發(fā)布時間：2020-04-16所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，國內(nèi)機動車輛急劇增加，道路擁堵情況嚴重。本文對十字路口交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，針對當前交通信號燈信號周期固定，不能隨車流量的變化而隨時更改信號燈周期長短的問題，提出一種軟硬件解決方案，提高通行效率，緩解
摘要：隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，國內(nèi)機動車輛急劇增加，道路擁堵情況嚴重。本文對十字路口交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，針對當前交通信號燈信號周期固定，不能隨車流量的變化而隨時更改信號燈周期長短的問題，提出一種軟硬件解決方案，提高通行效率，緩解交通擁堵，具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。
關鍵詞：智能交通系統(tǒng);圖像處理;閾值;配時優(yōu)化算法
1概述
隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，國內(nèi)機動車數(shù)量急劇增加，道路擁堵情況嚴重。為了解決城市交通擁堵、資源浪費等問題，我國多個城市發(fā)布了《北京市小客車數(shù)量調(diào)控暫行規(guī)定》，并且一直致力于大量道路建設和交通設施建設。這些舉措看似能夠解決當前面臨的交通問題，但是，從長遠來講，發(fā)達國家已經(jīng)通過實踐證明，大量進行道路交通建設，調(diào)控道路運行車輛數(shù)量等措施，已經(jīng)不能滿足高速發(fā)展的道路建設需求，要從根本上解決城市交通問題，不能僅僅采取加強交通基礎建設，主要應通過采用智能交通等方法，通過智能化手段，控制交通，減緩擁堵。
在智能交通系統(tǒng)的研究中，交叉路口交通信號燈的智能化控制，以及優(yōu)化算法的研究，是其系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。在我國大多數(shù)城市，交叉路口交通信號燈仍然采用傳統(tǒng)的固定時長的方式控制交通，這種信號燈通過設定好的紅綠燈時間間隔對車輛進行控制，每個方向，無論車輛數(shù)如何變化，交叉口各個方向的配時方案是統(tǒng)一不變的。由于其不能根據(jù)實際情況進行車輛調(diào)度，因此，很容易造成交通擁堵情況，不能充分合理地利用道路資源，不能根據(jù)實時、天氣等情況來智能化調(diào)控車輛運行，造成交通擁堵。
在這種情況下，為了使車輛在交叉口的通行更加通暢，利用智能系統(tǒng)，把交通信號燈的時延情況與路面車輛數(shù)結(jié)合起來進行研究，依據(jù)交叉路口的實時監(jiān)控設備，實時讀取路口車輛數(shù)，結(jié)合優(yōu)化算法，根據(jù)實際情況設定信號燈的時延，從而完成對道路的實時管控。充分的利用道路資源，通過科學的方法和研究，采用智能化系統(tǒng)設計思路，實時控制交通信息。因此，只有建立完善的智能交通系統(tǒng)，采用科學合理的交通控制方式，才能更加有效地減緩交通擁堵現(xiàn)象。
2存在問題及研究意義
目前，我國各個城市交通，普遍存在以下問題：
(1)交通信號燈信號周期固定，不能根據(jù)實時監(jiān)測情況，依據(jù)車流量調(diào)節(jié)交通信號燈的時延。
(2)早高峰和晚高峰期，道路車流量與其他時段相比，波動較大，交通信號燈不能根據(jù)高峰時段調(diào)控信號周期。
(3)各時間段內(nèi)不同方向上車流量變化大，紅綠燈配時不合理，造成配時浪費的情況，容易導致駕駛員情緒焦躁，引發(fā)交通事故。
基于以上問題，著力于智能交通系統(tǒng)的開發(fā)，通過科學合理的方式控制交通，是十分重要的，其對城市建設具有深遠的意義。
(1)有利于減少交通事故，增強交通安全性。根據(jù)道路車輛的實時監(jiān)測情況，對車流量進行有效分流，減少不必要的交通事故。
(2)有利于緩解交通擁堵，提高道路交通利用率。智能交通控制，可以根據(jù)實時監(jiān)測車輛情況，通過系統(tǒng)優(yōu)化算法，科學合理地對不同方向車輛進行實時調(diào)度，有效控制交通擁堵。
(3)有利于減少能源的浪費與環(huán)境的污染。智能交通控制，在科學合理調(diào)度車輛情況下，可以減少車輛停車次數(shù)，以至于減少能源浪費。
3系統(tǒng)設計
本項目對交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，十字交叉路口由東南西北四個方向路口組成，在每個方向路口設置一個由ARM嵌入式處理器、高清攝像頭和無線傳輸模塊組成的子系統(tǒng)，由高清攝像頭對每個路口車流情況進行圖像采集，并由ARM處理器進行圖像處理和分析，計算出車道占有率等交通參數(shù)指標，再通過無線傳輸模塊將參數(shù)指標傳輸給東方向的控制子系統(tǒng)(事先設定東方向子系統(tǒng)為主控系統(tǒng))，由其進行四個方向參數(shù)指標的匯總，再通過自定義交通信號燈配時優(yōu)化算法，計算出當前情況下，交通信號燈的最佳配時方案，以此智能化地對交通信號燈進行控制。
3.1車輛檢測方法
智能交通控制中，是根據(jù)實時監(jiān)測交叉路口車輛變化情況，使用車道占有率來衡量交通擁堵情況。定義車道占有率p=g/t，其中g為檢測到的車輛所占像素個數(shù)，t為車道所占的像素個數(shù)。車輛檢測與分析的流程是：初始化車道、車輛檢測、參數(shù)計算。
3.1.1初始化車道
初始化車道主要是指把十字路口圖像的車道根據(jù)具體情況劃分成車道圖像，本文采用手動劃分車道的方式，劃分后車道的每一部分都表示為白色，整個黑白圖像作為下一步車輛檢測時的掩碼。將車道劃分成幾部分直接關系到后續(xù)交通信號燈的控制。通過編寫一個車道初始化程序來完成車道劃分。
3.1.2車輛檢測
背景差分法能夠檢測運動目標和靜止目標，但重點在于背景更新策略和閾值設定。三幀差分法是用連續(xù)三幀作差分，能夠消除兩幀差分法中兩頓間隔一味過大或是一味過小問題。本系統(tǒng)采用背景差分法與三幀差分法結(jié)合的方式來檢測目標，最終求得車道占有率。
3.1.3參數(shù)計算
交通參數(shù)包括車流量、車型、車速、車流密度、排隊長度、占有率及車輛違規(guī)等。本系統(tǒng)提出了基于面積的車道占有率作為控制交通信號燈的依據(jù)。車道占有率=車輛的面積/車道的面積，面積用像素點個數(shù)表示。通過圖像處理和計算，能夠求得車道占有率。
3.2自定義交通信號燈配時優(yōu)化算法
本系統(tǒng)中，車道類型有三種：直行車道、直行+左轉(zhuǎn)、直行+右轉(zhuǎn)。程序中將每個車道劃分成幾個部分，也有三種類型：不劃分、分為前后兩部分、分為前中后三部分。算法是根據(jù)車道類型和車道劃分成幾部分來分情況考慮的。
以直行車道為例規(guī)劃算法，車輛控制情況如下：
3.2.1一個方向有車而另一個方向沒車的情況，若有車方向為綠燈，則不切換信號燈。若有車方向為紅燈，則立即切換信號燈。
3.2.2兩個方向都沒有車的情況，不改變交通信號燈。
3.2.3兩個方向都有車的情況，若當前南北方向是綠燈，將南北方向和東西方向的車道占有率進行對比，若南北方向車道占有率高，交通燈綠燈信號南北方向加時。若東西方向車道占有率高，正常切換交通燈。若兩個方向車道占有率接近，正常切換交通燈。當前東西方向是綠燈的情況類似。
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4結(jié)論
本文對交通信號燈智能控制系統(tǒng)進行研究，具有廣泛的應用前景和推廣價值。首先，交通擁堵是我國最重要的交通問題。如何解決交通擁堵問題，關系到每個人的自身利益，在這種情況下，智能交通系統(tǒng)中交通信號燈智能控制的研究，具有廣泛的應用前景。其次，本項目通過在交通路口四個方向設置高清攝像頭、ARM處理器、無線傳輸模塊的方式進行路況車輛信息的采集、分析及計算處理，再通過自定義的交通信號燈配時優(yōu)化算法進行交通信號燈的實時調(diào)控。這樣的智能控制方式，具有一定的技術含量，而研發(fā)成本并不是很高，可以在較短時間內(nèi)，對城市多個交叉路口安放交通信號燈智能控制系統(tǒng)，具有一定的產(chǎn)業(yè)化可行性。由此可見，本項目研究具有一定的市場推廣和應用前景，具有一定的產(chǎn)業(yè)化可行性，值得進行研發(fā)。
