基于視頻識(shí)別的智能交通燈控制器設(shè)計(jì)

　　目前我國大部分城市的交通燈控制仍然采用定時(shí)控制，無法有效利用道路資源。本文重點(diǎn)介紹了一種基于可編程控制器的智能交通燈控制器的設(shè)計(jì)，通過視頻識(shí)別獲取車流量信息，從而控制交通燈的紅綠燈時(shí)間，更大限度地縮減車輛等待時(shí)間，緩解交通壓力。

　　引言

　　現(xiàn)有交通燈控制系統(tǒng)主要分為兩類[1]：定時(shí)控制和感應(yīng)式控制。定時(shí)控制不能適應(yīng)車流的動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)某條路段的車流量很大的時(shí)候卻要等待紅燈，而另一方向的路并不忙或者車流量很小卻是綠燈，出現(xiàn)空道占時(shí)，這種尷尬的現(xiàn)象不僅讓司機(jī)乘客都怨聲載道，還造成了資源浪費(fèi)。現(xiàn)在為解決某些大城市交通擁擠的問題，在繁忙路段和高峰時(shí)段需要由交警來現(xiàn)場指揮，這種方法也只是臨時(shí)緩解交通問題，并且這一方案造成了很大的人和物的資源浪費(fèi)。因此定時(shí)控制方式只適用于路面車流量較少的情況，根本無法滿足我國現(xiàn)在各大城市交通發(fā)展需求;感應(yīng)式控制易受外界干擾[2]，且在安裝過程中，容易造成對道路的損壞。此外，這兩種控制方式都只能單獨(dú)地控制某一點(diǎn)，并不能實(shí)時(shí)、多點(diǎn)、聯(lián)測、聯(lián)動(dòng)地控制。

　　基于視頻識(shí)別的車輛檢測

　　基于視頻圖像處理技術(shù)的交通檢測系統(tǒng)，通過安裝在道路旁邊或者中間隔離帶的支架上的攝像機(jī)和圖像采集設(shè)備將實(shí)時(shí)的視頻信息采入，經(jīng)過對視頻圖像的實(shí)時(shí)處理分析可以得出各種交通信息。可以幫助分析車輛的運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)彎情況。利用背景減法、幀間差分和幀內(nèi)差分等可以檢測到車輛存在情況[3];利用車輛模型匹配法可以得到車輛分類信息[4];利用目標(biāo)物體跟蹤和預(yù)測估計(jì)，可以跟蹤車輛，分析得出車輛運(yùn)行情況[5]。利用這些信息，可以進(jìn)一步地分析出車輛通行情況、車流密度、車輛排隊(duì)情況和車速等多種信息?；谝曨l識(shí)別技術(shù)的交通信息采集法，其信息采集區(qū)域較大，能提供多種交通信息。系統(tǒng)硬件設(shè)備簡單，維護(hù)方便，性價(jià)比很高，全壽命成本低，升級(jí)容易;設(shè)備可移動(dòng)，安裝調(diào)試不影響交通。

　　交通燈控制方案設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，包括單點(diǎn)控制和協(xié)調(diào)控制兩級(jí)控制。系統(tǒng)包括視頻采集終端、視頻分析處理器、單點(diǎn)控制器、協(xié)調(diào)控制器、交通信號(hào)燈和數(shù)字顯示器等六個(gè)部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先由視頻采集終端采集十字路口四個(gè)方向的交通圖像信息，將圖像信息傳輸至視頻分析處理器，通過視頻識(shí)別、分析處理、信息提取、噪聲過濾和信息轉(zhuǎn)換等過程，最終解析出交通燈的控制信息，傳輸至單點(diǎn)控制器，控制所在路口的交通信號(hào)燈的紅黃綠燈的顯示狀態(tài)和數(shù)字顯示器顯示倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。同時(shí)，各路口的單點(diǎn)控制器按照一個(gè)合適的周期將該路口的信息上傳至協(xié)調(diào)控制器，協(xié)調(diào)控制器經(jīng)過信息處理、比對分析等過程對部分需要調(diào)整的路口發(fā)出交通燈協(xié)調(diào)控制信息，實(shí)現(xiàn)全線交通最優(yōu)化管理。

　　單點(diǎn)控制器設(shè)計(jì)

　　單點(diǎn)控制器采用可編程控制器(PLC)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，其中包括兩個(gè)處理模塊，一個(gè)是模擬信號(hào)處理模塊PLC模塊一，如圖2所示。

　　另一個(gè)是數(shù)字信號(hào)處理模塊PLC模塊二，如圖3所示。分別識(shí)別處理東、南、西、北四個(gè)方向視頻信號(hào)的四路視頻分析處理器，其輸出信號(hào)作為PLC模塊一的四路輸入信號(hào)，經(jīng)過CPU運(yùn)算處理，得到控制值，作為PLC模塊二的四路開關(guān)量輸出信號(hào)，控制交通信號(hào)燈的紅燈、綠燈、黃燈和左轉(zhuǎn)向燈的顯示，一路PLC模塊一輸出信號(hào)控制數(shù)字顯示器開始倒計(jì)時(shí)顯示。