基于視頻車流量統計的交通信號自動控制系統應用

王曉莉

沈陽天久信息技術工程有限公司 遼寧沈陽 110000

運用現在控制理論，根據車流量信息，動態調整路口的放行時間，可以很好的解決擁堵問題。雖然車輛的采集有很多種方式，但本工程采用相機視頻采集的方式，無需破壞路面，就可以收集路口的車輛信息，并用軟件統計出車流量，通過網絡發送給信號控制系統，信號機控制系統通過分析這些接收到信息，通過科學的算法，調整路口的放行方式，生成一個新的配時方案，有效疏通道路交通，讓車輛快速通過路口，提高車輛運行速度。本交通信號控制系統包括：前端視頻采集車輛數據并處理系統、數據傳輸部分、信號控制系統。

1 前端視頻采集及車輛數據統計系統

通過視屏抓拍的方式，完成車輛數據統計。車輛統計技術發展至今，已經出行了多種技術：例如，地感線圈、微波檢測器，而視頻技術處理速度的不斷發展，開始出現采用視頻統計的方式，不需要破壞路面，安裝與維護都很方便。

1.1 視頻信息采集及初步處理

首先在距離路口合適的位置設置攝像機，用于流量統計的相機采取一臺相機對應要給車道的方式配置，通過相機的dsp系統對拍攝車輛信息進行預處理：在視屏窗口畫出合適的檢測框，當車頭進入檢測區域的時候，以車頭進入開始即時，離開結束計時，同時開始計數，即可實現對該車道的車流量統計。同時通過本車車頭進入和車頭離開的時間差，計算出車輛行駛速度；通過前車車尾離開時間和后車車頭進入檢測區域的時間，可以估算出車間距，同時記錄下該時間差。利用車輛速度在視屏拍攝過程中，夜間及光照不好的時間段，還需要做好補光，較為先進的技術是采用LED頻閃燈來進行補光；CCD 攝像機補光時，需要LED 的閃光持續時間在4ms 以內；CMOS 攝像機補光時，500萬像素為80ms；300萬像素為60ms；采用數字電路的led補光燈可以很好的滿足這一要求。在視頻圖像處理過程中，還需要做好對圖像的預處理，去除噪聲等影響。

1.2 數據傳輸

視頻處理系統需要將這些信息實時打包發送信號處理系統，兩者之間采用RJ45、485232等鏈接，較為先進的是采用無線傳輸來實現，傳輸協議采用TCP/IP封裝，利用物聯卡的方式，保證數據信息傳輸的準確、快速。同時無線傳輸的好處是，無需鋪設線路，這樣一是可以大大降低施工難度、減少施工成本，同時也利于靈活調整相機的安裝位置。

1.3 信號處理系統

信號處理系統包括對車輛信息的接受處理和對信號燈的輸出控制。信號處理系統采用高速的dsp系統，內部集成TCP/IP協議棧，通過無線網絡實時接收到相機傳輸的數據信息；信號控制器根據車流統計信息，利用控制理論的算法，動態調整路口的各個相位放行時間，從而達到自適應的效果。

一般在路口中車輛較多的方向設置為主路，另一方向為輔路。調整的時候可以以主路的流量為主。信號控制程序中與車輛信息有關的時間參數為：綠燈調整步距時間；最小綠燈時間；相位最大綠燈時間；車間距時間；標準車頭距；累計浪費時間；這些參數，需要在系統運行開始的時候，預先設置好，一般先按經驗值預設，系統運行一段時間后，也可以根據實際情況進行調整，這些時間的設置必須合理，否者會大大影響信號調整效果，車輛運行過程中需要保持安全間距，所以如果車間距時間設置不合理，就會導致相位提前退出，而設置過長，則達不到調整效果，根據項目經驗一般設置為：車間距時間閾值為4s，標準車頭距時間閾值為1.2s，累計浪費時間閾值為6s，相位最大綠燈時間為50s；

算法描述如下：在系統運行前期，先要預設一個進入當前相位時，系統方向方案默認運行最小綠燈時間，在該相位綠燈的時候，信號控制器不斷接受本相位放行方向上的所有車道上相機發送過來的車輛信息，判斷是否需要結束當前相位。判據有3種：判據1：判斷車間距，首先利用平均車速，將車間距轉化為時間參數，t=S/V；當接收到的車輛之間的實際的時間大于該設定值，就認為可以結束當前相位；判據2：累計浪費時間：將實際車頭距的時間，與預設的標準車頭距相減，差值為浪費時間，將當前車道兩車之間的浪費時間進行累加，該時間參數即為累計浪費時間，同時還要根據車速判斷，當前車道車輛是否正常行駛，若車輛處于流暢行駛，且當累計浪費時間達到閾值時，可認為該車道車輛基本通過，可以結束當前相位；若當前車速緩慢行進，則即便浪費時間已經達到閾值，也不滿足車道停止條件；判據3，相位最大綠燈時間，當不具備結束相位的條件時，每次相位將要結束的時候，就增加一個綠燈調整步距時間，若增加后，相位的總的綠燈時間，超過了相位最大綠燈時間，相位結束。設置最大相位綠燈時間的意義是防止路口陷入單方向放行，而造成其他方向擁堵的情況。

當滿足相位結束條件時，為了保證路口安全，設置早切時間，用綠燈倒計時的方式提醒司機，同時，另一相位會用紅燈倒計時的方式提醒司機準備通過路口。

經系統投入后的實際運行發現：該控制方式可以大大提高路口的通行能力，有效的降低路口擁堵的可能性，同時，還能最大限度的提高路口放行效率。

2 結語

有句話叫：要想富先修路，由此可見交通對于城市發展的重要性，各行各業都在爭分奪秒的研究各項新技術，交通不僅僅是要保證通暢，更要想法設法讓人們的出行更加快捷，而隨著各種技術的突破，尤其是現在控制方法的研究、信息處理速度的提升，網絡技術的更新，將這些運用到交通控制中，用科技力量來發展智能交通，為各行各業發展保駕護航。