基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统的制作方法

本发明交通系统管理技术领域，具体涉及基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统。

背景技术：

红灯停，绿灯行，是最基本的交通规则，无论行人还是车辆都需要去遵守；但是，也存在着例外，根据《中华人民共和国道路交通安全法》第五十三条规定，警车、消防车、救护车、工程救险车等特种车辆在执行任务时，在确保安全的前提下，不受行驶路线、行驶方向、行驶速度、和信号的限制，拥有道路优先通行权；

法律之所以赋予这些特种车辆道路优先通行权，是为了让这些执行紧急任务的车辆能够更快速，更安全的到达事故现场；但是，当特种车辆执行任务时鸣笛通过路口，其实是一种非常危险的行为，经常发生事故；

现有交通灯为传统的延时通行系统，无法根据实际通行情况来改变信号灯，当有特种车辆执行任务时，为了保障特种车辆及时到达任务区，法律规定其不受交通信号灯限制，但是当特种车辆前面的社会车辆在路口等红灯时，可能没有发现后面的消防车或者救护车，即使发现了，对面正是绿灯，车流来往也无处避让，又造成新的交通事故，无法及时到达现场，耽误特种车辆及时赶到任务区域：

1.2017年10月10日10时35分在江苏省南通市通州区世纪大道杏园路口，通州区人民医院的一辆救护车由北向南去接病人，警灯警报皆打开，经过路口时。与横向通过的一辆私家车相撞，救护车侧翻；

2.2018年9月25日，在江苏淮安一个十字路口。一辆载患病新生儿的120救护车遇红灯时没有减速，而是仍以较快的速度驶过路口。一辆小车按照信号灯行驶，最终救护车和小车发生了碰撞；

3.2018年10月11日上午江苏昆山昆太路柏庐路路口一辆载有一名急救患者的120救护车，沿柏庐路由北向南行驶，行驶方向的交通信号灯为红灯，与一辆白色轿车发生碰撞，救护车被撞倒后，发生侧翻；

因此，急需基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统，可以对特种车辆进行识别，及时改变信号灯来对路口交通进行临时管制，保证救护车、消防车等特种车辆在执行任务时可以安全迅速的通过路口。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明旨在提供基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统，包括车牌识别系统、数据处理单元、数据库单元、信号灯控制系统和无线信号发射系统，通过对软件的改进，将车辆优先行驶系统嵌入动态交通信息网络系统中，利用动态交通信息网络系统中原有的交通设备，对特种车辆的识别，及时改变信号灯来对路口交通进行临时管制，保证救护车、消防车等特种车辆在执行任务时可以安全迅速的通过路口，具有节省成本、使用便捷、推广方便的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统，包括车牌识别系统、数据处理单元、数据库单元、信号灯控制系统和无线信号发射系统；

车牌识别系统：利用交通系统摄像头，对车牌进行拍照，并提取照片中的车牌号，发送给数据处理单元；

数据处理单元：将识别到的车牌号与数据库中记录的特种车辆进行信息比对，比对完成后，给信号灯控制系统发送指令，改变信号灯的状态；

信号灯控制系统：接收数据处理单元的信号，并与现有信号灯连接，根据数据处理单元的指导信息，改变信号灯状态，方便特种车辆快速安全通过；

无线信号发射系统：将交通路口的车辆照片传输给动态交通信息网络系统的交通控制中心进行提取识别，并将动态交通信息网络系统的交通控制中心的指令传输给交通信号灯；

数据库单元：用来存储特种车牌的数据库，可以通过添加和删除车牌信息来对特种车辆优先通行权进行管理。

进一步的，所述的车牌识别系统包括嵌入式操作系统eos、opencv软件和上位机软件，所述嵌入式操作系统eos的控制输入端与上位机软件的命令输出端连接，嵌入式操作系统eos的的控制输出端与动态交通信息网络系统的控制输入端连接；所述opencv软件与上位机软件的命令输入、输出端连接。

进一步的，所述的opencv软件用于对摄像头所拍摄的特种车辆照片进行处理，提取车牌号；所述摄像头为动态交通信息网络系统中现有路口违章监测用的摄像头。

进一步的，数据库单元对车牌号的储存和编号的过程为：

步骤一：输入特殊车辆的信息及车牌号，对应生成一个特殊车辆的数据包，并将该数据包以车牌号进行命名；

步骤二：将数据库单元中的数据包按照0-9首字母的不同序列排列为2*5的矩阵，设为矩阵

步骤三：设0xxxx为新的矩阵a0，并根据a0中车牌号的第二个字母按照0-9的不同序列排列为2*5的矩阵，即

步骤四：设00xxx为新的矩阵b0，并根据b0中车牌号的第三个字母按照0-9的不同序列排列为2*5的矩阵，即得到然后按照以上方法依次根据车牌号的第四、第五个字母按照0-9的不同序列排列为2*5的矩阵，即得到矩阵a-矩阵j9。

进一步的，所述的数据处理单元对识别到的车牌号与数据库中记录的特种车辆进行信息比对的具体过程为：

步骤一：根据所提取的车牌号的1-5位字母的循序依次对应矩阵a……,b……，……j……中，迭代寻找车牌号对应的矩阵；

步骤二：迭代匹配到相应的车牌号的数据包后，读取该车辆的信息，并将匹配后的车牌号所在的矩阵位置进行标记，即完成数据处理单元对识别到的车牌号与数据库中记录的特种车辆进行信息比对过程；

其中：所述迭代过程的迭代次数为5次，当迭代5次后，匹配不到相应的车牌号，即认为该车牌号非特种车辆。

进一步的，所述的信号灯控制系统包括信号控制单元和信号控制装置，所述信号控制单元的命令输入端与数据处理单元的命令输出端连接，信号控制单元的命令输出端控制信号控制装置的开合，改变信号灯状态。

进一步的，所述的信号控制装置包括控制器、信号灯安装板、安装架、电动信号控制组件和电磁信号控制组件，控制器控制电动信号控制组件和电磁信号控制组件工作，对信号灯的颜色进行调节，电动信号控制组件和电磁信号控制组件均安装在安装架上；所述的信号灯安装板包括红灯安装段、黄灯安装段和绿灯安装段。

进一步的，所述的电动信号控制组件包括电机、齿轮和齿条，所述电机的命令输入端与控制器相连，齿轮安装在电机的传动端，且齿条上的齿牙与齿轮上的齿槽相互啮合，齿条上设置有连接凸起、导线安装槽和卡接槽，所述连接凸起的底端与导线安装槽连通，且在连接凸起设置有铜导片与安装在导线安装槽内的导线端部连接；所述铜导片与设置在信号灯安装板上的第一红灯触通簧片、第一黄灯触通簧片和第一绿灯触通簧片分别配合使用，当铜导片与第一红灯触通簧片、第一黄灯触通簧片和第一绿灯触通簧片任意一个接触时，该指示灯均变亮；且所述安装架设置有齿条安装槽，齿条安装槽的槽内设置有卡接凸起，卡接凸起与卡接槽配合使用。

进一步的，所述的电磁信号控制组件包括阀片安装架，磁铁和弹簧，阀片安装架上设置有电磁阀片，电磁阀片通电后的磁极与磁铁的磁极相反；所述安装架上设置有磁铁伸缩槽和第一触通连接片，磁铁上套设弹簧，且安装在磁铁伸缩槽内，磁铁上还设置有与第一触通连接片配合使用的第二触通连接片，当第一触通连接片与第二触通连接片接触时，设置在磁铁端部的铜导片产生电流，且所述铜导片与设置在信号灯安装板上的第二红灯触通簧片、第二黄灯触通簧片和第二绿灯触通簧片分别配合使用，当铜导片与第二红灯触通簧片、第二黄灯触通簧片和第二绿灯触通簧片任意一个接触时，该指示灯均变亮；所述磁铁上还设置有限位凸起，当磁铁安装在磁铁伸缩槽内时，限位凸起对磁铁的右部进行限位，使第一触通连接片与第二触通连接片接触。

进一步的，所述的控制器为多输出控制端口stm32单片机，包括动力命令输出端口和电信号命令输出端口，动力命令输出端口与电动信号控制组件连通，电信号命令输出端口与电磁信号控制组件连通。

本发明的有益效果是：本发明公开了基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：

(1)本发明设计了一种可以与现有动态交通信息网络系统相融合的特种车辆优先行驶系统，并利用嵌入式操作系统eos将上述两个系统进行融合，使用现有的交通摄像头对车牌号识别，成本较低，不需要在路口安装特殊的感应装置，也不需要在特种车辆上安装相应的设别标签，更加便捷，推广方便；

(2)通过本系统，当特种车辆通行方向为红灯时，改变交通信号灯状态，让特种车辆有足够的时间安全快速的通行，保证了特种车辆的工作效率，同时有效的减少了交通事故的发生；

(3)在本系统中，当需要对特种车辆进行更新时，只需要在数据库中对相应数据添加删除，即可实现对特种车辆通行优先权的管理，操作方便，管理简单。

附图说明

图1为本发明特种车辆优先行驶系统的控制流程图。

图2为本发明车牌识别系统的工作示意图。

图3为本发明信号灯控制系统的工作示意图。

图4为本发明特种车辆优先行驶系统的结构示意图。

图5为本发明电动信号控制组件的结构示意图。

图6为本发明电机与齿轮的结构示意图。

图7为本发明齿条的结构示意图。

图8为本发明齿条的右视图。

图9为本发明信号灯安装板的主视图。

图10为本发明信号灯安装板的左视图。

图11为本发明电磁信号控制组件的结构示意图。

图12为本发明安装架安装磁铁后的剖视图。

图13为本发明安装架的剖视图。

图14为本发明磁铁的主视图。

图15为本发明安装架的结构示意图。

其中：1.电机，2.齿轮，3.齿条，31.连接凸起，32.导线安装槽，33.卡接槽，4.信号灯安装板，41.红灯安装段，411.第一红灯触通簧片，412.第二红灯触通簧片，42.黄灯安装段，421.第一黄灯触通簧片，422.第二黄灯触通簧片，43.绿灯安装段，431.第一绿灯触通簧片，432.第二绿灯触通簧片，5.阀片安装架，51.电磁阀片，6.安装架，61.磁铁伸缩槽，62.第一触通连接片，63.齿条安装槽，631.卡接凸起，7.磁铁，71.限位凸起，72.第二触通连接片。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-15所示的一种基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统，包括车牌识别系统、数据处理单元、数据库单元、信号灯控制系统和无线信号发射系统；

车牌识别系统：有车辆经过时，利用现有交通信息网络系统的摄像头，拍摄照片，提交利用opencv软件处理，提取照片中的车牌号，发送给数据处理单元；

数据处理单元：将识别到的车牌号与数据库中记录的特种车辆进行信息比对，比对完成后，给信号灯控制系统发送指令，改变信号灯的状态；

信号灯控制系统：接收数据处理单元的信号，并与现有信号灯连接，根据数据处理单元的指导信息，改变信号灯状态，方便特种车辆快速安全通过；

无线信号发射系统：将交通路口的车辆照片传输给动态交通信息网络系统的交通控制中心进行提取识别，并将动态交通信息网络系统的交通控制中心的指令传输给交通信号灯；

数据库单元：用来存储特种车牌的数据库，可以通过添加和删除车牌信息来对特种车辆优先通行权进行管理。

所述的车牌识别系统包括嵌入式操作系统eos、opencv软件和上位机软件，所述嵌入式操作系统eos的控制输入端与上位机软件的命令输出端连接，嵌入式操作系统eos的的控制输出端与动态交通信息网络系统的控制输入端连接；所述opencv软件与上位机软件的命令输入、输出端连接，利用上位机软件对opencv软件进行控制；

所述的opencv软件用于对摄像头所拍摄的特种车辆照片进行处理，提取车牌号，其所述对车牌号进行识别的具体过程包括车牌提取、字符分割、字符识别过程，即在采集的含有车牌的照片中首先找到车牌在哪，然后将车牌部分分割出来，再将车牌上的字符一个一个分割开，最后对分割出来的字符逐个进行识别；所述摄像头为动态交通信息网络系统中现有路口违章监测用的摄像头；

所述车牌提取、字符分割、字符识别过程的过程为：

步骤一：对采集到的图像进行二值化处理，把彩色图像转化成为灰度图像，将图像上的像素点的灰度值设置为0或255,图像呈现出明显的只有黑和白；

步骤二：然后对各个空白区域的外轮廓进行形状识别，再通过外轮廓面积与外接矩形的比值，判断区域的矩形度，进一步判断长宽比，满足条件的确定为车牌区域；

步骤三：将此部分提取，等值划分为7(所述7个部分例如：陕a*****)个部分，即每部分包含一个字符，然后再对字符进行单个的识别；

步骤三：识别出来的字符赋值给每一位的字符型数据，识别出所有字符后，再分别与数据库中的数据进行对比。

所述的数据库单元对车牌号的储存和编号的过程为(本算法仅对后5位进行编号；具体为：如车牌号为陕a*****，本算法仅对*****进行编号储存)：

步骤一：输入特殊车辆的信息及车牌号，对应生成一个特殊车辆的数据包，并将该数据包以车牌号进行命名；

步骤二：将数据库单元中的数据包按照0-9首字母的不同序列排列为2*5的矩阵，设为矩阵

步骤三：设0xxxx为新的矩阵a0，并根据a0中车牌号的第二个字母按照0-9的不同序列排列为2*5的矩阵，即

步骤四：设00xxx为新的矩阵b0，并根据b0中车牌号的第三个字母按照0-9的不同序列排列为2*5的矩阵，即得到然后按照以上方法依次根据车牌号的第四、第五个字母按照0-9的不同序列排列为2*5的矩阵，即得到矩阵a-矩阵j9。

所述的数据处理单元对识别到的车牌号与数据库中记录的特种车辆进行信息比对的具体过程为：

步骤一：根据所提取的车牌号的1-5位字母的循序依次对应矩阵a……,b……，……j……中，迭代寻找车牌号对应的矩阵；

步骤二：迭代匹配到相应的车牌号的数据包后，读取该车辆的信息，并将匹配后的车牌号所在的矩阵位置进行标记，即完成数据处理单元对识别到的车牌号与数据库中记录的特种车辆进行信息比对过程；

其中：为保证迭代结果，所述迭代过程的迭代次数为5次，当迭代5次后，匹配不到相应的车牌号，即认为该车牌号非特种车辆。

所述的信号灯控制系统包括信号控制单元和信号控制装置，所述信号控制单元的命令输入端与数据处理单元的命令输出端连接，信号控制单元的命令输出端控制信号控制装置的开合，改变信号灯状态；

所述的信号控制装置包括控制器、信号灯安装板4、安装架6、电动信号控制组件和电磁信号控制组件，所述控制器同时控制电动信号控制组件和电磁信号控制组件工作，利用电动信号控制组件和电磁信号控制组件对信号灯的颜色进行调节，且所述电动信号控制组件和电磁信号控制组件均安装在安装架6上；所述的电动信号控制组件包括电机1、齿轮2和齿条3，所述电机1的命令输入端与控制器相连，由控制器控制电机1转动，齿轮2安装在电机1的传动端，且齿条3上的齿牙与齿轮2上的齿槽相互啮合，当控制器控制电机1转动时，齿轮2由于电机1的传动作用下发生转动，通过齿轮2上的齿槽与电机1上的齿牙之间的啮合力，带动齿条3上下运动；所述齿条3上设置有连接凸起31、导线安装槽32和卡接槽33，所述连接凸起31的底端与导线安装槽32连通，且在连接凸起31设置有铜导片与安装在导线安装槽32内的导线端部连接，使得当导线通电时，使得铜导片上同步产生电流；所述铜导片与设置在信号灯安装板4上的第一红灯触通簧片411、第一黄灯触通簧片421和第一绿灯触通簧片431分别配合使用，即当铜导片与第一红灯触通簧片411、第一黄灯触通簧片421和第一绿灯触通簧片431任意一个接触时，该触通簧片即形成通路(通电)，相应指示灯均变亮，因此使用时，可预先在控制器内设定连接凸起31与每一个触通簧片的接触时间(即当连接凸起31与相应融通簧片接触后，其在相应融通簧片上的停留时间，也就是控制电机转速)；且所述安装架6上设置有齿条安装槽63，齿条安装槽63的槽内设置有卡接凸起631，卡接凸起631与卡接槽33配合使用，将齿条3卡接在齿条安装槽63内，并时卡接凸起631卡接槽33上下滑动。

所述的电磁信号控制组件包括阀片安装架5，磁铁7和弹簧8，阀片安装架5上设置有电磁阀片51，电磁阀片51通电后的磁极与磁铁7的磁极相反(即在通电时，由于异性相吸的原理，电磁阀片51将磁铁7吸附)；所述安装架6上设置有磁铁伸缩槽61和第一触通连接片62，磁铁7上套设弹簧8，且安装在磁铁伸缩槽61内，磁铁7上还设置有与第一触通连接片62配合使用的第二触通连接片72，即当第一触通连接片62与第二触通连接片72接触时，设置在磁铁7端部的铜导片产生电流，且所述铜导片与设置在信号灯安装板4上的第二红灯触通簧片412、第二黄灯触通簧片422和第二绿灯触通簧片432分别配合使用，即当铜导片与第二红灯触通簧片412、第二黄灯触通簧片422和第二绿灯触通簧片432中，任意一个触通簧片接触时，该相应的指示灯均变亮；所述磁铁7上还设置有限位凸起71，当磁铁7安装在磁铁伸缩槽61内时，限位凸起71对磁铁7的右部进行限位，当电磁阀片51断开后，磁铁7在弹簧的的复位左右下回弹的过程中，保证第一触通连接片62与第二触通连接片72接触，即使得相应的信号灯变亮；所述的信号灯安装板4包括红灯安装段41、黄灯安装段42和绿灯安装段43。

所述的控制器为多输出控制端口stm32单片机，包括动力命令输出端口和电信号命令输出端口，动力命令输出端口与电动信号控制组件连通，电信号命令输出端口与电磁信号控制组件连通，所述其控制过程包括：

(1)动力控制过程(正常情况下)，根据设定的相应指示灯的亮灯时间，控制电机1以相应设定的速度进行转动，即在齿轮2带动齿条3上下运动，所述连接凸起31胶体的与第一红灯触通簧片411、第一黄灯触通簧片421和第一绿灯触通簧片431接触，实现黄、黄、绿灯的交替变换；

(2)电磁控制过程(特殊车辆行驶情况下)，控制器接收到信号控制单元的特种车辆优先行驶命令后，即停止正常情况下的动力控制过程，根据需要断开相应方向路段的相应指示灯的电磁阀片51的电源(在非工作状态下时，所述的3个电磁阀片51保持通电)，使得相应的磁铁7在弹簧8的作用下复位，第一触通连接片62与第二触通连接片72接触，相应的指示灯通电变亮，待相应的特殊车辆通过时，给相应的电磁阀片51的开关接通，即停止电磁控制过程，解除对交通信号灯的临时管制，继续实行正常情况下的动力控制过程，交通信号灯恢复正常，按照预先设置好的延时时间运行。

本发明所述的基于动态交通信息网络的嵌入式特种车辆优先行驶系统的工作过程包括以下步骤：

s1：路口现有交通摄像头对过往车辆进行拍照；

s2：过往车辆的照片通过无线发射系统传输给交通控制中心；

s3：利用软件对照片中的车牌号进行提取；

s4：将提取到的车牌号与数据库中的特种车辆的车牌号进行对比；

s5：匹配通过后通过无线发射系统控制相应路口的交通信号灯，当通行方向为红灯时，黄灯闪烁警告后改变为绿灯；当通行方向为绿灯时，保持绿灯时间，让特种车辆有足够的时间通过；

s6：特种车辆行驶通过路口后，解除对交通信号灯的临时管制，交通信号灯恢复正常，按照预先设置好的延时时间运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。