针对行人聚集区的智能交通信号灯控制装置的制作方法

本实用新型涉及信号灯领域，具体是一种智能交通信号灯控制装置。该装置是基于树莓派和STM32单片机控制的智能交通信号灯。

背景技术：

当今时代科技飞速发展，交通问题日趋严重，出行安全和出行效率与人们的生活息息相关。在一些以行人为主导的路口，有时行人多车少却行人红灯很长，导致行人集体闯红灯，有时行人少却频频要求车辆停止让行人通过，一些司机见没人便会闯红灯，往往危险就在这一刻发生。普通红绿灯不能智能调节，而在所有路口投入人力又浪费人力物力，而且不能准确的估计现场情况，更无法保证行人又安全又有效率的出行。

在近三年里智能交通信号灯如雨后春笋般出现了很多，如中国专利CN205857083U公开的一种信号灯控制系统,包括信号灯本体和人行道拦截升降栏，人行道拦截升降栏沿着人行道宽度方向分布。但该控制系统只是控制了行人的走动方向，并没有根据人流与车流调节信号灯的时间分配，并没有改变红绿灯本身的控制。还有些智能交通信号灯设置了信号灯时间调节，但仅是根据车流量并没有考虑行人的等候时间与通过率。比如中国专利CN105679050A公开了一种智能交通信号灯，该系统中地感线、PLC控制器、计算机处理系统和信号灯,地感线和信号灯分别与PLC控制器连接,然后该系统根据车流量大小自动调整时间,使少车或无车方向时间自动变短,多车方向时间自动变化。但该系统未考虑行人聚集区等候时间，在学校、商场等行人聚集区并不通用，不能解决由行人带来的交通问题。与此同时在雾霾天气、阴雨天气灯恶劣天气条件下，摄像头图像识别系统不能正常工作导致交通秩序混乱，由此导致很多交通事故的发生。还有在行人大量聚集的特殊地区会经常出现行人乱闯红灯的现象，例如景区游客众多，常常信号灯并不能控制大量人流与车流的协调，导致交通混乱现象十分严重。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种针对行人聚集区的智能交通信号灯控制装置。该装置通过地下监测模块、信号显示模块和拦截模块等器件的设置，利用摄像头等采集行人和车辆两方面的信息，单片机实时调整路权分配，并与其它相关硬件配合，改进现行的红绿灯系统。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种针对行人聚集区的智能交通信号灯控制装置，该装置的组成包括供电模块、图像采集模块、控制决策模块、地下监测模块、信号显示模块和拦截模块；其中，供电模块分别与图像采集模块、控制决策模块相连；图像采集模块、地下监测模块、信号显示模块、拦截模块分别与控制决策模块相连；

所述的供电模块包括太阳能板和蓄电池，太阳能板连接蓄电池；

所述的图像采集模块包括舵机和摄像头，将舵机装在摄像头之上；

所述的地下检测模块包括地磁线圈、压力传感器、地磁线圈感应器和压力传感器放大器，地磁线圈和地磁线圈感应器相连，压力传感器和压力传感器放大器相连；

所述的信号灯显示模块包括信号灯系统和倒计时显示屏；

所述的拦截模块包括相互独立的机械拦截模块和语音拦截模块；其中，机械拦截模块具体为红外线感应器和落杆装置；语音拦截模块具体为M3语音报警装置，设置在行人红绿灯的灯杆上；

所述的控制决策模块包括相互独立的STM32单片机和树莓派控制器；其中，STM32单片机连接舵机，树莓派控制器分别连接摄像头、地磁线圈感应器、压力传感器放大器、信号灯系统、语音拦截模块和机械拦截模块。

所述的地磁线圈每组长度为5～9米，横向埋设在路面之下，相邻两组线圈的间隔为3～5米；地磁线圈总计30～40组，每组地磁线圈末端连接一个地磁线圈感应器；所述的压力传感器位于人行道靠近便道一侧的地下，分布区域为边长与人行横道宽度相同的正方形，压力传感器为五个，四个分布在正方形的四角，一个在正方形的中心，每个压力传感器与一个压力传感器放大器相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的装置可以解决信号灯不能控制大量人流与车流的协调而导致的交通秩序混乱等问题。在天气不好的情况下，地下监测模块会检测到车辆和人流，在有车辆通过时，通过语音拦截模块和机械拦截模块防止行人通过。在景区游客众多时，地下监测模块也可在此时监测到车辆通过，然后语音拦截模块和机械拦截模块尽可能阻止游客乱行闯红灯。在很多类似的情况下，本装置相比其他交通灯体现出极大的优越性。装置获取的数据除了车辆信息外还包括行人数量信息，在原有基础上充分保证了行人的出行效率和安全，避免了行人这一重要交通元素被忽略而导致的一系列问题。

附图说明

图1本实用新型智能交通信号灯系统结构图。

图2本实用新型智能交通信号灯装置工作流程图。

图中，1-供电模块、2-图像采集模块、3-控制决策模块、4-地下监测模块、5-信号显示模块、6-拦截模块。

具体实施方式

图1所示实施例表明，本实用新型智能交通信号灯装置的组成包括供电模块1，图像采集模块2，控制决策模块3，地下监测模块4，信号显示模块5和拦截模块6。其中，供电模块1分别与图像采集模块2、控制决策模块3相连，供电模块1采用光伏发电为图像采集模块2和控制决策模块3提供电能；图像采集模块2，地下监测模块4，信号显示模块5，拦截模块6分别与控制决策模块3相连。当天气好，光线充足时，图像采集模块2为控制决策模块3传递信号；当大雨大雾，能见度特别低时，切换地下监测模块4为控制决策模块3传递信号，控制决策模块3经过最优决策后将信号传递给信号显示模块5和拦截模块6。信号显示模块5为显示信号灯及其倒计时秒数。拦截模块6是语音拦截模块和机械拦截模块组成，当有人强行闯红灯时，才会触发此模块，进行语音警告和落杆拦截。

所述的供电模块包括太阳能板和蓄电池，太阳能板连接蓄电池，蓄电池为图像采集模块3和控制决策模块3中的元件供电。

所述的图像采集模块包括舵机和摄像头，将舵机装在摄像头之上。

所述的地下检测模块包括地磁线圈、压力传感器、地磁线圈感应器和压力传感器放大器，地磁线圈和地磁线圈感应器相连，压力传感器和压力传感器放大器相连。

所述的信号灯显示模块包括信号灯及倒计时显示屏。

所述的拦截模块包括相互独立的机械拦截模块和语音拦截模块；其中，机械拦截模块6具体为红外线感应器以及由其触发的落杆装置，其中，红外感应器位于人行横道和便道的交汇处，落杆装置位于人行横道前；语音拦截模块具体为M3语音报警装置，设置在行人红绿灯的灯杆上；

所述的控制决策模块包括相互独立的STM32单片机和树莓派控制器；其中，STM32单片机连接舵机，树莓派控制器分别连接摄像头、地磁线圈感应器、压力传感器放大器、信号灯系统、语音拦截模块和机械拦截模块。

其中，地磁线圈的铺设方式如下：

以10米宽马路为例，其余宽度按比例推算即可。

地磁线圈的尺寸为长9米，宽80-100厘米，线圈长边与便道垂直且与马路边的距离为30-50厘米，总长度为120米左右。在路上的切槽为宽度3-5毫米，深度40-50毫米。切槽宽度和深度要求均匀一致，在线圈周围50厘米内不能有金属，1米范围内不能有220V供电线路。沿着汽车行进方向每隔三米放置一组地磁线圈。并在每组地磁线圈末端串联安装各自独立的感应器，接入树莓派控制器。

压力传感器位于人行道靠近便道一侧的地下，布置区域为边长与人行横道宽度相同的正方形，在区域内采取五点取样法，每个传感器与传感器放大器相连，再连接到树莓派控制器上。

图2所示实施例表明，本实用新型智能交通信号灯装置的具体工作过程是：

(1)初始化：系统进入工作状态，检查各个部分连接情况和初始化情况，检查无误后，进入(2)。

(2)图像采集模块：图像采集模块采用摄像头采集信息，用opencv自带人脸检测标准和车辆检测标准进行检测，对采集到的信息进行实时处理，返回给控制决策模块两个量。若无法识别人脸及车辆，则进行步骤(3)。

(3)地下监测模块：地下监测模块采用地磁线圈及压力传感器采集信息。在交通灯外地下等间距放置地磁线圈，当汽车通过时地磁线圈产生的信号传递给地磁线圈感应器，再将此信号传递给控制决策模块。在信号灯附近利用五点法放置压力传感器从而估算出等待行人的数量，将得到的信号传递给压力传感器放大器，压力传感器放大器再将其信号传递给控制决策模块。

(4)控制决策模块：决策根据预先设定好的信息进行处理，依据设定信息以及得到的量选择出最优的时间。然后根据该控制决策信号显示模块及拦截模块。

(5)信号显示模块：根据接受到的决策对信号灯显示系统进行控制，主要包括两部分，红绿灯的颜色控制部分和计时器的倒数计时显示部分。

(6)拦截模块，该部分由语音拦截模块和机械拦截模块组成。当行人红灯时，红外线感应器检测到有行人将要过马路，则语音拦截模块进行提醒，同时机械拦截模块也将落下杆进行阻止，当绿灯时，语音拦截模块报警停止，机械拦截模块也将收起杆。

由此完成对路口的控制，从根本上解决行人闯红灯问题。

以上步骤实施涉及的软件或协议，以及相关单片机的指令设置、图像识别技术属于现有技术。

实施例1

本实用新型智能交通信号灯装置包括信号灯、摄像头、地下监测器和控制器，其特征在于该装置将1-供电模块分别与2-图像采集模块和3-控制决策模块相连，分别将2-图像采集模块、4-地下监测模块、5-信号显示模块和6-拦截模块连接在3-控制决策模块上。其中所述1-供电模块通过光伏发电为蓄电池提供所需电能，太阳能电池板为中四角单晶太阳能电池板，蓄电池为叮东12V8AH蓄电池；所述2-图像采集模块具体为海康威视DS-2CE16C3T-IT3摄像头，STM32F103单片机；所述3-控制决策模块采用树莓派控制器；所述4-地下监测模块具体为SZZN地磁线圈，SZZN VD_110地感线圈车辆监测器，昆仑精测DYLY-102拉压力传感器；所述5-信号显示模块采用奥讯JXZ450/2-40-RYG-2C显示屏；所述6-拦截模块具体为M12激光对射红外线感应器，落杆装置，M3语音报警装置。

该装置预留太阳能板为蓄电池充电，使用蓄电池为整个系统供电，即系统使用太阳能进行工作的功能，实现了环保低碳的理念。在装置内部，通过STM32控制舵机进行摄像头的旋转，以使用对准不同区域采集相关信息。在正常天气下通过摄像头对人的身形进行识别，从而统计出人数。这种统计方法准确而简便，既避免了等待行人分散性的影响，又适应了小初高学生不带手机无法进行GPS统计人数的环境，而且在不限制等待行人活动的区域的条件下，准确的统计出人数。同时摄像头对车流数量进行统计，然后将统计出的车流信号传递给树莓派中的控制决策模块。在雨、雪、雾、霾天气时，摄像头识别能力下降，采用采用压力传感器进行等待行人数量的检测，用地磁线圈来进行车流数量的检测，同样，将数据传输给控制决策模块。控制决策模块将收到的车辆和行人数量整合，经过测算最终得出最佳决策，分配交通灯时间。如果有行人闯红灯，语音拦截模块将发出声音提醒闯红灯者，机械拦截模块将升起栏杆拦截闯红灯者，以保证行人的安全。同时，预留一个手持控制终端，当路口拥堵由交警进行管理时，系统优先根据手持终端发出的指令控制交通信号灯，完成人机结合控制。将路权分配公平最大化，适应车流与人流的交通规律，真正的减少中国式过马路，降低交通事故率，同时达到交通运输的高效率。

本实用新型未尽事宜为公知技术。