基于视频车流量统计的交通信号自动控制系统应用

王晓莉

沈阳天久信息技术工程有限公司 辽宁沈阳 110000

运用现在控制理论，根据车流量信息，动态调整路口的放行时间，可以很好的解决拥堵问题。虽然车辆的采集有很多种方式，但本工程采用相机视频采集的方式，无需破坏路面，就可以收集路口的车辆信息，并用软件统计出车流量，通过网络发送给信号控制系统，信号机控制系统通过分析这些接收到信息，通过科学的算法，调整路口的放行方式，生成一个新的配时方案，有效疏通道路交通，让车辆快速通过路口，提高车辆运行速度。本交通信号控制系统包括：前端视频采集车辆数据并处理系统、数据传输部分、信号控制系统。

1 前端视频采集及车辆数据统计系统

通过视屏抓拍的方式，完成车辆数据统计。车辆统计技术发展至今，已经出行了多种技术：例如，地感线圈、微波检测器，而视频技术处理速度的不断发展，开始出现采用视频统计的方式，不需要破坏路面，安装与维护都很方便。

1.1 视频信息采集及初步处理

首先在距离路口合适的位置设置摄像机，用于流量统计的相机采取一台相机对应要给车道的方式配置，通过相机的dsp系统对拍摄车辆信息进行预处理：在视屏窗口画出合适的检测框，当车头进入检测区域的时候，以车头进入开始即时，离开结束计时，同时开始计数，即可实现对该车道的车流量统计。同时通过本车车头进入和车头离开的时间差，计算出车辆行驶速度；通过前车车尾离开时间和后车车头进入检测区域的时间，可以估算出车间距，同时记录下该时间差。利用车辆速度在视屏拍摄过程中，夜间及光照不好的时间段，还需要做好补光，较为先进的技术是采用LED频闪灯来进行补光；CCD 摄像机补光时，需要LED 的闪光持续时间在4ms 以内；CMOS 摄像机补光时，500万像素为80ms；300万像素为60ms；采用数字电路的led补光灯可以很好的满足这一要求。在视频图像处理过程中，还需要做好对图像的预处理，去除噪声等影响。

1.2 数据传输

视频处理系统需要将这些信息实时打包发送信号处理系统，两者之间采用RJ45、485232等链接，较为先进的是采用无线传输来实现，传输协议采用TCP/IP封装，利用物联卡的方式，保证数据信息传输的准确、快速。同时无线传输的好处是，无需铺设线路，这样一是可以大大降低施工难度、减少施工成本，同时也利于灵活调整相机的安装位置。

1.3 信号处理系统

信号处理系统包括对车辆信息的接受处理和对信号灯的输出控制。信号处理系统采用高速的dsp系统，内部集成TCP/IP协议栈，通过无线网络实时接收到相机传输的数据信息；信号控制器根据车流统计信息，利用控制理论的算法，动态调整路口的各个相位放行时间，从而达到自适应的效果。

一般在路口中车辆较多的方向设置为主路，另一方向为辅路。调整的时候可以以主路的流量为主。信号控制程序中与车辆信息有关的时间参数为：绿灯调整步距时间；最小绿灯时间；相位最大绿灯时间；车间距时间；标准车头距；累计浪费时间；这些参数，需要在系统运行开始的时候，预先设置好，一般先按经验值预设，系统运行一段时间后，也可以根据实际情况进行调整，这些时间的设置必须合理，否者会大大影响信号调整效果，车辆运行过程中需要保持安全间距，所以如果车间距时间设置不合理，就会导致相位提前退出，而设置过长，则达不到调整效果，根据项目经验一般设置为：车间距时间阈值为4s，标准车头距时间阈值为1.2s，累计浪费时间阈值为6s，相位最大绿灯时间为50s；

算法描述如下：在系统运行前期，先要预设一个进入当前相位时，系统方向方案默认运行最小绿灯时间，在该相位绿灯的时候，信号控制器不断接受本相位放行方向上的所有车道上相机发送过来的车辆信息，判断是否需要结束当前相位。判据有3种：判据1：判断车间距，首先利用平均车速，将车间距转化为时间参数，t=S/V；当接收到的车辆之间的实际的时间大于该设定值，就认为可以结束当前相位；判据2：累计浪费时间：将实际车头距的时间，与预设的标准车头距相减，差值为浪费时间，将当前车道两车之间的浪费时间进行累加，该时间参数即为累计浪费时间，同时还要根据车速判断，当前车道车辆是否正常行驶，若车辆处于流畅行驶，且当累计浪费时间达到阈值时，可认为该车道车辆基本通过，可以结束当前相位；若当前车速缓慢行进，则即便浪费时间已经达到阈值，也不满足车道停止条件；判据3，相位最大绿灯时间，当不具备结束相位的条件时，每次相位将要结束的时候，就增加一个绿灯调整步距时间，若增加后，相位的总的绿灯时间，超过了相位最大绿灯时间，相位结束。设置最大相位绿灯时间的意义是防止路口陷入单方向放行，而造成其他方向拥堵的情况。

当满足相位结束条件时，为了保证路口安全，设置早切时间，用绿灯倒计时的方式提醒司机，同时，另一相位会用红灯倒计时的方式提醒司机准备通过路口。

经系统投入后的实际运行发现：该控制方式可以大大提高路口的通行能力，有效的降低路口拥堵的可能性，同时，还能最大限度的提高路口放行效率。

2 结语

有句话叫：要想富先修路，由此可见交通对于城市发展的重要性，各行各业都在争分夺秒的研究各项新技术，交通不仅仅是要保证通畅，更要想法设法让人们的出行更加快捷，而随着各种技术的突破，尤其是现在控制方法的研究、信息处理速度的提升，网络技术的更新，将这些运用到交通控制中，用科技力量来发展智能交通，为各行各业发展保驾护航。