一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)及控制方法，包括攝像頭、圖像處理模塊、通信模塊、紅綠燈控制模塊、太陽能電池模塊。攝像頭采集車輛過紅綠燈的圖像；圖像處理模塊對攝像頭收集的圖像進(jìn)行及時的處理；通信模塊將處理后的數(shù)據(jù)采用數(shù)字無線通信手段傳輸?shù)脚c之相關(guān)的路口；接收到數(shù)據(jù)的路口根據(jù)車流量通過控制模塊來調(diào)整紅綠燈的時間，以達(dá)到減緩紅綠燈時間不合理分配導(dǎo)致路口擁堵的情況；太陽能電池模塊將太陽能轉(zhuǎn)換為電能與電路系統(tǒng)一起為整個系統(tǒng)供電。該系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上通過視覺注意機制以及攝像頭的分布，使車流量統(tǒng)計的可靠性大幅提高。
【專利說明】一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)及控制方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)及控制方法，尤其是涉及一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0003]近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平日益提高，許多家庭都有私家車，這直接導(dǎo)致了城市交通擁堵的日益嚴(yán)重。在中國大多數(shù)城市，紅綠燈還是采用固定時長，這直接導(dǎo)致了車少的路段路面空車而車多的路段水泄不通的情況，因此，如何采用有效的方法控制紅綠燈的時間，對減緩交通擁堵非常重要。
[0004]為了解決上述狀況，根據(jù)車流量的多少決定紅路燈的時長是一種有效的緩解甚至解決辦法。然而，目前采用的解決辦法是用地感線圈配合車輛檢測器利用電磁感應(yīng)的原理來完成的，以及目前的一些專利，如專利號CN 103646556A利用車載射頻模塊和路邊射頻接收模塊來完成，這兩種方法雖是可行的，但是工程較為浩大、成本較高；又或者專利號CN1082615A的過程是初始化(捕獲圖像、畫車道、在車道上畫虛擬線圈、進(jìn)行路標(biāo)標(biāo)定)然后獲取圖像序列進(jìn)入動態(tài)生成背景圖、獲取目標(biāo)灰度圖像、對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、在虛擬線圈上判斷是否有車，此方法雖然有效，但涉及的計算繁瑣、圖像處理效率低而本系統(tǒng)的一大要求便是及時性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種圖像處理效率高、可靠性高、成本低的一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)及控制方法。
[0006]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:
若干攝像頭:布置城市每個區(qū)域的交叉路口，用于實時采集車輛通過的視頻信息；
若干基于FPGA的圖像處理模塊:城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個圖像處理模塊，所述每個區(qū)域的圖像處理模塊與每個區(qū)域的交叉路口攝像頭連接，用于接收每個區(qū)域交叉路口的實時車輛通過的視頻信息，基于視覺注意機制的方法進(jìn)行處理后獲取每個區(qū)域交叉路口處通過的車輛數(shù)；
通信模塊:在城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個通信模塊，用于將上一個區(qū)域的圖像處理模塊處理后獲取的該區(qū)域各個交叉路口中通過的車輛數(shù)傳送至下一個區(qū)域的圖像處理模塊；
紅綠燈控制模塊:在城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個控制該區(qū)域的交叉路口的紅綠燈控制模塊，并與該區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊連接，該區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊根據(jù)接收的上個區(qū)域的交叉路口處通過的車輛數(shù)信息計算出該區(qū)域的各個路口紅綠燈所需要點亮和熄滅的時間并將控制信息發(fā)送給紅綠燈控制模塊，紅綠燈控制模塊根據(jù)接收的控制信息控制紅綠燈的點亮和熄滅；
太陽能電池模塊:城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個太陽能電池模塊，給該區(qū)域控制系統(tǒng)內(nèi)需要供電的模塊供電。
[0007]—種智能紅綠燈控制方法，其特征在于，將城市劃分為若干個區(qū)域，即:第I區(qū)域、第2區(qū)域、第3區(qū)域..?第η區(qū)域，其中，η為大于等于I的正整數(shù)；每個區(qū)域僅包含一個交叉路口，所述交叉路口包括十字路口、丁字路口、以及一字線路口 ；每個區(qū)域中的每個路口設(shè)置有攝像頭，并且該區(qū)域的中央設(shè)有一個中央攝像頭；其中，相鄰至少有一個區(qū)域與第m區(qū)域相鄰，為第Q區(qū)域；該智能紅綠燈控制系統(tǒng)的紅綠燈控制方法包括如下步驟:
步驟I，當(dāng)通往第m區(qū)域的其中一個路口的綠燈亮起，車輛從其他路口開往該路口的則必經(jīng)過該綠燈亮起的路口，該綠燈亮起的路口車輛通過情況由該路口的攝像頭收集，收集到的視頻在圖像處理模塊中采用基于視覺注意機制的方法進(jìn)行處理后獲取綠燈亮起的路口的中通過的車輛數(shù)；同時，而中央攝像頭則收集該區(qū)域的中央內(nèi)車輛過紅綠燈的情況，再將收集到的視頻信息傳給圖像處理模塊進(jìn)行處理，采用基于視覺注意機制的方法來統(tǒng)計車輛經(jīng)過的速度和時間。
[0008]步驟2，通信模塊將該區(qū)域此時綠燈亮起的路口和該區(qū)域的中央處理得到的車輛數(shù)據(jù)及時采取數(shù)字通信的方式以設(shè)定頻段的電磁波發(fā)送出去至與該區(qū)域最近的至少一個區(qū)域即是第Q區(qū)域；并且第Q區(qū)域是第m區(qū)域綠燈亮起的路口上車輛即將通往的區(qū)域；由第Q區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊接收此頻段信號，并根據(jù)車輛數(shù)量以及通過紅綠燈的速度和大致時間來設(shè)定時間，并通過紅綠燈控制模塊控制紅綠燈的顯示。
[0009]在上述的一種智能紅綠燈控制控制方法，所述步驟2中，通信模塊將該區(qū)域此時綠燈亮起的路口和該區(qū)域的中央處理得到的車輛數(shù)據(jù)及時采取數(shù)字通信的方式以設(shè)定頻段的電磁波發(fā)送出去至與該區(qū)域最近的至少一個區(qū)域即是第Q區(qū)域時，至少將設(shè)定頻段的電磁波發(fā)送兩次以上至第Q區(qū)域，由第Q區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊接收此頻段信號并判斷是否接收正確，具體方法是:
將多次接收信號解調(diào)后的結(jié)果進(jìn)行對比，若多次信號上裝載的數(shù)據(jù)相同則可認(rèn)為正確；正確的話則根據(jù)車輛數(shù)量以及通過紅綠燈的速度和大致時間來設(shè)定時間，并通過紅綠燈控制模塊控制紅綠燈的顯示；
將多次接收信號解調(diào)后的結(jié)果進(jìn)行對比，若多次信號上裝載的數(shù)據(jù)不同則認(rèn)為發(fā)生錯誤，此時采用之間設(shè)定的固有時間并及時反饋給人工系統(tǒng)，防止系統(tǒng)發(fā)生重大差錯。
[0010]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1.圖像處理效率高、可靠性高、成本低；2.有足夠的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸，大大減小系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部紊亂的幾率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明公開的智能紅綠燈控制系統(tǒng)原理框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)安裝設(shè)置圖。
[0013]圖3是本發(fā)明所采用的數(shù)字通信系統(tǒng)原理框圖。
[0014]圖4是本發(fā)明數(shù)字通信模塊無線發(fā)射裝置電路圖。
[0015]圖5是本發(fā)明數(shù)字通信模塊無線接收裝置電路圖。
[0016]圖6是本發(fā)明數(shù)字通信模塊電路總圖。

【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0018]實施例:
在本發(fā)明中，視頻獲取分為兩個區(qū)域。一個是十字路口中央的攝像頭區(qū)，該區(qū)域用于獲取車輛運動態(tài)勢粗略得到各方向上的車流量以及車輛過紅綠燈路口的速度，為下一路口時間控制做準(zhǔn)備；另一個是四個方向上的攝像頭區(qū)，準(zhǔn)確統(tǒng)計出車流量。本發(fā)明中所用的一部分?jǐn)z像頭可直接利用現(xiàn)有的監(jiān)控攝像頭或?qū)⒄{(diào)整利用，大大降低了成本。
[0019]在數(shù)據(jù)傳輸上，同一個路口各個攝像頭及圖像處理模塊之間采取有線傳輸，各個路口之間則采用現(xiàn)有的數(shù)字通信系統(tǒng)，用特定頻段的無線電傳輸，具有抗干擾能力強、保密性好、差錯可控的特點。改數(shù)字無線傳輸模塊包括發(fā)射和接收兩個模塊，由發(fā)射接收的硬件電路以及進(jìn)行編碼、譯碼的單片機(含ROM固化程的AT89C51單片機為示范)構(gòu)成。
[0020]城市的主干路口形成通信網(wǎng)絡(luò)，每個路口的紅綠燈控制模塊同樣采取將算法固化到FPGA中的方法，根據(jù)與之相臨路口傳輸過來的數(shù)據(jù)(車輛數(shù)以及車輛經(jīng)過紅綠燈的速度等)來確定紅綠燈時間。整個路口網(wǎng)絡(luò)形成循環(huán)從而緩解整個城市的擁堵情況。由于是用此路口的車輛數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)下一路口的紅綠燈時間，使得該系統(tǒng)有足夠的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸，大大減小系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部紊亂的幾率。
[0021]具體操作方法如圖2所示，當(dāng)通往方向①的綠燈亮起，車輛從其他三個方向開往方向①則必經(jīng)過監(jiān)控區(qū)①，監(jiān)控區(qū)①中車輛通過情況由圖2中攝像頭①收集，收集到的視頻在圖像處理模塊中采用基于視覺注意機制的方法進(jìn)行處理、統(tǒng)計監(jiān)控區(qū)①中通過的車輛數(shù)；而攝像頭⑤則收集監(jiān)控區(qū)⑤內(nèi)車輛過紅綠燈的情況，再講收集到的視頻傳給圖像處理模塊進(jìn)行處理，采用基于視覺注意機制的方法來統(tǒng)計車輛經(jīng)過的大致速度和時間。
[0022]如圖1所示，通信模塊將監(jiān)控區(qū)①和監(jiān)控區(qū)⑤中處理得到的車輛數(shù)據(jù)及時采取數(shù)字通信的方式以特定頻段的電磁波發(fā)送出去。下一路口，即方向①上車輛即將通往的下一個路口，接收此頻段信號并判斷是否接收正確。正確的話則根據(jù)車輛數(shù)量以及通過紅綠燈的速度和大致時間來設(shè)定時間，并通過紅綠燈控制模塊控制紅綠燈的顯示；如果發(fā)生錯誤則采用之間設(shè)定的固有時間并及時反饋給人工系統(tǒng)，防止系統(tǒng)發(fā)生重大差錯。
[0023]其他方向上同方向①。
[0024]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能紅綠燈控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 若干攝像頭:布置城市每個區(qū)域的交叉路口，用于實時采集車輛通過的視頻信息； 若干基于FPGA的圖像處理模塊:城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個圖像處理模塊，所述每個區(qū)域的圖像處理模塊與每個區(qū)域的交叉路口攝像頭連接，用于接收每個區(qū)域交叉路口的實時車輛通過的視頻信息，基于視覺注意機制的方法進(jìn)行處理后獲取每個區(qū)域交叉路口處通過的車輛數(shù)； 通信模塊:在城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個通信模塊，用于將上一個區(qū)域的圖像處理模塊處理后獲取的該區(qū)域各個交叉路口中通過的車輛數(shù)傳送至下一個區(qū)域的圖像處理模塊； 紅綠燈控制模塊:在城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個控制該區(qū)域的交叉路口的紅綠燈控制模塊，并與該區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊連接，該區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊根據(jù)接收的上個區(qū)域的交叉路口處通過的車輛數(shù)信息計算出該區(qū)域的各個路口紅綠燈所需要點亮和熄滅的時間并將控制信息發(fā)送給紅綠燈控制模塊，紅綠燈控制模塊根據(jù)接收的控制信息控制紅綠燈的點亮和熄滅； 太陽能電池模塊:城市每個區(qū)域均設(shè)置有一個太陽能電池模塊，給該區(qū)域控制系統(tǒng)內(nèi)需要供電的模塊供電。
2.一種智能紅綠燈控制方法，其特征在于，將城市劃分為若干個區(qū)域，即:第I區(qū)域、第2區(qū)域、第3區(qū)域..?第η區(qū)域，其中，η為大于等于I的正整數(shù)；每個區(qū)域僅包含一個交叉路口，所述交叉路口包括十字路口、丁字路口、以及一字線路口 ；每個區(qū)域中的每個路口設(shè)置有攝像頭，并且該區(qū)域的中央設(shè)有一個中央攝像頭；其中，相鄰至少有一個區(qū)域與第m區(qū)域相鄰，為第Q區(qū)域；該智能紅綠燈控制系統(tǒng)的紅綠燈控制方法包括如下步驟: 步驟I，當(dāng)通往第m區(qū)域的其中一個路口的綠燈亮起，車輛從其他路口開往該路口的則必經(jīng)過該綠燈亮起的路口，該綠燈亮起的路口車輛通過情況由該路口的攝像頭收集，收集到的視頻在圖像處理模塊中采用基于視覺注意機制的方法進(jìn)行處理后獲取綠燈亮起的路口的中通過的車輛數(shù)；同時，而中央攝像頭則收集該區(qū)域的中央內(nèi)車輛過紅綠燈的情況，再將收集到的視頻信息傳給圖像處理模塊進(jìn)行處理，采用基于視覺注意機制的方法來統(tǒng)計車輛經(jīng)過的速度和時間； 步驟2，通信模塊將該區(qū)域此時綠燈亮起的路口和該區(qū)域的中央處理得到的車輛數(shù)據(jù)及時采取數(shù)字通信的方式以設(shè)定頻段的電磁波發(fā)送出去至與該區(qū)域最近的至少一個區(qū)域即是第Q區(qū)域；并且第Q區(qū)域是第m區(qū)域綠燈亮起的路口上車輛即將通往的區(qū)域；由第Q區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊接收此頻段信號，并根據(jù)車輛數(shù)量以及通過紅綠燈的速度和大致時間來設(shè)定時間，并通過紅綠燈控制模塊控制紅綠燈的顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能紅綠燈控制控制方法，其特征在于，所述步驟2中，通信模塊將該區(qū)域此時綠燈亮起的路口和該區(qū)域的中央處理得到的車輛數(shù)據(jù)及時采取數(shù)字通信的方式以設(shè)定頻段的電磁波發(fā)送出去至與該區(qū)域最近的至少一個區(qū)域即是第Q區(qū)域時，至少將設(shè)定頻段的電磁波發(fā)送兩次以上至第Q區(qū)域，由第Q區(qū)域的基于FPGA的圖像處理模塊接收此頻段信號并判斷是否接收正確，具體方法是: 將多次接收信號解調(diào)后的結(jié)果進(jìn)行對比，若多次信號上裝載的數(shù)據(jù)相同則可認(rèn)為正確；正確的話則根據(jù)車輛數(shù)量以及通過紅綠燈的速度和大致時間來設(shè)定時間，并通過紅綠燈控制模塊控制紅綠燈的顯示； 將多次接收信號解調(diào)后的結(jié)果進(jìn)行對比，若多次信號上裝載的數(shù)據(jù)不同則認(rèn)為發(fā)生錯誤，此時采用之間設(shè)定的固有時間并及時反饋給人工系統(tǒng)，防止系統(tǒng)發(fā)生重大差錯。
【文檔編號】G08G1/08GK104392616SQ201410804456
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】朱晗, 陳小橋 申請人:武漢大學(xué)