基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的智慧紅綠燈研究.pdf

1、進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著城市化的不斷推進(jìn)和改革的不斷深入，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了騰飛的時(shí)代，然而膨脹的城市人口、惡劣的交通環(huán)境等社會(huì)問(wèn)題日益凸顯，已逐漸成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。其中交叉口紅綠燈控制是疏散交通車流、緩解交通擁堵的主要解決途徑，在城市交通系統(tǒng)中扮演著異常重要的角色。現(xiàn)有的紅綠燈大多采用固定配時(shí)，不能實(shí)時(shí)適應(yīng)實(shí)際交通流量的變化，導(dǎo)致交通擁堵成了一些重要路段的“?？汀薄Ｒ虼?，利用現(xiàn)有技術(shù)，研究一種自適應(yīng)的紅綠燈配時(shí)方法，解決

2、當(dāng)前城市交通擁堵問(wèn)題具有十分重要的意義。
　　針對(duì)目前紅綠燈大多采用固定配時(shí)以及路口裝有可見(jiàn)光攝像頭的現(xiàn)狀，本文根據(jù)攝像頭采集的交通視頻，采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)的方法，研究一種基于可見(jiàn)光視頻的各車道車輛排隊(duì)長(zhǎng)度實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，并在此基礎(chǔ)上依據(jù)各車道的實(shí)時(shí)車流量對(duì)紅綠燈配時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)化，從而為ITS（智能交通系統(tǒng)）能更有效的指揮交通提供強(qiáng)有力的支撐。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）對(duì)本文涉及的交通控制基礎(chǔ)理論進(jìn)行了綜述。首先簡(jiǎn)要介紹了

3、交通控制中一些基本參數(shù)（時(shí)間參數(shù)、交通流參數(shù)以及效率參數(shù)）的概念及其計(jì)算方法，后續(xù)的紅綠燈配時(shí)方案的優(yōu)化正是在這些參數(shù)上開(kāi)展和進(jìn)行的；其次對(duì)現(xiàn)有的一些主要的紅綠燈控制方式進(jìn)行了概述，并給出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其分析方法，為后續(xù)評(píng)價(jià)本文紅綠燈配時(shí)的優(yōu)化方法提供參照，從而體現(xiàn)本文方法的優(yōu)越性；最后介紹了幾種常用的交通流分布的數(shù)學(xué)模型，使后續(xù)本文的紅綠燈優(yōu)化仿真實(shí)驗(yàn)得以順利開(kāi)展，其中本文采用泊松分布來(lái)對(duì)當(dāng)前交通流進(jìn)行描述。
　?。?）提

4、出一種基于可見(jiàn)光圖像的各車道車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的檢測(cè)方法。目前城市交叉口普遍安裝了可見(jiàn)光攝像頭對(duì)交通流視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，本文根據(jù)采集到的可見(jiàn)光視頻，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法，對(duì)視頻中各車道的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)。本文主要采用背景差分的方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：1）可靠性，本文從視頻圖像的固定區(qū)域中將80×80像素大小的矩形框設(shè)為特征區(qū)域并提取紋理特征，與背景庫(kù)圖像中相同區(qū)域的紋理特征進(jìn)行匹配，將相似度最高的圖像作為背景模板進(jìn)

5、行背景差分，使當(dāng)前圖像與選取的背景模板最為接近，從而保證算法可靠性。2）實(shí)時(shí)性，本文未對(duì)整幅圖像進(jìn)行差分處理，而是選取車道中間寬為10個(gè)像素的條狀區(qū)域，所處理的像素個(gè)數(shù)不足整幅圖像的5％，從而保證算法的實(shí)時(shí)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的方法具有魯棒性、可靠性、實(shí)時(shí)性，可以滿足交通場(chǎng)景的檢測(cè)要求。
　　（3）設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)的紅綠燈配時(shí)優(yōu)化方法。通過(guò)上述基于可見(jiàn)光圖像的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)方法可實(shí)時(shí)獲取各車道的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度，從而獲取各車道的

6、等待車輛數(shù)。本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)的基于交通動(dòng)態(tài)的紅綠燈配時(shí)的優(yōu)化方法。該方法將在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)交叉口的車輛數(shù)達(dá)到最大作為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)將各相位車輛數(shù)比例作為各相位綠燈延時(shí)分配的計(jì)算依據(jù)，體現(xiàn)了效率優(yōu)先、兼顧公平的原則。為驗(yàn)證算法有效性，本文在單交叉口四相位16車道的交通場(chǎng)景下進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并采用四種不同車輛到達(dá)情況的仿真場(chǎng)景，分別為：1）各方向車輛到達(dá)分布均勻且到達(dá)率較小，2）各方向車輛到達(dá)分布均勻且到達(dá)率較大，3）各方向車輛