基于圖像處理及嵌入式系統(tǒng)的交通燈智能控制研究

摘 要：隨著城市經(jīng)濟水平的提升，城市人口數(shù)量逐漸增加。交通擁堵情況嚴重，在新時期，對于交通系統(tǒng)的控制與管理，在保障社會穩(wěn)定發(fā)展中具有較為積極的作用。交通燈智能控制系統(tǒng)在城市交通管理中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)交通的智能化管理，圖像處理技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)是交通燈智能控制系統(tǒng)中的重點內(nèi)容?；诖?，在本文中針對圖像處理以及嵌入式系統(tǒng)的交通燈智能控制系統(tǒng)進行研究。

關(guān)鍵詞：圖像處理；嵌入式系統(tǒng)；交通燈；智能控制系統(tǒng)；研究

智能交通燈系統(tǒng)是未來交通系統(tǒng)的重點方向，數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、集信息技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)于一體，應(yīng)用到地面交通管理系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)全面化、全方位的交通指揮。該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中具有準時、高效等特點。我國對于交通等系統(tǒng)的研究比較晚，與國際上很多國家相比在系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用上還存在著一定的差距。所以對于圖像處理以及嵌入式系統(tǒng)的研究，對于優(yōu)化智能控制而言十分關(guān)鍵。

1 智能交通燈控制系統(tǒng)功能需求與主要技術(shù)

1.1 功能需求

基于圖片處理以及嵌入式系統(tǒng)的智能交通燈控制系統(tǒng)在設(shè)計之前，需要對交通燈的具體應(yīng)用需求進行分析。首先智能化的交通燈控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，需要獲取停止車輛的排隊長度，在路況數(shù)據(jù)信息獲取上，通過攝像頭定時拍攝路口車排隊情況，將圖像的實時情況傳輸?shù)教幚砥髦校黄浯?，系統(tǒng)中計算出配對車輛的長度，對路口畫面進行拍攝，按照算法來獲取相應(yīng)的信息；第三，實時調(diào)控紅綠燈變換在周期；第四，交通路況的信號反饋，嵌入式系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下，需要同過GPRS無線系統(tǒng)將故障直接反映到監(jiān)控中心中[ 1 ]。

1.2 主要技術(shù)應(yīng)用

1.2.1圖像處理技術(shù)

該種技術(shù)能夠用于對系統(tǒng)中的圖像進行分析，一般為數(shù)字圖像處理技術(shù)，經(jīng)過采樣以及數(shù)字化的方式，將數(shù)據(jù)信息通過數(shù)組的元素進行處理。圖像處理技術(shù)主要包含了圖像壓縮、匹配、分割以及圖像分析等技術(shù)。

1.2.2嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是智能交通信號燈控制系統(tǒng)中的核心技術(shù)，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，成本低，體積小，包含嵌入式微處理器、外圍設(shè)備、以及嵌入式的操作系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中的應(yīng)用，保障系統(tǒng)能夠具備控制、監(jiān)視以及管理等功能。其中嵌入式的硬件組包含了電源模塊、時鐘模塊、復(fù)位、外圍電路、微處理器等，在外設(shè)中包含了US、LCD、鍵盤等[ 2 ]。

2 智能交通燈控制系統(tǒng)組成

2.1 總體結(jié)構(gòu)

基于圖像處理以及嵌入式系統(tǒng)的智能交通信號燈控制系統(tǒng)，主要包含以下幾個功能模塊，分別為：ARM處理器、ARM控制器、控制中心。其中ARM處理器連接交通崗中的攝像鏡頭，負責對于系統(tǒng)所采集到的圖像信息處理與儲存。而ARM控制器負責交通燈智能控制。控制中心對ARM處理器與ARM控制器的數(shù)據(jù)信息進行整合。在某交通十字路口中，東西南北四個方向都有交通燈、攝像頭，攝像頭能夠從四個方向獲取車輛的排隊情況，例如，當ARM處理器進行處理圖像的信息時，了解車輛的實際排隊情況，控制器便能夠從處理器中獲取到對應(yīng)的信息，并且根據(jù)實際情況，控制信號燈。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，ARM控制器能夠負責與監(jiān)控中心之間進行通訊[ 3 ]。

2.2 硬件組成

在智能交通等信號控制硬件系統(tǒng)中，主要包含以下模塊：電源模塊、應(yīng)急電源、交通燈模塊、ARM紅綠燈控制器模塊、無線模塊、圖像處理器模塊、攝像頭模塊。其中ARM嵌入式模塊的功能突出，具有耗電少、功能強、包含32位/16位雙指令合作伙伴。信號燈控制系統(tǒng)中包含了兩個ARM處理器，一個應(yīng)用與圖像的處理，另一個應(yīng)用于信通信號的控制。在兩個處理器之間通過多種方式進行信號通信，如，SPI總線方式、I2C方式、UART串口方式。在SPI總線中，包含3線串行方式， 其中一條為時鐘線SCK，一條為數(shù)據(jù)輸出線MISO，另一條為數(shù)據(jù)輸入線MOSI。

在硬件系統(tǒng)中，無線模塊具備了故障報警功能，是智能交通燈控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定的基礎(chǔ)。當控制系統(tǒng)中發(fā)生了故障，系統(tǒng)能夠通過通訊系統(tǒng)通知管理人員，以便問題能夠迅速的被解決[ 4 ]。

2.3 系統(tǒng)軟件

基于圖像處理以及嵌入式系統(tǒng)的智能化交通信號燈控制系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)操作環(huán)境為Linux操作系統(tǒng)，包含了車輛排隊長度檢測模塊、故障報警模塊以及交通燈智能控制模塊。在車輛排隊長度檢測模塊中，軟件系統(tǒng)能夠通過程序編寫，從攝像頭中獲取路口車輛的實際排對圖像，并且通過圖像的處理，獲取到對應(yīng)方向的車輛排隊長度，保障路口上的車輛排隊長度參數(shù)能夠直接傳遞到交通燈智能控制模塊中；在交通燈智能控制模塊中，從車輛排隊模塊中獲取到不同交通方向的信號燈執(zhí)行狀況，以及車輛的具體信息。根據(jù)交通擁堵的現(xiàn)狀確定相應(yīng)的綠燈延時方案；在故障報警模塊中，主要包含了對于控制系統(tǒng)故障的檢測和故障申報。當該模塊檢測到系統(tǒng)故障時，直接聯(lián)系通訊系統(tǒng)進行故障申報。通過GPRS發(fā)送相應(yīng)的故障信息，實現(xiàn)系統(tǒng)故障的處理。如果出現(xiàn)電源故障，需要啟動臨時電源緊急供電。

3 結(jié)論

綜上所述，在本文中針對智能交通燈控制系統(tǒng)進行研究，基于圖片處理以及嵌入式系統(tǒng)的智能交通燈控制系統(tǒng)在設(shè)計之前，需要對交通燈的具體應(yīng)用需求進行分析。在了解系統(tǒng)設(shè)計需求的基礎(chǔ)上，進行關(guān)鍵技術(shù)分析。從系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件兩個角度分析控制系統(tǒng)功能。其中在硬件系統(tǒng)中，主要包含電源模塊、應(yīng)急電源、交通燈模塊、ARM紅綠燈控制器模塊、無線模塊、圖像處理器模塊等。

參考文獻：

[1] 許卉.基于圖像處理算法的嵌入式交通信號控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].內(nèi)蒙古大學，2015.

[2] 梅婧.基于圖像處理及嵌入式系統(tǒng)的交通燈智能控制[D].東華大學，2014.

[3] 郝麗敏.基于數(shù)字圖像處理的智能交通控制系統(tǒng)的研究[D].武漢理工大學，2012.

[4] 孔文杰.基于圖像處理和DSP的交通燈實時智能控制系統(tǒng)研究[D].鄭州大學，2010.

作者簡介：

肖磊（1993-），男，湖北荊州人，本科，就讀于漢口學院，電氣工程及其自動化專業(yè)。