基于圖像處理的交通信號燈實時智能控制系統研究

摘要：城市建設的不斷發展，交通擁堵的現象日益嚴重，特別是在道路的交叉路口各通行方向出現車輛不均勻的狀況。為此，文章對交通信號燈進行了圖像處理，通過在CCD攝像機的采集道路交通車輛的信息，然后根據各相對相位車輛的不同情況對交通信號燈進行動態的調控，實現有序的交通管制。

關鍵詞： 圖像處理；交通信號燈；智能控制系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0019-02

隨著科技的不斷發展，各種智能系統應運而生，為了改變交通狀況，使各方向的車輛均勻地流通，研制出一種基于圖像處理的交通信號燈的實時智能控制系統，可以根據現場車輛的流通情況調整紅綠燈的變化，這種方法主要反映了某段時間的車輛情況，對該段時間的交通狀況進行調整，從而保證道路的暢通。

1 系統硬件設計

基于圖像處理的交通信號燈的智能系統設計理念主要是對交通信號燈因地制宜地進行有效的調控，從而使交通更加暢通，實現智能化的設計目的。基于圖像處理的交通信號燈的硬件系統組成主要包括信息采集系統、通訊系統以及控制模塊等，信息采集系統主要是通過傳感器的作用將車輛的信息進行動態的采集，通訊系統主要負責將采集完的數據傳輸到計算機終端，最終有控制系統進行有效的調控。

1.1 傳感器子系統

傳感器子系統由許多的傳感器和相應的信號調理電路組成。傳感器中有很多的節點，這些節點的作用主要就是對交通覆蓋地區信息的感知，在信息的采集過程中不受時間、空間的限制，高效地完成相應的任務，最后在傳感器節點的作用下將采集的信息傳送到計算機的管理節點中。用戶可以根據管理節點中的數據進行管理，可以發布監測信息或收集數據。圖像采集設備是通過圖像采集卡，將模擬制式的視頻信號轉換為數字信號采集到計算機中或者是通過攝像機本身的數字化部件，利用計算機端口以及標準的設備將數字圖像傳輸到計算機中。

1.2 通訊模塊

數據采集儀將采集到的車流量數據存放到存儲器當中，需要通過在通訊模塊的作用下傳到上位機系統。通訊模塊能夠與局域網網絡聯系進行信息技術操縱。這種系統能夠利用在生產中所用的網絡設備，為系統擴展應用技術，這樣可以減少很多設備資源的使用。同時，信息傳輸的過程中采取一般的網絡通訊協議能夠保證信息在傳輸的過程中的及時和精準性。通訊模塊采用光纖的原料提高了信息的傳輸速度，在傳輸的過程中誤碼低于8，而且外界因素也不會對該模塊起到任何的干擾，確保了信息通訊的可靠性。在通訊網絡中的使用權限很廣泛，一般的TCP/IP在局域網或者計算機的通訊功能中作為基礎的技術，只要滿足網絡的傳輸要求，就可以實現對農業信息的在線傳輸。除此之外，該系統利用局域網在其他設備上實現了信息共享的功能，很大程度上優化信息資源。

2 軟件系統設計

2.1 軟件開發環境及程序語言的選擇

為了實現系統的智能化調控，使用了CCS的開發環境，能夠實現代碼的編譯、文件管理以及測試等功能，而且具備良好的用戶界面，操作便捷。由于C語言的編程開發周期短、可移植性強，所以比較利于維護，在軟件的程序語言設計中，可以以C語言和匯編語言混合編程的方式實現系統的調度，C語言的出現形式主要是內聯代碼或者函數的形式，就能夠實現核心算法和反復的訪問功能。

2.2 用戶界面

瀏覽電子系統主要是接收測量的數據，然后進行動態的分析，對于道路交通信息可操作性強，而且具備了瀏覽器、服務器以及數據處理等系統，在這種系統的作用下主要的功能包括以下三個方面：（1）數據庫服務層。數據庫服務層是對接收的數據進行整合，由Windows NT服務引擎提供的技術支持，減少了用戶的操作時間，可以快速地瀏覽道路交通車流量的信息，所以該服務層的安全、可靠性非常的高。（2）應用服務層。應用服務層主要是由WESGIS組成，是在數據服務層的下一步驟，但是所有的操作平臺以及技術都是與數據服務層一樣的，該服務層主要的功能就是讓工作人員直接查看信息，同時能夠實現數據的處理功能，屬于操作環節。（3）瀏覽器層。瀏覽器層是將最后的處理信息通過顯示器顯示出來，所有的交通信息都要經過傳送、處理最終達到瀏覽層。所以瀏覽層能夠方便用戶的查詢、瀏覽，而且操作上很簡單。

2.3 PLC程序設計

在PLC程序設計中采用了STEP7軟件編制，可以進行梯形邏輯圖、功能塊圖以及語句的編輯。同時PLC對于不同的工作環境會有不同的I/O模塊以及相應的設備，在這種系統中安裝了人-機對話的接口模塊，可以提高操作性能，使操作更為簡單便捷；在工業局部網絡中為了使通訊更為暢通設置了網絡的接口模塊，這些不同類別的I/O模塊為PLC的應用提供了很大的方便。在輸入接口要注意隔離的防護，為了避免輸入端的電磁干擾或者輻射干擾等現象的發生，一般采用的是光電耦合器作為電流的輸入端。在解決觸電振動的問題一般采用RC濾波器可以有效地防止這種誤動作的產生。在PLC輸出接口包括繼電器輸出、晶體管輸以及晶閘管輸出三種模式。在每一種線路上都采取了相應的隔離措施，保證系統的正常運行。

3 智能化控制功能模塊

3.1 設備庫的建立

設備庫的建立是在系統前期管理中，屬于設備入庫記錄的子模塊，在這個模塊的作用下能夠實現對交通車流量運行狀態的記錄，然后設備的運行信息錄入到系統的基本參數以及維護的歷史情況中，在設備以后運行中出現的參數不準或者突發事件中可以提供有利的參考。通過設備庫中設備的編號、類別、安裝號等能夠對設備的運行狀態進行查詢或者輸出，提高了設備的運行可靠性。

3.2 數據庫的建立

數據庫是對相關聯的數據進行集成的資源系統，在數據庫的系統設計中主要有空間數據庫和屬性數據庫兩方面。空間數據庫的特點就是容量大，能夠快速地查詢到所需要的數據，同時還能夠對數據進行修改，但是它的模型很復雜，在整個數據庫中按照不同的關系等級分為了幾個數據層。平臺數據庫中就會以數據庫格式存儲設備的運行信息，屬性信息全部存儲在數據庫中，而且有對應的空間數據。在數據庫中二者是不可分割的，通過二者之間的相互聯系維持數據庫整個系統的運行。

總而言之，基于圖像處理的交通信號燈智能控制系統，能夠根據車流量對交通信號進行實時的調控，實現了有序的交通管理，采用圖像處理技術的交通控制系統具有硬件成本低、標準化程度高等特點，在現代的交通管制中起到了重要的作用，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻

[1] 溫志達，梁桂榮，陳碧銘，高素萍.基于車流量的智能交通燈控制系統[J].自動化技術與應用，2009，（6）.

作者簡介：楊榮（1971-），男，安徽宿州人，西安航空職業技術學院科研處助理研究員，工程碩士，研究方向：教育教學管理及工程技術應用。