CN117727188A - 基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，包括硬件设备和控制管理系统，所述硬件设备包括摄像监控头、运算模块、储存模块、网络模块、定时模块以及智能控制器发出的红灯绿灯转换信号，所述摄像监控头、储存模块、网络模块、定时模块以及信号灯均与运算模块电连接；所述控制管理系统包括设置模块、监控模块、管理模块。本发明可通过摄像监控头获得前方监控区内车辆通行状态，利用计算机深度学习的目标识别算法，判断是否有批量车辆滞留及程度，评估拥堵状态，从而控制智能控制器发出红灯或绿灯信号，并通过延长红灯时长、减少绿灯次数等，从而保障路口不会因个别人的不文明行车而造成拥堵。

Description

基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件

技术领域

本发明涉及交通信号灯技术领域，尤其涉及基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件。

背景技术

交通信号灯是交通指挥中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯(表示禁止通行)、绿灯(表示允许通行)、黄灯(表示警示)组成。分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯，是道路交通不可缺少的工具。

但现有技术中，交通信号灯存在以下问题

1.因前方车辆未完全通过路口，传统信号灯按时间片轮转已自动切换为可通行的绿灯信号，后方车辆并未因前方拥堵而停车待行、礼让保持路口通畅，而是持续驶入路口，从而造成交叉向受堵、甚至引发四向拥堵。

2.部分路口高峰期时，交叉向车流量不对称、不均衡，放任不理则难以达到绿色交通，而采用交警手动控制则难度大、更难以精确。还可能引发反效果。

3.部分无信号灯的路口，在高峰期遇到拥堵时，常需要交警的现场介入，配合移动式交通信号灯来疏导路口，但如果信号灯时间片设置不合理，只要交警一离开，很可能就又造成拥堵，浪费众人时间、及交警的精力。

发明内容

本发明提供了基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，包括硬件设备和控制管理系统，所述硬件设备包括摄像监控头、智能运算模块、储存模块、网络模块、定时模块、设置模块和控制信号发生器的智能控制器，所述摄像监控头、储存模块、网络模块、定时模块以及信号灯均与运算模块电连接；

所述控制管理系统包括设置模块、智能运算模块，所述控制管理系统通过网络模块与用户APP或浏览器连接，所述控制管理系统存储在所述储存模块中且被所述运算模块执行。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述硬件设备安装在传统移动式红绿灯设备顶端，接管升级传统控制系统，升级后的智能移动式红绿灯设备放置在所需要防止拥堵路段的路口，如T型路口、十字路口、限制车辆驻留的路口，摄像监控头面向道路较为拥堵侧车道通行方向路口前方的尾部。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述存储模块用于存储预设的默认交通信号灯控制方案；

存储预设用于辅助评定为“拥堵状态”的监控区域内车辆数量阈值、区域内车辆列表变化率阈值、前后次监控图像相似度阈值；

存储历史记录在监控区域改变、并经人工确认保留历史数据或清空历史数据之后，监控路口每次目标检测所获得的车辆数量，及拥堵状态判断的信息，以用于优化拥堵状态判断的阈值；

存储设置存储摄像监控头的角度，监控区域的相关默认设置值。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述设置模块用于：

用户可进行远程网络设置，让移动管理终端APP或浏览器连接至该系统控制管理系统设置模块，

用户可通过设置模块查看摄像监控头所监控范围的实景，用户可通过查看实景范围，调整摄像头监控的方向、位置；

用户可在摄像监控头实景范围内手动设置监控区域，常规为覆盖路口该侧所有车道的矩形区域；

设置所监控区域内车辆数量高于某阈值、车辆列表变化率低于某阈值、前后次监控图像相似率低于某阈值，通过三者数据的综合判断，认定为“拥堵”状态；

设置调整预设信号控制方案中默认参数值，包括干道绿灯、红灯信号的持续时长，默认信号控制方案中干道绿灯时长大于红灯时长，且交叉方向红绿灯信号与干道信号相反，且按时长轮转；

设置由控制信号发生器发出的信号灯控制信号为实时切换模式，或为读秒时间若干秒后自动延时切换模式；

设置控制管理系统的监控操作为定期监测模式及定期监测时长，或为常规信号切换读秒将开始之前唤醒监测模式；

设置选择目标识别算法的部分辅助参数，如背景区域、物体形变。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述监控模块用于：

系统按设置模式按时间段，从摄像监控头截取一张高清实景照片，通过采用计算机深度学习的目标识别算法，识别所设置的矩形监控区域内车辆列表、车辆数量，综合前次监控内容，用于评判是否车辆滞留，并不断重复上述监控识别操作；

在判定为拥堵状态，则发送红灯控制信号，暂停后方车辆跟随造成拥堵，非拥堵状态，按原有信号控制方案发送控制信号；

在交叉向车流量大小不均衡的十字路口或T型路口时，可通过交叉方向的车流量多少比较，在已有信号灯时间片轮转的基础上进行时间片长短微调，前方更为拥堵的方向延长红灯时间、减少绿灯时间，暂停后方车辆进入路口，保持路口通畅；

在判断拥堵状态持续发送连续3个红灯时长后，转换1次绿灯时长。实现对现状的调整改变，也可实现对路口状态识别出错时的纠偏。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述管理模块用于：

实时查看当前监控路口的实时情况，从而进行相关默认预设参数的调整、优化；

系统自动统计一段时间内运行数据，并提供相应的可视图表；

系统可通过对一段时间内的车流量情况及相关参数的值的设定等运行数据，进行关联规则数据挖掘、以及仿真，给予多个参数的推荐设定值。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述摄像监控头及红绿灯，可根据道路类型、等级、车流量及经常拥堵方向，选择为单侧车道控制，或双侧车道联合控制。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述运算模块采用DSP与FPGA相结合的硬件控制器，或支持4G及以上通信的普通智能手机运算模块。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述定时模块为定时器。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述智能控制组件可采用支持4G及以上通信、具有高清摄像头的普通智能手机与控制信号发生器的组合作为硬件部分。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可通过摄像监控头对监控区内车辆通行状态判断，是否仍有批量车辆滞留，评定前方可能拥堵，从而智能控制器延长红灯时长、延迟绿灯开启，减少绿灯次数或减少绿灯时长，从而保障路口不会因个别人的不文明行车而造成拥堵；

该智能控制组件适用于添加入现有传统型移动式红绿灯、固定式红绿灯设备，接管传统型控制器，升级为智能控制的红绿灯系统。智能控制组件可采用支持4G及以上通信、具有高清摄像头的普通智能手机及控制信号发生器的组合作为硬件平台，简化设备制造过程。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提出的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件的系统连接示意图；

图2为本发明中监控摄像头在路口处安装的结构示意图；

图3为本发明的控制运行示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1-3，本发明实施例中，基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，包括硬件设备和控制管理系统，硬件设备包括摄像监控头、智能运算模块、储存模块、网络模块、定时模块、设置模块和控制信号发生器的智能控制器，摄像监控头、储存模块、网络模块、定时模块以及信号灯均与运算模块电连接；

控制管理系统包括设置模块、智能运算模块，控制管理系统通过网络模块与用户APP或浏览器连接，控制管理系统存储在储存模块中且被运算模块执行；

具体的，硬件设备安装放置在所需要防止拥堵的路段，如十字路口、T型路口、禁止车辆停留的路口的高处(传统移动式交通信号灯设备放置在顶端、固定式交通信号灯设备的支架上部)，监控摄像头面向道路较为拥堵侧(常见为干道的一个方向)车道通行方向路口前方的尾部(见图2)，其中摄像头为双向或4向摄像头，运算模块采用DSP与FPGA相结合的硬件控制器，或支持4G及以上通信的普通智能手机运算模块，网络模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合，定时模块为定时器。

存储模块用于存储预设的默认交通信号灯控制方案；

存储预设用于辅助评定为“拥堵状态”的监控区域内车辆数量阈值、区域内车辆列表变化率阈值、前后次监控图像相似度阈值；

存储历史记录在监控区域改变、并经人工确认保留历史数据或清空历史数据之后，监控路口每次目标检测所获得的车辆数量，及拥堵状态判断的信息。以用于优化拥堵状态判断的阈值；

存储设置存储摄像监控头的角度，监控区域的相关默认设置值。

设置模块用于：

用户可进行网络设置，让移动终端连接至该系统控制管理系统，通过手机APP/或浏览器连接至控制管理系统，查看摄像监控头所查看范围的实景，用户可通过查看实景范围，调整监控的方向、位置；

用户可在摄像监控头查看范围内手动设置需要监控的区域，常规为覆盖路口该侧所有车道的矩形区域(视觉形变)；

设置所监控区域内车辆数量高于某阈值、车辆列表变化率低于某阈值、前后次监控图像相似率低于某阈值，通过三者数据的综合判断，认定为“拥堵”状态；

设置调整预设信号控制方案中默认参数值，包括干道绿灯、红灯信号的持续时长，默认信号控制方案中干道绿灯时长大于红灯时长，且交叉方向红绿灯信号与干道信号相反，且按时长轮转；

设置由控制信号发生器发出的信号灯控制信号为实时切换模式，或为读秒时间若干秒后自动延时切换模式；

可设置系统的监控操作为定期监测(如每2秒监测1次)，或为周期性唤醒后间隔监测(如每次红灯时间片结束前第18秒启动监测，每隔2秒监测1次，直到允许转换为绿灯时间片后，暂停监测)；

可设置选择目标识别算法的部分辅助参数，如背景区域、物体形变。

监控模块：

系统按每2秒(或某一时间段，可设置)从摄监控像头截取一张高清实景照片，通过车辆目标识别算法，识别、评判所设置的矩形监控区域内是否有车辆滞留。不断重复上述监控识别操作；

在连续3个(或若干个，可设置)时间段内，所识别到的车辆数量总数多(可根据路口车道数、及摄像监控头所监控区域大小，进行设置)，且识别到的车辆信息无变化，则判定为拥堵状态，则延迟发送红灯转绿灯的控制信号。非拥堵状态，按一定规则进行时间片轮转切换红绿灯；

在交叉向车流量大小不均衡的十字路口或T型路口时，可通过交叉方向的车流量多少比较；在已有有信号灯时间片轮转的基础上进行微调，较为拥堵侧延长红灯时间、并减少绿灯时间，保持道路通畅；

为防止目标误识别路口车辆状态，可在红灯时长持续被延长达3个常规红灯时长后开通1次15秒倒计时的绿灯，以改变现状。

管理模块用于：

实时查看当前监控路口的实时情况，从而进行相关参数的调整、优化；

系统自动统计一段时间内运行数据，并提供相应的可视图表；

系统可通过对一段时间内的车流量情况及相关参数的值的设定等运行数据，进行关联规则数据挖掘、以及仿真，给予多个参数的推荐设定值。

本发明的工作原理是：

本发明可通过摄像监控头对监控区内车辆通行状态判断，是否仍有批量车辆滞留，评定前方可能拥堵，从而智能控制器延长红灯时长、延迟绿灯开启，减少绿灯次数或减少绿灯时长，从而保障路口不会因个别人的不文明行车而造成拥堵。

本发明还可应用于无信号灯控制的十字路口、T型路口、双向道路中个别不允许车辆停留的特殊区域(如消防局出口等地)等路口上临时使用的移动式交通信号灯设备上附加。

智能控制组件可采用支持4G及以上通信、具有高清摄像头的普通智能手机与控制信号发生器的组合作为硬件部分。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，包括硬件设备和控制管理系统，所述硬件设备包括摄像监控头、智能运算模块、储存模块、网络模块、定时模块、设置模块和控制信号发生器的智能控制器，所述摄像监控头、储存模块、网络模块、定时模块以及信号灯均与运算模块电连接；

所述控制管理系统包括设置模块、智能运算模块，所述控制管理系统通过网络模块与用户APP或浏览器连接，所述控制管理系统存储在所述储存模块中且被所述运算模块执行。

2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述硬件设备安装在传统移动式红绿灯设备顶端，接管升级传统控制系统，升级后的智能移动式红绿灯设备放置在所需要防止拥堵路段的路口，如T型路口、十字路口、限制车辆驻留的路口，摄像监控头面向道路较为拥堵侧车道通行方向路口前方的尾部。

3.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述存储模块用于存储预设的默认交通信号灯控制方案；

存储预设用于辅助评定为“拥堵状态”的监控区域内车辆数量阈值、区域内车辆列表变化率阈值、前后次监控图像相似度阈值；

存储历史记录在监控区域改变、并经人工确认保留历史数据或清空历史数据之后，监控路口每次目标检测所获得的车辆数量，及拥堵状态判断的信息，以用于优化拥堵状态判断的阈值；

存储设置存储摄像监控头的角度，监控区域的相关默认设置值。

4.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述设置模块用于：

用户可进行远程网络设置，让移动管理终端APP或浏览器连接至该系统控制管理系统设置模块，

用户可通过设置模块查看摄像监控头所监控范围的实景，用户可通过查看实景范围，调整摄像头监控的方向、位置；

用户可在摄像监控头实景范围内手动设置监控区域，常规为覆盖路口该侧所有车道的矩形区域；

设置所监控区域内车辆数量高于某阈值、车辆列表变化率低于某阈值、前后次监控图像相似率低于某阈值，通过三者数据的综合判断，认定为“拥堵”状态；

设置调整预设信号控制方案中默认参数值，包括干道绿灯、红灯信号的持续时长，默认信号控制方案中干道绿灯时长大于红灯时长，且交叉方向红绿灯信号与干道信号相反，且按时长轮转；

设置由控制信号发生器发出的信号灯控制信号为实时切换模式，或为读秒时间若干秒后自动延时切换模式；

设置控制管理系统的监控操作为定期监测模式及定期监测时长，或为常规信号切换读秒将开始之前唤醒监测模式；

设置选择目标识别算法的部分辅助参数，如背景区域、物体形变。

5.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述监控模块用于：

系统按设置模式按时间段，从摄像监控头截取一张高清实景照片，通过采用计算机深度学习的目标识别算法，识别所设置的矩形监控区域内车辆列表、车辆数量，综合前次监控内容，用于评判是否车辆滞留，并不断重复上述监控识别操作；

在判定为拥堵状态，则发送红灯控制信号，暂停后方车辆跟随造成拥堵，非拥堵状态，按原有信号控制方案发送控制信号；

在交叉向车流量大小不均衡的十字路口或T型路口时，可通过交叉方向的车流量多少比较，在已有信号灯时间片轮转的基础上进行时间片长短微调，前方更为拥堵的方向延长红灯时间、减少绿灯时间，暂停后方车辆进入路口，保持路口通畅；

在判断拥堵状态持续发送连续3个红灯时长后，转换1次绿灯时长。实现对现状的调整改变，也可实现对路口状态识别出错时的纠偏。

6.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述管理模块用于：

实时查看当前监控路口的实时情况，从而进行相关默认预设参数的调整、优化；

系统自动统计一段时间内运行数据，并提供相应的可视图表；

系统可通过对一段时间内的车流量情况及相关参数的值的设定等运行数据，进行关联规则数据挖掘、以及仿真，给予多个参数的推荐设定值。

7.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述摄像监控头及红绿灯，可根据道路类型、等级、车流量及经常拥堵方向，选择为单侧车道控制，或双侧车道联合控制。

8.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述运算模块采用DSP与FPGA相结合的硬件控制器，或支持4G及以上通信的普通智能手机运算模块。

9.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述定时模块为定时器。

10.根据权利要求1所述的基于视觉识别的可机动设置交通信号智能控制组件，其特征在于，所述智能控制组件可采用支持4G及以上通信、具有高清摄像头的普通智能手机与控制信号发生器的组合作为硬件部分。