CN107529250A - 一种led路灯调控装置及调控方法 - Google Patents
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Abstract
该发明公开了一种LED路灯调控装置及调控方法,涉及智能照明控制领域，具体的说，是一种LED路灯智能控制系统及其调控方法。采用图像获取的方式获得道路某一路段的车流量数据，根据车流量数据控制道路路灯的亮度，具有控制效果好，精度高，节约能源的效果。清晨、黄昏以及遇到异常天气时，系统可以根据照明需求自动点亮或关闭，并根据需求自动调整照明强度，在具有实用性的同时，更加节约电能。夜间可以根据车流量的不同自动调整照明强度，在车流量少时，以较低强度照明，当车流量多时，以较高强度照明，在避免无需照明却存在“长明灯”的情况的同时，在有车流量时，满足照明需求，并且避免了频繁开启路灯对灯具造成的损害。
Description
技术领域
本发明涉及智能照明控制领域，具体的说，是一种LED路灯智能控制系统及其调控方法。
背景技术
LED作为新一代的光源，具有很多优良特性。例如发光效率高，耗电量少，寿命长等。但是目前的路灯基本上都保持长时间持续照明，造成了严重的资源浪费。中国发明专利(公开号CN106028506A名称一种智能LED路灯及其控制方法)采用红外传感器，在夜间人流量少时感应人或车流情况，选择性开灯。这种方式缺点在于一方面由于夜间车速较快，开灯程序可能跟不上车速而没有满足照明需求，另一方面频繁开关灯可能会造成灯具提前衰老损坏。
发明内容
为了解决现有技术中LED路灯控制方案不理想的问题，本发明提供一种城市LED路灯智能调控方案，该方案可靠性、实时性高，具有可扩展性，能够根据当前光照强度以及车流量智能调节LED路灯照明强度，可以达到在满足照明效果的条件下节能的目的。
首先本发明技术方案为一种LED路灯调控装置，该装置包括：信息采集模块、故障检测模块、数据存储模块、控制模块，所述信息采集模块包括：光学信息采集及处理装置、车流量信息采集及处理装置、运行状态信息采集装置，所述控制模块包括：中央控制模块、多个边缘控制节点、各路灯控制器；其中所述信息采集模块采集到信息后通过无线的方式传输到数据存储模块中，存储模块再通过无线的方式传输到控制模块；所述信息采集模块为每隔一段路程上设置有一个信息采集模块，所述每个路灯包括一个路灯控制器，一个边缘控制节点控制一段道路上的路灯控制器，所述故障检测模块是根据信息采集模块中采集到的运行状态信息判断该装置是否出现故障和出现故障的位置。
一种LED路灯调控方法，该方法包括：
步骤1：首先对道路进行划段，相同段的道路控制方式相同，每段道路通过光学采集装置间隔采集光照信息，根据光照强度信息，控制路灯开启或关闭；在上下班高峰时间段，采用间隔采集的光照信息，计算光照的变化率，根据光照的变化率，改变路灯照明亮度，随着光照变化率的减少增加亮度，光照变化率的增加降低亮度；
步骤2：在路灯开启的除开上下班高峰时间的其它时间段，每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，计算出车流量；
步骤2-1：每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，对采集到的图像进行灰度处理；
步骤2-2：采用二值化方法对灰度图像进行二值化，二值化的阈值选取范围为215～235，然后对二值图像进行腐蚀操作；
步骤2-3：采用SVM分类器对步骤2-2得到的图像中的连通域进行分类，检测出疑似车灯的连通域；在该连通域中，若某连通域长时间移动，这认为该连通域不是车灯；
步骤2-4：根据车灯之间的水平距离和垂直距离判断可能属于同一辆车的车灯集合，在同一个集合中根据面积和形状判断出属于同一辆车的一对车灯，一对车灯代表一辆车，；
步骤2-5：将当前时刻获取的图像与前一时刻获取的图像中车灯进行相似度对比判断是否为同一辆车的车灯，若在前一时刻图像中未找到同一车辆的车灯这该时刻图像车灯对应的车辆为新出现车辆，记录新出现车辆的个数；
步骤2-6：通过一段时间记录的新出现车辆的个数计算出该段时间的车流量；
步骤3：根据当前路口车辆流量信息对下一段道路的路灯亮度进行控制，流量大于某一阈值时路灯输出100％功率，随流量降低则减少路灯输出功率直到固定的最低输出功率。
一种LED路灯调控方法，该方法包括：
步骤1：首先对道路进行划段，相同段的道路控制方式相同，每段道路通过光学采集装置间隔采集光照信息，根据光照强度信息，控制路灯开启或关闭；在上下班高峰时间段，采用间隔采集的光照信息，计算光照的变化率，根据光照的变化率，改变路灯照明亮度，随着光照变化率的减少增加亮度，光照变化率的增加降低亮度；
步骤2：在路灯开启的除开上下班高峰时间的其它时间段，每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，计算出车流量；
步骤2-1：每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，对采集到的图像进行灰度处理；
步骤2-2：采用二值化方法对灰度图像进行二值化，二值化的阈值选取范围为215～235，然后对二值图像进行腐蚀操作；
步骤2-3：采用SVM分类器对步骤2-2得到的图像中的连通域进行分类，检测出疑似车灯的连通域；在该连通域中，若某连通域长时间移动，这认为该连通域不是车灯；
步骤2-4：根据车灯之间的水平距离和垂直距离判断可能属于同一辆车的车灯集合，在同一个集合中根据面积和形状判断出属于同一辆车的一对车灯，一对车灯代表一辆车，；
步骤2-5：将当前时刻获取的图像与前一时刻获取的图像中车灯进行相似度对比判断是否为同一辆车的车灯，若在前一时刻图像中未找到同一车辆的车灯这该时刻图像车灯对应的车辆为新出现车辆，记录新出现车辆的个数；
步骤2-6：通过一段时间记录的新出现车辆的个数计算出该段时间的车流量；
步骤3:以周为单位连续记录若干周各时间段的各路口车流量数据；
步骤4：采用神经网络的方法根据以后的前M周各时间段车流量数据预测出当前路段下一时间段的车流量S，其中M＞4；
步骤5：根据步骤2得到的当前路段前3～5个小时的车流量数据，采用指数平滑算法预测下一时间段的车流量P；
步骤6：将步骤4和步骤5计算得到的下一时刻车流量数据加权相加得到最终的车流量；
步骤7：根据步骤6得到的最终车流量数据对当前路段的路灯进行控制，流量大于某一阈值时路灯输出100％功率，随流量降低则减少路灯输出功率直到固定的最低输出功率。
进一步的，所述步骤6中最终的车流量计算方法为(0.8-q)S+(0.2+q)P，其中q为权重的校正系数，取值范围为0～0.8；初始值为0，当|S-N|＞|P-N|时，下一时间段用于计算最终车流量的q值为在当前时间段的q值加0.1，否则不变，其中N表示当前时间段实际检测到的真实车流量。
本发明采用图像获取的方式获得道路某一路段的车流量数据，根据车流量数据控制道路路灯的亮度，具有控制效果好，精度高，节约能源的效果。清晨、黄昏以及遇到异常天气时，系统可以根据照明需求自动点亮或关闭，并根据需求自动调整照明强度，在具有实用性的同时，更加节约电能。夜间可以根据车流量的不同自动调整照明强度，在车流量少时，以较低强度照明，当车流量多时，以较高强度照明，在避免无需照明却存在“长明灯”的情况的同时，在有车流量时，满足照明需求，并且避免了频繁开启路灯对灯具造成的损害。
附图说明
图1为本发明一种LED路灯调控装置的模块示意图；
图2为本发明车灯识别流程图；
图3为本发明采用采用SVM分类器对图像中连通域分类后的效果图；
图4为本发明根据车流量控制路灯流程图。
具体实施方式
一种LED路灯调控装置，该装置包括：信息采集模块、故障检测模块、数据存储模块、控制模块，所述信息采集模块包括：光学信息采集及处理装置、车流量信息采集及处理装置、运行状态信息采集装置，所述控制模块包括：中央控制模块、多个边缘控制节点、各路灯控制器；其中所述信息采集模块采集到信息后通过无线的方式传输到数据存储模块中，存储模块再通过无线的方式传输到控制模块；所述信息采集模块为每隔一段路程上设置有一个信息采集模块，所述每个路灯包括一个路灯控制器，一个边缘控制节点控制一段道路上的路灯控制器，所述故障检测模块是根据信息采集模块中采集到的运行状态信息判断该装置是否出现故障和出现故障的位置。
一种LED路灯调控方法，该方法包括：
步骤1：首先对道路进行划段，相同段的道路控制方式相同，每段道路通过光学采集装置间隔采集光照信息，根据光照强度信息，控制路灯开启或关闭；在上下班高峰时期，采用间隔采集的光照信息，计算光照的变化率，根据光照的变化率，改变路灯照明亮度，当路灯刚打开时为50％的输出功率，随着光照变化率的减少增加亮度，光照变化率的增加降低亮度；
步骤2：在路灯开启的除开上下班高峰时间的其它时间段，每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，计算出车流量；
步骤2-1：每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，对采集到的图像进行灰度处理；
步骤2-2：采用二值化方法对灰度图像进行二值化，二值化的阈值选取范围为215～235，然后对二值图像进行腐蚀操作；
步骤2-3：采用SVM分类器对步骤2-2得到的图像中的连通域进行分类，检测出疑似车灯的连通域；在该连通域中，若某连通域长时间移动，这认为该连通域不是车灯；
步骤2-4：根据车灯之间的水平距离和垂直距离判断可能属于同一辆车的车灯集合，在同一个集合中根据面积和形状判断出属于同一辆车的一对车灯，一对车灯代表一辆车，；
步骤2-5：将当前时刻获取的图像与前一时刻获取的图像中车灯进行相似度对比判断是否为同一辆车的车灯，若在前一时刻图像中未找到同一车辆的车灯这该时刻图像车灯对应的车辆为新出现车辆，记录新出现车辆的个数；
步骤2-6：通过一段时间记录的新出现车辆的个数计算出该段时间的车流量；
步骤3：根据当前路口车辆流量信息对下一段道路的路灯亮度进行控制，流量大于某一阈值时路灯输出100％功率，随流量降低则减少路灯输出功率直到固定的最低输出功率。
一种LED路灯调控方法，该方法包括：
步骤1：首先对道路进行划段，相同段的道路控制方式相同，每段道路通过光学采集装置间隔采集光照信息，根据光照强度信息，控制路灯开启或关闭；在上下班高峰时期，采用间隔采集的光照信息，计算光照的变化率，根据光照的变化率，改变路灯照明亮度，随着光照变化率的减少增加亮度，光照变化率的增加降低亮度；
步骤2：在路灯开启的除开上下班高峰时间的其它时间段，每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，计算出车流量；
步骤2-1：每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，对采集到的图像进行灰度处理；
步骤2-2：采用二值化方法对灰度图像进行二值化，二值化的阈值选取范围为215～235，然后对二值图像进行腐蚀操作；
步骤2-3：采用SVM分类器对步骤2-2得到的图像中的连通域进行分类，检测出疑似车灯的连通域；在该连通域中，若某连通域长时间移动，这认为该连通域不是车灯；
步骤2-4：根据车灯之间的水平距离和垂直距离判断可能属于同一辆车的车灯集合，在同一个集合中根据面积和形状判断出属于同一辆车的一对车灯，一对车灯代表一辆车，；
步骤2-5：将当前时刻获取的图像与前一时刻获取的图像中车灯进行相似度对比判断是否为同一辆车的车灯，若在前一时刻图像中未找到同一车辆的车灯这该时刻图像车灯对应的车辆为新出现车辆，记录新出现车辆的个数；
步骤2-6：通过一段时间记录的新出现车辆的个数计算出该段时间的车流量；
步骤3:以周为单位连续记录若干周各时间段的各路口车流量数据；
步骤4：采用神经网络的方法根据以后的前M周各时间段车流量数据预测出当前路段下一时间段的车流量S，其中M＞4；
步骤5：根据步骤2得到的当前路段前3～5个小时的车流量数据，采用指数平滑算法预测下一时间段的车流量P；
步骤6：将步骤4和步骤5计算得到的下一时刻车流量数据加权相加得到最终的车流量；
所述步骤6中最终的车流量计算方法为(0.8-q)S+(0.2+q)P，其中q为权重的校正系数，取值范围为0～0.8；初始值为0，当|S-N|＞|P-N|时，下一时间段用于计算最终车流量的q值为在当前时间段的q值加0.1，否则不变，其中N表示当前时间段实际检测到的真实车流量。
步骤7：根据步骤6得到的最终车流量数据对当前路段的路灯进行控制，流量大于某一阈值时路灯输出100％功率，随流量降低则减少路灯输出功率直到固定的最低输出功率。
本发明LED路灯调控装置的信息采集模块的摄像头安装在红绿灯路口的车道的上方，高度范围在5m-8m之间，范围以双车道四辆车或者六辆车为好，这样摄像头对整个交通场景都有很好的拍摄效果。根据红绿灯的时间间隔设置照相的时间，当交通灯变化，由红变绿前1s时，进行拍摄，之后每隔0.1s将当前图像处理一次。摄像头采集彩色图片，首先进行灰度化处理后，夜间车灯明显，并且中心亮度很高，本发明通过车灯检测从而确定车流量信息，对图片进行二值化处理，保留有用信息，去掉无关噪声等信息，首先利用阈值为225的二值化方案处理灰度图像，这样可以在更大程度上保留原信息；之后采用一种类腐蚀操作进行形态学处理，再通过采用SVM(Support Vector Machine)机器学习的方案对处理后的图片进行机器学习的方式，之后再进行车灯匹配以及车流量检测，减少了漏检数目，提高了准确率。
本发明的SVM分类具体实施方法为：根据首先获取了70张照片，对其进行灰度化，二值化后进行处理去除噪声，之后进行车灯检测。共提取出337组车灯及反光物(如积水，车身等)周长，面积参数，其中包括车灯和车身反光，积水反光等干扰。对其进行svm分类，取300组进行训练，37组做测试，测试结果如图3。
车灯的的配对的具体实施方式为：相邻两个车灯如果属于同一辆车，那么车灯水平距离应小于W/n，W代表车道宽度，由于摄像头仅包含当前车道，所以也可以认为W为当前图像长度，n代表车道数，垂直距离应小于H/m，其中H代表图片高度，m代表当前图片可以容纳的车辆数。再根据车灯的形状的面积配对车灯。
Claims (4)
1.一种LED路灯调控装置，该装置包括：信息采集模块、故障检测模块、数据存储模块、控制模块，所述信息采集模块包括：光学信息采集及处理装置、车流量信息采集及处理装置、运行状态信息采集装置，所述控制模块包括：中央控制模块、多个边缘控制节点、各路灯控制器；其中所述信息采集模块采集到信息后通过无线的方式传输到数据存储模块中，存储模块再通过无线的方式传输到控制模块；所述信息采集模块为每隔一段路程上设置有一个信息采集模块，所述每个路灯包括一个路灯控制器，一个边缘控制节点控制一段道路上的路灯控制器，所述故障检测模块是根据信息采集模块中采集到的运行状态信息判断该装置是否出现故障和出现故障的位置。
2.一种LED路灯调控方法，该方法包括：
步骤1：首先对道路进行划段，相同段的道路控制方式相同，每段道路通过光学采集装置间隔采集光照信息，根据光照强度信息，控制路灯开启或关闭；在上下班高峰时间段，采用间隔采集的光照信息，计算光照的变化率，根据光照的变化率，改变路灯照明亮度，随着光照变化率的减少增加亮度，光照变化率的增加降低亮度；
步骤2：在路灯开启的除开上下班高峰时间的其它时间段，每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，计算出车流量；
步骤2-1：每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，对采集到的图像进行灰度处理；
步骤2-2：采用二值化方法对灰度图像进行二值化，二值化的阈值选取范围为215～235，然后对二值图像进行腐蚀操作；
步骤2-3：采用SVM分类器对步骤2-2得到的图像中的连通域进行分类，检测出疑似车灯的连通域；在该连通域中，若某连通域长时间移动，这认为该连通域不是车灯；
步骤2-4：根据车灯之间的水平距离和垂直距离判断可能属于同一辆车的车灯集合，在同一个集合中根据面积和形状判断出属于同一辆车的一对车灯，一对车灯代表一辆车，；
步骤2-5：将当前时刻获取的图像与前一时刻获取的图像中车灯进行相似度对比判断是否为同一辆车的车灯，若在前一时刻图像中未找到同一车辆的车灯这该时刻图像车灯对应的车辆为新出现车辆，记录新出现车辆的个数；
步骤2-6：通过一段时间记录的新出现车辆的个数计算出该段时间的车流量；
步骤3：根据当前路口车辆流量信息对下一段道路的路灯亮度进行控制，流量大于某一阈值时路灯输出100％功率，随流量降低则减少路灯输出功率直到固定的最低输出功率。
3.一种LED路灯调控方法，该方法包括：
步骤1：首先对道路进行划段，相同段的道路控制方式相同，每段道路通过光学采集装置间隔采集光照信息，根据光照强度信息，控制路灯开启或关闭；在上下班高峰时间段，采用间隔采集的光照信息，计算光照的变化率，根据光照的变化率，改变路灯照明亮度，随着光照变化率的减少增加亮度，光照变化率的增加降低亮度；
步骤2：在路灯开启的除开上下班高峰时间的其它时间段，每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，计算出车流量；
步骤2-1：每段道路路口通过图像采集装置间隔采集车辆通行时的图像，对采集到的图像进行灰度处理；
步骤2-2：采用二值化方法对灰度图像进行二值化，二值化的阈值选取范围为215～235，然后对二值图像进行腐蚀操作；
步骤2-3：采用SVM分类器对步骤2-2得到的图像中的连通域进行分类，检测出疑似车灯的连通域；在该连通域中，若某连通域长时间移动，这认为该连通域不是车灯；
步骤2-4：根据车灯之间的水平距离和垂直距离判断可能属于同一辆车的车灯集合，在同一个集合中根据面积和形状判断出属于同一辆车的一对车灯，一对车灯代表一辆车，；
步骤2-5：将当前时刻获取的图像与前一时刻获取的图像中车灯进行相似度对比判断是否为同一辆车的车灯，若在前一时刻图像中未找到同一车辆的车灯这该时刻图像车灯对应的车辆为新出现车辆，记录新出现车辆的个数；
步骤2-6：通过一段时间记录的新出现车辆的个数计算出该段时间的车流量；
步骤3:以周为单位连续记录若干周各时间段的各路口车流量数据；
步骤4：采用神经网络的方法根据以后的前M周各时间段车流量数据预测出当前路段下一时间段的车流量S，其中M＞4；
步骤5：根据步骤2得到的当前路段前3～5个小时的车流量数据，采用指数平滑算法预测下一时间段的车流量P；
步骤6：将步骤4和步骤5计算得到的下一时刻车流量数据加权相加得到最终的车流量；
步骤7：根据步骤6得到的最终车流量数据对当前路段的路灯进行控制，流量大于某一阈值时路灯输出100％功率，随流量降低则减少路灯输出功率直到固定的最低输出功率。
4.如权利要求3所述的一种LED路灯调控方法,其特征在于所述步骤6中最终的车流量计算方法为(0.8-q)S+(0.2+q)P，其中q为权重的校正系数，取值范围为0～0.8；初始值为0，当|S-N|＞|P-N|时，下一时间段用于计算最终车流量的q值为在当前时间段的q值加0.1，否则不变，其中N表示当前时间段实际检测到的真实车流量。
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