CN106710253A - 一种高可靠性智能路***通控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠性的智能路***通控制***及控制方法，包括视频采集模块、中央处理模块、执行模块；视频采集模块包括摄像头及其相关软件，中央处理模块即为工控机，其特征在于具有自诊断程序，SDK接口，图像处理程序，存储模块，通讯模块。执行模块为信号灯，完成对路***通控制。本发明提出了一种基于布线方案，***组成，存储方案，图像处理等方面进行可靠性设计的高可靠性智能路***通控制***。

Description

一种高可靠性智能路***通控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及路***通控制***，尤其涉及一种高可靠性的智能路***通控制***及控制方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，交通运输的需求与日俱增，经济发展越来越依赖于交通运输。交通拥堵所产生的时间、能源、环境和交通事故等问题对社会造成了重大损失。交通运输控制是大幅度提高交通运输效率的关键途径，近年来受到社会各界的广泛关注。智能交通控制***是综合利用信息技术、通信技术、自动控制技术等高新技术对交通网进行优化控制的***，它是解决交通拥堵问题的一种经济有效的方案，具体表现在减少废气排放，交通延时，停车次数等方面。

专利CN201520745779.X公开了一种交叉路***通控制***。***主要分为三个部分，数据前处理及存储器、中央控制器、云端服务器。数据前处理及存储器部分通过红外探测器探测行人，高清摄像头检测特殊车辆，车流量传感器探测车流量。中央控制机器负责控制交通信号灯，并将该路口的人流、车流信息传输至云端服务器，且通过路障升降装置，投影装置，背景声播放器等装置辅助交通控制。

该专利的缺点为***需要多种传感器，且对传感器的精度和稳定性要求较高，成本高，对内存占用、故障率等问题考虑不够周全。投影装置、背景声播放器装置的巨幕成像功能虽然可以对闯红灯等不文明行为起到警示作用，但同时会对周边环境产生噪音污染和光污染，并可能会分散交通参与者的注意力，造成安全隐患。

专利CN200710165002.6公开了一种控制路***通流的智能交通控制***。***包括交通信号控制机、中心计算机、以太网通信***、路口信号灯及相关设备。通过电子眼，车检仪器等采集交通流信息，通过PIC控制器实现TCP/IP协议，将车流信息通过以太网传输至区域中心，进行区域交通协调控制。并对***可靠性进行了一定的考虑，增加了CPU异常处理和绿信号分析功能，并采用了保安控制电路，在主控板发生故障时，代替主控板工作。

该专利的缺点为采集车流信息通过车检设备和电子眼等完成，硬件部分较多，***复杂，仅对主控板的可靠性进行了分析，对***其它部件的可靠性考虑不足。

以上专利均对智能交通控制***的可靠性方面的考虑不足，智能交通控制***在实际应用中通常需要长时间不间断工作，并通过一定措施保证***运行过程流畅，计算结果准确。对于一个需要长时间工作的***，如何保证***的稳定性以及可靠性尤为重要。现使用的智能交通控制***对其可靠性的设计缺乏，不能满足现代社会对交通运行快捷、安全、高效的需求。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种高可靠性的智能交通控制***及控制方法。

技术方案：本发明的一种高可靠性智能路***通控制***，包括基于摄像头用于对路面进行24小时不间断实时监测的视频采集模块、完成对道路拥堵情况的判定和对绿灯时长控制的中央处理模块和基于信号灯完成对车流控制的执行模块，所述中央处理模块包括实现对视频采集模块、中央处理模块和执行模块的实时故障监测的自诊断模块、用于接收视频采集模块采集的数据的SDK接口、实现对道路主要信息的提取和识别的图像处理模块、存储模块和完成各模块之间的通讯，并在自诊断模块判断故障发生时完成与维护人员的通讯的通讯模块。

进一步的，所述中央处理模块基于工况机，该视频采集模块和中央处理模块通过双绞线连接，走弱电专用线槽。

本发明还公开了一种高可靠性智能路***通控制***的控制方法，包括以下步骤：

a.通过摄像头获取无车路面图片，作为初始背景；

b.基于摄像头的视频采集模块对道路进行全天候监测，将采集到的视频信息通过双绞线传输至基于工控机的中央处理模块，该工控机通过SDK接口连接摄像头，在***工作过程中，每隔设定时间便重新接受视频流，更新文件名，并列进行文件的存储与读取，存储的开始时间比读取的开始时间提前；

c.图像处理，使用视频帧分割提取道路的主要信息以消除环境因素的干扰，使用主成分分析算法处理视频帧，获取道路的主要信息并与步骤a的初始背景相比较，计算出道路车辆密度，据此设置合适的红绿灯时长，随后判断红灯是否即将结束，若结束则将新设置的红绿灯时长发送至信号灯，否则跳至判断道路主要信息是否接近初始背景流程；

d.判断主成分分析算法处理后得到的道路信息是否接近初始背景，若接近则进行背景更新，若不接近，则跳至工控机通过SDK接口接收视频流处开始循环。

有益效果：本发明提出了本发明对交通进行实时控制有利于缓解交通拥堵，减少废气排放，减少交通事故，增加交通网络的运行效率。实现在现有道路基础上，提高交通控制和管理的水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力。

与现有技术相比，本发明***结构简单，维护方便，人机交互友好。通过摄像头与基于先进智能算法的图像处理技术完成对车流的检测，减少了硬件的使用，简化了***结构，不仅实现了传统智能交通控制***的功能，并且在***可靠性方面实现了改进。普通智能交通控制***在各模块用双绞线进行连接时，由于室外环境和双绞线特性等因素使得远程传输过程容易出现错误数据，影响***的工作。本发明所述的布线方案可以大幅度缓解上述不足。本***带有自诊断功能，实现对各模块的实时故障监测。在内存调用，读取方式等存储方案上进行了优化，图像处理程序解决了视频帧模糊，环境干扰等问题。本发明从以上各个方面加强了***的可靠性，提高的***的综合性能，保证了交通控制***的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的***结构示意图；

图2为本发明的***可靠性示意图；

图3为本发明的视频帧分割示意图；

图4为本发明的***工作流程图。

具体实施方式

如图1所示的一种高可靠性智能交通控制***包括视频采集模块、中央处理模块、执行模块；该视频采集模块包括摄像头及相应的软件程序，对路面进行24小时不间断的实时监测；该中央处理模块由工控机实现，具有自诊断程模块、SDK接口、图像处理模块、存储模块和通讯模块，完成对道路拥堵情况的判定和对绿灯时长的控制；该执行模块为交通信号灯，完成对车流的控制，中央处理模块通过SDK接口接收视频采集模块采集的数据。

本实施例的摄像头和工控机、信号灯均采用220V交流电供电。本实施例的视频采集模块和中央处理模块通过双绞线连接，按照避开强电及干扰源，走弱电专用线槽，布线长度尽量不超过100米，大于300米时增设双绞线视频传输设备的原则布线。

本实施例的自诊断模块实现对视频采集模块、中央处理模块、执行模块的实时故障监测。

本实施例的中央处理模块采用优化存储程序的存储模块；该优化存储程序实现对***内存调用的优化，在***循环前即申请好所需占用的内存空间，在此后的循环过程中不申请新的内存空间，在比较过程中需要存储的图片通过每循环一次新图替代原图的机制进行存储，相同的机制也用于背景更新过程，保证***随着时间推移其运行所占用的内存空间几乎不变。

本实施例的内设有优化存储程序的存储模块实现存储比读取提前一小段时间的功能，保障读取时***工作的顺畅。以提前50毫秒为例，具体代码如下所示：

上述存储模块加快视频读取速度，在信息处理过程中，每经过一段时间就更新一次存储文件，重新存储，进而保证每次读取的视频大小适宜，避免视频过大降低读取效率以及可能出现的***崩溃的情况。其具体实现过程如下，工控机通过SDK连接摄像头，在***工作过程中，每隔5分钟便重新接受视频流，更新文件名。

本实施例的中央处理模块采用图像处理模块；该图像处理模块实现对道路主要信息的提取和识别。

该图像处理模块减小光照强度，建筑物阴影，树木晃动等外部环境因素对***的影响。将视频帧重新分割为若干部分，利用ROI工具将道路画面分割成几个部分，通过比较道路中的主要信息来获得当前道路车辆密度，无需比较整个监控画面，以减少对内存的占用。对于裁剪掉的道路路面信息造成的损失，通过增加截取方框数来进行补偿。

该图像处理模块实现视频帧判断优化，针对视频帧不清晰影响判断准确率的问题，***在判断过程中，采用多次判断求取均值的方法。在摄像头采集视频帧率为25帧/秒的情况下，相邻两帧图像之间的时间间隔很小，在此时间间隔内道路车辆密度的变化可忽略不计，在比较时采用相邻几帧图像的依次比较，排除异常结果的干扰，计算正常结果的均值。

本实施例的图像处理程序、自诊断程序、优化存储程序采用C++语言在vs2013环境下结合openCV编程并运行。

该通讯模块完成各模块之间的通讯，并在自诊断程序判断故障发生时完成与维护人员的通讯。

本实施例对***可靠性设计包括以下几个部分：***结构简单、优化布线方案、基于图像处理模块的图像处理技术、基于存储模块的优化存储方案、基于自诊断模块的自诊断程序。相较于其他智能交通控制***，本实施例的数据仅由摄像头采集，通过工控机处理数据，具有良好的人机交互性，且维护简单方便。布线方案考虑了外界环境的干扰问题和传输距离对数据采集的影响，提高了数据传输的可靠性。使用图像处理技术，将摄像头采集到的数据进行消噪，提取主要的信息，减小了摄像头所采集的数据模糊或受干扰较大对后续处理的影响。优化了数据存储的方案，采用存储比读取过程提前一小段时间开始的方法增加了读取过程的流畅性、稳定性，采用新数据覆盖旧数据的机制节约了内存的使用，减轻了硬件负担。采用自诊断程序，对工控机、摄像头、信号灯的软硬件进行监测，如果故障发生，则将普通周期红绿灯信号发送至信号灯并拨打IP电话向维护人员报警。

如图3所示，针对光照强度，建筑物阴影，树木晃动等外界环境因素干扰的问题，将视频帧重新分割为若干部分(虚线表示)，利用ROI工具将道路画面(实线表示)分割成几个部分，通过比较道路中的主要信息来获得当前道路车辆密度，对于裁剪掉的道路路面信息造成的损失，通过增加截取方框数来进行补偿。

如图4所示，该智能交通控制***的工作流程如下：

首先通过摄像头获取无车路面图片，作为初始背景，此后，基于摄像头的视频采集模块对道路进行全天候监测，将采集到的视频信息通过双绞线(按如前文所述的布线方案布线)传输至基于工控机的中央处理模块。工控机通过SDK接口连接摄像头，在***工作过程中，每隔5分钟便重新接受视频流，更新文件名。并列进行文件的存储于读取，存储的开始时间比读取的开始时间提前50毫秒。进行图像处理，使用视频帧分割提取道路的主要信息以消除环境因素的干扰，使用视频帧判断优化算法对视频帧进行处理，使用主成分分析(PCA)算法处理视频帧，获取道路的主要信息并与初始背景相比较，计算出道路车辆密度，据此设置合适的红绿灯时长，随后判断红灯是否即将结束，若结束则将新设置的红绿灯时长发送至信号灯，否则跳至判断道路主要信息是否接近初始背景流程。这里需要说明的是，由于光照等因素的影响，背景必须每隔一段时间更新一次。判断PCA处理后得到的道路信息是否接近初始背景，若接近则进行背景更新，若不接近，则跳至工控机通过SDK接口接收视频流处开始循环。

Claims (7)

1.一种高可靠性智能路***通控制***，包括基于摄像头用于对路面进行24小时不间断实时监测的视频采集模块、完成对道路拥堵情况的判定和对绿灯时长控制的中央处理模块和基于信号灯完成对车流控制的执行模块，其特征在于：所述中央处理模块包括实现对视频采集模块、中央处理模块和执行模块的实时故障监测的自诊断模块、用于接收视频采集模块采集的数据的SDK接口、实现对道路主要信息的提取和识别的图像处理模块、存储模块和完成各模块之间的通讯，并在自诊断模块判断故障发生时完成与维护人员的通讯的通讯模块。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性智能路***通控制***，其特征在于：所述中央处理模块基于工况机，该视频采集模块和中央处理模块通过双绞线连接，走弱电专用线槽。

3.实现权利要求2所述的一种高可靠性智能路***通控制***的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.通过摄像头获取无车路面图片，作为初始背景；

b.基于摄像头的视频采集模块对道路进行全天候监测，将采集到的视频信息通过双绞线传输至基于工控机的中央处理模块，该工控机通过SDK接口连接摄像头，在***工作过程中，每隔设定时间便重新接受视频流，更新文件名，并列进行文件的存储与读取，存储的开始时间比读取的开始时间提前；

c.图像处理，使用视频帧分割提取道路的主要信息以消除环境因素的干扰，使用主成分分析算法处理视频帧，获取道路的主要信息并与步骤a的初始背景相比较，计算出道路车辆密度，据此设置合适的红绿灯时长，随后判断红灯是否即将结束，若结束则将新设置的红绿灯时长发送至信号灯，否则跳至判断道路主要信息是否接近初始背景流程；

d.判断主成分分析算法处理后得到的道路信息是否接近初始背景，若接近则进行背景更新，若不接近，则跳至工控机通过SDK接口接收视频流处开始循环。

4.根据权利要求3所述的一种高可靠性智能路***通控制***的控制方法，其特征在于：所述步骤a中的初始背景需每隔一段时间更新一次。

5.根据权利要求3所述的一种高可靠性智能路***通控制***的控制方法，其特征在于：所述步骤b中的文件存储与读取的实现基于内设有优化存储程序的存储模块，其具体为需要存储的图片通过每循环一次新图替代原图的机制进行存储。

6.根据权利要求3所述的一种高可靠性智能路***通控制***的控制方法，其特征在于：所述步骤c的图像处理具体包括以下步骤：

C1、将视频帧重新分割为若干部分，通过比较道路中的主要信息来获得当前道路车辆密度；

C2、对于裁剪掉的道路路面信息造成的损失，通过增加截取方框数来进行补偿。

7.根据权利要求6所述的一种高可靠性智能路***通控制***的控制方法，其特征在于：所述步骤c还包括步骤C3、针对视频帧不清晰影响判断准确率的问题，在判断过程中，采用多次判断求取均值的方法：采用相邻几帧图像的依次比较，计算的均值。