基于视频识别的智能交通灯控制器的设计与实现

　　引言

　　现有交通灯控制系统主要分为两类：定时控制和感应式控制。定时控制不能适应车流的动态变化，当某条路段的车流量很大的时候却要等待红灯，而另一方向的路并不忙或者车流量很小却是绿灯，出现空道占时，这种尴尬的现象不仅让司机乘客都怨声载道，还造成了资源浪费。现在为解决某些大城市交通拥挤的问题，在繁忙路段和高峰时段需要由交警来现场指挥，这种方法也只是临时缓解交通问题，并且这一方案造成了很大的人和物的资源浪费。因此定时控制方式只适用于路面车流量较少的情况，根本无法满足我国现在各大城市交通发展需求;感应式控制易受外界干扰，且在安装过程中，容易造成对道路的损坏。此外，这两种控制方式都只能单独地控制某一点，并不能实时、多点、联测、联动地控制。

　　基于视频识别的车辆检测

　　基于视频图像处理技术的交通检测系统，通过安装在道路旁边或者中间隔离带的支架上的摄像机和图像采集设备将实时的视频信息采入，经过对视频图像的实时处理分析可以得出各种交通信息。可以帮助分析车辆的运行状态、转弯情况。利用背景减法、帧间差分和帧内差分等可以检测到车辆存在情况;利用车辆模型匹配法可以得到车辆分类信息;利用目标物体跟踪和预测估计，可以跟踪车辆，分析得出车辆运行情况。利用这些信息，可以进一步地分析出车辆通行情况、车流密度、车辆排队情况和车速等多种信息。基于视频识别技术的交通信息采集法，其信息采集区域较大，能提供多种交通信息。系统硬件设备简单，维护方便，性价比很高，全寿命成本低，升级容易;设备可移动，安装调试不影响交通。

　　交通灯控制方案设计

　　该系统设计采用分级控制结构，包括单点控制和协调控制两级控制。系统包括视频采集终端、视频分析处理器、单点控制器、协调控制器、交通信号灯和数字显示器等六个部分组成。其系统结构如图1所示。首先由视频采集终端采集十字路口四个方向的交通图像信息，将图像信息传输至视频分析处理器，通过视频识别、分析处理、信息提取、噪声过滤和信息转换等过程，最终解析出交通灯的控制信息，传输至单点控制器，控制所在路口的交通信号灯的红黄绿灯的显示状态和数字显示器显示倒计时计数。同时，各路口的单点控制器按照一个合适的周期将该路口的信息上传至协调控制器，协调控制器经过信息处理、比对分析等过程对部分需要调整的路口发出交通灯协调控制信息，实现全线交通最优化管理。

　　单点控制器设计

　　单点控制器采用可编程控制器（PLC）进行编程实现，其中包括两个处理器模块，一个是模拟信号处理模块PLC模块一，如图2所示。另一个是识别处理东、南、西、北四个方向视频信号的四路视频分析处理器，其输出信号作为PLC模块一的思路输入信号，经过CPU运算处理，得到控制值，作为PLC模块二的思路开关量输出信号，控制交通信号灯的红灯、绿灯、黄灯和左转向灯的显示，一路PLC模块一输出信号控制数字显示器开始倒计时显示。

　　协调控制器设计

　　本协调控制器采用PLC进行编程实现。其模块设计如图4所示，协调控制器的PLC模块三，其输入为个路口的单点控制器发来的控制信息，经过CPU运算处理，将协调控制器信息发送给需要调整的单点控制器，该命令执行必须在该路口的数字显示器结束后执行。

　　结论

　　智能交通灯控制器结构简单，维护方便，性价比很高，寿命长，成本低，升级容易；设备可移动，安装调试不影响交通；系统不仅能够实现对单个十字路口的交通灯最优化设置，而且通过开发协调控制系统，能够实现对多个路口交通状况综合调控，有效减少由某个路口或某些路口排队过长而影响全县交通的问题。