基于視頻識別的智能交通燈控制器的設計與實現

引言

　　現有交通燈控制系統主要分為兩類：定時控制和感應式控制。定時控制不能適應車流的動態變化，當某條路段的車流量很大的時候卻要等待紅燈，而另一方向的路并不忙或者車流量很小卻是綠燈，出現空道占時，這種尷尬的現象不僅讓司機乘客都怨聲載道，還造成了資源浪費。現在為解決某些大城市交通擁擠的問題，在繁忙路段和高峰時段需要由交警來現場指揮，這種方法也只是臨時緩解交通問題，并且這一方案造成了很大的人和物的資源浪費。因此定時控制方式只適用于路面車流量較少的情況，根本無法滿足我國現在各大城市交通發展需求;感應式控制易受外界干擾，且在安裝過程中，容易造成對道路的損壞。此外，這兩種控制方式都只能單獨地控制某一點，并不能實時、多點、聯測、聯動地控制。

　　基于視頻識別的車輛檢測

　　基于視頻圖像處理技術的交通檢測系統，通過安裝在道路旁邊或者中間隔離帶的支架上的攝像機和圖像采集設備將實時的視頻信息采入，經過對視頻圖像的實時處理分析可以得出各種交通信息。可以幫助分析車輛的運行狀態、轉彎情況。利用背景減法、幀間差分和幀內差分等可以檢測到車輛存在情況;利用車輛模型匹配法可以得到車輛分類信息;利用目標物體跟蹤和預測估計，可以跟蹤車輛，分析得出車輛運行情況。利用這些信息，可以進一步地分析出車輛通行情況、車流密度、車輛排隊情況和車速等多種信息。基于視頻識別技術的交通信息采集法，其信息采集區域較大，能提供多種交通信息。系統硬件設備簡單，維護方便，性價比很高，全壽命成本低，升級容易;設備可移動，安裝調試不影響交通。

　　交通燈控制方案設計

　　該系統設計采用分級控制結構，包括單點控制和協調控制兩級控制。系統包括視頻采集終端、視頻分析處理器、單點控制器、協調控制器、交通信號燈和數字顯示器等六個部分組成。其系統結構如圖1所示。首先由視頻采集終端采集十字路口四個方向的交通圖像信息，將圖像信息傳輸至視頻分析處理器，通過視頻識別、分析處理、信息提取、噪聲過濾和信息轉換等過程，最終解析出交通燈的控制信息，傳輸至單點控制器，控制所在路口的交通信號燈的紅黃綠燈的顯示狀態和數字顯示器顯示倒計時計數。同時，各路口的單點控制器按照一個合適的周期將該路口的信息上傳至協調控制器，協調控制器經過信息處理、比對分析等過程對部分需要調整的路口發出交通燈協調控制信息，實現全線交通最優化管理。

單點控制器設計

　　單點控制器采用可編程控制器（PLC）進行編程實現，其中包括兩個處理器模塊，一個是模擬信號處理模塊PLC模塊一，如圖2所示。另一個是識別處理東、南、西、北四個方向視頻信號的四路視頻分析處理器，其輸出信號作為PLC模塊一的思路輸入信號，經過CPU運算處理，得到控制值，作為PLC模塊二的思路開關量輸出信號，控制交通信號燈的紅燈、綠燈、黃燈和左轉向燈的顯示，一路PLC模塊一輸出信號控制數字顯示器開始倒計時顯示。

　　協調控制器設計

　　本協調控制器采用PLC進行編程實現。其模塊設計如圖4所示，協調控制器的PLC模塊三，其輸入為個路口的單點控制器發來的控制信息，經過CPU運算處理，將協調控制器信息發送給需要調整的單點控制器，該命令執行必須在該路口的數字顯示器結束后執行。