述视频检测单元判断矩形目标的存在时间是否大于1/2个绿灯周期，并判断矩形目标的长宽是否符合车辆或者行人的1/2尺寸，在满足上述两个条件时判断该矩形目标为静止目标，否则判断为非静止目标。

3.根据权利要求1所述的智能交通信号灯，其特征在于，所述智能交通信号灯还包括温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器，所述视频检测单元还用于根据所述温度传感器、湿度传感器和/或环境光亮度传感器的检测结果得到天气状况。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的智能交通信号灯，其特征在于，所述智能交通信号灯还包括显示模块，且所述信号灯控制器还包括显示驱动单元，所述显示驱动单元与所述显示模块连接，用于驱动所述显示模块显示信号灯电源状况、天气状况、道路状况和/或路口车辆状况。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的智能交通信号灯，其特征在于，所述信号灯控制器还包括报警单元，用于在检测到信号灯盘显示异常或者在启动预存的灯色方案时通过通讯模块发送报警信号给指挥中心。

6.一种智能交通信号灯控制系统，其特征在于，包括交通信号机以及多个如权利要求1-5中任一项所述的智能交通信号灯；所述交通信号机与所述多个智能交通信号灯通讯，用于发送灯色数据给所述多个智能交通信号灯。

7.一种根据权利要求1-5中任一项所述智能交通信号灯的应急控制方法，其特征在于，所述应急控制方法包括以下步骤：

S1、通过RGB颜色传感器检测信号灯盘的RGB特征值；

S2、根据所述RGB特征值确定所述信号灯盘的显示状态，并在显示异常时产生控制信号给电源切换器，由AC/DC转换器向信号灯盘供电切换至蓄电池向信号灯盘供电；在更换蓄电池后仍然显示异常，则发送报警信号给指挥中心。