基于视频车辆检测器自适应控制技术解决方案

杭州鼎鹏交通科技有限公司基于视频车流量检测交通信号控制系统杭州鼎鹏交通科技有限公司杭州鼎鹏交通科技有限公司目录1视频车流量检测系统方案...................................................................................................31.1基于工业计算机的视频车流量检测系统....................................................................31.2基于DSP平台的视频车流量检测系统........................................................................81.3基于电子警察视频一体机的车流量检测系统............................................................82系统控制策略.....................................................................................................................11杭州鼎鹏交通科技有限公司本方案通过视频车检器对区域内各道路或路口实时交通情况的监测，联网运行的数据融合和处理，并与信号机的紧密联动，结合相应的控制算法自动协调和控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染等减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。1视频车流量检测系统方案视频车流量检测系统是一种基于视频图像分析和计算机视觉技术对路面车辆运行情况进行检测分析的系统。本系统提供了以下几种解决方案实现对道路车流量的实时检测：1.1基于工业计算机的视频车流量检测系统车检器接口板驱动板1~N通信板主控板信号机至控制中心工业计算机控制算法200W网络摄像机图1基于工业计算机的系统架构路口每个方向架设的高清IP网络摄像机通过一台网交换机直接与工业计算机相连，工业计算机可以同时对每个路口获取的实时交通视频流进行分析计算，杭州鼎鹏交通科技有限公司获取诸如车流量、车速、占有率、车头间距、排队长度等交通参数，再通过局域网及时上传到指挥中心进行下一步的数据融合和处理，最终形成区域内一个最优的全局控制方案，下发至各对应交通信号机，实现整个区域的交通流量最大化。工业计算机计算得到的路口交通参数也可以通过485总线的方式提供给信号机，如果交通信号机选择了单路口感应控制或单路口自适应控制，即可根据这些信息计算交叉口的交通负荷，优化本路口的控制周期和绿信比。图2系统实时处理系统采用精心挑选的高清IP网络摄像机，提供自动补光、抑制大灯等功能，使其在夜间可提供和白天一致的辨识准确性。工业计算机采用可靠的高效能嵌入式无风扇工业计算机，完全适应室外信号机机柜环境，宽温可支持-20℃~80℃，可以长时间稳定地工作在高温环境，采用最新的Inteli5处理器，提供强大的运算能力，完全胜任一个路口4路视频信号处理。这样，一个路口只需采用一台工业计算机即可完成整个路口各个方向车流量参数的监测工作，降低了系统复杂度及成本。采用以太网交换机实现摄像机、工业计算机及交通信号机的直接相连，在保证高清数据可靠传输的同时保证了实时性及安装的便捷性，各模块做到即插即用，杭州鼎鹏交通科技有限公司方便工程人员安装调试、也有利于系统维护。本系统安装过程也很简单，如图3所示，利用原有的电子警察卡口等立杆设施即可安装，而无需重新立杆和埋线，大大减少安装成本。高清摄像机停车线人行横道路口控制主机信号机图3系统安装示意图1路口每一个方向只需要安装一个摄像机，即可完成所有车道的实时监测任务。安装时摄像机对准道路的来车方向（与常用的闯红灯尾牌摄像机安装方向相反即可），保证视野覆盖到整个来车道路即可，如图4所示。杭州鼎鹏交通科技有限公司图4系统安装示意图2安装结束后，通过配置软件划定虚拟线圈即可将系统投入使用，由于采用网络技术，该配置过程可以集中在指挥中心进行，而无需现场人员的介入，如果出现道路渠化的变更，只需要配置程序重新进行虚拟线圈的划定即可完成系统更新，无需任何硬件变更。图5虚拟线圈设置6.5米检测范围80米-150米立杆检测相机16-18米侧视图摄像机上沿线摄像机下沿线杭州鼎鹏交通科技有限公司系统可采集的以下交通流量类型：1.车流量：（辆/小时）统计周期内分车道统计的车辆计数2.平均车速：（千米/小时）统计周期内通过车道检测区域车辆的平均时速3.车道时间占有率：在一段时间内，车辆通过某一截面所需的时间之和与统计过程总时间之比。该参数可以反映路段的交通流量。4.队列长度：（米）单个车道上车辆排队长度，无排队则值为零5.平均车头间距：（米）统计周期内同一车道的前、后相邻两车的平均间隔距离6.车辆分类：分大车和小车两类系统检测精度如下表所示：表1系统检测精度交通参数精确度车道流量≥95%平均车速≥90%时间占有率≥95%队列长度≥95%车辆分类≥95%杭州鼎鹏交通科技有限公司1.2基于DSP平台的视频车流量检测系统车检器接口板驱动板1~N通信板主控板信号机至控制中心控制算法DSP视频车流量检测一体机图6基于DSP平台的系统架构基于工业计算机的视频车流量检测系统相比，基于DSP平台的视频车流量检测系统最大的不同在于，所采用的摄像机包含DSP运算平台，摄像机获取的视频流数据可以直接在本地DSP处理器中直接处理完成，再通过局域网与控制中心和信号机相连。DSP处理集成的算法与工业计算机一致，提供与基于工业计算机的视频车流量检测系统相同的检测功能及检测精度。但系统省去了工业计算机这一中间环节，进一步简化系统安装过程，而且不同方向的车流量检测不是统一处理了，某一方向出现的故障不会影响到其他方向的检测功能，因此有更好的鲁棒性，更换也更方便。基于DSP平台的视频车流量检的安装与基于工业计算机的视频车流量检测系统一样，路口每一个方向只需要安装一个DSP视频车流量检测一体机，数据通过网线直接与控制柜中交换机相连即可。1.3基于电子警察视频一体机的车流量检测系统杭州鼎鹏交通科技有限公司车检器接口板驱动板1~N通信板主控板信号机至控制中心控制算法电子警察视频一体机A车检器接口板驱动板1~N通信板主控板信号机至控制中心控制算法电子警察视频一体机B图7基于电子警察视频一体机的系统架构为了最大化利用原有设施，系统也可以与电子警察结合，直接利用电子警察杭州鼎鹏交通科技有限公司视频一体机能提供车流量数据（需要电子警察视频一体机的支持）。系统架构与基于DSP平台的视频车流量检测系统一致。因为电子警察一般都是按图8所示安装，摄像机对准停车线，用于路口车辆违法违规行为及车牌提取等，因此，一般只能够提供指定车道是否有车、路口是否拥堵等信息，而不提供车道平均车速、排队长度等信息，因此常用于单路口感应控制或自适应控制，而较少用于区域协调控制。图8电子警察视频一体机安装示意图基于电子警察视频一体机的车流量检测系统只需要将电子警察视频一体机提供车流量数据通过局域网实时提交至信号机即可。如果信号机可以直接接入路口交换机，而电子警察视频一体机可以不经电子警察后台即可给出车流数据，那么系统结构就如图7(A)所示，车流数据可以直接提交至信号机；如果信号机不能直接接入路口交换机，或者电子警察视频一体机提供的数据需要电子警察后台处理才能提供车流数据的，系统结构就按图7(B)所示。基于电子警察视频一体机的车流量检测系统安装过程极为简单，只需将路口信号机接入电子警察系统即可。杭州鼎鹏交通科技有限公司可以看到，视频车流量检测系统与传统的车流量检测系统相比，具有以下优点：1.与地感线圈监测车流量方案相比，视频车流量检测系统施工不需破坏路面，工程量小，后续维护简单，在交通拥堵的情况下，系统也能准确的统计车流量，而线圈模式常常无法正常的统计车流量；2.与微波方案比较，视频信号交通信息采集系统可以在各种交通状况下都能准确的进行的车流量统计，并且可以区分大、小车统计数据更符合道路实际交通状况；3.一个方向只需要一个摄像机，可同时检测多车道车流量数据，单车道使用成本低；4.全天候24小时无间断运行，适应性强，检测稳定，数据精确；5.与设备红绿灯控制机对接实时控制红绿灯信号时长，也可提供数据到后台交通控制分析系统。2系统控制策略视频车辆检测器最终会汇总到控制中心数据服务器，利用这些数据和交通模型计算停车线车辆到达和排队情况，通过计算和调整饱和度，以减少行车延误、停车次数为主要目标函数，结合道路交通特点、按小步距逐步寻优的原则，对周期、绿信比、相位差等控制参数进行优化，构成全局优化的实时自适应控制。次干道车辆少且随机性大的方向：请求式半感应控制当次要道路检测到车辆到达且主要道路的最小绿灯运行完毕时，将通行权立即转交给次要道路。直到次要道路没有车辆或已经达到最大绿灯时间时，将通行权交还给主要道路。当次要干道上没有车辆时，可以保证主要道路的常绿，充分利用次要道路的绿灯时间。路口车辆一般：全感应控制各信号相的绿灯时间由车辆检测器实时检测到的各入口车道上的交通需求来确定。可以设置可选相位，如果该相位没有检测到车辆的到达，就可以跳过该杭州鼎鹏交通科技有限公司相位，运行一下相位。有效减少了半感应控制相位切换造成的绿灯时间损失。车辆较多时：单点优化控制实现根据几个周期统计的车流量的密度来实现路口周期的小步距动态平滑寻优来跟踪车流量的宏观变化趋势，同时又可通过战术调整来适应路口局部的随机变化。相邻路口车辆较多时（未联网）：无电缆绿波线控当饱和度在0.8左右路口，没有与中心联网的路口在GPS精确授时下实现绿波线控；在支路路口埋设有车辆检测器的情况下，可对支路路口实施感应控制，当支路没有车辆时，可以提前终止当前相位，并把剩余时间增加到绿波同步相位上，以保持线控的周期长度。相邻路口车辆较多时（联网）：优化协调控制主动协调优化控制：根据本路口的交通流量产生最佳信号周期，每几个周期优化一次，并发送给中心，并可指定一个同步相位，对非同步相位可进行战术调整控制，当非同步相位的车辆GAP或浪费时间超过预定时长后，自动结束本相位，并把节余的时间增加到同步相位上，以保证相同的时间长度。既保证了路口的协调控制，又减少了路口的损失时间。被动协调优化控制：根据上位机下达的信号周期，根据各相位的交通负荷分配信号周期长度，每几个周期优化一次，并可指定一个同步相位，对非同步相位可进行战术调整控制，当非同步相位的车辆GAP或浪费时间超过预定时长后，自动结束本相位，并把节余的时间增加到同步相位上，以保证相同的时间长度。特征交通特征控制方式控制目标单个交叉口中小流量单点多时段控制感应控制采用较小的周期减少停车延误流量较大单点多时段控制单点自适应控制采用较大的周期提高路口的通行能力杭州鼎鹏交通科技有限公司干线道路主干道流量大，支路流量较小无电缆线性控制绿波协调控制感应式协调控制自适应协调控制区域自适应协调控制保障干道的绿波控制，减少干道车辆的停车延误，停车次数多时段定周期控制把一天的时间根据交通流量的不同划分为若干个时间段，每个时段根据交通流的特性分配以相应的配时方案。适用于交通流量稳定、变化规律的交叉口。对于一个城市的某一区域而言，其工作日期间每天的交通流量的变化是具有一定的规律的，因此多时段控制方式在一般情况下足以满足控制要求。且多时段定周期控制只需事前做好交通调查，根据调查结果设定不同控制参数下的配时方案，存储在信号机中，然后根据交通变化情况选择合适的控制方案加以调用即可，简便易行，也不需要其他的配套设备，大大降低了建设和维护费用，所以被广泛使用。单点感应控制当单点控制的交叉口交通状况变化比较频繁且没有规律时，宜采用单点感应控制。单点全感应控制适合于交通量大且变化较大的路口；交通量饱和度较低的路口或各方向交通流相差较大的路口，特别是交通流没有明显变化规律、随机性较强时的效果更明显。