CN118097987A - 一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法，属于智慧交通领域，用于解决传统地面斑马线，能见度低且功能单一，在交通使用过程中存在安全隐患的问题，包括数据采集模块、数据分析模块、交通判断模块、交管系统模块、控制模块和智慧引导模块，数据采集模块获取路面交通数据；数据分析模块分析路面交通数据获取交通数据；交通判断模块根据交通数据获取拥堵分级数据；交管系统模块对道路交通进行管理；控制模块对斑马线发光砖进行控制；智慧引导模块通过斑马线发光砖进行交通引导，本发明基于地面斑马线发光砖，为城市交通的智能化和市民出行提供了安全便捷的交通保障。

Description

一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法

技术领域

本发明属于智慧交通领域，尤其涉及一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法。

背景技术

目前，社会各界对人流密集的十字路口安全日益重视。地面斑马线发光砖是一种创新的道路交通安全设施，这种发光砖通常由集成LED光源的特殊道路材料制成，其色彩图案多样，使斑马线在夜间或者低能见度条件下变得更加明显可见并反馈交通信息。

传统的地面斑马线，在低能见度环境下不易被发现且功能单一，不能起到对车辆和行人的交通警示和规避交通事故的作用，在进行交通使用过程中存在安全隐患，因此，本发明提供一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法，本发明基于对路面交通数据进行获取，对路面交通数据分析得到交通数据，基于交通数据获取拥堵分级数据，交管系统模块接收拥堵分级数据和交通数据对道路交通进行管理，控制模块通过拥堵分级数据和交通数据对路面斑马线发光砖做出控制指令并与交管系统模块协同工作，智慧引导模块接收交通数据和拥堵分级数据并利用斑马线发光砖完成交通引导，保障斑马线发光砖所在十字路口的交通安全。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，所述引导系统及方法包括以下模块：

数据采集模块获取路面交通数据，并将路面交通数据输送至服务器；

数据分析模块接收服务器输送的路面交通数据并分析获取交通数据，并将交通数据输送至服务器；

交通判断模块接收服务器输送的交通数据并获取拥堵分级数据，将拥堵分级数据输送至服务器；

交管系统模块接收服务器输送的拥堵分级数据来对道路交通进行管理；

控制模块接收服务器输送的交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制；

智慧引导模块接收服务器输送的交通数据和拥堵分级数据并进行交通引导；

数据采集模块包括摄像头、压力传感器以及压电陶瓷传感器；

摄像头获取车辆经过斑马线发光砖的图像，生成实时图像；

压力传感器测得斑马线发光砖受到的压力信号，通过模数转换将压力信号转化为重量数值；

压电陶瓷传感器分别获取车辆在斑马线发光砖分别施加的压力波信号；

将实时图像，重量数值和压力波信号设置为交通数据。

数据分析模块接收服务器输送的路面交通数据并分析获取交通数据，将交通数据输送至服务器，具体如下：

选择3*3的圆形滤波器，完成对道路实时图像的降噪处理并通过YOLOv5模型获取车流密度；

基于服务器设定重量标准值为k，当压力传感器获取的物体重量数值大于k，则判断物体为车辆；当压力传感器获取的物体重量数值小于k，则判断物体为行人，通过判断结果获取交通参与者类别；

对车辆经过斑马线发光砖的压力波信号通过模数转换器将压力波信号转换为电信号，计算车辆经过前后电信号的时间差，根据时间差和压电陶瓷传感器之间的距离可计算出车流速度：

将车流密度，交通参与者类别和车流速度设置为交通数据输送至服务器。

交通判断模块接收服务器输送的交通数据并据此获取拥堵分级数据，将拥堵分级数据输送至服务器，具体步骤如下：

对交通数据进行数据格式化处理和同一化处理，使不同传感设备获取的交通数据能在相同尺度下进行比较和分析；

基于数据分析模块获取车流速度和车流密度，基于道路两旁的限速牌获取道路限速，并通过车流速度、车流密度和道路限速获取道路拥堵系数；

根据公式C=A*CM+B*（CS/SL）获取道路拥堵系数，其中，C为道路拥堵系数，CS为车流速度，CM为车流密度，SL为道路限速，A和B是道路拥堵系数公式中的常数，用来表示车流密度和车流速度对道路拥堵系数的影响，具体的，A表示车流密度对道路拥堵系数的贡献，B表示车流速度与道路限速的比值对道路拥堵系数的贡献；

根据道路拥堵系数公式并设置相应的阈值获取拥堵分级数据：设定C1为第一阈值，C2为第二阈值，C3为第三阈值，当道路拥堵系数C<C1时为第一拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C1且小于C2为第二拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C2且小于C3为第三拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C3为第四拥堵等级，将车流密度、车流速度和道路限速代入道路拥堵系数公式并对照设定的阈值获取道路拥堵分级数据。

交管系统模块接收服务器输送的拥堵分级数据来对道路交通进行管理，具体如下：

当斑马线发光砖所在十字路口东西走向道路处于第四拥堵等级，而南北走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长东西走向道路绿灯亮灯时长；当斑马线发光砖所在十字路口南北向道路处于第四拥堵等级，而东西走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长南北走向道路绿灯亮灯时长；

若斑马线发光砖所在十字路口发生交通事故，交通管理系统交通管理部门到达事故现场进行交通指挥，维护现场秩序并救治伤者，交通警察对交通事故进行调查并划分当事人责任，交通管理部门对事故现场进行处理，清理事故车辆恢复道路交通秩序。

控制模块接收输送的交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制，具体如下：

（1）若处于第一拥堵等级，此时交通流量较小，行人和车辆之间通行顺畅，发光砖颜色设置为绿色；

（2）若处于第二拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为白色和黄色alternating闪烁状态，提醒行人和司机注意安全；

（3）若处于第三拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为黄色常亮状态，提醒行人注意观察注意安全，提醒司机专心驾驶并提高通行效率；

（4）若处于第四拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度；

智慧引导模块接收输送的交通数据和拥堵分级数据并进行交通引导；

获取第四拥堵等级道路图像作为标准图像，并将斑马线发光砖所在路段实时图像通过YOLOv5模型将标准图像进行对比，若图像中路面出现积水或障碍物，YOLOv5模型发出预警信号，设置为斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度；

对道路安全进行监测，通过控制地面发光砖进行红绿交替闪烁的方式警示路人和司机注意交通安全。

当斑马线发光上方的摄像头检测到此时十字路口中还有未完全通过路口的车辆时，设置斑马线发光砖向行人发射红色信号来提醒路人注意安全；

将车辆速度与道路限速进行数值对比，若检测到某车辆速度大于道路限速，判定该车辆超速，设置斑马线发光砖颜色为红色快速闪烁状态，引导行人注意通行安全；

摄像头获取到路人视线盲区有车辆通行斑马线发光砖，设置发光砖颜色为红色强亮状态，引导行人注意盲区车辆；

基于交通数据和拥堵分级数据，获取导航信息制定相应的交通策略引导车辆通行并通过车载导航系统实时推送导航信息给司机；

所述一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导方法包括以下步骤：

步骤S1：获取路面交通数据；

步骤S11：将摄像头安装在斑马线发光砖两侧的路灯杆末端，使摄像头视野覆盖斑马线发光砖区域，摄像头获取车辆经过斑马线发光砖的图像，生成实时图像；

步骤S12：将压力传感器安装在斑马线发光砖的下方，压力传感器测得斑马线发光砖受到的压力信号，通过模数转换将压力信号转化为重量数值；

步骤S13：将两个压电陶瓷传感器安装在斑马线发光砖下方，两个压电陶瓷传感器分别获取车辆在斑马线发光砖分别施加的压力波信号；

步骤S14：将实时图像，重量数值和压力波信号设置为交通数据。

步骤S2：接收输送的路面交通数据并分析获取交通数据；

步骤S21：选择3*3的圆形滤波器，完成对道路实时图像的降噪处理并通过YOLOv5模型获取车流密度，车流密度单位为辆/公里；

步骤S22：基于服务器设定重量标准值为k，当压力传感器获取的物体重量数值大于k，则判断物体为车辆；当压力传感器获取的物体重量数值小于k，则判断物体为行人，通过判断结果获取交通参与者类别；

步骤S23：对车辆经过斑马线发光砖的压力波信号通过模数转换器将压力波信号转换为电信号，计算车辆经过前后电信号的时间差，根据时间差和压电陶瓷传感器之间的距离可计算出车流速度：

步骤S24：将车流密度，交通参与者类别和车流速度设置为交通数据输送至服务器。

步骤S3：接收输送的交通数据并获取拥堵分级数据；

步骤S31：对交通数据进行数据格式化处理和同一化处理，使不同传感设备获取的交通数据能在相同尺度下进行比较和分析；

步骤S32：基于数据分析模块获取车流速度和车流密度，基于道路两旁的限速牌获取道路限速，并通过车流速度、车流密度和道路限速获取道路拥堵系数；

步骤S33：根据公式C=A*CM+B*（CS/SL）获取道路拥堵系数，其中，C为道路拥堵系数，CS为车流速度，CM为车流密度，SL为道路限速，A和B是道路拥堵系数公式中的常数，用来表示车流密度和车流速度对道路拥堵系数的影响，具体的，A表示车流密度对道路拥堵系数的贡献，B表示车流速度与道路限速的比值对道路拥堵系数的贡献；

步骤S34：根据道路拥堵系数公式并设置相应的阈值获取拥堵分级数据：当道路拥堵系数C<C1时为第一拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C1且小于C2为第二拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C2且小于C3为第三拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C3为第四拥堵等级，将车流密度、车流速度和道路限速代入道路拥堵系数公式并对照设定的阈值获取道路拥堵分级数据。

步骤S4：接收输送的拥堵分级数据来对道路交通进行管理；

步骤S41：当斑马线发光砖所在十字路口东西走向道路处于第四拥堵等级，而南北走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长东西走向道路绿灯亮灯时长；当斑马线发光砖所在十字路口南北向道路处于第四拥堵等级，而东西走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长南北走向道路绿灯亮灯时长；

步骤S42：若斑马线发光砖所在十字路口发生交通事故，交通管理系统交通管理部门到达事故现场进行交通指挥，维护现场秩序并救治伤者，交通警察对交通事故进行调查并划分当事人责任，交通管理部门对事故现场进行处理，清理事故车辆恢复道路交通秩序。

（1）若处于第一拥堵等级，此时交通流量较小，行人和车辆之间通行顺畅，发光砖颜色设置为绿色；

（2）若处于第二拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为白色和黄色alternating闪烁状态，提醒行人和司机注意安全；

（3）若处于第三拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为黄色常亮状态，提醒行人注意观察注意安全，提醒司机专心驾驶并提高通行效率；

（4）若处于第四拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度。

步骤S5：接收输送的交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制；

步骤S51：获取第四拥堵等级道路图像作为标准图像，并将斑马线发光砖所在路段实时图像通过YOLOv5模型将标准图像进行对比，若图像中路面出现积水或障碍物，YOLOv5模型发出预警信号，设置为斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度；

步骤S52：对道路安全进行监测，通过控制地面发光砖进行红绿交替闪烁的方式警示路人和司机注意交通安全；

步骤S6：接收输送的交通数据和拥堵分级数据并进行交通引导；

当斑马线发光上方的摄像头检测到此时十字路口中还有未完全通过路口的车辆时，设置斑马线发光砖向行人发射红色信号来提醒路人注意安全；

将车辆速度与道路限速进行数值对比，若检测到某车辆速度大于道路限速，判定该车辆超速，设置斑马线发光砖颜色为红色快速闪烁状态，引导行人注意通行安全；

摄像头获取到路人视线盲区有车辆通行斑马线发光砖，设置发光砖颜色为红色强亮状态，引导行人注意盲区车辆；

基于交通数据和拥堵分级数据，获取导航信息制定相应的交通策略引导车辆通行并通过车载导航系统实时推送导航信息给司机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过对地面斑马线铺设发光砖，利用LED光源发光特性提高地面斑马线的可见性，降低行人和司机对地面斑马线的视觉识别难度，减少交通事故的发生。

2、本发明通过控制地面斑马线发光砖的亮度、颜色及图案排列，根据不同的交通状况给车辆和行人分别进行交通引导，保障交通安全，提高道路通行效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统框架图；

图2为本发明一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导方法实施步骤图；

图3为本发明一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统斑马线发光砖安装图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1和图2所示，一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法，智慧引导系统包括数据采集模块、数据分析模块、交通判断模块、控制模块、智慧引导模块以及服务器；数据采集模块、数据分析模块、交通判断模块、交管系统模块、控制模块以及智慧引导模块分别与服务器相连。

数据采集模块获取路面交通数据，并将路面交通数据输送至服务器。

数据获取模块包括使用摄像头、压力传感器和压电陶瓷传感器分别获取道路实时图像、斑马线发光砖重量数值和压力波信号。

数据采集模块对路面交通数据进行获取的具体如下：

摄像头获取道路实时图像；

请参阅图3所示，将摄像头安装在斑马线发光砖两侧的路灯杆末端，使摄像头视野覆盖斑马线发光砖区域，摄像头获取车辆经过斑马线发光砖的图像，生成实时图像；

压力传感器获取斑马线发光砖重量数值；

将压力传感器安装在斑马线发光砖的下方，压力传感器测得斑马线发光砖受到的压力信号，通过模数转换将压力信号转化为重量数值；

压电陶瓷传感器获取压力波信号；

将两个压电陶瓷传感器安装在斑马线发光砖下方，两个压电陶瓷传感器分别获取车辆在斑马线发光砖分别施加的压力波信号。

需要说明的是：实时图像，重量数值和压力波信号为获取的交通数据。

数据分析模块接收服务器输送的路面交通数据并分析获取交通数据，将交通数据输送至服务器；

对交通数据获取具体如下：

对车流量数据进行获取：

数据分析模块分析道路实时图像进行获取车流量数据；

具体如下：

1.1使用中值滤波对道路实时图像进行降噪处理，提高图像质量和后续处理的准确性；

具体的，选择3*3的圆形滤波器，对于道路实时图像中的每个像素，动态选择一个与滤波器相同大小的窗口作为邻域，对邻域内的像素进行排序，得到像素中位数，通过3*3的圆形滤波器对像素小于像素进行过滤，完成对道路实时图像的降噪处理。

1.2统计图像中的车辆数量获取车流密度；

具体的，将包含汽车图片作为训练数据集，将训练数据集中的车辆和行人通过方框进行标注并打上标签，使用标注后的数据集训练YOLOv5模型，使YOLOv5模型能够识别车辆，使用训练后的YOLOv5模型对道路实时图像进行车辆检测，统计监测到的车辆数量，并通过车辆数量获取车流密度，车流密度单位为辆/公里。

需要说明的是：YOLOv5模型是基于目标检测的深度学习模型，旨在通过对图像中的对象进行识别和定位实现机器人视觉任务，YOLOv5模型具有快速和高精度的特点，适用于各种计算机视觉应用场景，例如人脸检测、车辆检测、目标跟踪。

2、基于重量数值对交通参与者类别进行获取；

基于服务器设定重量标准值为k，当压力传感器获取的物体重量数值大于k，则判断物体为车辆；当压力传感器获取的物体重量数值小于k，则判断物体为行人，通过判断结果获取交通参与者类别；

需要说明的是：k为正整数，k取值为500kg；

3、通过压力波信号判断车流速度；

对车辆经过斑马线发光砖的压力波信号通过模数转换器将压力波信号转换为电信号，计算车辆经过前后电信号的时间差，根据时间差和压电陶瓷传感器之间的距离可计算出车速。

具体的，假设两个电陶瓷传感器分别标记为Sensor1和Sensor2，其中，time(Sensor1)表示车辆轮胎经过Sensor1的时间戳，time(Sensor2)表示车辆轮胎经过Sensor2的时间戳，假设Sensor1和Sensor2之间的距离为L，由公式V=L/t，可计算出车辆速度，计算道路中车辆速度的平均值获取车流速度，车流速度单位为km/h。

数据分析模块将车流密度，交通参与者类别和车流速度作为交通数据输送至。

交通判断模块接收服务器输送的交通数据并获取拥堵分级数据，将拥堵分级数据输送至服务器。

对拥堵分级数据进行获取具体如下：

1、交通判断模块对交通数据进行数据格式化处理和同一化处理；

数据格式化处理包括将交通数据整合为一个统一的格式，使其易于比较和统计；数据同一化处理包括对路面交通数据按照相同比例进行缩放和标准化，使不同传感设备获取的交通数据能在相同尺度下进行比较和分析。

基于数据分析模块获取车流速度和车流密度，基于道路两旁的限速牌获取道路限速，并通过车流速度、车流密度和道路限速获取道路拥堵系数。

根据公式C=A*CM+B*（CS/SL）获取道路拥堵系数，其中，C为道路拥堵系数，CS为车流速度，CM为车流密度，SL为道路限速，A和B是道路拥堵系数公式中的常数，用来表示车流密度和车流速度对道路拥堵系数的影响，具体的，A表示车流密度对道路拥堵系数的贡献，B表示车流速度与道路限速的比值对道路拥堵系数的贡献。

4、利用道路拥堵系数获取拥堵分级数据；

根据道路拥堵系数公式并设置相应的阈值获取拥堵分级数据：当道路拥堵系数C<C1时为第一拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C1且小于C2为第二拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C2且小于C3为第三拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C3为第四拥堵等级，将车流密度、车流速度和道路限速代入道路拥堵系数公式并对照设定的阈值获取道路拥堵分级数据。

需要说明的是：

C1、C2和C3为设定的参考拥堵等级，0<C1<C2<C3，第一拥堵等级对应的道路交通拥堵程度低于第二拥堵等级对应的道路交通拥堵程度，第二拥堵等级对应的道路交通拥堵程度低于第三拥堵等级对应的道路交通拥堵程度，第三拥堵等级对应的道路交通拥堵程度低于第四拥堵等级对应的道路交通拥堵程度。

A和B的取值是一个经验值，具体的，选择多条拥挤道路作为研究对象，获取道路车流密度、车流速度和道路限速，使用公式：C=A*CM+B*（CS/SL）计算得到多组模拟道路拥堵系数，对多组模拟道路拥堵系数进行拟合，先粗略地估计A和B的值，从1开始逐渐增加并通过最小二乘法进行计算，根据计算结果，对A和B进行调整，使得模型的拟合程度更高，使得计算出的道路拥堵系数更加符合实际情况。

交管系统模块接收服务器输送的拥堵分级数据来对道路交通进行管理；

交管系统模块包括交通管理系统、交通管理中心、交通管理部门和交通警察共同对道路交通进行管理。

交通管理系统控制交通信号灯；

当斑马线发光砖所在十字路口东西走向道路处于第四拥堵等级，而南北走向的道路处于第一拥堵等级时，交管系统模块控制交通信号灯延长东西走向道路绿灯亮灯时长来缓解东西走向道路拥堵；当斑马线发光砖所在十字路口南北向道路处于第四拥堵等级，而东西走向的道路处于第一拥堵等级时，交管系统模块控制交通信号灯延长南北走向道路绿灯亮灯时长来缓解南北走向道路拥堵。

交管系统模块处理交通事故；

若斑马线发光砖所在十字路口发生交通事故，交通管理系统接收到交通事故当事人的报警，交管系统通过安装在斑马线发光砖两侧的路灯杆末端的摄像头获取事故现场图像信息，并根据图像信息判断事故地点，交通管理部门到达事故现场进行交通指挥，维护现场秩序并救治伤者，交通警察查阅当事人和事故车辆证件并对交通事故进行调查并划分当事人责任，交通管理部门对事故现场进行处理，清理事故车辆恢复道路交通秩序并对交通事故进行事故记录，包括事故的时间、地点和事故原因。

控制模块接收服务器输送的交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制；

控制模块基于拥堵分级数据发出控制指令；

1、若处于第一拥堵等级，此时交通流量较小，行人和车辆之间通行顺畅，控制模块给地面斑马线发光砖的控制指令为关闭发光砖，起到节约资源，保护环境的作用；

2、若处于第二拥堵等级，控制模块给地面斑马线发光砖的控制指令为设置发光砖颜色为白色和黄色alternating闪烁状态，用以提醒行人注意观察注意安全和司机专心行驶，减速慢行；

3、若处于第三拥堵等级，控制模块给地面斑马线发光砖的控制指令为设置发光砖颜色为黄色常亮状态，用以提醒行人注意观察注意安全，提醒司机专心驾驶并提高通行效率；

4、若处于第四拥堵等级，控制模块给地面斑马线发光砖的控制指令为设置发光砖颜色为红色强亮状态，通过在视觉上吸引行人和司机的眼球来提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度。

控制模块与交管系统模块协同工作；

将数据采集模块与交管系统模块相连，数据采集模块将地面交通数据实时上传至交管系统模块，交管系统模块获取第四拥堵等级道路图像作为标准图像，并将斑马线发光砖所在路段实时图像通过YOLOv5模型将标准图像进行对比，若图像中路面出现积水或障碍物，交管系统模块向控制模块发出预警信号，控制模块接收预警信号并将地面斑马线发光砖的控制指令为设置为发光砖颜色为红色强亮状态，通过在视觉上吸引行人和司机的眼球来提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度。

若交管系统模块获取到斑马线发光砖所在路段出现交通事故，交管系统模块向控制模块发出预警信号，地面发光砖控制模块接收到预警信号通过控制地面发光砖进行红绿交替闪烁的方式警示路人和司机注意交通安全。

智慧引导模块接收服务器输送的交通数据和拥堵分级数据并进行交通引导；

智慧引导模块对行人进行引导；

1、智慧引导模块交通信号灯运行状态为行人提供指引信息；

具体的，在红灯亮起时，智慧引导模块会通过斑马线发光砖向行人发射红色信号，表明需要等待红灯变绿再穿过马路；当绿灯亮起时，智慧引导模块则会向行人发送绿色信号，若斑马线发光上方的摄像头检测到此时十字路口中还有未完全通过路口的车辆时，智慧引导模块会通过斑马线发光砖向行人发射红色信号来提醒路人注意安全；当绿灯亮起时，此时十字路口车辆均已通过，智慧引导模块会通过斑马线发光砖向行人发射绿色信号提醒行人可以立即穿过马路；为了提高行人的等待时间和路面的通畅性，智慧引导模块会采用闪烁和计时的方式来提醒行人剩余的通行时间。

智慧引导模块引导行人注意超速车辆；

具体的，在斑马线发光砖所在道路上，通过交通数据获取车辆速度和道路限速，智慧引导模块将车辆速度与道路限速进行数值对比，若检测到某车辆速度大于道路限速，智慧引导模块判定该车辆超速，智慧引导模块通过控制模块设置发光砖颜色为红色快速闪烁状态，引导行人注意通行安全。

智慧引导模块引导行人规避盲区车辆；

具体的，当行人正常通过斑马线发光砖时，数据获取模块通过摄像头获取到路人视线盲区有车辆通行斑马线发光砖，智慧引导模块通过控制模块设置发光砖颜色为红色强亮状态，引导行人注意盲区车辆。

智慧引导模块对车辆进行引导；

智慧引导模块引导车辆通行；

具体的，基于交通数据和拥堵分级数据，智慧引导模块获取斑马线发光砖所在路段交通拥堵点和高峰时段，制定相应的交通策略引导车辆通行；

具体交通策略如下：

当某路段处于第一、二拥堵等级，智慧引导模块通过控制模块将斑马线发光砖排列图案设置为箭头图案，箭头方向指向道路前端，引导车辆继续在当前道路行驶；

当某路段处于第三、四拥堵等级，智慧引导模块通过控制模块将斑马线发光砖排列图案设置为箭头图案，通过箭头指引将车辆引导至处于第一、二拥堵等级路段；

2、智慧引导模块为司机提供导航信息；

具体的，智慧引导模块基于数据获取模块和交管系统模块，获取实时道路的车流速度和车流密度以及拥堵分级数据作为导航信息，智慧引导模块将导航数据通过车载导航系统实时推送给司机，使司机在行车途中了解交通情况，规避拥堵。

需要说明的是：车载导航系统是一种集车载智能计算机、GPS、显示屏于一体的设备，它能够为车主和乘客提供实时且精准的位置信息和导航信息，使车辆驾驶的过程变得更加安全且便利。

本发明中，一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统及方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取路面交通数据；

步骤S11：将摄像头安装在斑马线发光砖两侧的路灯杆末端，使摄像头视野覆盖斑马线发光砖区域，摄像头获取车辆经过斑马线发光砖的图像，生成实时图像；

步骤S12：将压力传感器安装在斑马线发光砖的下方，压力传感器测得斑马线发光砖受到的压力信号，通过模数转换将压力信号转化为重量数值；

步骤S13：将两个压电陶瓷传感器安装在斑马线发光砖下方，两个压电陶瓷传感器分别获取车辆在斑马线发光砖分别施加的压力波信号；

步骤S14：将实时图像，重量数值和压力波信号设置为交通数据。

步骤S2：接收输送的路面交通数据并分析获取交通数据；

步骤S21：选择3*3的圆形滤波器，完成对道路实时图像的降噪处理并通过YOLOv5模型获取车流密度，车流密度单位为辆/公里；

步骤S22：基于服务器设定重量标准值为k，当压力传感器获取的物体重量数值大于k，则判断物体为车辆；当压力传感器获取的物体重量数值小于k，则判断物体为行人，通过判断结果获取交通参与者类别；

步骤S23：对车辆经过斑马线发光砖的压力波信号通过模数转换器将压力波信号转换为电信号，计算车辆经过前后电信号的时间差，根据时间差和压电陶瓷传感器之间的距离可计算出车流速度：

步骤S24：将车流密度，交通参与者类别和车流速度设置为交通数据输送至服务器。

步骤S3：接收输送的交通数据并获取拥堵分级数据；

步骤S31：对交通数据进行数据格式化处理和同一化处理，使不同传感设备获取的交通数据能在相同尺度下进行比较和分析；

步骤S32：基于数据分析模块获取车流速度和车流密度，基于道路两旁的限速牌获取道路限速，并通过车流速度、车流密度和道路限速获取道路拥堵系数；

步骤S33：根据公式C=A*CM+B*（CS/SL）获取道路拥堵系数，其中，C为道路拥堵系数，CS为车流速度，CM为车流密度，SL为道路限速，A和B是道路拥堵系数公式中的常数，用来表示车流密度和车流速度对道路拥堵系数的影响，具体的，A表示车流密度对道路拥堵系数的贡献，B表示车流速度与道路限速的比值对道路拥堵系数的贡献；

步骤S34：根据道路拥堵系数公式并设置相应的阈值获取拥堵分级数据：当道路拥堵系数C<C1时为第一拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C1且小于C2为第二拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C2且小于C3为第三拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C3为第四拥堵等级，将车流密度、车流速度和道路限速代入道路拥堵系数公式并对照设定的阈值获取道路拥堵分级数据。

步骤S4：接收输送的拥堵分级数据来对道路交通进行管理；

步骤S41：当斑马线发光砖所在十字路口东西走向道路处于第四拥堵等级，而南北走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长东西走向道路绿灯亮灯时长；当斑马线发光砖所在十字路口南北向道路处于第四拥堵等级，而东西走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长南北走向道路绿灯亮灯时长；

步骤S42：若斑马线发光砖所在十字路口发生交通事故，交通管理系统交通管理部门到达事故现场进行交通指挥，维护现场秩序并救治伤者，交通警察对交通事故进行调查并划分当事人责任，交通管理部门对事故现场进行处理，清理事故车辆恢复道路交通秩序。

（1）若处于第一拥堵等级，此时交通流量较小，行人和车辆之间通行顺畅，发光砖颜色设置为绿色；

（2）若处于第二拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为白色和黄色alternating闪烁状态，提醒行人和司机注意安全；

（3）若处于第三拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为黄色常亮状态，提醒行人注意观察注意安全，提醒司机专心驾驶并提高通行效率；

（4）若处于第四拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度。

步骤S5：接收输送的交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制；

获取第四拥堵等级道路图像作为标准图像，并将斑马线发光砖所在路段实时图像通过YOLOv5模型将标准图像进行对比，若图像中路面出现积水或障碍物，YOLOv5模型发出预警信号，设置为斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度；

对道路安全进行监测，通过控制地面发光砖进行红绿交替闪烁的方式警示路人和司机注意交通安全。

步骤S6：接收输送的交通数据和拥堵分级数据并进行交通引导；

当斑马线发光上方的摄像头检测到此时十字路口中还有未完全通过路口的车辆时，设置斑马线发光砖向行人发射红色信号来提醒路人注意安全；

将车辆速度与道路限速进行数值对比，若检测到某车辆速度大于道路限速，判定该车辆超速，设置斑马线发光砖颜色为红色快速闪烁状态，引导行人注意通行安全；

摄像头获取到路人视线盲区有车辆通行斑马线发光砖，设置发光砖颜色为红色强亮状态，引导行人注意盲区车辆；

基于交通数据和拥堵分级数据，获取导航信息制定相应的交通策略引导车辆通行并通过车载导航系统实时推送导航信息给司机；

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式，显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。

本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

在本申请中，若出现相应的计算公式，则上述计算公式均是去量纲取其数值计算，公式中存在的权重系数、比例系数等系数，其设置的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个结果值，关于权重系数和比例系数的大小，只要不影响参数与结果值的比例关系即可。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，所述引导系统包括以下模块；

数据采集模块：获取路面交通数据，并将路面交通数据输送至服务器；

数据分析模块：接收路面交通数据并分析获取交通数据，并将交通数据输送至服务器；

交通判断模块：接收交通数据，分析交通数据得到车流速度、车流密度和道路限速，构建道路拥堵系数公式并将车流速度、车流密度和道路限速代入，针对道路拥堵系数设置相应的阈值获取拥堵分级数据，将拥堵分级数据输送至服务器；

交管系统模块：接收拥堵分级数据来对道路交通进行管理；

控制模块：接收交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制；

智慧引导模块：接收交通数据和拥堵分级数据利用斑马线发光砖分别对车辆和行人进行交通引导，对车辆的引导包括推送导航信息和引导车辆通行，对行人的引导包括路口盲区车辆监测和通行指引；

服务器分别与数据采集模块、数据分析模块、交通判断模块、交管系统模块、控制模块以及智慧引导模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，所述数据采集模块获取路面交通数据，具体如下：

数据采集模块包括摄像头、压力传感器以及压电陶瓷传感器；

摄像头获取车辆经过斑马线发光砖的图像，生成实时图像；

压力传感器测得斑马线发光砖受到的压力信号，通过模数转换将压力信号转化为重量数值；

压电陶瓷传感器分别获取车辆在斑马线发光砖分别施加的压力波信号；

将实时图像，重量数值和压力波信号设置为交通数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，所述数据分析模块分析获取交通数据，具体如下：

选择3*3的圆形滤波器，完成对道路实时图像的降噪处理并通过YOLOv5模型获取车流密度；

基于服务器设定重量标准值为k，当压力传感器获取的物体重量数值大于k，则判断物体为车辆；当压力传感器获取的物体重量数值小于k，则判断物体为行人，通过判断结果获取交通参与者类别；

对车辆经过斑马线发光砖的压力波信号通过模数转换器将压力波信号转换为电信号，计算车辆经过前后电信号的时间差，根据时间差和压电陶瓷传感器之间的距离可计算出车流速度：

将车流密度，交通参与者类别和车流速度设置为交通数据输送至服务器。

4.根据权利要求1所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，对拥堵分级数据进行获取，具体如下：

对交通数据进行数据格式化处理和同一化处理，使不同传感设备获取的交通数据能在相同尺度下进行比较和分析；

基于数据分析模块获取车流速度和车流密度，基于道路两旁的限速牌获取道路限速，并通过车流速度、车流密度和道路限速获取道路拥堵系数；

根据公式C=A*CM+B*（CS/SL）获取道路拥堵系数，其中，C为道路拥堵系数，CS为车流速度，CM为车流密度，SL为道路限速，A和B是道路拥堵系数公式中的常数，用来表示车流密度和车流速度对道路拥堵系数的影响；

根据道路拥堵系数公式并设置相应的阈值获取拥堵分级数据：当道路拥堵系数C<C1时为第一拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C1且小于C2为第二拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C2且小于C3为第三拥堵等级；当道路拥堵系数大于等于C3为第四拥堵等级，将车流密度、车流速度和道路限速代入道路拥堵系数公式并对照设定的阈值获取道路拥堵分级数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，根据道路拥堵分级数据对道路交通进行管理，具体如下：

当斑马线发光砖所在十字路口东西走向道路处于第四拥堵等级，而南北走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长东西走向道路绿灯亮灯时长；当斑马线发光砖所在十字路口南北向道路处于第四拥堵等级，而东西走向的道路处于第一拥堵等级时，交通信号灯延长南北走向道路绿灯亮灯时长。

6.根据权利要求1所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，所述控制模块对斑马线发光砖进行控制，具体如下：

（1）若处于第一拥堵等级，此时交通流量较小，行人和车辆之间通行顺畅，发光砖颜色设置为绿色；

（2）若处于第二拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为白色和黄色alternating闪烁状态，提醒行人和司机注意安全；

（3）若处于第三拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为黄色常亮状态，提醒行人注意观察注意安全，提醒司机专心驾驶并提高通行效率；

（4）若处于第四拥堵等级，设置斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心和专注度。

7.根据权利要求4所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，基于交通数据和拥堵分级数据进行交通引导，具体如下：

获取第四拥堵等级道路图像作为标准图像，并将斑马线发光砖所在路段实时图像通过YOLOv5模型将标准图像进行对比，若图像中路面出现积水或障碍物，YOLOv5模型发出预警信号，设置为斑马线发光砖颜色为红色强亮状态，提高行人通过斑马线的专注度和司机驾驶的耐心与专注度；

对道路安全进行监测，通过控制地面发光砖进行红绿交替闪烁的方式警示路人和司机注意交通安全；

当斑马线发光上方的摄像头检测到此时十字路口中还有未完全通过路口的车辆时，设置斑马线发光砖向行人发射红色信号来提醒路人注意安全；

将车辆速度与道路限速进行数值对比，若检测到某车辆速度大于道路限速，判定该车辆超速，设置斑马线发光砖颜色为红色快速闪烁状态，引导行人注意通行安全；

摄像头获取到路人视线盲区有车辆通行斑马线发光砖，设置发光砖颜色为红色强亮状态，引导行人注意盲区车辆；

基于交通数据和拥堵分级数据，获取导航信息制定相应的交通策略引导车辆通行并通过车载导航系统实时推送导航信息给司机。

8.一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导方法，适用于权利要求1-7任意一项所述的一种基于地面斑马线发光砖的智慧引导系统，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：获取路面交通数据；

步骤S2：接收输送的路面交通数据并分析获取交通数据；

步骤S3：接收输送的交通数据并获取拥堵分级数据；

步骤S4：接收输送的拥堵分级数据来对道路交通进行管理；

步骤S5：接收输送的交通数据和拥堵分级数据对斑马线发光砖进行控制；

步骤S6：接收输送的交通数据和拥堵分级数据并进行交通引导。