基于视觉的交通路口仿生指挥系统及方法

基于视觉的交通路口仿生指挥系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于视觉的交通路口仿生指挥系统，它包括设置在第一交通路口的第一视频监控装置和第一交通信号灯、设置在与第一交通路口相邻的第二交通路口的第二视频监控装置和第二交通信号灯，视频监控装置和第二视频监控装置的通信端均通过通信模块连接中央处理模块的第一通信端，中央处理模块的第二通信端连接信号处理模块的通信端，中央处理模块的第三通信端连接交通信号灯控制模块的信号输入端，交通信号灯控制模块的第一信号输出端和第二信号输出端分别连接第一交通信号灯和第二交通信号灯的信号输入端。本发明比传统的加装车辆检测器的方案成本更低，实施方便，智能化程度高。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及公路交通指挥系统【技术领域】，具体地指一种基于视觉的交通路口仿生 指挥系统及方法。 基于视觉的交通路口仿生指挥系统及方法

【背景技术】
[0002] 众所周知，每一条公路的交叉路口都是汽车集结疏散的密集地，随着社会的发展， 汽车的拥有量也随之迅猛增加，城市中重要交叉路口更是车满为患，尤其上下班高峰时间 基本是天天拥堵不堪，常常出现越堵越乱、越乱越堵的现象，给人们的出行带来诸多的不 便，并且由交通堵塞造成的时间和汽油浪费也带来了重大的经济损失，同时，道路交通状况 也反应了一个城市甚至一个国家的发展状况。因此，如何使拥堵的交叉路口变得顺畅，促进 社会经济的进一步发展，是目前亟待解决的问题。
[0003] 目前，关于防止交通堵塞的方法多种多样，申请号为201310172372. 8的中国专利 《一种具有放堵塞功能的公路交叉路口》，从道路规划角度，设计了一种具有环岛的交叉路 口，在《基于FPGA的交通路口红绿灯控制系统》这篇学位论文中（作者王维松，合肥工业大 学，2012)，描述了一种通过检测车流量对交通路口红绿灯进行控制的方法，该方法中需要 另外安装车辆检测器。然而这些方法成本比较高、建设复杂，并且，随着车辆的增多，交通路 口堵塞现象仍在加剧，导致目前许多拥堵的交叉路口依然需要交通警察进行交通疏导。
[0004] 参考文献《基于弱纹理检测及视差图融合的立体匹配》，作者曹晓倩、马彩文，单 位：中国科学院西安光学精密机械研究所、中国科学院大学，仪器仪表学报，卷（期）：2013， 34 (9)，该参考文献中详细介绍了现有立体匹配法。
[0005] 参考文献《鲁棒的基于改进mean-shift的目标跟踪》，作者薛陈、朱明、陈爱华，单 位：中国电科院长春光学精密机械与物理研究所，中国电科院研究生院，光学精密工程，卷 (期）：2010，18(1)


【发明内容】

[0006] 本发明的目的就是要提供一种基于视觉的交通路口仿生指挥系统及方法，本系统 和方法能模拟交警干预、疏导拥堵的交叉路口，能有效缓解交叉路口交通堵塞现象。
[0007] 为实现此目的，本发明所设计的基于视觉的交通路口仿生指挥系统，它包括设置 在第一交通路口的第一视频监控装置和第一交通信号灯、设置在与第一交通路口相邻的第 二交通路口的第二视频监控装置和第二交通信号灯，其特征在于：它还包括通信模块、中央 处理模块、信号处理模块和交通信号灯控制模块，其中，所述第一视频监控装置和第二视频 监控装置的通信端均通过通信模块连接中央处理模块的第一通信端，中央处理模块的第二 通信端连接信号处理模块的通信端，中央处理模块的第三通信端连接交通信号灯控制模块 的信号输入端，交通信号灯控制模块的第一信号输出端和第二信号输出端分别连接第一交 通信号灯和第二交通信号灯的信号输入端。
[0008] -种利用上述基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥方法，其特 征在于，它包括如下步骤：
[0009] 步骤S1 :第一视频监控装置和第二视频监控装置分别实时监测第一交通路口和 与第一交通路口相邻的第二交通路口的车流状况，并在中央处理模块内预设原始的第一交 通路口交通指示灯状态控制逻辑，当中央处理模块内预设原始的第一交通路口交通指示灯 状态控制逻辑为绿灯时，进入步骤2;当中央处理模块内预设原始的第一交通路口交通指 示灯状态控制逻辑为红灯时进入步骤3 ;
[0010] 步骤S2 :中央处理模块每隔指定时间通过通信模块向第一视频监控装置调取实 时的第一交通路口的车流状况图像信息，中央处理模块将第一交通路口的车流状况图像信 息传输给信号处理模块，中央处理模块将存储在中央处理模块内的基准车流状况图像信息 传输给信号处理模块，信号处理模块将实时的第一交通路口的车流状况图像信息通过现有 立体匹配法与所述基准车流状况图像信息进行比对分析，执行步骤S4 ;
[0011] 步骤S3 :中央处理模块每隔指定时间通过通信模块向第二视频监控装置调取实 时的第二交通路口的车流状况图像信息，中央处理模块将第二交通路口的车流状况图像信 息传输给信号处理模块，中央处理模块将存储在中央处理模块内的基准车流状况图像信息 传输给信号处理模块，信号处理模块将实时的第二交通路口的车流状况图像信息通过现有 改进型mean-shift跟踪算法对经过第二交通路口的车辆进行跟踪，得到锁定了跟踪车辆 的第二交通路口的车流状况图像信息，然后将锁定了跟踪车辆的第二交通路口的车流状况 图像信息采用现有的立体匹配法与所述基准车流状况图像信息进行比对分析，得到指定时 间内被跟踪车辆的各自位移，从而得到被跟踪车辆的平均车速，执行步骤S5 ;
[0012] 步骤S4:如果比对结果显示此期间第一交通路口的车辆不动，并且车辆占用了第 一交通路口的人行横道，依次执行步骤S6和S8,如果比对结果显示在此期间第一交通路口 的车辆不动，并且车辆没有占用第一交通路口的人行横道，同时距离第一交通路口的人行 横道最近的车辆与第一交通路口的人行横道之间的距离大于等于第一交通路口到第二交 通路口距离的三分之一，依次执行步骤S7和S8,如果比对结果显示此期间第一交通路口的 车辆不动，并且车辆没有占用第一交通路口的人行横道，同时距离第一交通路口的人行横 道最近的车辆与第一交通路口的人行横道之间的距离小于等于5米，执行步骤S8,当比对 结果显示为除上述3种情况外的其它情况时，中央处理模块通过信号处理模块和交通信号 灯控制模块控制设置在第一交通路口的第一交通信号灯按照预设原始的交通指示灯状态 控制逻辑运行；
[0013] 步骤S5 :如果步骤S3得到的被跟踪车辆的平均车速小于预设的标准车速时，执行 步骤S9,如果步骤S3得到的被跟踪车辆的平均车速大于等于预设的标准车速时，执行步骤 S3 ；
[0014] 步骤S6 :以步长为1秒，缩短中央处理模块向第一视频监控装置调取实时的第一 交通路口的车流状况图像信息的时间间隔；
[0015] 步骤S7 :以步长为1秒，增加中央处理模块向第一视频监控装置调取实时的第一 交通路口的车流状况图像信息的时间间隔；
[0016] 步骤S8 :中央处理模块通过交通信号灯控制模块控制设置在第一交通路口的第 一交通信号灯为红灯，执行步骤S3 ;
[0017] 步骤S9 :中央处理模块通过交通信号灯控制模块控制设置在第二交通路口的第 二交通信号灯为绿灯，执行步骤S2。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 本发明通过增设通信模块、中央处理模块、信号处理模块和交通信号灯控制模块， 并且设计上述控制逻辑，实现了充分利用现有设备，进行信息共享，以较低的成本缓解交叉 路口的拥堵现象，避免越堵越乱、越乱越堵的现象，实现智能化的拥堵疏导，降低了交通管 理的工作量及交通堵塞造成的时间和汽油浪费。并且本系统的车流预判准确，预判精度不 会因车流的大幅增加而降低。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1为本发明的结构框图；
[0021] 图2为本发明中频监控装置和交通信号灯在路口的布置形式图。
[0022] 其中，1 一第一视频监控装置、1. 1 一第二视频监控装置、2-第一交通信号灯、 2. 1-第二交通信号灯、3-通信模块、4 一中央处理模块、5-信号处理模块、6-交通信号灯 控制模块。

【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0024] 如图1和2所示的基于视觉的交通路口仿生指挥系统，它包括设置在第一交通路 口的第一视频监控装置1和第一交通信号灯2、设置在与第一交通路口相邻的第二交通路 口的第二视频监控装置1. 1和第二交通信号灯2. 1，它还包括通信模块3、中央处理模块4、 信号处理模块5和交通信号灯控制模块6,其中，所述第一视频监控装置1和第二视频监控 装置1. 1的通信端均通过通信模块3连接中央处理模块4的第一通信端，中央处理模块4 的第二通信端连接信号处理模块5的通信端，中央处理模块4的第三通信端连接交通信号 灯控制模块6的信号输入端，交通信号灯控制模块6的第一信号输出端和第二信号输出端 分别连接第一交通信号灯2和第二交通信号灯2. 1的信号输入端。
[0025] 上述技术方案中，通信模块3用于实现第一视频监控装置1和第二视频监控装置 1. 1与中央处理模块4之间的数据通信。中央处理模块4用于视频信息采集以及对以下整 个控制逻辑的统一管理与控制。信号处理模块5用于进行立体匹配法计算；交通信号灯控 制模块6用于根据中央处理模块4的指令对第一交通信号灯2和第二交通信号灯2. 1进行 控制。
[0026] -种利用上述基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥方法，其特 征在于，它包括如下步骤：
[0027] 步骤S1 :第一视频监控装置1和第二视频监控装置1. 1分别实时监测第一交通路 口和与第一交通路口相邻的第二交通路口的车流状况，并在中央处理模块4内预设原始的 第一交通路口交通指示灯状态控制逻辑，当中央处理模块4内预设原始的第一交通路口交 通指示灯状态控制逻辑为绿灯时，进入步骤2 ;当中央处理模块4内预设原始的第一交通路 口交通指示灯状态控制逻辑为红灯时进入步骤3 ;
[0028] 步骤S2 :中央处理模块4每隔指定时间通过通信模块3向第一视频监控装置1调 取实时的第一交通路口的车流状况图像信息，中央处理模块4将第一交通路口的车流状况 图像信息传输给信号处理模块5,中央处理模块4将存储在中央处理模块4内的基准车流状 况图像信息传输给信号处理模块5,信号处理模块5将实时的第一交通路口的车流状况图 像信息通过现有立体匹配法（现有立体匹配法详见参考文献《基于弱纹理检测及视差图融 合的立体匹配》，作者曹晓倩、马彩文，单位：中国科学院西安光学精密机械研究所、中国科 学院大学，仪器仪表学报，卷（期）：2013,34(9))与所述基准车流状况图像信息进行比对分 析，执行步骤S4;
[0029] 步骤S3 :中央处理模块4每隔指定时间通过通信模块3向第二视频监控装置1. 1 调取实时的第二交通路口的车流状况图像信息，中央处理模块4将第二交通路口的车流状 况图像信息传输给信号处理模块5,中央处理模块4将存储在中央处理模块4内的基准车流 状况图像信息传输给信号处理模块5,信号处理模块5将实时的第二交通路口的车流状况 图像信息通过现有改进型mean-shift跟踪算法（现有改进mean-shift跟踪算法详见参考 文献《鲁棒的基于改进mean-shift的目标跟踪》，作者薛陈、朱明、陈爱华，单位：中国电科 院长春光学精密机械与物理研究所，中国电科院研究生院，光学精密工程，卷（期）：2010， 18 (1))对经过第二交通路口的车辆进行跟踪，得到锁定了跟踪车辆的第二交通路口的车流 状况图像信息，然后将锁定了跟踪车辆的第二交通路口的车流状况图像信息采用现有的立 体匹配法与所述基准车流状况图像信息进行比对分析，得到指定时间内被跟踪车辆的各自 位移，从而得到被跟踪车辆的平均车速，执行步骤S5 ;
[0030] 步骤S4:如果比对结果显示此期间第一交通路口的车辆不动，并且车辆占用了第 一交通路口的人行横道，依次执行步骤S6和S8,如果比对结果显示在此期间第一交通路口 的车辆不动，并且车辆没有占用第一交通路口的人行横道，同时距离第一交通路口的人行 横道最近的车辆与第一交通路口的人行横道之间的距离大于等于第一交通路口到第二交 通路口距离的三分之一，依次执行步骤S7和S8,如果比对结果显示此期间第一交通路口的 车辆不动，并且车辆没有占用第一交通路口的人行横道，同时距离第一交通路口的人行横 道最近的车辆与第一交通路口的人行横道之间的距离小于等于5米，执行步骤S8,当比对 结果显示为除上述3种情况外的其它情况时，中央处理模块4通过信号处理模块5和交通 信号灯控制模块6控制设置在第一交通路口的第一交通信号灯2按照预设原始的交通指示 灯状态控制逻辑运行；
[0031] 步骤S5 :如果步骤S3得到的被跟踪车辆的平均车速小于预设的标准车速时，执行 步骤S9,如果步骤S3得到的被跟踪车辆的平均车速大于等于预设的标准车速时，执行步骤 S3 ；
[0032] 步骤S6 :以步长为1秒，缩短中央处理模块4向第一视频监控装置1调取实时的 第一交通路口的车流状况图像信息的时间间隔；
[0033] 步骤S7 :以步长为1秒，增加中央处理模块4向第一视频监控装置1调取实时的 第一交通路口的车流状况图像信息的时间间隔；
[0034] 步骤S8 :中央处理模块4通过交通信号灯控制模块6控制设置在第一交通路口的 第一交通信号灯2为红灯，执行步骤S3 ;
[0035] 步骤S9 :中央处理模块4通过交通信号灯控制模块6控制设置在第二交通路口的 第二交通信号灯2. 1为绿灯，执行步骤S2。
[0036] 上述技术方案的步骤S2中，中央处理模块4每隔2?3秒向第一视频监控装置1 调取实时的第一交通路口的车流状况图像信息。所述步骤S3中，中央处理模块4每隔2? 3秒向第二视频监控装置1. 1调取实时的第二交通路口的车流状况图像信息。上述时间间 隔的设置有利于节省系统资源，延长中央处理模块4的使用寿命。
[0037] 上述技术方案的步骤S5中的预设的标准车速为5km/h。
[0038] 所述步骤6中，中央处理模块4向第一视频监控装置1调取实时的第一交通路口 的车流状况图像信息的时间间隔最短不小于1秒钟。
[0039] 所述步骤7中，中央处理模块4向第一视频监控装置1调取实时的第一交通路口 的车流状况图像信息的时间间隔最长不超过10秒。
[0040] 本发明在中央处理模块4和信号处理模块5中植入上述控制逻辑后即可实现智能 化的拥堵疏导，本发明比传统的加装车辆检测器的方案成本更低，，实施方便，智能化程度 尚。
[0041] 本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1. 一种基于视觉的交通路口仿生指挥系统，它包括设置在第一交通路口的第一视频监 控装置（1)和第一交通信号灯（2)、设置在与第一交通路口相邻的第二交通路口的第二视 频监控装置（1. 1)和第二交通信号灯（2. 1)，其特征在于：它还包括通信模块（3)、中央处理 模块（4)、信号处理模块（5)和交通信号灯控制模块（6)，其中，所述第一视频监控装置（1) 和第二视频监控装置（1. 1)的通信端均通过通信模块（3)连接中央处理模块（4)的第一通 信端，中央处理模块（4)的第二通信端连接信号处理模块（5)的通信端，中央处理模块（4) 的第三通信端连接交通信号灯控制模块￠)的信号输入端，交通信号灯控制模块￠)的第 一信号输出端和第二信号输出端分别连接第一交通信号灯（2)和第二交通信号灯（2. 1)的 信号输入端。
2. -种利用权利要求1所述基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥 方法，其特征在于，它包括如下步骤： 步骤S1 :第一视频监控装置（1)和第二视频监控装置（1. 1)分别实时监测第一交通路 口和与第一交通路口相邻的第二交通路口的车流状况，并在中央处理模块（4)内预设原始 的第一交通路口交通指示灯状态控制逻辑，当中央处理模块（4)内预设原始的第一交通路 口交通指示灯状态控制逻辑为绿灯时，进入步骤2 ;当中央处理模块（4)内预设原始的第一 交通路口交通指示灯状态控制逻辑为红灯时进入步骤3 ; 步骤S2 :中央处理模块（4)每隔指定时间通过通信模块（3)向第一视频监控装置（1) 调取实时的第一交通路口的车流状况图像信息，中央处理模块（4)将第一交通路口的车流 状况图像信息传输给信号处理模块（5)，中央处理模块（4)将存储在中央处理模块（4)内的 基准车流状况图像信息传输给信号处理模块（5)，信号处理模块（5)将实时的第一交通路 口的车流状况图像信息通过现有立体匹配法与所述基准车流状况图像信息进行比对分析， 执行步骤S4 ; 步骤S3:中央处理模块（4)每隔指定时间通过通信模块（3)向第二视频监控装置 (1. 1)调取实时的第二交通路口的车流状况图像信息，中央处理模块（4)将第二交通路口 的车流状况图像信息传输给信号处理模块（5)，中央处理模块（4)将存储在中央处理模块 (4)内的基准车流状况图像信息传输给信号处理模块（5)，信号处理模块（5)将实时的第二 交通路口的车流状况图像信息通过现有改进型mean-shift跟踪算法对经过第二交通路口 的车辆进行跟踪，得到锁定了跟踪车辆的第二交通路口的车流状况图像信息，然后将锁定 了跟踪车辆的第二交通路口的车流状况图像信息采用现有的立体匹配法与所述基准车流 状况图像信息进行比对分析，得到指定时间内被跟踪车辆的各自位移，从而得到被跟踪车 辆的平均车速，执行步骤S5 ; 步骤S4 :如果比对结果显示此期间第一交通路口的车辆不动，并且车辆占用了第一交 通路口的人行横道，依次执行步骤S6和S8,如果比对结果显示在此期间第一交通路口的车 辆不动，并且车辆没有占用第一交通路口的人行横道，同时距离第一交通路口的人行横道 最近的车辆与第一交通路口的人行横道之间的距离大于等于第一交通路口到第二交通路 口距离的三分之一，依次执行步骤S7和S8,如果比对结果显示此期间第一交通路口的车辆 不动，并且车辆没有占用第一交通路口的人行横道，同时距离第一交通路口的人行横道最 近的车辆与第一交通路口的人行横道之间的距离小于等于5米，执行步骤S8,当比对结果 显示为除上述3种情况外的其它情况时，中央处理模块（4)通过信号处理模块（5)和交通 信号灯控制模块（6)控制设置在第一交通路口的第一交通信号灯（2)按照预设原始的交通 指示灯状态控制逻辑运行； 步骤S5 :如果步骤S3得到的被跟踪车辆的平均车速小于预设的标准车速时，执行步骤 S9,如果步骤S3得到的被跟踪车辆的平均车速大于等于预设的标准车速时，执行步骤S3 ; 步骤S6 :以步长为1秒，缩短中央处理模块（4)向第一视频监控装置（1)调取实时的 第一交通路口的车流状况图像信息的时间间隔； 步骤S7 :以步长为1秒，增加中央处理模块（4)向第一视频监控装置（1)调取实时的 第一交通路口的车流状况图像信息的时间间隔； 步骤S8 :中央处理模块（4)通过交通信号灯控制模块（6)控制设置在第一交通路口的 第一交通信号灯（2)为红灯，执行步骤S3 ; 步骤S9 :中央处理模块（4)通过交通信号灯控制模块（6)控制设置在第二交通路口的 第二交通信号灯（2. 1)为绿灯，执行步骤S2。
3. 根据权利要求2所述的基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥方 法，其特征在于：所述步骤S2中，中央处理模块（4)每隔2?3秒向第一视频监控装置（1) 调取实时的第一交通路口的车流状况图像信息。
4. 根据权利要求2所述的基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥 方法，其特征在于：所述步骤S3中，中央处理模块（4)每隔2?3秒向第二视频监控装置 (1. 1)调取实时的第二交通路口的车流状况图像信息。
5. 根据权利要求2所述的基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥方 法，其特征在于：所述步骤S5中的预设的标准车速为5km/h。
6. 根据权利要求2所述的基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥方 法，其特征在于：所述步骤6中，中央处理模块（4)向第一视频监控装置（1)调取实时的第 一交通路口的车流状况图像信息的时间间隔最短不小于1秒钟。
7. 根据权利要求2所述的基于视觉的交通路口仿生指挥系统的交通路口仿生指挥方 法，其特征在于：所述步骤7中，中央处理模块（4)向第一视频监控装置（1)调取实时的第 一交通路口的车流状况图像信息的时间间隔最长不超过10秒。
【文档编号】G08G1/08GK104064038SQ201410280953
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】王龙华, 史会轩, 钱进, 刘晓丽, 刘晓波, 段守胜, 魏华 申请人:国家电网公司, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司