基于視頻車(chē)流量統(tǒng)計(jì)的交通信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用

王曉莉

沈陽(yáng)天久信息技術(shù)工程有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

運(yùn)用現(xiàn)在控制理論，根據(jù)車(chē)流量信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整路口的放行時(shí)間，可以很好的解決擁堵問(wèn)題。雖然車(chē)輛的采集有很多種方式，但本工程采用相機(jī)視頻采集的方式，無(wú)需破壞路面，就可以收集路口的車(chē)輛信息，并用軟件統(tǒng)計(jì)出車(chē)流量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給信號(hào)控制系統(tǒng)，信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)分析這些接收到信息，通過(guò)科學(xué)的算法，調(diào)整路口的放行方式，生成一個(gè)新的配時(shí)方案，有效疏通道路交通，讓車(chē)輛快速通過(guò)路口，提高車(chē)輛運(yùn)行速度。本交通信號(hào)控制系統(tǒng)包括：前端視頻采集車(chē)輛數(shù)據(jù)并處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸部分、信號(hào)控制系統(tǒng)。

1 前端視頻采集及車(chē)輛數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

通過(guò)視屏抓拍的方式，完成車(chē)輛數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。車(chē)輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)出行了多種技術(shù)：例如，地感線圈、微波檢測(cè)器，而視頻技術(shù)處理速度的不斷發(fā)展，開(kāi)始出現(xiàn)采用視頻統(tǒng)計(jì)的方式，不需要破壞路面，安裝與維護(hù)都很方便。

1.1 視頻信息采集及初步處理

首先在距離路口合適的位置設(shè)置攝像機(jī)，用于流量統(tǒng)計(jì)的相機(jī)采取一臺(tái)相機(jī)對(duì)應(yīng)要給車(chē)道的方式配置，通過(guò)相機(jī)的dsp系統(tǒng)對(duì)拍攝車(chē)輛信息進(jìn)行預(yù)處理：在視屏窗口畫(huà)出合適的檢測(cè)框，當(dāng)車(chē)頭進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域的時(shí)候，以車(chē)頭進(jìn)入開(kāi)始即時(shí)，離開(kāi)結(jié)束計(jì)時(shí)，同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該車(chē)道的車(chē)流量統(tǒng)計(jì)。同時(shí)通過(guò)本車(chē)車(chē)頭進(jìn)入和車(chē)頭離開(kāi)的時(shí)間差，計(jì)算出車(chē)輛行駛速度；通過(guò)前車(chē)車(chē)尾離開(kāi)時(shí)間和后車(chē)車(chē)頭進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間，可以估算出車(chē)間距，同時(shí)記錄下該時(shí)間差。利用車(chē)輛速度在視屏拍攝過(guò)程中，夜間及光照不好的時(shí)間段，還需要做好補(bǔ)光，較為先進(jìn)的技術(shù)是采用LED頻閃燈來(lái)進(jìn)行補(bǔ)光；CCD 攝像機(jī)補(bǔ)光時(shí)，需要LED 的閃光持續(xù)時(shí)間在4ms 以內(nèi)；CMOS 攝像機(jī)補(bǔ)光時(shí)，500萬(wàn)像素為80ms；300萬(wàn)像素為60ms；采用數(shù)字電路的led補(bǔ)光燈可以很好的滿足這一要求。在視頻圖像處理過(guò)程中，還需要做好對(duì)圖像的預(yù)處理，去除噪聲等影響。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

視頻處理系統(tǒng)需要將這些信息實(shí)時(shí)打包發(fā)送信號(hào)處理系統(tǒng)，兩者之間采用RJ45、485232等鏈接，較為先進(jìn)的是采用無(wú)線傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳輸協(xié)議采用TCP/IP封裝，利用物聯(lián)卡的方式，保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確、快速。同時(shí)無(wú)線傳輸?shù)暮锰幨?，無(wú)需鋪設(shè)線路，這樣一是可以大大降低施工難度、減少施工成本，同時(shí)也利于靈活調(diào)整相機(jī)的安裝位置。

1.3 信號(hào)處理系統(tǒng)

信號(hào)處理系統(tǒng)包括對(duì)車(chē)輛信息的接受處理和對(duì)信號(hào)燈的輸出控制。信號(hào)處理系統(tǒng)采用高速的dsp系統(tǒng)，內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收到相機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息；信號(hào)控制器根據(jù)車(chē)流統(tǒng)計(jì)信息，利用控制理論的算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整路口的各個(gè)相位放行時(shí)間，從而達(dá)到自適應(yīng)的效果。

一般在路口中車(chē)輛較多的方向設(shè)置為主路，另一方向?yàn)檩o路。調(diào)整的時(shí)候可以以主路的流量為主。信號(hào)控制程序中與車(chē)輛信息有關(guān)的時(shí)間參數(shù)為：綠燈調(diào)整步距時(shí)間；最小綠燈時(shí)間；相位最大綠燈時(shí)間；車(chē)間距時(shí)間；標(biāo)準(zhǔn)車(chē)頭距；累計(jì)浪費(fèi)時(shí)間；這些參數(shù)，需要在系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)始的時(shí)候，預(yù)先設(shè)置好，一般先按經(jīng)驗(yàn)值預(yù)設(shè)，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，這些時(shí)間的設(shè)置必須合理，否者會(huì)大大影響信號(hào)調(diào)整效果，車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中需要保持安全間距，所以如果車(chē)間距時(shí)間設(shè)置不合理，就會(huì)導(dǎo)致相位提前退出，而設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，則達(dá)不到調(diào)整效果，根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)一般設(shè)置為：車(chē)間距時(shí)間閾值為4s，標(biāo)準(zhǔn)車(chē)頭距時(shí)間閾值為1.2s，累計(jì)浪費(fèi)時(shí)間閾值為6s，相位最大綠燈時(shí)間為50s；

算法描述如下：在系統(tǒng)運(yùn)行前期，先要預(yù)設(shè)一個(gè)進(jìn)入當(dāng)前相位時(shí)，系統(tǒng)方向方案默認(rèn)運(yùn)行最小綠燈時(shí)間，在該相位綠燈的時(shí)候，信號(hào)控制器不斷接受本相位放行方向上的所有車(chē)道上相機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的車(chē)輛信息，判斷是否需要結(jié)束當(dāng)前相位。判據(jù)有3種：判據(jù)1：判斷車(chē)間距，首先利用平均車(chē)速，將車(chē)間距轉(zhuǎn)化為時(shí)間參數(shù)，t=S/V；當(dāng)接收到的車(chē)輛之間的實(shí)際的時(shí)間大于該設(shè)定值，就認(rèn)為可以結(jié)束當(dāng)前相位；判據(jù)2：累計(jì)浪費(fèi)時(shí)間：將實(shí)際車(chē)頭距的時(shí)間，與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)頭距相減，差值為浪費(fèi)時(shí)間，將當(dāng)前車(chē)道兩車(chē)之間的浪費(fèi)時(shí)間進(jìn)行累加，該時(shí)間參數(shù)即為累計(jì)浪費(fèi)時(shí)間，同時(shí)還要根據(jù)車(chē)速判斷，當(dāng)前車(chē)道車(chē)輛是否正常行駛，若車(chē)輛處于流暢行駛，且當(dāng)累計(jì)浪費(fèi)時(shí)間達(dá)到閾值時(shí)，可認(rèn)為該車(chē)道車(chē)輛基本通過(guò)，可以結(jié)束當(dāng)前相位；若當(dāng)前車(chē)速緩慢行進(jìn)，則即便浪費(fèi)時(shí)間已經(jīng)達(dá)到閾值，也不滿足車(chē)道停止條件；判據(jù)3，相位最大綠燈時(shí)間，當(dāng)不具備結(jié)束相位的條件時(shí)，每次相位將要結(jié)束的時(shí)候，就增加一個(gè)綠燈調(diào)整步距時(shí)間，若增加后，相位的總的綠燈時(shí)間，超過(guò)了相位最大綠燈時(shí)間，相位結(jié)束。設(shè)置最大相位綠燈時(shí)間的意義是防止路口陷入單方向放行，而造成其他方向擁堵的情況。

當(dāng)滿足相位結(jié)束條件時(shí)，為了保證路口安全，設(shè)置早切時(shí)間，用綠燈倒計(jì)時(shí)的方式提醒司機(jī)，同時(shí)，另一相位會(huì)用紅燈倒計(jì)時(shí)的方式提醒司機(jī)準(zhǔn)備通過(guò)路口。

經(jīng)系統(tǒng)投入后的實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)：該控制方式可以大大提高路口的通行能力，有效的降低路口擁堵的可能性，同時(shí)，還能最大限度的提高路口放行效率。

2 結(jié)語(yǔ)

有句話叫：要想富先修路，由此可見(jiàn)交通對(duì)于城市發(fā)展的重要性，各行各業(yè)都在爭(zhēng)分奪秒的研究各項(xiàng)新技術(shù)，交通不僅僅是要保證通暢，更要想法設(shè)法讓人們的出行更加快捷，而隨著各種技術(shù)的突破，尤其是現(xiàn)在控制方法的研究、信息處理速度的提升，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新，將這些運(yùn)用到交通控制中，用科技力量來(lái)發(fā)展智能交通，為各行各業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。