一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法与流程

1.本发明涉及机器视觉技术领域，具体涉及一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法。


背景技术：

2.智慧城市其本质是利用先进的信息技术和通信技术，以实现城市的智慧式管理和运行，其中交通管理是智慧城市的重点关注领域，现有通过地埋式交通信号灯对路口的交通情况进行指挥，其埋设在道路的路面上，其不易受损，能提前告知机动车驾驶人前方道路交叉口道路交通信号灯的信号显示情况以及更高效的提醒行人过街安全。
3.信号交叉口是城市道路交通的主要延误点，城市交叉口拥堵问题已经成为制约经济发展和城市建设的聚焦所在，由于地埋式交通信号灯无法显示剩余时长，且在一些车流量较大的路口，信号灯的时长较为固定，无法根据实时车流量进行及时调整，会导致该路口出现交通拥堵的情况，而通过人工对信号灯进行控制的方法无法准确将信号灯调整到合适的时长，且路口各个方向上车流量的多少不是固定的，调整后会导致一个方向上的绿灯时长过长，当该方向上车流量减小，另一个方向上车流量增多时，调整后的交通信号灯反而会导致另一个方向上的车辆拥堵，导致需要交警进行指挥，消耗人力的同时无法解决路口拥堵问题。
4.因此本发明提出了一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，通过路口历史车流量结合实时交通流量信息进行分析，实现自适应控制信号灯时长，从而解决路口的拥堵问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，以解决现有的问题，包括：采集历史时间段内目标路口通车信息；根据车辆通过目标路口所用时长建立目标路口通车时长的权重集合；采集目标路口红灯结束前的滞留车辆数，预测目标路口同一方向通车时长；根据目标路口预测通车总时长以及每个方向上的预测通车时长设定对应方向上绿灯时长；获取设定绿灯结束后未通过滞留车辆数，并实时采集下个红灯结束前目标路口的新增滞留车辆数，更新目标路口两个方向上的预测通车时长并实时更新对应方向上的绿灯时长。
6.根据本发明提出的技术手段，通过采集目标路口的历史通车信息作为权重，并结合目标路口当前通车信息进行通车时长的预测，能够得到更加符合目标路口行车状况的预测结果，进而根据预测结果对每个方向上的绿灯时长进行调整，并进行实时更新，能够根据路口的实时通车信息变化情况进行信号灯的调整，能够使信号配时合理、协调，同时有效的调节交通流、提高人员和货物的运输环境，能够很好的解决交通拥堵现象。
7.本发明采用如下技术方案，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，包括：目标路口历史通车信息采集；包括采集历史时间段内目标路口的通车信息，所述
通车信息包括车辆类型、目标路口车辆行驶方向、目标路口的平均通车速度以及目标路口每个方向上通过的车辆数。
8.建立目标路口通车时长的权重集合；根据目标路口的通车信息获取目标路口的每个方向上各个类型车辆通过目标路口的平均时长，根据目标路口的每个方向上各个类型车辆通过目标路口所用的平均时长建立目标路口各个方向上通车时长的权重集合。
9.预测目标路口通车时长；采集当前目标路口上一个信号周期的红灯结束前每个方向上的滞留车辆数，根据目标路口各个方向上通车时长的权重集合以及当前目标路口的滞留车辆数预测目标路口每个方向的通车时长，分别获取目标路口各个方向上的预测通车时长。
10.获取目标路口绿灯时长；获取目标路口的预测通车总时长，根据目标路口的预测通车总时长以及每个方向上的预测通车时长设定目标路口每个方向的绿灯时长。
11.目标路口绿灯时长更新；采集下一个信号周期的红灯结束前目标路口每个方向上的滞留车辆数，根据下一个信号周期目标路口每个方向上的滞留车辆数更新对应方向上的预测通车时长，根据更新后目标路口每个方向上的预测通车时长对对应方向上的绿灯时长进行实时更新。
12.进一步的，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，获取目标路口的每个方向上各个类型车辆通过目标路口的平均时长的方法为：将目标路口的通行车辆分为大型车和小型车；获取历史时间段内各个类型车辆的行驶方向、平均通车速度、以及通过目标路口的车辆数；所述各个类型车辆的行驶方向包括直行和左转；根据历史时间段内各个类型车辆的平均通车速度以及通过目标路口的车辆数计算目标路口的每个方向上各个类型车辆通过目标路口的平均时长；分别统计各个类型车辆直行通过目标路口和左转通过目标路口的平均时长。
13.进一步的，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，建立目标路口各个方向上通车时长的权重集合为：小型车直行通过目标路口所用时长为，小型车左转通过目标路口所用时长为；大型车直行通过目标路口所用时长为，大型车左转通过目标路口所用时长为；建立目标路口每个方向上通车时长的权重集合为：。
14.进一步的，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，预测目标路口每个方向的通车时长的方法为：将信号灯从红灯开始至绿灯结束之间的时长作为一个信号周期；采集目标路口上一个信号周期内红灯结束前同一方向的左转道路上的滞留车辆数；根据目标路口通车时长的权重集合以及同一方向上各个车道的滞留车辆数预测目标路口每个方向的通车时长。
15.进一步的，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，设定目标路口每个方向的
绿灯时长的方法为：根据目标路口两个方向上的预测通车时长之和得到目标路口的预测通车总时长；设定目标路口的最大绿灯时长以及最小绿灯时长；根据目标路口的最大绿灯时长、每个方向上的预测通车时长以及目标路口的预测通车总时长设定路口每个方向上的绿灯时长。
16.进一步的，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，对对应方向上的绿灯时长进行实时更新的方法为：统计上一个信号周期内设定的绿灯结束后目标路口对应方向上的未通过滞留车辆数；采集下一个信号周期内红灯结束前目标路口对应方向上的滞留车辆数；根据上个信号周期内的未通过滞留车辆数和下一个信号周期内目标路口的滞留车辆数计算目标路口的滞留率；根据目标路口的滞留率对目标路口下一个信号周期内每个方向上的绿灯时长进行更新。
17.进一步的，一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法，对对应方向上的绿灯时长进行实时更新之后，还包括：设定目标路口每个方向上绿灯的最大时长和最小时长；当更新后目标路口对应方向上的绿灯时长大于设定的最大时长时，将设定的最大时长最为更新后目标路口对应方向上的绿灯时长；同理，当更新后目标路口对应方向上的绿灯时长小于设定的最大时长时，将设定的最小时长最为更新后目标路口对应方向上的绿灯时长。
18.本发明的有益效果是：根据本发明提出的技术手段，通过采集目标路口的历史通车信息作为权重，并结合目标路口当前通车信息进行通车时长的预测，能够得到更加符合目标路口行车状况的预测结果，进而根据预测结果对每个方向上的绿灯时长进行调整，并进行实时更新，能够根据路口的实时通车信息变化情况进行信号灯的调整，能够使信号配时合理、协调，同时有效的调节交通流、提高人员和货物的运输环境，能够很好的解决交通拥堵现象。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例的一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法结构示意图；图2为本发明实施例中采集的车道信息示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示，给出了本发明实施例的一种地埋式交通信号灯的自适应控制方法结构示意图，包括：101.目标路口历史通车信息采集，包括采集历史时间段内目标路口的通车信息，所述通车信息包括车辆类型、目标路口车辆行驶方向、目标路口的平均通车速度以及通过目标路口的车辆数。
23.本发明所针对的情景为：定时的信号配时会造成交叉路口频繁的绿灯空放或二次排队产生交通拥堵，本发明通过处理采集的交叉路口图像，获得个车道的车流量信息，进而对各方向道路上的车辆特征分析，确定南北方向与东西方向的红灯与绿灯的时间关系。
24.交叉路口在不同时段的车流量信息是不同的，且城市中交通车辆种类繁多，不同种类的车辆面积不同，因而所占的道路空间，行驶速度都有很大差别，各类型的车辆通过交叉路口所花费的时间是不相同的，以及直线和左转用时也是不同的，本发明根据交规和各车道的车辆特征，计算绿灯放行的时间,实时优化调整红绿灯的时间，实现地埋式交通信号灯的自适应控制。
25.本发明选取一交叉路口作为目标路口，利用监控设备或传感器设备采集不同时段该交叉路口四个方向上的道路图像，由于交通监控摄像的位置是固定不变的，同时车道线也是固定不动的，所以车道线在交通监控图像中的位置也是固定不变的，在外部环境良好且车道上无遮挡物时，使用hough直线检测确定一个单车道。
26.如图2所示，一般的十字交叉路口中有12个车道，其中有4个车道在无特殊提示的情况下是可以直接右转向的，不需要交通灯的指挥，故不考虑，因此本发明采集剩下的直行和左转共8个车道的信息，图中11，12为南北方向上的直行车道，21，22为南北方向上的左转车道；31，32为东西方向上的直行车道，41，42为东西方向上的左转车道。
27.本方案使用分时段控制的方式，根据交通流量的高峰和低谷把一天分成不同的时段，不同的时段执行不同的配时方案，根据相机采集的方式和车辆的出行时间，统计每天7时至19时的车流量信息，调整交通信号灯的周期，剩余的晚间时间信号灯为定时控制，不做自适应控制。
28.本发明统计以往某一天7时至19时中每一个信号灯周期内车辆通过交叉路口的平均通车时间v，其表示统计一个信号灯周期内每一辆车从路口一侧停车线到完全通过另一侧停车线所用的时间，用每辆车的用时之和除以通车数量，获得单个信号周期内的平均通车时间v，当车道的车流量越大时v值越大。
29.由于一周中周内和周末的车流量信息差别很大，本发明选取以往某一周内周一至周五的五天时间，统计这五天内同一时刻的信号灯周期内的平均通车时间v，计算均值。
30.以7时至19时为横轴，步长为单个信号灯周期，单个信号灯周期指各种灯色轮流显示的一个完整的过程，以周内各信号灯周期内的平均通车时间的均值为纵轴，建立平面坐标系，以此数据拟合一条平滑的波动曲线，获取曲线上最大值和最小值点的纵坐标和，以一条直线分割曲线，以直线与曲线的交点的为分割点，在坐标系上纵向分割，其线段在直线上的区间对应的横坐标，即时间时刻为车流量高峰
时段，剩余区间时段为车流量非高峰时段，至此完成周内的车流量时段分割，同理获得周末的车流量时段分割。
31.城市中交通车辆种类繁多，大型的客车、货车、小型的小汽车、摩托车等，不同类型的车辆通过交叉路口所花费的时间是不相同的，本方案根据获取的车辆信息，将其分为小型车和大型车，车辆长度小于4.5米的为小型车，大于4.5米的为大型车。
32.102.建立目标路口通车时长的权重集合，根据目标路口的通车信息获取各个类型车辆在对应行驶方向上通过目标路口所用时长，根据各个类型车辆通过目标路口所用时长建立目标路口通车时长的权重集合。
33.周内路口车流量高峰时段内每辆小型车直行所花费的时间，取均值为；每辆大型车直行所花费的时间，取均值为；每辆小型车左转所花费的时间，取均值为；每辆大型车左转所花费的时间，取均值为。然后对这组数据进行归一化操作，获得其权重集合。
34.同理可获得周内非高峰时段各类型车辆及行驶方向的权重集合，以及周末高峰时段和非高峰时段内的各类型车辆及行驶方式的权重集合。
35.获取各个类型车辆通过目标路口所用时长的方法为：将目标路口的通行车辆分为大型车和小型车；获取历史时间段内各个类型车辆的行驶方向、平均通车速度、以及通过目标路口的车辆数；所述各个类型车辆的行驶方向包括直行、左转和右转；根据历史时间段内各个类型车辆的平均通车速度以及通过目标路口的车辆数计算各个类型车辆通过目标路口所用时长；分别统计各个类型车辆直行通过目标路口所用时长和左转通过目标路口所用时长。
36.根据各个类型车辆通过目标路口所用时长建立目标路口通车时长的权重集合为：小型车直行通过目标路口所用时长为，小型车左转通过目标路口所用时长为；大型车直行通过目标路口所用时长为，大型车左转通过目标路口所用时长为；目标路口通车时长的权重集合为：。
37.103.预测目标路口通车时长，采集当前目标路口红灯结束前每个方向上的滞留车辆数，根据目标路口通车时长的权重集合以及当前目标路口的滞留车辆数预测目标路口每个方向的通车时长，分别获取目标路口两个方向上的预测通车时长。
38.预测目标路口每个方向的通车时长的方法为：将信号灯从红灯至绿灯结束之间的时长作为一个信号周期；采集目标路口上一个信号周期内红灯结束前同一方向的左转道路上的滞留车辆数；根据目标路口通车时长的权重集合以及同一方向的左转道路上的滞留车辆数预测目标路口每个方向的通车时长。
39.本发明以周内车流量高峰时段第i个信号周期为例，起始为东西方向为红灯，统计红灯转绿灯前两秒内路口即将通过的车辆数；利用传感器或摄像头等采集装置获取东边直
行车道上的小型车数量和大型车数量，以及左转车道的小型车数量和大型车数量，再获取西边直行车道上的小型车数量和大型车数量，以及左转车道的小型车数量和大型车数量。
40.已知我国的交通规则是转弯要让直行，因此向西北出行的车辆要全部通过交叉路口的预测时长为：其中和分别为周内高峰时段第i个信号周期内小型车向西直行出发的车数和通行时间权值，相应的和分别为大型车向西直行出发的车数和通行时间权值，和分别为小型车向北左转出发的车数和通行时间权值，和分别为大型车向北左转出发的车数和通行时间权值。
41.同理可获得向东南出行的车辆要全部通过交叉路口的预测时长为，比较和的大小，取大的值表示周内高峰时段第i个信号周期内东西方向全部车辆通行预测的绿灯时长为。
42.同理可获得周内高峰时段第i-1个信号周期内南北方向全部车辆通行预测绿灯时长为。
43.104.获取目标路口绿灯时长；获取目标路口的预测通车总时长，根据目标路口两个方向上的预测通车总时长以及每个方向上的预测通车时长获取目标路口对应方向上的绿灯时长。
44.获取对应方向上的绿灯时长的方法为：根据目标路口两个方向上的预测通车时长之和得到目标路口的预测通车总时长；设定目标路口的最大绿灯时长以及最小绿灯时长；根据目标路口的最大绿灯市场、每个方向上的预测通车时长以及目标路口的预测通车总时长获取目标路口每个方向上的绿灯时长。
45.周内高峰时段第i个信号周期内，相机拍摄范围内所有车辆通过交叉路口所需的时间为：本发明中设定单向绿灯放行时间最长为120秒，根据确保行人过街的安全时间，设定单向绿灯放行时间最短为23秒。
46.由此获得周内高峰时段第i个信号周期内东西方向的绿灯放行时间和南北方向的绿灯放行时间分别为和，计算公式如下：，计算公式如下：
其中和分别表示周内高峰时段第i个信号周期内东西和南北方向上实际所需的通行时长，表示此信号周期所有车辆的预测通行总时长。
47.105.目标路口绿灯时长更新，统计设定的绿灯时长结束后未通过目标路口的滞留车辆数，并实时采集下个红灯结束前目标路口的滞留车辆数，根据目标路口的未通过滞留车辆数以及新增滞留车辆数更新目标路口两个方向上的预测通车时长，根据更新后的目标路口两个方向上的预测通车时长对对应方向上的绿灯时长进行实时更新。
48.当此信号周期内通行完后，统计周内高峰时段第i+1个信号周期内的滞留车辆，即第i个信号周期内检测到的车辆在其绿灯放行时间内未能通过的车辆，若无滞留车辆则采集东西南北方向上下个信号周期内的滞留车辆。
49.若有滞留车辆，计算周内高峰时段第i+1个信号周期起始的东西方向上所有车辆全部车辆通行所需的绿灯时长为，然后计算该信号周期内滞留车辆全部通行所需的绿灯时长为，获得东西方向上的车辆滞留率r为：然后计算周内高峰时段第i+1个信号周期内东西方向的绿灯放行时间，由于最大绿灯时长为120秒，故绿灯补时的时长p为：其中r为车辆滞留率，120为最大绿灯时长，为该周期内东西方向无滞留车辆时所需的绿灯放行时间。
50.由此获得周内高峰时段第i+1个信号周期内有滞留车辆时的东西方向的绿灯放行时间为：其中为该周期内东西方向无滞留车辆时所需的绿灯放行时间，p为绿灯补时时长。
51.同理获得周内高峰时段第i+1个信号周期内有滞留车辆时的南北方向的绿灯放行时间为。
52.对对应方向上的绿灯时长进行实时更新的方法为：统计上一个信号周期内设定的绿灯结束后未通过目标路口左转道路上的滞留车辆数；采集下一个信号周期内红灯结束前目标路口左转道路上的滞留车辆数；根据上个信号周期内左转道路上的未通过滞留车辆数和下一个信号周期内目标路口左转道路上的滞留车辆数计算目标路口的滞留率；根据目标路口的滞留率对目标路口下一个信号周期内每个方向上的绿灯时长进行更新。
53.对对应方向上的绿灯时长进行实时更新之后，还包括：设定目标路口每个方向上绿灯的最大时长和最小时长；当更新后目标路口对应方向上的时长大于设定的最大时长时，将设定的最大时长最为更新后目标路口对应方向上的时长；同理，当更新后目标路口对应方向上的时长小于设定的最大时长时，将设定的最小时长最为更新后目标路口对应方向上的时长。
54.由此获得周内高峰时段的信号灯配时方式，同理根据周内非高峰时段和周末高峰时段和非高峰时段内的各类型车辆及行驶方式的权重集合，获得其信号灯配时方式，至此确定每天各信号周期内南北方向与东西方向的绿灯放行时间，进一步可通过信号灯的联动感应实现地埋式交通信号灯的自适应实时控制。
55.根据本发明提出的技术手段，通过采集目标路口的历史通车信息作为权重，并结合目标路口当前通车信息进行通车时长的预测，能够得到更加符合目标路口行车状况的预测结果，进而根据预测结果对每个方向上的绿灯时长进行调整，并进行实时更新，能够根据路口的实时通车信息变化情况进行信号灯的调整，能够使信号配时合理、协调，同时有效的调节交通流、提高人员和货物的运输环境，能够很好的解决交通拥堵现象。
56.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。