發(fā)布時(shí)間：2020-04-16所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛急劇增加，道路擁堵情況嚴(yán)重。本文對(duì)十字路口交通信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，針對(duì)當(dāng)前交通信號(hào)燈信號(hào)周期固定，不能隨車流量的變化而隨時(shí)更改信號(hào)燈周期長(zhǎng)短的問(wèn)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(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛急劇增加，道路擁堵情況嚴(yán)重。本文對(duì)十字路口交通信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，針對(duì)當(dāng)前交通信號(hào)燈信號(hào)周期固定，不能隨車流量的變化而隨時(shí)更改信號(hào)燈周期長(zhǎng)短的問(wèn)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng);圖像處理;閾值;配時(shí)優(yōu)化算法
1概述
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車數(shù)量急劇增加，道路擁堵情況嚴(yán)重。為了解決城市交通擁堵、資源浪費(fèi)等問(wèn)題，我國(guó)多個(gè)城市發(fā)布了《北京市小客車數(shù)量調(diào)控暫行規(guī)定》，并且一直致力于大量道路建設(shè)和交通設(shè)施建設(shè)。這些舉措看似能夠解決當(dāng)前面臨的交通問(wèn)題，但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)通過(guò)實(shí)踐證明，大量進(jìn)行道路交通建設(shè)，調(diào)控道路運(yùn)行車輛數(shù)量等措施，已經(jīng)不能滿足高速發(fā)展的道路建設(shè)需求，要從根本上解決城市交通問(wèn)題，不能僅僅采取加強(qiáng)交通基礎(chǔ)建設(shè)，主要應(yīng)通過(guò)采用智能交通等方法，通過(guò)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(hào)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(nèi)容。在我國(guó)大多數(shù)城市，交叉路口交通信號(hào)燈仍然采用傳統(tǒng)的固定時(shí)長(zhǎng)的方式控制交通，這種信號(hào)燈通過(guò)設(shè)定好的紅綠燈時(shí)間間隔對(duì)車輛進(jìn)行控制，每個(gè)方向，無(wú)論車輛數(shù)如何變化，交叉口各個(gè)方向的配時(shí)方案是統(tǒng)一不變的。由于其不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行車輛調(diào)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(jù)實(shí)時(shí)、天氣等情況來(lái)智能化調(diào)控車輛運(yùn)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(hào)燈的時(shí)延情況與路面車輛數(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，依據(jù)交叉路口的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)讀取路口車輛數(shù)，結(jié)合優(yōu)化算法，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定信號(hào)燈的時(shí)延，從而完成對(duì)道路的實(shí)時(shí)管控。充分的利用道路資源，通過(guò)科學(xué)的方法和研究，采用智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，實(shí)時(shí)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(xué)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(wèn)題及研究意義
目前，我國(guó)各個(gè)城市交通，普遍存在以下問(wèn)題：
(1)交通信號(hào)燈信號(hào)周期固定，不能根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況，依據(jù)車流量調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈的時(shí)延。
(2)早高峰和晚高峰期，道路車流量與其他時(shí)段相比，波動(dòng)較大，交通信號(hào)燈不能根據(jù)高峰時(shí)段調(diào)控信號(hào)周期。
(3)各時(shí)間段內(nèi)不同方向上車流量變化大，紅綠燈配時(shí)不合理，造成配時(shí)浪費(fèi)的情況，容易導(dǎo)致駕駛員情緒焦躁，引發(fā)交通事故。
基于以上問(wèn)題，著力于智能交通系統(tǒng)的開發(fā)，通過(guò)科學(xué)合理的方式控制交通，是十分重要的，其對(duì)城市建設(shè)具有深遠(yuǎn)的意義。
(1)有利于減少交通事故，增強(qiáng)交通安全性。根據(jù)道路車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況，對(duì)車流量進(jìn)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(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛情況，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化算法，科學(xué)合理地對(duì)不同方向車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，有效控制交通擁堵。
(3)有利于減少能源的浪費(fèi)與環(huán)境的污染。智能交通控制，在科學(xué)合理調(diào)度車輛情況下，可以減少車輛停車次數(shù)，以至于減少能源浪費(fèi)。
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目對(duì)交通信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，十字交叉路口由東南西北四個(gè)方向路口組成，在每個(gè)方向路口設(shè)置一個(gè)由ARM嵌入式處理器、高清攝像頭和無(wú)線傳輸模塊組成的子系統(tǒng)，由高清攝像頭對(duì)每個(gè)路口車流情況進(jìn)行圖像采集，并由ARM處理器進(jìn)行圖像處理和分析，計(jì)算出車道占有率等交通參數(shù)指標(biāo)，再通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將參數(shù)指標(biāo)傳輸給東方向的控制子系統(tǒng)(事先設(shè)定東方向子系統(tǒng)為主控系統(tǒng))，由其進(jìn)行四個(gè)方向參數(shù)指標(biāo)的匯總，再通過(guò)自定義交通信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化算法，計(jì)算出當(dāng)前情況下，交通信號(hào)燈的最佳配時(shí)方案，以此智能化地對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行控制。
3.1車輛檢測(cè)方法
智能交通控制中，是根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交叉路口車輛變化情況，使用車道占有率來(lái)衡量交通擁堵情況。定義車道占有率p=g/t，其中g(shù)為檢測(cè)到的車輛所占像素個(gè)數(shù)，t為車道所占的像素個(gè)數(shù)。車輛檢測(cè)與分析的流程是：初始化車道、車輛檢測(cè)、參數(shù)計(jì)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(jù)具體情況劃分成車道圖像，本文采用手動(dòng)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(gè)黑白圖像作為下一步車輛檢測(cè)時(shí)的掩碼。將車道劃分成幾部分直接關(guān)系到后續(xù)交通信號(hào)燈的控制。通過(guò)編寫一個(gè)車道初始化程序來(lái)完成車道劃分。
3.1.2車輛檢測(cè)
背景差分法能夠檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和靜止目標(biāo)，但重點(diǎn)在于背景更新策略和閾值設(shè)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(guò)大或是一味過(guò)小問(wèn)題。本系統(tǒng)采用背景差分法與三幀差分法結(jié)合的方式來(lái)檢測(cè)目標(biāo)，最終求得車道占有率。
3.1.3參數(shù)計(jì)算
交通參數(shù)包括車流量、車型、車速、車流密度、排隊(duì)長(zhǎng)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(hào)燈的依據(jù)。車道占有率=車輛的面積/車道的面積，面積用像素點(diǎn)個(gè)數(shù)表示。通過(guò)圖像處理和計(jì)算，能夠求得車道占有率。
3.2自定義交通信號(hào)燈配時(shí)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(zhuǎn)、直行+右轉(zhuǎn)。程序中將每個(gè)車道劃分成幾個(gè)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(jù)車道類型和車道劃分成幾部分來(lái)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(gè)方向有車而另一個(gè)方向沒(méi)車的情況，若有車方向?yàn)榫G燈，則不切換信號(hào)燈。若有車方向?yàn)榧t燈，則立即切換信號(hào)燈。
3.2.2兩個(gè)方向都沒(méi)有車的情況，不改變交通信號(hào)燈。
3.2.3兩個(gè)方向都有車的情況，若當(dāng)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(jìn)行對(duì)比，若南北方向車道占有率高，交通燈綠燈信號(hào)南北方向加時(shí)。若東西方向車道占有率高，正常切換交通燈。若兩個(gè)方向車道占有率接近，正常切換交通燈。當(dāng)前東西方向是綠燈的情況類似。
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4結(jié)論
本文對(duì)交通信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。首先，交通擁堵是我國(guó)最重要的交通問(wèn)題。如何解決交通擁堵問(wèn)題，關(guān)系到每個(gè)人的自身利益，在這種情況下，智能交通系統(tǒng)中交通信號(hào)燈智能控制的研究，具有廣泛的應(yīng)用前景。其次，本項(xiàng)目通過(guò)在交通路口四個(gè)方向設(shè)置高清攝像頭、ARM處理器、無(wú)線傳輸模塊的方式進(jìn)行路況車輛信息的采集、分析及計(jì)算處理，再通過(guò)自定義的交通信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化算法進(jìn)行交通信號(hào)燈的實(shí)時(shí)調(diào)控。這樣的智能控制方式，具有一定的技術(shù)含量，而研發(fā)成本并不是很高，可以在較短時(shí)間內(nèi)，對(duì)城市多個(gè)交叉路口安放交通信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)，具有一定的產(chǎn)業(yè)化可行性。由此可見(jiàn)，本項(xiàng)目研究具有一定的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用前景，具有一定的產(chǎn)業(yè)化可行性，值得進(jìn)行研發(fā)。
