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交通信號控制系統的現狀與發(fā)展對策論文
一、設計目的
隨著(zhù)智能車(chē)的普及，城市變得越發(fā)擁擠，堵車(chē)現象也越來(lái)越普遍。在經(jīng)過(guò)交通路口時(shí)，由于國內紅綠燈一般采用定時(shí)控制，不能對實(shí)際的交通流進(jìn)行識別和優(yōu)化，有時(shí)會(huì )出現這種尷尬情況，即一邊亮著(zhù)綠燈很少有車(chē)輛通過(guò)，另一邊有很多車(chē)輛卻在紅燈前排起長(cháng)隊伍，而隊尾的車(chē)輛甚至要經(jīng)過(guò)多次紅綠燈的變換才能通過(guò)路口。
如果能設計出一種系統，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監測路況和車(chē)流量，并將各個(gè)路口的車(chē)流量信息進(jìn)行匯總和分析，進(jìn)而自動(dòng)調節兩邊紅綠燈的等待時(shí)間，這便能減少兩邊車(chē)輛的平均等待時(shí)間，同時(shí)減少在等待過(guò)程中燃料的消耗，提高整個(gè)道路的暢通性。
如果進(jìn)一步將各個(gè)路口的實(shí)時(shí)車(chē)流量匯總到交通監管中心，由監管中心進(jìn)行統一大范圍內的數據分析與處理，向車(chē)主進(jìn)行路況或者緊急情況的播報，這樣便能優(yōu)化人們的出行路線(xiàn)，同時(shí)也能降低資源的損耗，符合低碳環(huán)保的發(fā)展要求。
二、研究?jì)热?/strong>
1.系統所實(shí)現的功能
對十字路口處的車(chē)流量進(jìn)行監測，根據監測結果改變紅綠燈時(shí)長(cháng)，以達到減少車(chē)輛在路口處的等待時(shí)長(cháng)，優(yōu)化交通的目的。
2.系統所運用的技術(shù)
所運用技術(shù)主要包括嵌入式技術(shù)，圖像處理技術(shù)和智能控制技術(shù)。
3.系統硬件部分的組成及功能
系統硬件部分主要由四個(gè)模塊組成，即攝像頭模塊，圖像處理器模塊，無(wú)線(xiàn)通信模塊和紅綠燈控制模塊。
其中，攝像頭采用監控攝像頭，放置在十字路口車(chē)輛排隊等待處，用于排隊車(chē)輛圖像的采集。圖像處理器模塊利用嵌入式ARM進(jìn)行圖像處理。無(wú)線(xiàn)模塊用于圖像處理模塊和紅綠燈控制模塊之間的信息傳輸，可采用nRF2401模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。紅綠燈智能控制模塊用于實(shí)現對各路口車(chē)流量信息的分析和對紅綠燈時(shí)長(cháng)的實(shí)時(shí)控制，可通過(guò)STC89C52單片機實(shí)現。
4.系統軟件部分的組成及功能
軟件部分主要包括操作系統模塊，車(chē)輛排隊長(cháng)度檢測模塊以及紅綠燈智能控制模塊。
�。�1）操作系統模塊
在對所實(shí)現的功能和硬件設備進(jìn)行初步研究后，擬選用效率高，內核更新速度快，具有良好的穩定性和強大的網(wǎng)絡(luò )功能的Linux系統作為本系統的操作系統。
�。�2）車(chē)流量檢測模塊
車(chē)輛排隊長(cháng)度檢測模塊的主要功能是從攝像頭獲取路口車(chē)輛排隊圖像，通過(guò)圖像處理得到對應方向的車(chē)輛排隊長(cháng)度，以此反映路口處待通過(guò)的車(chē)流量，并將獲得的參數傳遞給紅綠燈智能控制模塊。其流程如圖所示1。
A.載人圖像。該模塊人口參數為需要進(jìn)行處理的相鄰兩偵圖像，處理器從攝像頭捕獲的視頻流中截取相鄰兩幅圖像進(jìn)行后續處理。
B.圖像預處理。從攝像頭獲取的圖像需要先將其灰度化減小數據量以便于處理，然后要對其進(jìn)行平滑處理以達到去噪效果。
C.圖像分割�？紤]需要進(jìn)行圖像處理的部分以外的區域會(huì )增加計算量，而且會(huì )對像素統計產(chǎn)生影響，因此，在處理之前首先要確定需處理部分圖像，對預處理的圖像進(jìn)行分割。
D.車(chē)輛運動(dòng)檢測。由于系統需要確定停止車(chē)輛的排隊長(cháng)度，車(chē)輛運動(dòng)檢測可以通過(guò)一定的方法確定車(chē)輛是否在運動(dòng)，因此對車(chē)隊進(jìn)行運動(dòng)檢測可初步判停止車(chē)隊的隊尾位置。
�。�3）信號燈智能控制模塊
信號燈智能控制模塊的主要功能是從車(chē)輛排隊長(cháng)度檢測模塊中獲取各個(gè)方向車(chē)輛排隊長(cháng)度信息，匯總后計算出合適的紅綠燈時(shí)長(cháng)并進(jìn)行調節。
三、國內外研究現狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)
信號燈智能控制系統在美、歐、日等發(fā)達國家和地區研究起步較早，關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)也已取得突破性進(jìn)展，并在重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域大規模應用。而我國對城市信號燈控制系統的分析與研究工作起步比較晚，在大部分城市中信號燈系統都是事先預設好紅綠黃燈的顯示時(shí)間，大部分情況下固定不變。
其中有美國研發(fā)的RHODES系統，設計了一種有效的交通自適應信號控制系統模型，通過(guò)傳感器監測交通網(wǎng)絡(luò )中的交通設施情況，然后預測當前的交通流量和將來(lái)的交通流量，并使用優(yōu)化算法來(lái)決定用于下一次交通信號控制周期的最佳方案。除此之外，澳大利亞的SCATS系統，英國的TRANSYT系統和SCOOT系統。
設計不足的是，通過(guò)地下車(chē)輛感應系統獲取得到車(chē)流量精度較低，易受周?chē)h(huán)境的干擾。而攝像頭具有成本低，可處理性強，精度高等優(yōu)點(diǎn)，所以在智能交通信號燈技術(shù)的發(fā)展和完善中，利用攝像頭拍攝路況圖像進(jìn)行圖像處理以獲取車(chē)流量將成為主要研究方向。
四、創(chuàng )新點(diǎn)
1.減少成本，簡(jiǎn)化安裝
信號燈智能控制系統對車(chē)來(lái)流量的統計使用了視頻圖像處理技術(shù)，與已經(jīng)投入使用的空氣管道檢測、波頻檢測和磁感應檢測等技術(shù)相比安裝成本低、支持多車(chē)道檢測、檢測設備可以隨時(shí)移動(dòng)位置、可以滿(mǎn)足數據采集的不斷變化，檢測范圍大。對于其硬件的安裝和維修，無(wú)需關(guān)閉車(chē)道，無(wú)需破壞路面，這樣避免因安裝和維修而帶來(lái)的交通堵塞，并降低維修費用。
2.可擴展性強
A.由于利用攝像頭對車(chē)流量處理，可在技術(shù)成熟后將路口人流情況考慮其中。
B.通過(guò)攝像頭可識別一些特殊車(chē)輛如救護車(chē)和消防車(chē)等，并做出合理調節使得特殊車(chē)輛能夠快速少阻礙通行。
C.可以將紅綠燈處控制模塊部分收集到的實(shí)時(shí)車(chē)流信息發(fā)送至交通監管中心，由監管中心將信息進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布以方便人們合理選擇出行路線(xiàn)。
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