专利名称：一种交通信息采集装置及方法
技术领域：
本发明涉及城市道路交通信息采集与应用领域，特别是一种基 于无线视频传感网的交通信息采集装置及方法。
背景技术：
交通信号控制机需要根据相邻几个路口范围内的交通信息预测 各方向车辆的到达情况，以优化各个相位的放行时间。交通信号控 制器对这些信息的实时性要求较高，并且这些信息一般无法通过单 个采集节点设备获得。目前应用的交通信息采集装置一般是以单点 方式工作的，节点设备之间互相独立，每个节点设备独立地分析采 集范围内的交通流信息，节点设备本身不能将局部信息合成更大范 围内的信息。专利"车流量线圈检测系统及其方法"(申请号 200510110607.6)和专利"公路网交通信息采集统计系统"(申请号 200610048247.6)，可以将单个节点设备采集的信息合成大范围内的 交通信息，但需要各个节点设备将局部信息通过GPRS网络发送到 处理中心，由处理中心统一进行处理。这样做需要建设统一的处理 中心，增加了实施的难度，还会带来网络通信和信息处理的延时， 影响信息的实时性。
因此，需要采集交通信息的节点设备间有更加灵活的组网方式， 以满足交通信号控制机对一定区域范围内交通信息的实时性要求。 另外，交通路网的范围很广，如果节点设备之间采用有线通信方式 的话，不但网络结构不灵活，系统不容易扩展，而且通信线路的铺 设也需要额外的工程量，影响正常的交通流。
发明内容
为了解决现有技术的节点设备覆盖范围小，整体信息的实时性
4差，网络结构不灵活，系统不容易扩展的问题，本发明的目的是提 出了一种基于无线视频传感网的交通信息采集装置。
本发明的装置由基于视频的多个交通信息的釆集节点设备组 成，这些节点设备依次安装在道路一侧，用于采集道路上的双向交
通流的信息；相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，可以构成 无线传感网；相邻节点设备的视野之间具有覆盖的重叠区域，用于 提供相邻节点设备间协作的时间和空间。
本发明装置的节点设备包括 一视频釆集模块具有一数据端与 处理模块连接，用于采集道路上的交通流视频； 一无线通讯模块， 具有一数据端和控制端分别与处理模块连接，其用于和相邻节点设 备进行通信，获取其它节点设备采集的交通信息，并将本节点设备 采集的交通信息发给其它节点； 一处理模块，具有两数据端和一控 制端，用于处理采集的交通流视频，并结合相邻节点设备的采集结 果，提取交通信息。
节点设备的视频处理板采用TMS320DM642处理器芯片；节点 设备的无线通讯模块支持Zigbee通信协议，节点设备之间可以构成 无线传感网。
本发明的装置采集交通信息的方法是通过相邻节点设备的交通 信息合成，最下游节点可以得到整体范围内的交通信息。本发明的 装置采集的交通信息包括道路的流量、占有率、平均速度和车辆的 运动轨迹。
本发明的装置采集道路流量、占有率、平均速度的方法是，在 每个采集周期，节点设备依次执行以下步骤
步骤301:通过无线通讯模块和上游节点设备进行通信，获取上 游节点设备采集的道路流量、占有率和平均速度交通信息A;
步骤302:分析处理视频采集模块采集的交通流视频，提取节点 设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B;
步骤303:将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的 合成结果C;
步骤304:判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游
5节点设备，则执行步骤305;如果当前节点没有下游节点设备，则交 通信息的合成结果C就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备 结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；
步骤305:将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节
点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。 本发明的装置采集车辆运动轨迹的方法是，节点设备依次执行
以下步骤
步骤501:从上游节点设备获取跟踪车辆V的运动轨迹D和特 征信息E;
步骤502:根据特征信息E在视野范围内定位车辆V; 步骤503:在视野范围内采集车辆V的运动轨迹，并将其加入运
动轨迹D，得到新的运动轨迹D';
步骤504:判断当前节点设备是否有下游节点设备，如果有下游 节点设备，执行步骤505，如果没有下游节点设备，运动轨迹D'就 是最终的运动轨迹，节点设备结束采集车辆运动轨迹的工作；
步骤505:更新车辆的特征信息E，得到特征信息E'，将运动 轨迹D'和特征信息E'发给下游节点，节点设备结束采集车辆运 动轨迹的工作。
本发明一种基于无线视频传感网的交通信息采集装置的有益效 果是使用本发明的这种装置能够克服现有技术实施的难度大、网 络结构不灵活、不能满足交通信号控制机对交通信息的实时性要求 的缺点。本发明能够获取单个采集点的交通流信息，而且能够及时 将相邻采集点信息合成，得到更大范围内的整体信息，并且采集点 之间可以通过无线方式直接通信，网络结构非常灵活，很容易扩展， 提高了交通信息的采集质量和实时性。
图1是本发明节点设备的硬件结构图。 图2是本发明节点设备的安装示意图。
图3是本发明在采集道路流量、占有率和平均速度信息时，节点设备的工作流程图。
图4是本发明在采集道路流量、占有率和平均速度信息时，节 点设备间传递的消息。
图5是本发明在采集车辆的运动轨迹信息时，节点设备的工作
流程图。
图6是本发明在采集车辆的运动轨迹信息时，节点设备间传递 的消息。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述 的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。 本发明的装置由多个基于视频的交通信息采集节点设备组成。
如图1交通信息采集节点设备的硬件结构图所示，节点设备包括
无线通讯模块101、数据线102、控制线103、处理模块104、接口 105、视频采集模块106;视频采集模块106采用CMOS摄像机，接 口 105采用USB接口 ，处理模块104采用TMS320DM642处理器芯 片；视频采集模块106通过USB接口 105和处理模块104相联，处 理模块104通过USB接口 105接收并处理视频采集模块106传来的 视频信号，提取视频采集模块106视野范围内的道路流量、占有率、 平均速度和车辆的运动轨迹信息。处理模块104还通过数据线102 和控制线103和无线通讯模块101相联。无线通讯模块101支持 Zigbee通信协议。通过无线通讯模块101，处理模块104可以和其 它节点设备进行通信，并形成无线传感网。
图2是装置中节点设备的安装示意图。在图2中，201是一条道 路，路边可安装多个节点设备，选择3节点设备示例，第一节点设 备202、第二节点设备203和第三节点设备204是依次安装在路边的 节点设备，图中标记205是用虚线画出的第二节点设备203的视野 范围，即第二节点设备的摄像机的监视范围205。节点设备在道路一 侧按顺序安装，相邻节点设备的视野之间有5 6米的重叠范围，第 二节点设备203和第一节点设备202的视野的重叠区域206，第二节
7点设备203和第三节点设备204的视野的重叠区域207。相邻的节点 设备之间以无线方式进行通信，所有的节点设备的工作流程是一样 的。节点设备可以采集道路上双向交通流的信息，下面我们为了描 述方便，以从左到右的交通流为例。在图2中，对于从左的到右的 交通流来说，第一节点设备202是第二节点设备203的上游节点设 备，第二节点设备203是第三节点设备204的上游节点设备。
本发明的装置采集交通信息的方法包括两部分内容， 一是采集 道路流量、占有率和平均速度信息的方法；二是采集车辆的运动轨 迹信息的方法。下面分别说明。
采集道路流量、占有率和平均速度信息的方法
图3是本发明在釆集道路流量、占有率和平均速度信息时，节 点设备的工作流程图，实例中的上游或下游节点设备是相对第二节 点设备203而言，所以当前节点设备是以第二节点设备203为例进 行说明的。在每个采集周期，节点设备依次执行以下步骤-
步骤301:通过无线通讯模块和上游节点设备进行通信，获取上 游节点设备采集的道路流量、占有率和平均速度交通信息A;
步骤302:分析处理视频采集模块采集的交通流视频，提取节点
设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B;
步骤303:将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的
合成结果C;
步骤304:判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游 节点设备，则执行步骤305;如果当前节点没有下游节点设备，则交
通信息的合成结果c就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备 结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；
步骤305:将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节
点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。
以图2中第二节点设备203为例，此时第一节点设备202为第 二节点设备203的上游节点设备，反之第二节点设备203也是第一 节点设备202的下游节点设备，第二节点设备203又是第三节点设 备204的上游节点设备，第三节点设备204又是第二节点设备203为下游节点设备。
图4是步骤301中第二节点设备203从上游第一节点设备202 获得的交通信息。第二节点设备203从上游第一节点设备202中获 得数据内容包括第一节点设备202合成的道路流量vl、占有率dl、 平均速度sl，以及采集范围的长度丄l。Zl的长度是按车道来计算的， 如果采集范围含有多个车道的话，长度￡1等于多条车道的长度之 和。
第二节点设备203在步骤302中通过分析视频采集模块采集的 交通流视频，提取视野范围内的道路流量v2，占有率&，平均速度 W。第二节点设备视野范围的长度丄2是在安装时设定的，￡2的长度 是按车道来计算的，如果视野范围中含有多个车道的话，长度丄l等 于多条车道的长度之和。
第二节点设备203在步骤303合成的交通信息包括道路流量v3， 占有率力，平均速度d和统计范围的长度￡3。合成过程的计算方 法如下
v3 = vl + v2 ; Z3 = " + Z2 ;
tB=-
Zl+Z2
，x vl +x v2
53 =-
vl + v2
第二节点设备203在步骤305传给下游第三节点设备204的消 息结构和图4一样，只是其中的包含的道路流量、占有率、平均速 度和统计范围的长度分别是v3、 W、 s3和Z3。
根据图3中的工作流程，最下游节点在每个周期会生成整体范 围内的道路流量、占有率和平均速度。
采集车辆的运动轨迹信息的方法图5是本发明在采集车辆运动轨迹时，节点设备的工作流程图。
以车辆v从左至右经过图2中节点设备203的视野范围205的过程 为例，在采集车辆运动轨迹的过程中，节点设备203会依次执行以 下步骤
步骤501:节点设备203从上游节点设备202获取跟踪车辆v 的运动轨迹D和特征信息E。当车辆v进入节点设备202和203的 视野范围的重叠区域206时，节点设备202以无线方式给节点设备 203发送图6所示的消息，消息中包括车辆v的特征信息E和运动 轨迹D。车辆v的特征信息E包括坐标、颜色直方图、三维尺寸。
步骤502:节点设备203根据特征信息E在自己的视野范围内定 位车辆v。节点设备203分析视频采集模块106采集的交通流视频， 根据特征信息E在区域206内识别车辆。在识别过程中，节点设备 203要考虑特征信息E从发送到正确接收有一定的延时，具体来说， 节点设备203接收的车辆v的坐标信息要加入一定的偏移，颜色直 方图和三维尺寸不用变。
步骤503:节点设备203在视野范围内采集车辆v的运动轨迹， 并将其加入运动轨迹D，得到新的运动轨迹D'。节点设备203正 确识别车辆v后，在视野范围205内采集车辆v的运动轨迹，并将 采集结果附加到车辆v的运动轨迹信息D中，得到新的运动轨迹 D'。
步骤504:当车辆a运动到节点设备203和节点设备204的视 野范围的重叠区域206时，节点设备203判断自己是否有下游节点， 如果有下游节点，执行步骤505，如果没有下游节点，新的运动轨迹 D'就是最终的运动轨迹，节点设备203结束采集车辆运动轨迹的工 作；
步骤505:节点设备203更新车辆v的特征信息E，得到特征信 息E'，将新的运动轨迹D'和新的车辆特征信息E'发给下游节点 204，从而节点设备204可以在自己的视野范围内继续采集车辆v的 运动轨迹，节点设备203结束采集车辆运动轨迹的工作。
根据图5中的工作流程，最下游的节点设备能够得到车辆的运动轨迹。
图6是图5中步骤501和步骤505中节点设备间通信的消息结 构，消息中包括跟踪车辆的特征信息E和跟踪车辆的运动轨迹信息 D两部分内容，跟踪车辆的特征信息E包括车辆的坐标、车辆的颜 色直方图、车辆的三维尺寸。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围 内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内， 因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种交通信息采集装置，其特征在于，由基于视频的多个交通信息的采集节点设备组成；包括多个节点设备依次安装在道路一侧，用于采集道路上的双向交通流的信息；所述相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，构成无线传感网；所述相邻节点设备的视野之间具有覆盖的重叠区域，用于提供相邻节点设备间协作的时间和空间。
2. 根据权利要求1所述交通信息采集装置，其特征在于，所述节点设备包括一视频采集模块具有一数据端与处理模块连接，用于采集道路 上的交通流视频；一无线通讯模块，具有一数据端和控制端分别与处理模块连接， 其用于和相邻节点设备进行通信，获取其它节点设备采集的交通信 息，并将本节点设备采集的交通信息发给其它节点设备；一处理模块，具有两数据端和一控制端，用于处理采集的交通 流视频，并结合相邻节点设备的采集结果，提取交通信息。
3. 根据权利1要求的交通信息采集装置，其特征在于，节点设 备的视频处理板采用TMS320DM642处理器芯片。
4. 根据权利1要求的交通信息采集装置，其特征在于，节点设 备的无线通讯模块支持Zigbee通信协议。
5. —种采集交通信息的方法，其特征在于，通过相邻节点设备 的交通信息合成，最下游节点可以得到整体范围内的交通信息。
6. 根据权利5要求的交通信息采集方法，其特征在于，所述节 点设备对道路流量、占有率、平均速度的采集是在每个采集周期， 节点设备依次执行以下步骤步骤301:通过无线通讯模块和上游节点设备进行通信，获取上 游节点设备采集的道路流量、占有率和平均速度交通信息A;步骤302:分析处理视频采集模块采集的交通流视频，提取节点 设备视野范围内的道路流量、占有率和平均速度交通信息B;步骤303:将交通信息A和交通信息B合成，生成交通信息的 合成结果C;步骤304:判断当前节点是否有下游节点，如果当前节点有下游节点设备，则执行步骤305，如果当前节点没有下游节点设备，则交通信息的合成结果c就是最终的整体范围内的交通信息，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作；步骤305:将交通信息的合成结果C发送给下游节点设备，节点设备结束本周期采集道路流量、占有率、平均速度的工作。
7.根据权利5要求的交通信息采集方法，其特征在于，釆集车辆运动轨迹的方法是，节点设备依次执行以下步骤步骤501:从上游节点设备获取跟踪车辆V的运动轨迹D和特 征信息E;步骤502:根据特征信息E在视野范围内定位车辆V; 步骤503:在视野范围内采集车辆v的运动轨迹，并将其加入运 动轨迹D，得到新的运动轨迹D';步骤504:判断当前节点设备是否有下游节点设备，如果有下游节点，执行步骤505，如果没有下游节点，运动轨迹D'就是最终的 运动轨迹，节点设备结束采集车辆运动轨迹的工作。；步骤505:更新车辆的特征信息E，得到特征信息E'，将运动 轨迹D'和特征信息E'发给下游节点，节点设备结束采集车辆运 动轨迹的工作。
全文摘要
本发明公开一种交通信息采集装置及方法，基于视频的多个交通信息采集的多个节点设备依次安装在道路一侧，用于采集道路上的双向交通流的信息；所述相邻的节点设备之间以无线方式进行通信，构成无线传感网；相邻节点设备的视野之间具有覆盖的重叠区域，用于提供相邻节点设备间协作的时间和空间。通过相邻节点设备的交通信息合成，最下游节点得到整体范围内的交通信息。节点设备之间通过Zigbee协议进行通信，通过相邻节点设备之间的协作，实现节点设备采集的交通信息到整体信息的合成。采集的交通信息包括道路流量、占有率、平均速度和车辆的运动轨迹。本发明的特点是，网络结构灵活，采集的交通信息范围广、实时性高。
文档编号G08G1/065GK101540104SQ20081010231
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者昕 乔, 刘建庚, 姚庆明, 朱凤华, 李镇江, 汤淑明, 王飞跃, 艾云峰, 黄武陵 申请人:中国科学院自动化研究所