[發明專利]一種基于圖像和GPS信息融合的交通信號燈控制方法

有效

• 申請號: 201710531910.6
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107146429B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 趙驥;王浥丞;朱玉;吳曉翎;于海龍
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/01;G08G1/0967
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.一種基于圖像和GPS信息融合的交通信號燈控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、基于交通路口的坐標系構建：

首先通過系統坐標構建及初始化模塊進行坐標構建及初始化，定義坐標原點的位置；坐標系的構建根據交叉路口的結構而定，構建一個坐標系統或構建多個坐標系統，取決于道路的結構和運算的需要；坐標系統構建結束并進行初始化完成后，雙黃線的位置、車道分割線：白色單實線的位置、斑馬線-人行橫道線的位置已在坐標系統中進行了定位；

步驟二、車載GPS將車輛位置信息發送至車輛數據接收和處理模塊：

通過車載GPS定位和無線數據發送模塊接收實時的衛星信息，通過計算獲得車輛的位置信息；然后車輛上的無線數據發送模塊將車輛的位置信息發送到位于路口的地面車輛數據接收和處理模塊中；

步驟三、將車輛位置信息對應到已經構建的交通路口坐標系中：

地面的車輛數據接收和處理模塊接收到車輛的實時位置，將其轉換到步驟一構建完畢的坐標系統中，確定車輛在道路上的車道位置，根據所處的車道判定車輛計劃的行進走向，通過定時的連續取點計算出車輛的行進速度；

步驟四、根據各個方向的車流信息控制交通信號燈的切換：

地面的車輛數據接收和處理模塊通過對車輛位置的統計，計算每個方向，包括左拐、直行、右拐車的流量，從而設定信號燈的切換模式和時長；

步驟五、根據對車流的速度的分析判斷道路的通暢程度，如果判定為疑似堵塞，視頻監控處理模塊通過圖像處理技術對導致堵塞的目標進行定位和圖像抓取；

步驟六、將交通信號的信息和造成堵塞的疑似發生地的圖片信息發送給車載交通信息接收和顯示模塊，駕駛員在本車的顯示終端能夠看到交通信號的狀態和時長，對駕駛員進行提示和指導；

所述的步驟一具體為：

坐標系統的構建的方案與交通路口的結構相關，如果結構簡單規整，則采用單坐標系統，反之要采用多坐標系統≤4個，在單個坐標系統中以四個方向的雙黃線的交點作為坐標的原點，四個象限分別對應四個指向原點的車流，方向與X軸和Y軸平行，相同行進方向的車道對應一個矩形坐標區域，矩形區域的寬度是單個車道的整數倍≤16，矩形區域的長度設為常數,與車流的速度相關，為200-250米，多坐標系統就是要在不同的方向構建獨立的坐標系統，以雙黃線的頂點為每個坐標系的坐標原點，第一象限對應車離開交通路口車輛的車道，第二象限對應車輛進入路口的車輛的車道，適用于右側通行的道路，在第二象限內相同行進方向的車道對應一個矩形坐標區域,區域的設定方法同單坐標系統；

所述的步驟三中的坐標匹配方法具體為：

車輛數據接收和處理模塊接收到的車輛的位置信息，在構建的坐標系中進行區域匹配，判定其在哪個矩形區域中，根據其在所處的矩形區域，判定車輛計劃的行進方向，區域判定的公式為：

其中(x,y)是車輛的位置坐標，(x_n1,y_n1)，(x_n2,y_n1)，(x_n1,y_n2)，(x_n2,y_n2)分別是第n個監控矩形區域的頂點坐標，對每個車輛行進方向分別進行了獨立的判斷后，即可統計不同方向包括左轉、右轉、直行行進車輛的數量N_n，其中count_n為車輛數量計算累計變量；

所述的步驟四具體為：

在信號燈為紅燈的情況下統計等待通過交通路口的車輛的數量，因此控制系統的交通燈的初始狀態是紅燈，初始紅燈的持續時間是45-60秒；

車輛數據接收和處理模塊根據統計出的不同方向，包括左轉、右轉、直行的車輛的數量，通過動態的分析，設定交通信號燈的工作狀態和時長，綠燈持續時間的區間是25秒-120秒，如果太短不能保證一定數量的車輛通行，如果太長會引起另一方向的交通不暢和駕駛員的煩躁情緒；

綠燈持續時間的計算方法是T＝N_max×0.2×120；其中N_max＝MAX(N₁,N₂…,N_n)，其中N_n是某方向包括左轉、右轉、直行第n條車道上機動車數量，N_max是N₁…N_n的最大值，公式如下：

所述的步驟五中的判斷道路堵塞的方法具體為：

根據每輛車的速度計算出每個方向車流的平均速度，根據平均速度的大小和低速運行持續的時間判定當前道路是否堵塞，通過速度閾值和時長閾值判定，即在監控區域內平均速度10km/h、區域內最大車速10km/h且累計運行時間140s，則判定當前路口發生交通堵塞；

所述的步驟五中的堵塞區域的定位、圖像抓取和發送方法具體為：

某區域被判定為堵塞區域后，建立基于速度值的二維矩陣，計算速度小于10km/h的區域的質心，堵塞區域圖像的二值化

用數學形態學算子對圖像進行空洞填充和小噪點去除，然后計算堵塞區域的質心；

以檢測到的堵塞區域的質心為攝像機的對焦中心進行圖像抓拍，獲取堵塞區域的圖像信息。