本发明涉及城市智能交通控制领域，特别是一种基于单视频的城市道路交叉口自适应控制方法和装置。
背景技术
当前广泛使用的单交叉口控制主要包括定时控制、感应控制和自适应控制。其中感应控制和自适应控制，依赖于布设在交叉口停车线后的感应线圈、地磁或视频检测设备。其建设成本和维护成本极高，且设备设施安装部署及算法运行复杂，在目前城市交通控制应用中存在很多不足。因此，降低建设和维护成本，提高设备和算法的稳定性和易用性，也是缓解城市交通拥堵的重要举措。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种安装和维护便捷，且能根据交叉口内部冲突区域车辆通行需求试试调整放行顺序和放行时间的方法和装置。
根据本发明一方面，提供一种单视频的城市交叉口自适应控制装置，该装置包括：一个视频检测设备v和一个交通信号控制器c，其中：
所述的视频检测设备安装在任意伸臂或立柱式杆具一定高度的面向交叉口内部冲突区域的位置，用于通过视频图像实时检测交叉口内部冲突区域内车辆轮廓和运动情况；
所述的交通信号控制器c安装在交叉口附近，通过信号控制器内部的视频分析模块，通过同轴电缆或以太网与设备v进行通信，用于根据所述交叉口内部冲突区域车辆运动情况实时调整信号灯的放行顺序和放行时间。
根据本发明另一方面，提出一种利用所述交通信号控制装置对交通信号进行自适应控制的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据交叉口环境和视频检测设备v实际安装位置，设置交叉口内部冲突区域车辆流向检测点位，该点位应尽量包含各放行方向的车辆运行轨迹；
步骤2，所述视频采集设备v实施检测所述检测区域内车辆的轮廓、运动和静止，并统计车流量；
步骤3，根据现场情况设计相位放行方式、最大绿灯、最小绿灯及相位切换速度；
步骤4，交通信号控制器c根据所述视频检测设备v检测到的所述交叉口内部区域车辆运动情况，对交通信号进行控制；
步骤5，交通信号控制中，相位放行需满足最大绿灯和最小绿灯时间约束，且为保障安全，相位放行顺序根据现场情况由工程师设定，自适应控制中不改变相位放行顺序。
本发明一种基于单视频的城市道路交叉口自适应控制方法和装置具有如下有益的技术效果：
(1)安装操作便捷，建设及运维成本低，有利于实现大规模应用；
(2)自适应控制算法先进，其不同于以往的任何自适应控制方式，其利用单视频检测数据即可实现根据交叉口内部冲突区域的交通流需求动态调整放行时间，又能根据检测情况实现防范交叉口溢流的功能；
附图说明
图1是本发明实施的交通信号控制装置安装示意图。
图2是本发明的视频采集设备的硬件结构图。
图3是一个典型的十字路口拓扑图。
图4是根据本发明一实施例的交通信号控制装置和视频采集设备装置安装示意图。
图5是本发明交叉口自适应控制方法的流程图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
根据本发明的一方面，提供一种基于单视频的城市交通信号自适应控制方法和装置，如图1所示，所述交通信号控制装置包括一个视频采集设备v和一个交通信号控制器c，其中：所述视频采集设备v可安装在交叉口任何位置，其要求为设置交叉口内部冲突区域车辆流向检测点位，该点位应尽量包含各放行方向的车辆运行轨迹，通过视频实时检测交叉口内部冲突区域内车辆运动情况。视频检测设备安装在任意伸臂或立柱式杆具一定高度的面向交叉口内部冲突区域的位置，用于通过视频图像实时检测交叉口内部冲突区域内车辆轮廓和运动情况；所述的交通信号控制器c安装在交叉口附近，通过信号控制器内部的视频分析模块，通过同轴电缆或以太网与设备v进行通信，用于根据所述交叉口内部冲突区域车辆运动情况实时调整信号灯的放行时间。
视频检测设备v进一步包括视频镜头模块、处理模块、以太网通信模块和电源模块，其中：视频镜头模块采用可选镜头(标清镜头或高清镜头)，用于车辆图像的采集；
处理模块通过总线与以太网通信模块和电源模块相连；
以太网通信模块，用于所述视频检测设备v与所述交通信号控制器c之间的通信；
电源模块采用220v交流适配器，用于所述处理模块的供电。
处理模块包括视频处理单元、图像分析单元、数据处理单元和存储单元，其中：视频采集单元用于实时检测交叉口内部冲突区域的车辆运动情况；图像分析单元通过总线与视频采集单元链接，主要用于对视频采集的图像进行分析，包括视频流中的车辆运动状态、车辆轮廓、车辆计数3种信息；数据处理单元主要是对处理后的图像信息进行提取并数值化，首先对图像进行灰度处理：
[rb,gb,bb]＝[ra,ga,ba]/3
其次对图像进行二值化处理：
m＝[b,w]＝[0，255]
再次对参数设定阈值：
(1)对于车辆轮廓的阈值采用二值化的中位数127，小于127的为0(变为黑色)，大于127的为255(变为白色)。
(2)对于运动状态的阈值设计为：n＝mj-mj+1，n>0表示两帧图片发生变化，表示车辆运；否则车辆没有运动。
(3)n>0时车辆技术增加，其中n为二值的变化。
将3种参数进行封装，通过以太网通信模块将封装数据传送给交通信号控制器c；
存储单元采用microsdcard通过总线与数据处理单元连接，用于保存数据处理单元封装后的数据，作为备份可供提取使用。
图像处理单元对视频检测信号进行的处理为背景建模、轮廓识别、标志物识别、图像去噪、背景去噪和车辆运动分析。
如图2所示，根据本发明设计的视频采集设备的硬件结构图，所述视频采集设备包括视频处理单元、图像分析单元、数据处理单元和存储单元，其中：所述视频采集单元用于实时检测交叉口内部冲突区域的车辆运动情况；所述的图像处理单元通过总线与视频采集单元链接，主要用于对视频采集的图像进行分析，包括视频流中的车辆运动状态、车辆轮廓、车辆计数3种信息；所述的数据处理单元主要是对处理后的图像信息进行提取并数值化，将3种参数进行封装，通过以太网通信模块将封装数据传送给交通信号控制器c；所述存储单元采用microsdcard通过总线与数据处理单元连接，用于保存数据处理单元封装后的数据，作为备份可供提取使用。
在本发明实施例中，对于图3所示的一个典型的十字交叉口，所述的视频采集设备v的安装方式如图4所示，视频采集设备安装在信号灯杆、照明灯杆或其他可借用的杆具上，高度尽量高，使得其能够覆盖交叉口内部的冲突区域，所述的交通信号控制器c一般安装在交叉口附近，通过其内置的同轴电缆模块或以太网模块与所述的视频采集设备v进行通信，用于根据所检测的交叉口内部冲突区域的车辆的轮廓、运动和静止情况，以及统计车流量实时调整交叉口红绿灯的放行时间。
对于交通信号的控制是一个不断循环的过程，如图5所示，每一个循环过程包括以下几个步骤：
步骤1，根据交叉口环境和视频检测设备v实际安装位置，设置交叉口内部冲突区域车辆流向检测点位，该点位应尽量包含各放行方向的车辆运行轨迹；
步骤2，所述视频采集设备v实施检测所述检测区域内车辆的轮廓、运动和静止，并统计车流量；
步骤3，根据现场情况设计相位放行方式、最大绿灯、最小绿灯及相位切换速度；相位放行需要根据现场交叉口实际情况设置，其原则为需保障交通安全、遵循驾驶员驾驶习惯、保障通行效率，可采用相位对方、相位单方、相位叠加等；最小绿灯设置为保证车辆通行安全，指车辆由停车线驶离冲突区的最短时间，最大绿灯设置为保障各相位所获得通行时间的公平性；相位切换速度由交叉口内部冲突区域车辆运动情况决定，保障不同相位转换过程中车辆运动需求得到满足；
步骤4，交通信号控制器c根据所述视频检测设备v检测到的所述交叉口内部区域车辆运动情况，对交通信号控制，放行时间的具体选择为：所述交通信号控制器c通过内置的以太网通行模块主动请求或被动接收所述视频检测设备v所提供车辆运动状态、车辆轮廓、车辆计数3种数据，计算需要放行的时间，其中车辆轮廓用于判断是否为车辆：
tp＝tmin+q/n*(∑w/∑n)*tm
s.t.
其中，tmin为最小绿灯时间；q为车辆计数；n为布设的检测点位数据；n为总的车辆状态数，w为车辆运动的状态数；tm为车辆通过所有检测点位所需的时间；s轮廓为实际检测区域占用轮廓面积；s检测为设定的检测区域面积，计算为检测图像二值的和。
交通信号控制中，相位放行需满足最大绿灯和最小绿灯时间约束，且为保障安全，相位放行顺序根据现场情况由工程师设定，自适应控制中不改变相位放行顺序。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。