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摘 要： 摘要：隨著我國經濟高速發(fā)展，國內機動車輛急劇增加，道路擁堵情況嚴重。本文對十字路口交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，針對當前交通信號燈信號周期固定，不能隨車流量的變化而隨時更改信號燈周期長短的問題，提出一種軟硬件解決方案，提高通行效率，緩解
摘要：隨著我國經濟高速發(fā)展，國內機動車輛急劇增加，道路擁堵情況嚴重。本文對十字路口交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，針對當前交通信號燈信號周期固定，不能隨車流量的變化而隨時更改信號燈周期長短的問題，提出一種軟硬件解決方案，提高通行效率，緩解交通擁堵，具有一定的經濟效益和社會效益。
關鍵詞：智能交通系統(tǒng);圖像處理;閾值;配時優(yōu)化算法
1概述
隨著我國經濟高速發(fā)展，國內機動車數量急劇增加，道路擁堵情況嚴重。為了解決城市交通擁堵、資源浪費等問題，我國多個城市發(fā)布了《北京市小客車數量調控暫行規(guī)定》，并且一直致力于大量道路建設和交通設施建設。這些舉措看似能夠解決當前面臨的交通問題，但是，從長遠來講，發(fā)達國家已經通過實踐證明，大量進行道路交通建設，調控道路運行車輛數量等措施，已經不能滿足高速發(fā)展的道路建設需求，要從根本上解決城市交通問題，不能僅僅采取加強交通基礎建設，主要應通過采用智能交通等方法，通過智能化手段，控制交通，減緩擁堵。
在智能交通系統(tǒng)的研究中，交叉路口交通信號燈的智能化控制，以及優(yōu)化算法的研究，是其系統(tǒng)研究的重要內容。在我國大多數城市，交叉路口交通信號燈仍然采用傳統(tǒng)的固定時長的方式控制交通，這種信號燈通過設定好的紅綠燈時間間隔對車輛進行控制，每個方向，無論車輛數如何變化，交叉口各個方向的配時方案是統(tǒng)一不變的。由于其不能根據實際情況進行車輛調度，因此，很容易造成交通擁堵情況，不能充分合理地利用道路資源，不能根據實時、天氣等情況來智能化調控車輛運行，造成交通擁堵。
在這種情況下，為了使車輛在交叉口的通行更加通暢，利用智能系統(tǒng)，把交通信號燈的時延情況與路面車輛數結合起來進行研究，依據交叉路口的實時監(jiān)控設備，實時讀取路口車輛數，結合優(yōu)化算法，根據實際情況設定信號燈的時延，從而完成對道路的實時管控。充分的利用道路資源，通過科學的方法和研究，采用智能化系統(tǒng)設計思路，實時控制交通信息。因此，只有建立完善的智能交通系統(tǒng)，采用科學合理的交通控制方式，才能更加有效地減緩交通擁堵現(xiàn)象。
2存在問題及研究意義
目前，我國各個城市交通，普遍存在以下問題：
(1)交通信號燈信號周期固定，不能根據實時監(jiān)測情況，依據車流量調節(jié)交通信號燈的時延。
(2)早高峰和晚高峰期，道路車流量與其他時段相比，波動較大，交通信號燈不能根據高峰時段調控信號周期。
(3)各時間段內不同方向上車流量變化大，紅綠燈配時不合理，造成配時浪費的情況，容易導致駕駛員情緒焦躁，引發(fā)交通事故。
基于以上問題，著力于智能交通系統(tǒng)的開發(fā)，通過科學合理的方式控制交通，是十分重要的，其對城市建設具有深遠的意義。
(1)有利于減少交通事故，增強交通安全性。根據道路車輛的實時監(jiān)測情況，對車流量進行有效分流，減少不必要的交通事故。
(2)有利于緩解交通擁堵，提高道路交通利用率。智能交通控制，可以根據實時監(jiān)測車輛情況，通過系統(tǒng)優(yōu)化算法，科學合理地對不同方向車輛進行實時調度，有效控制交通擁堵。
(3)有利于減少能源的浪費與環(huán)境的污染。智能交通控制，在科學合理調度車輛情況下，可以減少車輛停車次數，以至于減少能源浪費。
3系統(tǒng)設計
本項目對交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，十字交叉路口由東南西北四個方向路口組成，在每個方向路口設置一個由ARM嵌入式處理器、高清攝像頭和無線傳輸模塊組成的子系統(tǒng)，由高清攝像頭對每個路口車流情況進行圖像采集，并由ARM處理器進行圖像處理和分析，計算出車道占有率等交通參數指標，再通過無線傳輸模塊將參數指標傳輸給東方向的控制子系統(tǒng)(事先設定東方向子系統(tǒng)為主控系統(tǒng))，由其進行四個方向參數指標的匯總，再通過自定義交通信號燈配時優(yōu)化算法，計算出當前情況下，交通信號燈的最佳配時方案，以此智能化地對交通信號燈進行控制。
3.1車輛檢測方法
智能交通控制中，是根據實時監(jiān)測交叉路口車輛變化情況，使用車道占有率來衡量交通擁堵情況。定義車道占有率p=g/t，其中g為檢測到的車輛所占像素個數，t為車道所占的像素個數。車輛檢測與分析的流程是：初始化車道、車輛檢測、參數計算。
3.1.1初始化車道
初始化車道主要是指把十字路口圖像的車道根據具體情況劃分成車道圖像，本文采用手動劃分車道的方式，劃分后車道的每一部分都表示為白色，整個黑白圖像作為下一步車輛檢測時的掩碼。將車道劃分成幾部分直接關系到后續(xù)交通信號燈的控制。通過編寫一個車道初始化程序來完成車道劃分。
3.1.2車輛檢測
背景差分法能夠檢測運動目標和靜止目標，但重點在于背景更新策略和閾值設定。三幀差分法是用連續(xù)三幀作差分，能夠消除兩幀差分法中兩頓間隔一味過大或是一味過小問題。本系統(tǒng)采用背景差分法與三幀差分法結合的方式來檢測目標，最終求得車道占有率。
3.1.3參數計算
交通參數包括車流量、車型、車速、車流密度、排隊長度、占有率及車輛違規(guī)等。本系統(tǒng)提出了基于面積的車道占有率作為控制交通信號燈的依據。車道占有率=車輛的面積/車道的面積，面積用像素點個數表示。通過圖像處理和計算，能夠求得車道占有率。
3.2自定義交通信號燈配時優(yōu)化算法
本系統(tǒng)中，車道類型有三種：直行車道、直行+左轉、直行+右轉。程序中將每個車道劃分成幾個部分，也有三種類型：不劃分、分為前后兩部分、分為前中后三部分。算法是根據車道類型和車道劃分成幾部分來分情況考慮的。
以直行車道為例規(guī)劃算法，車輛控制情況如下：
3.2.1一個方向有車而另一個方向沒車的情況，若有車方向為綠燈，則不切換信號燈。若有車方向為紅燈，則立即切換信號燈。
3.2.2兩個方向都沒有車的情況，不改變交通信號燈。
3.2.3兩個方向都有車的情況，若當前南北方向是綠燈，將南北方向和東西方向的車道占有率進行對比，若南北方向車道占有率高，交通燈綠燈信號南北方向加時。若東西方向車道占有率高，正常切換交通燈。若兩個方向車道占有率接近，正常切換交通燈。當前東西方向是綠燈的情況類似。
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4結論
本文對交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，具有廣泛的應用前景和推廣價值。首先，交通擁堵是我國最重要的交通問題。如何解決交通擁堵問題，關系到每個人的自身利益，在這種情況下，智能交通系統(tǒng)中交通信號燈智能控制的研究，具有廣泛的應用前景。其次，本項目通過在交通路口四個方向設置高清攝像頭、ARM處理器、無線傳輸模塊的方式進行路況車輛信息的采集、分析及計算處理，再通過自定義的交通信號燈配時優(yōu)化算法進行交通信號燈的實時調控。這樣的智能控制方式，具有一定的技術含量，而研發(fā)成本并不是很高，可以在較短時間內，對城市多個交叉路口安放交通信號燈智能控制系統(tǒng)，具有一定的產業(yè)化可行性。由此可見，本項目研究具有一定的市場推廣和應用前景，具有一定的產業(yè)化可行性，值得進行研發(fā)。
