CN107705601A - 一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法，其中识别系统包括设置在汽车上的客户端和与交通信号灯相连接的服务器，通过WiFi通信技术组建客户端与服务器之间的局域网，并将交通信号灯的实时状态和位置信息发送到车辆的客户端上，实现客户端对交通信号灯的识别；该方法采用客户端和服务器的绝对位置信息进行比对，有效减小了系统可能出现的误差；本发明还采用自行设计的自定义通信协议，通过简化数据包，极大地缩短了数据长度，避免了数据推送延迟，保证了数据推送的实时性。

Description

一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法

技术领域

本发明属于交通安全领域，尤其涉及一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法。

背景技术

道路环境感知是影响车辆驾驶的重要因素，其中交通信号灯能够使车辆在十字路口有序、安全通行，大幅度提高路口的通行效率。因此，准确高效的信号灯识别系统是智能车辆环境感知不可或缺的组成部分。国内外学者已进行了多年交通信号灯识别的研究，取得不少进展及成果。

已有的交通信号灯的识别方法主要分为基于图像处理的方法和基于网络信息传输的方法两类。基于图像处理的方法通常是使用摄像头采集车辆前方的视频图像，然后依靠颜色、形状等信息检测感兴趣区域并提取特征进行类别判定，从而得到交通信号灯的状况。根据交通信号灯的特征属性，信号灯的检测可以分为基于颜色空间的检测方法、基于形状特征的检测方法以及其他一些综合类方法。基于颜色空间检测的算法实时性较好，是目前交通信号灯检测方法中采用较多的方法之一。此种方法对于环境对比强烈、颜色明显的图像能取得比较好的结果，然而单单依靠颜色信息无法应对复杂背景下的信号灯检测。形状检测方法能克服颜色模糊、光照不均匀等问题的影响，但若复杂背景下存在形状相似的干扰物，则会导致信号灯检测的失败。另有一些研究方法将颜色和形状综合考虑。相比于单独利用某种特征，此种方式能进一步减少识别错误率，但在夜晚、恶劣天气等情况下仍无法达到系统的实时性和鲁棒性要求。因此，采用基于图像处理的方法很难较好完成全天时、全天候条件下的交通信号灯识别工作。

相比之下，基于网络信息传输的方法在应对复杂环境方面更为鲁棒。该类方法主要包括采用车联网、ZigBee、WiFi的交通信号灯识别方法。其中，车联网是利用装载在车辆上的RFID电子标签，获取车辆的行驶属性和车辆运行状态信息，通过GPS、北斗等定位技术获取车辆行驶位置等参数，通过GPRS、3G等无线传输技术实现信息传输和共享，以及通过RFID、传感器获取道路等交通基础设施的使用状况，最后通过互联网信息平台来为车辆提供各种交通综合服务，如红绿灯警告等。该方案实施的前提是具有良好的硬件条件且所在城市具备智能交通信号系统。此外，车联网自身存在的数据信息量巨大，安全性难以保证等问题均有可能对交通信号灯的有效识别造成一定的影响。

在采用ZigBee进行信号灯识别方面，采用的方案为通过ZigBee在信号灯周围组成局域网，当汽车进入交通信号发射半径范围内时，车辆上的ZigBee模块会自动作为终端节点加入该网络中，以实时获取交通信号灯的状态。但是ZigBee节点的有效传输范围一般为10—75米，数据传输速率低，在2.4GHz的频段也只有250Kb/s，而且ZigBee采用随机接入MAC层，且不支持时分复用的信道接入方式，不能很好地支持一些实时的业务，因此该方法在识别范围和速率方面较实际应用需求还有差距。

发明内容

为了克服现有技术所存在的问题，本发明提供了一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法，利用WiFi技术有效传输距离较远、传输速度较快的特点，在十字路口区域组建交通信号灯和车辆之间的局域网，并将交通信号灯的实时状态和位置信息发送到车辆的客户端上，实现客户端对交通信号灯的识别。

本发明提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统，包括客户端和服务器；

所述客户端与服务器建立WiFi连接，并采用自定义通信协议发送和接收交通信号灯状态；

其中，所述自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、交通信号灯状态和结束符构成。

发明人在研究过程中发现，由于在系统实际运行过程中，同时连接到服务器的客户端数量可能超过几十个，如果服务器与客户端通信的数据量较大，则会导致数据推送延迟，从而导致客户端无法及时获取当前路口的交通信号灯状况。发明人在研究过程中尝试了采用XML格式或者JSON格式等多种现有通信协议规定的格式进行数据传输，但是无论采用哪一种数据格式，每个数据包的数据量均会在200字节以上。因此，为了降低数据臃肿程度，发明人设计了一种采用简化数据包的自定义通信协议，极大地降低了数据长度，保证了数据推送的实时性。

进一步的，所述交通信号灯状态至少包括：经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息和东向红绿灯信息。

其中，经度和纬度是指交通信号灯所处的经度和纬度；北向红绿灯信息是指车辆向北行驶时所需要遵守的交通信号灯的亮灭状态信息，同理可知，西向红绿灯信息对应车辆向西行驶时所需要遵守的交通信号灯的亮灭状态信息，南向红绿灯信息对应车辆向南行驶时所需要遵守的交通信号灯的亮灭状态信息，东向红绿灯信息对应车辆向东行驶时所需要遵守的交通信号灯的亮灭状态信息。

进一步的，所述客户端包括：

客户端通信模块，用于与服务器建立WiFi通信连接，并将客户端信息发送给服务器，以及接收服务器信息；

信息生成与解析模块，用于生成符合自定义通信协议的客户端信息，以及根据所述自定义通信协议解析接收到的服务器信息；

登录登出模块，用于当客户端进入服务器WiFi覆盖范围时，将登录请求发送给信息生成与解析模块，以及当客户端离开服务器WiFi覆盖范围时，将登出请求发送给信息生成模块；

交通灯状态获取模块，用于从解析后的服务器信息中获取交通灯状态，并发送给客户端交互模块；

车辆位置获取模块，用于获取客户端所在车辆位置信息和行车方向信息，并将所述车辆位置信息和行车方向信息发送给客户端交互模块；

车辆速度获取模块，用于获取客户端所在车辆的车速信息，并将所述车速信息发送给客户端交互模块；

客户端交互模块，用于显示当前路口交通灯信号状态，客户端所在车辆的车速信息、车辆位置信息和行车方向信息，以及系统状态信息；

其中，所述交通灯状态至少包含交通灯信号信息和交通灯位置信息。

当车辆进入服务器WiFi信号的覆盖范围时，登录登出模块会通过客户端通信模块向服务器发送登录请求；当客户端通过服务器的鉴权后，客户端通信模块与服务器建立长连接，并接收服务器发送的服务器信息；信息生成与解析模块根据自定义通信协议解析服务器信息，得到交通灯状态，由此实现对交通信号灯状态的识别。当车辆驶离服务器WiFi信号的覆盖范围时，登录登出模块会通过客户端通信模块向服务器发送登出请求，客户端通信模块断开与服务器的长连接。

进一步的，所述服务器包括：

服务器通信模块，用于根据连接指令与客户端建立WiFi通信连接，接收客户端信息，并将服务器信息发送给客户端，以及根据连接断开指令与客户端断开WiFi通信连接；

信息生成与解析模块，用于生成符合自定义通信协议的服务器信息，以及根据自定义通信协议解析接收到的客户端信息；

登录管理模块，用于对客户端信息中的登录请求进行鉴权，当客户端鉴权通过时，向服务器通信模块发送连接指令，以及当接收到客户端信息中的登出请求时，向服务器通信模块发送连接断开指令；

交通灯信号获取模块，用于从交通灯获取实时的交通灯信号信息，并将交通灯信号信息发送给信息生成与解析模块和服务器交互模块；

交通灯位置获取模块，用于获取服务器所处交通灯位置信息，并将交通灯位置信息发送给信息生成与解析模块和服务器交互模块；

服务器交互模块，用于显示当前路口交通灯信号状态和当前连接客户端在线数量。

为了避免其他设备连接服务器，服务器上设置有登录管理模块，对接收到的客户端登录请求进行鉴权操作，仅仅允许通过鉴权的客户端与服务器建立通信连接。

进一步的，所述客户端通信模块至少包括容错子模块，所述容错子模块，用于与服务器定时确认心跳数据包；

其中，当接收不到或无法发送心跳数据包时，容错子模块向客户端交互模块发送故障信息，并继续发送或接收确认心跳数据包；

所述服务器通信模块至少包括心跳数据包模块，用于定时与建立通信连接的客户端确认心跳数据包。

为了防止系统由于发生异常而结束进程，本发明设置了容错子模块用于容错操作，具体而言，当客户端与服务器连接后，客户端会不断与服务器进行心跳数据包确认。如果发现服务器不回应心跳数据包或者客户端无法发出数据，则表明客户端与服务器之间的连接存在异常情况。此时，客户端首先向客户端交互模块报出异常情况，方便用户知悉，然后依然会不断进行心跳数据包确认，直到与服务器恢复连接为止。通过设置容错子模块，即使出现通信异常，客户端并不会主动停止进程，因此，当客户端与服务器重新建立连接时，无需重启应用就能继续接收来自服务器的交通信号灯状态，从而保证了系统的稳定性。

为了配合客户端设置的容错子模块，服务器上设置有心跳数据包模块，用于定时与建立通信连接的客户端确认心跳数据包，配合客户端的容错操作。

进一步的，所述客户端包括配置文件读取模块，用于获取本地配置文件；

其中，所述本地配置文件至少包含服务器IP地址信息。

为了方便客户端与服务器进行针对性连接，排除其他装置WiFi信号的干扰，可以将设置在交通信号灯上的所有服务器的IP地址信息存储在本地配置文件中，当客户端进入WiFi信号范围时，先读取本地配置文件，比对服务器IP地址是否匹配，如果匹配发出登录请求。

进一步的，所述服务器包括交通灯信号生成模块，用于根据预设的交通灯信号规则生成交通灯信号信息控制交通灯运行，并将交通灯信号信息发送给交通灯信号获取模块；

其中，所述交通灯信号规则至少包括一个路口四个行车方向红黄绿三种信号灯的亮灯规则。

为了更为方便地获取交通灯的信号，服务器还可以设置交通灯信号生成模块，该模块根据预设的交通灯信号规则生成交通灯信号信息，一方面根据交通灯信号信息控制信号灯的亮灭，另一方面将交通灯信号信息直接发送给交通灯信号获取模块。

进一步的，所述服务器包括配置文件读取模块，用于获取服务器配置文件；

其中，所述服务器配置文件至少包括所述交通灯信号规则。

为了配合交通灯信号生成模块，服务器上还可以设置有配置文件读取模块，所述服务器配置文件中至少包括了所述交通灯信号规则。该交通灯信号规则是指控制交通灯亮灭的规则，例如：假定在126秒时间内，南北方向前40秒可直行和右转；40-60秒可左转，右转，直行；在0-60秒该时间段内东西方向只可右转不可左转和直行；60-63秒为黄灯时间，用于警示车辆慢行；63-103秒时，东西方向可直行和右转；103-123秒时，东西方向可直行、右转和左转，但是南北方向在63-123秒内只可右转不可直行或者左转；在123-126秒内，为黄灯时间，警示东西方向的车辆慢行。

进一步的，所述车辆位置信息和交通灯位置信息为GPS位置信息或北斗位置信息。

在本发明方案中，采用GPS定位芯片或者北斗定位芯片获取客户端和服务器的绝对位置以及客户端所在车辆的行车绝对方向，从而准确确定客户端所在车辆处于的路口以及所面对的交通信号灯方向，使得客户端能够准确识别行车方向上的交通信号灯，避免了采用相对位置信息可能出现的误差。

所述客户端交互模块还可以包括登录按钮和登出按钮。当出现未知原因导致的客户端未与服务器自动连接时，用户可以通过点击客户端交互模块的登录按钮，手动激活客户端；当用户需要主动断开客户端与服务器的连接时，可以通过点击客户端交互模块的登出按钮，手动断开客户端与服务器的连接。

所述服务器交互模块还可以包括运行按钮。用户通过服务器交互模块上的启动按钮，可以根据需要手动启动服务器。

本发明还提供了一种基于WiFi技术的交通信号灯识别方法，包括：

步骤S1：当客户端进入服务器WiFi覆盖范围时，客户端向服务器发送登录请求；

步骤S2：服务器接收到登录请求后，对客户端进行鉴权，当客户端通过鉴权后，与客户端建立长连接；

步骤S3：服务器获取交通信号灯状态，根据自定义通信协议生成服务器信息并发送给客户端；

步骤S4：客户端接收到服务器信息后，根据自定义通信协议解析服务器信息，得到交通灯状态，完成对交通信号灯状态的识别；

其中，所述自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、交通信号灯状态和结束符构成；

所述交通信号灯状态至少包括：经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息和东向红绿灯信息。

有益效果

本发明提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法，其中识别系统包括设置在车辆上的客户端和与交通信号灯相连的服务器，通过WiFi通信技术组建客户端与服务器之间的局域网，并将交通信号灯的实时状态和位置信息直接发送到车辆的客户端上，无需图像识别处理即可实现客户端对交通信号灯的识别；本发明采用客户端和服务器的绝对位置信息进行比对，有效减小了系统可能出现的误差；本发明还采用自行设计的自定义通信协议，通过简化数据包，极大地缩短了数据长度，避免了数据推送延迟，保证了数据推送的实时性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别方法的流程图；

图3是本发明实施例一提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统及识别方法的数据流程图；

图4是本发明实施例二提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统的系统架构示意图；

图5是本发明实施例二提供的自定义通信协议数据包格式；

图6是本发明实施例二提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统的结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的服务器交互模块界面图；

图8是本发明实施例二提供的客户端交互模块界面图；

图9是本发明实施例二服务器显示结果实例；

图10是本发明实施例二客户端显示结果实例；

图11是本发明实施例二中各种天气情况下信号灯的识别距离对比情况；

图12是本发明实施例二中不同客户端连接数量对应的数据传输的时延情况；

图13是本发明实施例二中车速对时延的影响情况。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例进行详细阐述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统由服务器和客户端构成。其中，客户端设置在智能车辆上，负责与服务器进行通信、获取交通灯状态；服务器与交通信号灯连接，负责获取和发送交通灯状态。客户端与服务器建立WiFi连接，并采用自定义通信协议发送和接收交通信号灯状态；其中，所述自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、交通信号灯状态和结束符构成。所述交通信号灯状态至少包括经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息和东向红绿灯信息。

本发明实施例提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统的客户端100包括：客户端通信模块101，用于与服务器建立WiFi通信连接，并将客户端信息发送给服务器，以及接收服务器信息；信息生成与解析模块102，用于生成符合自定义通信协议的客户端信息，以及根据所述自定义通信协议解析接收到的服务器信息；登录登出模块103，用于当客户端进入服务器WiFi覆盖范围时，将登录请求发送给信息生成与解析模块，以及当客户端离开服务器WiFi覆盖范围时，将登出请求发送给信息生成模块；交通灯状态获取模块104，用于从解析后的服务器信息中获取交通灯状态，并发送给客户端交互模块；车辆位置获取模块105，用于获取客户端所在车辆位置信息和行车方向信息，并将所述车辆位置信息和行车方向信息发送给客户端交互模块；车辆速度获取模块106，用于获取客户端所在车辆的车速信息，并将所述车速信息发送给客户端交互模块；客户端交互模块107，用于显示当前路口交通灯信号状态，客户端所在车辆的车速信息、车辆位置信息和行车方向信息，以及系统状态信息；其中，所述交通灯状态至少包含交通灯信号信息和交通灯位置信息。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统的服务器200包括：服务器通信模块201，用于根据连接指令与客户端建立WiFi通信连接，接收客户端信息，并将服务器信息发送给客户端，以及根据连接断开指令与客户端断开WiFi通信连接；信息生成与解析模块202，用于生成符合自定义通信协议的服务器信息，以及根据自定义通信协议解析接收到的客户端信息；登录管理模块203，用于对客户端信息中的登录请求进行鉴权，当客户端鉴权通过时，向服务器通信模块发送连接指令，以及当接收到客户端信息中的登出请求时，向服务器通信模块发送连接断开指令；交通灯信号获取模块204，用于从交通灯获取实时的交通灯信号信息，并将交通灯信号信息发送给信息生成与解析模块和服务器交互模块；交通灯位置获取模块205，用于获取服务器所处交通灯位置信息，并将交通灯位置信息发送给信息生成与解析模块和服务器交互模块；服务器交互模块206，用于显示当前路口交通灯信号状态和当前连接客户端在线数量。所述登录管理模块对接收到的客户端登录请求进行鉴权操作，仅仅允许通过鉴权的客户端与服务器建立通信连接，从而避免其他设备连接服务器。

本实施例提供的客户端的客户端通信模块还包括容错子模块，防止系统由于发生异常而结束进程。具体而言，当客户端与服务器连接后，客户端会不断与服务器进行心跳数据包确认。如果发现服务器不回应心跳数据包或者客户端无法发出数据，则表明客户端与服务器之间的连接存在异常情况。此时，客户端首先向客户端交互模块报出异常情况，方便用户知悉，然后依然会不断进行心跳数据包确认，直到与服务器恢复连接为止。通过设置容错子模块，即使出现通信异常，客户端并不会主动停止进程，因此，当客户端与服务器重新建立连接时，无需重启应用就能继续接收来自服务器的交通信号灯状态，从而保证了系统的稳定性。

本实施例中客户端所在车辆和交通信号灯的绝对位置信息，能够准确确定客户端所在车辆所面对的交通信号灯方向，避免了采用相对位置信息可能出现的误差。

本实施例中，客户端交互模块还包括登录按钮和登出按钮。当出现未知原因导致的客户端未与服务器自动连接时，用户可以通过点击客户端交互模块的登录按钮，手动激活客户端；当用户需要主动断开客户端与服务器的连接时，可以通过点击客户端交互模块的登出按钮，手动断开客户端与服务器的连接。

为了方便客户端与服务器进行针对性连接，排除其他装置WiFi信号的干扰，本实施例中客户端还包括配置文件读取模块，用于获取本地配置文件，可以将设置在交通信号灯上的所有服务器的IP地址信息存储在本地配置文件中，当客户端进入WiFi信号范围时，先读取本地配置文件，比对服务器IP地址是否匹配，如果匹配发出登录请求。

本实施例的服务器的服务器通信模块上还设置有心跳数据包模块，用于定时与建立通信连接的客户端确认心跳数据包，配合客户端的容错操作。

服务器还可以设置交通灯信号生成模块，该模块根据预设的交通灯信号规则生成交通灯信号信息，一方面根据交通灯信号信息控制信号灯的亮灭，另一方面将交通灯信号信息直接发送给交通灯信号获取模块，从而更为方便地获取交通灯信号。

服务器上还可以设置有配置文件读取模块，用于获取服务器配置文件，以配合交通灯信号生成模块的运行。所述服务器配置文件中至少包括了所述交通灯信号规则。该交通灯信号规则是指控制交通灯亮灭的规则，例如：假定在126秒时间内，南北方向前40秒可直行和右转；40-60秒可左转，右转，直行；在0-60秒该时间段内东西方向只可右转不可左转和直行；60-63秒为黄灯时间，用于警示车辆慢行；63-103秒时，东西方向可直行和右转；103-123秒时，东西方向可直行、右转和左转，但是南北方向在63-123秒内只可右转不可直行或者左转；在123-126秒内，为黄灯时间，警示东西方向的车辆慢行。

本实施例提供的服务器的服务器交互模块上还设置有启动按钮，用户通过服务器交互模块上的启动按钮，可以根据需要手动启动服务器。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于WiFi技术的交通信号灯识别方法，包括：

步骤S1：当客户端进入服务器WiFi覆盖范围时，客户端向服务器发送登录请求；

步骤S2：服务器接收到登录请求后，对客户端进行鉴权，当客户端通过鉴权后，与客户端建立长连接；

步骤S3：服务器获取交通信号灯状态，根据自定义通信协议生成服务器信息并发送给客户端；

步骤S4：客户端接收到服务器信息后，根据自定义通信协议解析服务器信息，得到交通灯状态，完成对交通信号灯状态的识别；

其中，所述自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、交通信号灯状态和结束符构成；

所述交通信号灯状态至少包括：经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息和东向红绿灯信息。

图3示出了上述识别系统及识别方法的数据流程图。

发明人在研究过程中发现，由于在系统实际运行过程中，同时连接到服务器的客户端数量可能超过几十个，如果服务器与客户端通信的数据量较大，则会导致数据推送延迟，从而导致客户端无法及时获取当前路口的交通信号灯状况。发明人在研究过程中尝试了采用XML格式或者JSON格式等多种现有通信协议规定的格式进行数据传输，但是无论采用哪一种数据格式，每个数据包的数据量均会在200字节以上。因此，为了降低数据臃肿程度，发明人设计了一种采用简化数据包的自定义通信协议，极大地降低了数据长度，保证了数据推送的实时性。该自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息、东向红绿灯信息和结束符构成。

综上所述，本发明提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统，包括设置在车辆上的客户端和与交通信号灯相连的服务器，通过WiFi通信技术组建客户端与服务器之间的局域网，并将交通信号灯的实时状态和位置信息发送到车辆的客户端上，无需图像识别处理即可实现客户端对交通信号灯的识别；本发明采用客户端和服务器的绝对位置信息进行比对，有效减小了系统可能出现的误差；本发明还采用自行设计的自定义通信协议，通过简化数据包，极大地缩短了数据长度，避免了数据推送延迟，保证了数据推送的实时性。

实施例二

为了测试本发明提供的基于WiFi技术的交通信号灯识别系统，发明人在校园内搭建了本系统的服务器，并且分别在4辆试验车上配备了本系统的客户端，以此测试当车辆驶入WiFi信号覆盖范围时，是否能够准确识别路口的信号灯状态。图4示出了本实施例提供的识别系统架构示意图。

本实施例提供的系统软件采用Java语言在eclipse上开发，最终运行环境为树莓派操作系统。本系统采用发明人自创的自定义通信协议规定的数据包格式，如图5所示，H作为开始符、EOF作为结束符，用于校验数据包的完整性，1代表协议版本号，1113.0004552表示经度，34.222251101表示纬度，NR99Y02G99中N表示北向红绿灯情况，其后字符串分为三组，每一组三位字符，每一组中第一个字符为R或Y或G，分别代表红灯或黄灯或绿灯，字母后面的两位数字表示当前灯的倒计时秒数，即NR99Y02G99表示北向红灯99秒黄灯2秒绿灯99秒，同理，图中WR99Y02G99表示西向红绿灯情况，S R99Y02G99表示南向红绿灯情况，ER99Y02G99表示东向红绿灯情况。采用本发明提供的自定义通信协议规定的数据包格式，仅需大约70个字节数据量即可将所有数据发送出去，与现有技术中XML格式或JSON格式所需的200字节以上的数据量相比，大大降低了数据臃肿程度，缩短了数据发送时间，使客户端能够及时获取交通信号灯状态。

本实施例提供的系统硬件主要在树莓派3代开发板上进行，其CPU为四核64位，主频为1.2GHz，内存为1G。客户端通信模块和服务器通信模块的WiFi发生装置采用TP-LINKTL-WR890N 450M无线路由器。车辆位置信息和交通灯位置信息采用NEO-6M GPS模块获取。客户端交互模块和服务器交互模块采用带触屏功能的外接3.5寸LCD显示器实现，图7示出了服务器交互模块界面图，图7示出了客户端交互模块界面图。客户端和服务器均采用容量为10000mAh的移动电源供电。图5示出了该系统的结构示意图。

图9和图10给出了本实施例中系统服务器与客户端的显示结果实例。其中，图9是服务器交互模块显示的经纬度以及四个方向信号灯状态和倒计时秒数，可以看出由南向北方向的信号灯情况为左转红灯、直行红灯、右转绿灯，倒计时为26秒，信号灯位置的经度为112.983、纬度为28.143。图10是客户端交互模块显示的识别结果：左转红灯、直行红灯、右转绿灯，倒计时为26秒，信号灯位置的经度为112.983、纬度为28.143。服务器与客户端的显示结果一致。

图11显示了各种天气情况下信号灯的识别距离对比。阴天和晴天的识别距离较远，雨天和雾霾等恶劣天气识别距离较近。总体而言，在TP-LINK TL-WR890N 450M无线路由器发射功率一定且室外有树木干扰的情况下，识别距离在60—75米范围内，受天气的影响较小，可以满足在复杂环境下的识别要求。此外，识别距离受限于无线路由器的功率，所以如果采用更高功率的路由器，则识别距离可以更远。

根据对本系统的测试验证，当客户端接入数目分别为1、5、10、15、20个时数据传输的时延如图12所示。在可接收WiFi范围之内，其所有的客户端可以准确获得交通信号灯的颜色、时间、位置信息，准确率为100％。随着客户端数目的增加，时延总体呈现上升的趋势。经过压力测试，在逐渐增加到20个接入客户端时，系统仍然能够流畅运行并正确识别。

车速对时延的影响如图13所示。随着车速的增加，时延在90—110ms小范围之内变化，可见车速对时延几乎不产生影响，因而在城市道路内可以满足实际需求。

综上所述，本发明提供的一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统，具有较好的识别准确性，具有一定的商业推广价值。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于WiFi技术的交通信号灯识别系统，其特征在于，包括客户端和服务器；

所述客户端与服务器建立WiFi连接，并采用自定义通信协议发送和接收交通信号灯状态；

其中，所述自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、交通信号灯状态和结束符构成。

2.根据权利要求1所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述交通信号灯状态至少包括：经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息和东向红绿灯信息。

3.根据权利要求2所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述客户端包括：

客户端通信模块，用于与服务器建立WiFi通信连接，并将客户端信息发送给服务器，以及接收服务器信息；

信息生成与解析模块，用于生成符合自定义通信协议的客户端信息，以及根据所述自定义通信协议解析接收到的服务器信息；

登录登出模块，用于当客户端进入服务器WiFi覆盖范围时，将登录请求发送给信息生成与解析模块，以及当客户端离开服务器WiFi覆盖范围时，将登出请求发送给信息生成模块；

交通灯状态获取模块，用于从解析后的服务器信息中获取交通灯状态，并发送给客户端交互模块；

车辆位置获取模块，用于获取客户端所在车辆位置信息和行车方向信息，并将所述车辆位置信息和行车方向信息发送给客户端交互模块；

车辆速度获取模块，用于获取客户端所在车辆的车速信息，并将所述车速信息发送给客户端交互模块；

客户端交互模块，用于显示当前路口交通灯信号状态，客户端所在车辆的车速信息、车辆位置信息和行车方向信息，以及系统状态信息；

其中，所述交通灯状态至少包含交通灯信号信息和交通灯位置信息。

4.根据权利要求3所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述服务器包括：

服务器通信模块，用于根据连接指令与客户端建立WiFi通信连接，接收客户端信息，并将服务器信息发送给客户端，以及根据连接断开指令与客户端断开WiFi通信连接；

信息生成与解析模块，用于生成符合自定义通信协议的服务器信息，以及根据自定义通信协议解析接收到的客户端信息；

登录管理模块，用于对客户端信息中的登录请求进行鉴权，当客户端鉴权通过时，向服务器通信模块发送连接指令，以及当接收到客户端信息中的登出请求时，向服务器通信模块发送连接断开指令；

交通灯信号获取模块，用于从交通灯获取实时的交通灯信号信息，并将交通灯信号信息发送给信息生成与解析模块和服务器交互模块；

交通灯位置获取模块，用于获取服务器所处交通灯位置信息，并将交通灯位置信息发送给信息生成与解析模块和服务器交互模块；

服务器交互模块，用于显示当前路口交通灯信号状态和当前连接客户端在线数量。

5.根据权利要求4所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述客户端通信模块至少包括容错子模块，所述容错子模块，用于与服务器定时确认心跳数据包；

其中，当接收不到或无法发送心跳数据包时，容错子模块向客户端交互模块发送故障信息，并继续发送或接收确认心跳数据包；

所述服务器通信模块至少包括心跳数据包模块，用于定时与建立通信连接的客户端确认心跳数据包。

6.根据权利要求5所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述客户端包括配置文件读取模块，用于获取本地配置文件；

其中，所述本地配置文件至少包含服务器IP地址信息。

7.根据权利要求6所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述服务器包括交通灯信号生成模块，用于根据预设的交通灯信号规则生成交通灯信号信息控制交通灯运行，并将交通灯信号信息发送给交通灯信号获取模块；

其中，所述交通灯信号规则至少包括一个路口四个行车方向红黄绿三种信号灯的亮灯规则。

8.根据权利要求7所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述服务器包括配置文件读取模块，用于获取服务器配置文件；

其中，所述服务器配置文件至少包括所述交通灯信号规则。

9.根据权利要求8所述的交通信号灯识别系统，其特征在于，所述车辆位置信息和交通灯位置信息为GPS位置信息或北斗位置信息。

10.一种基于WiFi技术的交通信号灯识别方法，其特征在于，包括：

步骤S1：当客户端进入服务器WiFi覆盖范围时，客户端向服务器发送登录请求；

步骤S2：服务器接收到登录请求后，对客户端进行鉴权，当客户端通过鉴权后，与客户端建立长连接；

步骤S3：服务器获取交通信号灯状态，根据自定义通信协议生成服务器信息并发送给客户端；

步骤S4：客户端接收到服务器信息后，根据自定义通信协议解析服务器信息，得到交通灯状态，完成对交通信号灯状态的识别；

其中，所述自定义通信协议规定每个数据包至少由开始符、协议版本号、交通信号灯状态和结束符构成；

所述交通信号灯状态至少包括：经度、纬度、北向红绿灯信息、西向红绿灯信息、南向红绿灯信息和东向红绿灯信息。