基于圖像檢測與廣義力模型的交通信號控制方法
【專利摘要】為了解決現(xiàn)有交叉路口信號控制還不能同時(shí)考慮排隊(duì)長度和交通流模型、影響車輛放行效率問題，本發(fā)明提出了一種基于圖像檢測與廣義力模型的交通信號控制方法，該方法設(shè)計(jì)了完整的多路圖像檢測方案，并以FPGA芯片作為交叉路口各個(gè)方向車輛排隊(duì)長度的檢測和處理中心，完成對交叉路口各個(gè)方向的圖像快速采集、圖像處理、車輛排隊(duì)長度和行人信息提??；同時(shí)，設(shè)置了完整的交通“綠沖突”約束、建立了優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)和多車輛跟馳約束交通流模型，采用交叉路口放行車輛優(yōu)化和依賴交通流模型時(shí)間對應(yīng)的兩步法進(jìn)行交通信號的優(yōu)化配時(shí)，完成一個(gè)完整周期的交通信號控制優(yōu)化設(shè)計(jì)；提高了交叉路口車輛放行效率。
【專利說明】
基于圖像檢測與廣義力模型的交通信號控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于圖像檢測與廣義力模型的交通信號控制方法，屬于信號處 理、通信技術(shù)和交通信號控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著各種交通工具的數(shù)量大大增加，國際上很多國家的設(shè)施、道路、交通 管理系統(tǒng)已經(jīng)很難適應(yīng)運(yùn)種發(fā)展速度，特別是大、中城市交通基礎(chǔ)設(shè)施不足、交通信號控制 的不協(xié)調(diào)、交通疏導(dǎo)系統(tǒng)缺乏、車輛調(diào)度和管理的混亂、交通參與者的交規(guī)意識(shí)淡薄等諸多 方面的原因?qū)е铝顺鞘薪煌ㄝ^擁堵現(xiàn)象，由此又引發(fā)了交通安全、環(huán)境污染等一系列的社 會(huì)經(jīng)濟(jì)問題;為此，國內(nèi)外很多學(xué)者致力于交通擁堵問題研究，并試圖W公交優(yōu)先等優(yōu)化調(diào) 度方式解決城市交通擁堵問題;在北京、上海等十幾個(gè)城市引進(jìn)了國外的交通控制網(wǎng)絡(luò)，期 望能夠緩解城市交通問題；由于中國城市交通控制問題遠(yuǎn)比國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家復(fù)雜，特別 是機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人的相互干擾、道路質(zhì)量、投入經(jīng)費(fèi)等問題，使得國際許多著名交通 控制系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)常常效果不佳甚至失效;原因是國外的SCATS和SCOOT等系統(tǒng)僅僅考慮交 通不擁堵情況，與控制系統(tǒng)配套的檢測方案僅僅是進(jìn)入或駛出交通路口的車流量，由此得 到的優(yōu)化方案常常出現(xiàn)錯(cuò)誤；因此，W上措施和理想化的研究工作仍不能緩解交通擁堵問 題。
[0003] 交通信號控制是利用交通信號，對道路上運(yùn)行的車輛和行人進(jìn)行指揮和疏導(dǎo)，交 通信號自動(dòng)控制是交通擁堵緩解控制的重要組成部分，是科學(xué)交通管理的一種有效手段， 路口信號機(jī)是交通信號的控制器，其主要用于路口的信號燈控制，其既可W獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)控 審IJ，又可W實(shí)時(shí)地采集交通信息提供給中央控制機(jī)作為決策的依據(jù);現(xiàn)有的信號機(jī)實(shí)現(xiàn)獨(dú) 立控制的功能已經(jīng)比較強(qiáng)大:根據(jù)各交通路口的不同需要可W實(shí)現(xiàn)多相位控制方式;根據(jù) 不同時(shí)間段交通流量的不同可W實(shí)現(xiàn)多時(shí)段的控制方式，并且還可W根據(jù)工作日與節(jié)假日 來設(shè)置不同的控制方案;控制面板上的按鈕可W方便的實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、感應(yīng)、多時(shí) 段、綠沖突等控制，并且配有通信接口，可W實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，W方便地使指揮中屯、對路 口的信號機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控或通過便攜機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，滿足區(qū)域協(xié)調(diào)控制的要求。
[0004] 通過交通圖像檢測、建立合理的交通流模型，是提高交叉路口車輛放行率的有效 途徑;而現(xiàn)有交叉路口信號控制方法還不能同時(shí)考慮排隊(duì)長度和交通流模型，影響了交叉 路口車輛放行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有交叉路口信號控制還不能同時(shí)考慮排隊(duì)長度和交通流模型、影響車 輛放行效率問題，本發(fā)明提出了一種基于圖像檢測與廣義力模型的交通信號控制方法，該 方法設(shè)計(jì)了完整的多路圖像檢測方案，并WFPGA忍片作為交叉路口各個(gè)方向車輛排隊(duì)長度 的檢測和處理中屯、，完成對交叉路口各個(gè)方向的圖像快速采集、圖像處理、車輛排隊(duì)長度和 行人信息提取；同時(shí)，設(shè)置了完整的交通"綠沖突"約束、建立了優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)和多車輛跟馳 約束交通流模型，采用交叉路口放行車輛優(yōu)化和依賴交通流模型時(shí)間對應(yīng)的兩步法進(jìn)行交 通信號的優(yōu)化配時(shí)，完成一個(gè)完整周期的交通信號控制優(yōu)化設(shè)計(jì);提高了交叉路口車輛放 行效率。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:一種基于圖像檢測與廣義力模型的交 通信號控制方法，其特征包含W下步驟：
[0007] 步驟1:交叉路口的交通信號控制方案每個(gè)信號周期設(shè)計(jì)一次，交通信號控制方案 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括多路圖像信息檢測、"綠沖突"約束設(shè)置、排隊(duì)車輛交通流模型、信號優(yōu)化設(shè)計(jì) 四部分內(nèi)容;交通信號控制方案設(shè)計(jì)時(shí)間TsheW小于給定值，在信號執(zhí)行過程中不能反復(fù)調(diào) 整;在執(zhí)行下一個(gè)信號周期之前TsheW時(shí)刻就設(shè)計(jì)該周期交通信號控制方案，W保證多路圖 像信息檢測得到最新的交通狀況；
[0008] 步驟2:將多路交通視頻經(jīng)過視頻解碼模塊數(shù)字化后送入FPGA，在FPGA中先通過邊 緣檢測和二值化、完成對圖像進(jìn)行預(yù)處理并將其存入SRAM緩沖，然后根據(jù)車道線像素構(gòu)成 的車道檢測區(qū)域?qū)D像進(jìn)行分割和腐蝕，提取出路口各個(gè)方向排隊(duì)車輛長度和車間距，并 將相鄰兩帖圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息W得到車輛運(yùn) 動(dòng)速度;類似的方法用于檢測行人多寡和行進(jìn)速度;多路圖像信息檢測獲取W下信息：
[0009] (1)東向西直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0010] 間西向東直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0011] 間北向南直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0012] (4)南向北直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0013] 間東向南左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0014] 做西向北左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0015] 例北向東左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0016] 腳南向西左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0017] (9)東向北右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0018] (10)西向南右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0019] (11)北向西右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0020] (12)南向東右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0021] (13)行人東向西:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0022] (14)行人西向東:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0023] (15)行人南向北:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0024] (16)行人北向南:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0025] 步驟3:綠沖突約束：
[0026] (1)對于車輛，定義下標(biāo)第一個(gè)字母S是車輛自北向南方向，n是車輛自南向北方向， e是車輛自西向東方向，W是車輛自東向西方向；下標(biāo)第二個(gè)字母S是車輛直行、r是車輛右 轉(zhuǎn)、1是車輛左轉(zhuǎn);下標(biāo)第S個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；下標(biāo)rwr為行 人從右手邊、即北邊、自東向西方向穿越交叉路口，rwl為行人從左手邊、即南邊、自東向西 方向穿越交叉路口，rer為行人從右手邊、即南邊、自西向東方向穿越交叉路口，rel為行人 從左手邊、即北邊、自西向東方向穿越交叉路口，rnr為行人從右手邊、即東邊、自南向北方 向穿越交叉路口，rnl為行人從左手邊、即西邊、自南向北方向穿越交叉路口，rsr為行人從 右手邊、即西邊、自北向南方向穿越交叉路口，rsl為行人從左手邊、即東邊、自北向南方向 穿越交叉路口；對于行人，下標(biāo)第四個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；
[0027] 間假設(shè)每個(gè)方向綠燈開啟時(shí)間不同，每個(gè)周期內(nèi)起始時(shí)間設(shè)為to,周期設(shè)為T，車 輛自北向南直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為
1車輛自北向南左轉(zhuǎn)方 向綠燈信號標(biāo)識(shí)^
^^輛自北向南右轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為
[002引車輛自南向北直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)^
，車輛自南 向北左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)；
，車輛自南向北右轉(zhuǎn)方向綠燈 信號標(biāo)識(shí)戈
[0029] 車輛自西向東直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)：
車輛自西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為 車輛自西向東右轉(zhuǎn)方向綠燈信 號標(biāo)識(shí)呆
[0030] 車輛自東向西直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為:，
，車輛自 東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)3
車輛自東向西右轉(zhuǎn)方向綠 燈信號標(biāo)識(shí)
[0031] 間行人從右手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為
向西方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 向東方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 向東方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 向北方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 向北方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 [0037]行人從右手邊自北向南方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 ;向南方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為
[0039] (4)必選的綠沖突約束為：bss ? bes = 0，bss ? bws = 0，bss ? bnl = 0，bns ? bsl = 0，bes ? bwl = 0，bws ? bel = 0，bss ? brm: = 0，bss ? brwl = 0，bss ? bre:r = 0，bss ? brel = 0，bns ? bes = 0，bns ? bws = 0;bns ? brwr = 0，bns ? brwl = 0，bns ? brer = 0，bns ? brel = 0;
[0040] 間選擇采用的綠沖突約束為：
[0041] 當(dāng)東向西直行綠燈早于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，
，即北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于東向西直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 ^最后一輛車由斑馬線通過北向南方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間 直行綠燈晚于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)， I即東向西直行綠燈開啟時(shí)刻大于北向南方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 f束后最后一輛車由斑馬線通過東向西直行車道后的時(shí)間巧胃之 直行綠燈早于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， 即南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于西向東直行綠燈結(jié)束后最后一 向北方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 直行綠燈晚于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， 即西向東直行綠燈開啟時(shí)刻大于南向北方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)西向東直行車道后的時(shí)間。,之和； 直行綠燈早于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， ，即東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于南向北直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 f最后一輛車由斑馬線通過東向西方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之 直行綠燈晚于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， ，即南向北直行綠燈開啟時(shí)刻大于東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線通過南向北直行車道后的時(shí)間'馬,之 和；
[0047]當(dāng)北向南直行綠燈早于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， 印西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于北向南直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與北
最后一輛車由斑馬線通過西向東方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 直行綠燈晚于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， 印北向南直行綠燈開啟時(shí)刻大于西向東方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南直行車道后的時(shí)間寫//_W之和；
[0049] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，trwri>tslf，即東向西右手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0050] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，fy/f >與胃/ + 即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西右手方向行人綠 燈結(jié)束后東向西右手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[0化1]當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，> ^e// +馬//_rw，即東 向西右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間,胃之和；
[0052] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，teli > trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0053] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，trwli>tnlf，即東向西左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0054] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，g,. ，即南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左手方向行人綠 燈結(jié)束后東向西左手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[005引當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，>fw// +^，//_,.、W，即 東向西左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間馬之和；
[0056] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，teli>trwlf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0057] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，treriHnlf，即西向東右方向 行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0化引當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，《"/,? ，即南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東右手方向行人綠 燈結(jié)束結(jié)束后西向東右手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間 和；
[0化9]當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，+ ^,//_rm.，即 西向東右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和；
[0060]當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，teli > trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0061 ]當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，treli>tslf，即西向東左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0062] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，^ > /,.W ，即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左手方向行人綠 燈結(jié)束后西向東左手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[0063] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，?％/,. >fe// ，即西 向東左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和；
[0064] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，teli>trelf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0065] 將路口方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，即北代替原來東、西代替原來北、南代替原來西、東 代替原來南，同理可W得到南向北、北向南行人的綠沖突約束條件；
[0066] 步驟4:交通流模型動(dòng)態(tài)約束表達(dá)如下：
[0067]
U
[006引其中：Xj (NT)為為第j輛車在時(shí)間t = NT時(shí)刻的位置，a為敏感系數(shù)，N為采樣個(gè)數(shù)，T 為采樣周期，Vmax為車輛的最大速度，he為車輛間的安全距離，A X^iT)為第j輛車在時(shí)間t = iT時(shí)刻與前車之間的車間距，Avj(iT)為第j輛車在時(shí)間t = iT時(shí)刻與前車之間的速度差，入 為不同a的系數(shù)，H是化aviside函數(shù)，即單位階躍函數(shù)
[0069] 根據(jù)（1)式可W得到當(dāng)I^(NT)-Lj I <即寸的N;
[0070] 其中，k為第j輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛的距離，S為給定的正數(shù)；
[0071] 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到第j輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后需要延時(shí)tdj后才能開動(dòng)，運(yùn)樣，第j輛 排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛距離レ所需時(shí)間tjf為:tjf = tdj+NT;
[0072] 步驟5:信號優(yōu)化配時(shí)方法如下：
[0073] (1)建立優(yōu)化指標(biāo)：
[0074] J -min {入ewsLews+入enrLenr+人es止esl+入wesLwes+入wnlLwnl+入WsrLwsr+
[0075] 火 snsLsns+火 serLser+火 swlLswl+火 nssLnss+^nwrLnwr +入 ne 1 Lne l+PewrRewr+
[0076] PewlRewl+P\rerRwer+P\relRwel+PnsrRnsr+PnslRnsl+PsnrRsnr+PsnlRsnl}
[0077] 其中：A表示車輛加權(quán)系數(shù)，L表示排隊(duì)車輛長度，P表示行人加權(quán)系數(shù)，R表示行人 數(shù)，A和L的下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方向，且第1位朝向第2位方向； 第S位S，r，l分別表示直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn);例如Lews為東向西直行方向的車輛排隊(duì)隊(duì)長，入ews 為東向西直行方向的車輛排加權(quán)系數(shù);P和R下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、 北方向，且第1位朝向第2位方向；第=位l，r分別表示從前進(jìn)方向的左手邊或右手邊穿越人 行道；
[0078] (2)選取交叉路口信號總周期：
[0079] Tz二 f Z (Lews , Lwes , Lsns , Lnss )
[0080] 其中：Tz為所有方向車輛和行人綠燈放行時(shí)間并集，即交叉路口信號總周期，fz (；Lews，Lwes，Lsns，Lnss )為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定的函數(shù)；
[0081] 根據(jù)步驟5(1)的優(yōu)化指標(biāo)和步驟3的綠沖突約束，采用線性規(guī)劃方法確定各個(gè)綠 燈開啟、持續(xù)時(shí)間及需要放行的車輛數(shù)；
[0082] (3)根據(jù)步驟4的改進(jìn)跟馳車輛交通流模型確定放行車輛數(shù)與放行時(shí)間的關(guān)系，按 照各個(gè)方向需要放行的車輛數(shù)，對步驟5(2)確定的各個(gè)綠燈開啟、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，確定 信號總周期。
[0083] 本發(fā)明的有益效果是:設(shè)計(jì)了完整的多路圖像檢測方案，并WFPGA忍片作為交叉 路口各個(gè)方向車輛排隊(duì)長度的檢測和處理中屯、，完成對交叉路口各個(gè)方向的圖像快速采 集、圖像處理、車輛排隊(duì)長度和行人信息提??；同時(shí)，設(shè)置了完整的交通"綠沖突"約束、建立 了優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)和多車輛跟馳約束交通流模型，采用交叉路口放行車輛優(yōu)化和依賴交通流 模型時(shí)間對應(yīng)的兩步法進(jìn)行交通信號的優(yōu)化配時(shí)，完成一個(gè)完整周期的交通信號控制優(yōu)化 設(shè)計(jì);提高了交叉路口車輛放行效率。
[0084] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0085] 附圖1是本發(fā)明的流程結(jié)構(gòu)框圖；
[0086] 附圖2是本發(fā)明的圖像采集與排隊(duì)長度提取硬件結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0087] 參照附圖1、附圖2。
[0088] 步驟1:交叉路口的交通信號控制方案每個(gè)信號周期設(shè)計(jì)一次，交通信號控制方案 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括多路圖像信息檢測、"綠沖突"約束設(shè)置、排隊(duì)車輛交通流模型、信號優(yōu)化設(shè)計(jì) 四部分內(nèi)容;交通信號控制方案設(shè)計(jì)時(shí)間TsheW小于給定值，在信號執(zhí)行過程中不能反復(fù)調(diào) 整;在執(zhí)行下一個(gè)信號周期之前TsheW時(shí)刻就設(shè)計(jì)該周期交通信號控制方案，W保證多路圖 像信息檢測得到最新的交通狀況；
[0089] 步驟2:每個(gè)方向視頻采集單元采用4個(gè)CCD，它可W把現(xiàn)場圖像采集進(jìn)來并送給A/ D轉(zhuǎn)化忍片作進(jìn)一步處理;A/D忍片采用PHILIPS公司的711IH忍片，711IH忍片有4個(gè)模擬通 道，通過分時(shí)采集4路的圖像信號，分時(shí)進(jìn)行處理，可W通過編程選擇7111的轉(zhuǎn)換模式，通過 I2C總線進(jìn)行編程，完成7111H的初始化工作，信號的輸出格式也由I2C總線進(jìn)行控制，采用 CCIR601的4:2:2格式;運(yùn)樣，現(xiàn)場圖像就從模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，可W通過緩存器，送 給FPGA忍片進(jìn)行相應(yīng)的處理;FPGA采用美國Altera公司的切clone系列FPGA中的EP1C12忍 片;該忍片密集度達(dá)12060個(gè)LE單元(每個(gè)LE包括一個(gè)LUT，一個(gè)觸發(fā)器和相關(guān)邏輯，是忍片 實(shí)現(xiàn)邏輯的最基本結(jié)構(gòu)，也是FPGA綜合性能評價(jià)的主要指標(biāo)），完全能夠滿足圖像處理算法 和系統(tǒng)邏輯控制的需要；169個(gè)用戶可用I/O端口滿足系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像采集和存儲(chǔ)的多個(gè)忍片 連接要求;緩沖器采用了FIFO器件1041V;由A/D轉(zhuǎn)換忍片轉(zhuǎn)換而來的視頻數(shù)據(jù)直接進(jìn)入 FIFO,在FIFO中暫時(shí)存放；當(dāng)FPGA需要對其進(jìn)行處理時(shí)，可W通過重復(fù)讀指令進(jìn)行讀操作， 因?yàn)橹貜?fù)指令可W把一條多到5個(gè)周期的指令變?yōu)?個(gè)周期的指令，所WFPGA-次可W讀大 量的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)緩沖的功能;將多路交通視頻經(jīng)過視頻解碼模塊數(shù)字化后送入FPGA，在 FPGA中先通過邊緣檢測和二值化完成對圖像進(jìn)行預(yù)處理并將其存入SRAM緩沖，然后根據(jù)車 道線像素構(gòu)成的車道檢測區(qū)域?qū)D像進(jìn)行分割和腐蝕，提取出路口各個(gè)方向排隊(duì)車輛長度 和車間距，并將相鄰兩帖圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息 W得到車輛運(yùn)動(dòng)速度;類似的方法用于檢測行人多寡和行進(jìn)速度;多路圖像信息檢測獲取 W下信息：
[0090] (1)東向西直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0091] 間西向東直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0092] 間北向南直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0093] (4)南向北直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對面路口時(shí)間；
[0094] 間東向南左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0095] 做西向北左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0096] 例北向東左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0097] 腳南向西左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0098] (9)東向北右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0099] (10)西向南右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0100] (11)北向西右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0101] (12)南向東右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0102] (13)行人東向西:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0103] (14)行人西向東:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0104] (15)行人南向北:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0105] (16)行人北向南:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0106] 步驟3:綠沖突約束：
[0107] (1)對于車輛，定義下標(biāo)第一個(gè)字母S是車輛自北向南方向，n是車輛自南向北方向， e是車輛自西向東方向，W是車輛自東向西方向；下標(biāo)第二個(gè)字母S是車輛直行、r是車輛右 轉(zhuǎn)、1是車輛左轉(zhuǎn);下標(biāo)第S個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；下標(biāo)rwr為行 人從右手邊、即北邊、自東向西方向穿越交叉路口，rwl為行人從左手邊、即南邊、自東向西 方向穿越交叉路口，rer為行人從右手邊、即南邊、自西向東方向穿越交叉路口，rel為行人 從左手邊、即北邊、自西向東方向穿越交叉路口，rnr為行人從右手邊、即東邊、自南向北方 向穿越交叉路口，rnl為行人從左手邊、即西邊、自南向北方向穿越交叉路口，rsr為行人從 右手邊、即西邊、自北向南方向穿越交叉路口，rsl為行人從左手邊、即東邊、自北向南方向 穿越交叉路口；對于行人，下標(biāo)第四個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；
[0108] 間假設(shè)每個(gè)方向綠燈開啟時(shí)間不同，每個(gè)周期內(nèi)起始時(shí)間設(shè)為to,周期設(shè)為T，車 輛自北向南直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)呆
，車輛自北向南左轉(zhuǎn)方 向綠燈信號標(biāo)識(shí)：
，車輛自北向南右轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為
[0109] 車輛自南向北直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)夫
車輛自南 向北左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)
-車輛自南向北右轉(zhuǎn)方向綠燈 f目號標(biāo)識(shí)為
，
[0110] 車輛自西向東直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)3
，車輛自西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)式
，車輛自西向東右轉(zhuǎn)方向綠燈信 號標(biāo)識(shí)另
[0111] 車輛自東向西直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)）
，車輛自 東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)3
，車輛自東向西右轉(zhuǎn)方向綠 燈信號標(biāo)識(shí)：
[0112] 間行人從右手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為
西方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 家方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 家方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 化方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 化方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為 [011引行人從右手邊自北向南方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為
;向南方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為
[0120] (4)必選的綠沖突約束為：bss ? bes = 0，bss ? bws = 0，bss ? bnl = 0，bns ? bsl = 0，bes ? bwl = 0，bws ? bel = 0，bss ? brm: = 0，bss ? brwl = 0，bss ? bre:r = 0，bss ? brel = 0，bns ? bes = 0，bns ? bws = 0;bns ? brwr = 0，bns ? brwl = 0，bns ? brer = 0，bns ? brel = 0;
[0121] 間選擇采用的綠沖突約束為：
[0122] 當(dāng)東向西直行綠燈早于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，
，即北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于東向西直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 ^最后一輛車由斑馬線通過北向南方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之 直行綠燈晚于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)， '即東向西直行綠燈開啟時(shí)刻大于北向南方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 f束后最后一輛車由斑馬線通過東向西直行車道后的時(shí)間 直行綠燈早于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， 即南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于西向東直行綠燈結(jié)束后最后一 向北方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間寫之和； 直行綠燈晚于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， 即西向東直行綠燈開啟時(shí)刻大于南向北方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)西向東直行車道后的時(shí)間之和； 直行綠燈早于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， ，即東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于南向北直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 ^最后一輛車由斑馬線通過東向西方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之 直行綠燈晚于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， ，即南向北直行綠燈開啟時(shí)刻大于東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線通過南向北直行車道后的時(shí)間馬之 和；
[012引當(dāng)化向南直行綠燈早于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)，
巧西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于北向南直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 1后一輛車由斑馬線通過西向東方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間巧之和； 直行綠燈晚于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， 巧北向南直行綠燈開啟時(shí)刻大于西向東方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南直行車道后的時(shí)間寫^之和；
[0130] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，trwri>tslf，即東向西右手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0131] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，fyg ，即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西右手方向行人綠 燈結(jié)束后東向西右手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[0132] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，> ^e// +是，即東 向西右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間寫之和；
[0133] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，teli>trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0134] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，trwli>tnlf，即東向西左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[01巧]當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，即南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左手方向行人綠 燈結(jié)束后東向西左手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間氏之和；
[0136] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，>4>// 即 東向西左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和；
[0137] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，teli > trwlf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[01 3引當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，treri > tnlf，即西向東右方向 行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0139]當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，，即南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東右手方向行人綠 燈結(jié)束結(jié)束后西向東右手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間 和；
[0140]當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，胃g. +斬即 西向東右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和；
[01 41 ]當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，teli > trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0142] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，treli>tslf，即西向東左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0143] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，g,. > ，即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左手方向行人綠 燈結(jié)束后西向東左手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[0144] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，_,W，即西 向東左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間與//_W之和；
[0145] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，teli>trelf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0146] 將路口方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，即北代替原來東、西代替原來北、南代替原來西、東 代替原來南，同理可W得到南向北、北向南行人的綠沖突約束條件；
[0147] 步驟4:交通流模型動(dòng)態(tài)約束表達(dá)如下：
[014 引
[0149] 其中：Xj (NT)為為第j輛車在時(shí)間t = NT時(shí)刻的位置，a為敏感系數(shù)，N為采樣個(gè)數(shù)，T 為采樣周期，Vmax為車輛的最大速度，he為車輛間的安全距離，A X^iT)為第j輛車在時(shí)間t = iT時(shí)刻與前車之間的車間距，Avj(iT)為第j輛車在時(shí)間t = iT時(shí)刻與前車之間的速度差，入 為不同a的系數(shù)，H是化aviside函數(shù)，即單位階躍函數(shù)
[0150] 根據(jù)（1)式可W得到當(dāng)|刮柳)-。<即寸的N;
[0151] 其中，k為第j輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛的距離，S為給定的正數(shù)；
[0152] 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到第j輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后需要延時(shí)tdj后才能開動(dòng)，運(yùn)樣，第j輛 排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛距離^所需時(shí)間tjf為:tjf = tdj+NT;
[0153] 步驟5:信號優(yōu)化配時(shí)方法如下：
[0154] (1)建立優(yōu)化指標(biāo)：
[01 日日] J -min { A^ewsLews+火enrLenr+火eslLesl+火wesLwes+火wnlLwnl+火WsrLwsr+
[01 56] 火 snsLsns+火 serLser+火 swlLswl+火 nssLnss+火 IiwrLnwr +入 ne 1 Lne l+PewrRewr+
[01 57] PewlRewl+P\rerRwer+P…iRwel+PnsrRnsr+PnslRnsl+PsnrRsnr+PsnlRsnl}
[0158] 其中：A表示車輛加權(quán)系數(shù)，L表示排隊(duì)車輛長度，P表示行人加權(quán)系數(shù)，R表示行人 數(shù)，A和L的下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方向，且第1位朝向第2位方向； 第S位S，r，l分別表示直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn);例如Lews為東向西直行方向的車輛排隊(duì)隊(duì)長，入ews 為東向西直行方向的車輛排加權(quán)系數(shù);P和R下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、 北方向，且第1位朝向第2位方向；第=位l，r分別表示從前進(jìn)方向的左手邊或右手邊穿越人 行道；
[0159] (2)選取交叉路口信號總周期：
[01 60] Tz二 f Z (Lews , Lwes , Lsns , Lnss )
[0161] 其中：Tz為所有方向車輛和行人綠燈放行時(shí)間并集，即交叉路口信號總周期，fz (；Lews，Lwes，Lsns，Lnss )為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定的函數(shù)；
[0162] 根據(jù)步驟5(1)的優(yōu)化指標(biāo)和步驟3的綠沖突約束，采用線性規(guī)劃方法確定各個(gè)綠 燈開啟、持續(xù)時(shí)間及需要放行的車輛數(shù)；
[0163] (3)根據(jù)步驟4的改進(jìn)跟馳車輛交通流模型確定放行車輛數(shù)與放行時(shí)間的關(guān)系，按 照各個(gè)方向需要放行的車輛數(shù)，對步驟5(2)確定的各個(gè)綠燈開啟、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，確定 信號總周期。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于圖像檢測與廣義力模型的交通信號控制方法，其特征包含以下步驟： 步驟1:交叉路口的交通信號控制方案每個(gè)信號周期設(shè)計(jì)一次，交通信號控制方案設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括多路圖像信息檢測、"綠沖突"約束設(shè)置、排隊(duì)車輛交通流模型、信號優(yōu)化設(shè)計(jì)四部 分內(nèi)容;交通信號控制方案設(shè)計(jì)時(shí)間T sh_小于給定值，在信號執(zhí)行過程中不能反復(fù)調(diào)整;在 執(zhí)行下一個(gè)信號周期之前Tsh_時(shí)刻就設(shè)計(jì)該周期交通信號控制方案，以保證多路圖像信息 檢測得到最新的交通狀況； 步驟2:將多路交通視頻經(jīng)過視頻解碼模塊數(shù)字化后送入FPGA，在FPGA中先通過邊緣檢 測和二值化、完成對圖像進(jìn)行預(yù)處理并將其存入SRAM緩沖，然后根據(jù)車道線像素構(gòu)成的車 道檢測區(qū)域?qū)D像進(jìn)行分割和腐蝕，提取出路口各個(gè)方向排隊(duì)車輛長度和車間距，并將相 鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息以得到車輛運(yùn)動(dòng)速 度;類似的方法用于檢測行人多寡和行進(jìn)速度;多路圖像信息檢測獲取以下信息： ⑴東向西直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對面路口時(shí)間； ⑵西向東直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對面路口時(shí)間； (3)北向南直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對面路口時(shí)間； ⑷南向北直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對面路口時(shí)間； (5) 東向南左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)南路口時(shí)間； (6) 西向北左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)北路口時(shí)間； (7) 北向東左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)東路口時(shí)間； (8) 南向西左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)西路口時(shí)間； (9) 東向北右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)北路口時(shí)間； (10) 西向南右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)南路口時(shí)間； (11) 北向西右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)西路口時(shí)間； (12) 南向東右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)東路口時(shí)間； (13) 行人東向西:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； (14) 行人西向東:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； (15) 行人南向北:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； (16) 行人北向南:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； 步驟3:綠沖關(guān)約束： ⑴對于車輛，定義下標(biāo)第一個(gè)字母s是車輛自北向南方向，η是車輛自南向北方向，e是 車輛自西向東方向，w是車輛自東向西方向；下標(biāo)第二個(gè)字母s是車輛直行、r是車輛右轉(zhuǎn)、1 是車輛左轉(zhuǎn)；下標(biāo)第三個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；下標(biāo)rwr為行人從 右手邊、即北邊、自東向西方向穿越交叉路口，rwl為行人從左手邊、即南邊、自東向西方向 穿越交叉路口，rer為行人從右手邊、即南邊、自西向東方向穿越交叉路口，rel為行人從左 手邊、即北邊、自西向東方向穿越交叉路口，rnr為行人從右手邊、即東邊、自南向北方向穿 越交叉路口，rnl為行人從左手邊、即西邊、自南向北方向穿越交叉路口，rsr為行人從右手 邊、即西邊、自北向南方向穿越交叉路口，rsl為行人從左手邊、即東邊、自北向南方向穿越 交叉路口；對于行人，下標(biāo)第四個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻； ⑵假設(shè)每個(gè)方向綠燈開啟時(shí)間不同，每個(gè)周期內(nèi)起始時(shí)間設(shè)為to,周期設(shè)為T，車輛自北 向南直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為，車輛自北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈 信號標(biāo)識(shí)為車輛自北向南右轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為車輛自南向北直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為，車輛自南向北 左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為車輛自南向北右轉(zhuǎn)方向綠燈信號 標(biāo)識(shí)為， 車輛自西向東直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為，車輛自西向東 左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為，車輛自西向東右轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo) 識(shí)為' 車輛自東向西直行方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為，車輛自東向西 左轉(zhuǎn)方向綠燈信號標(biāo)識(shí)為車輛自東向西右轉(zhuǎn)方向綠燈信號 標(biāo)識(shí)為(3)行人從右手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從右手邊自西向東方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自西向東方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從右手邊自南向北方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自南向北方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從右手邊自北向南方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自北向南方向穿越交叉路口綠燈信號標(biāo)識(shí)為⑷必選的綠沖突約束為:bss · bes = 0，bss · bws = 0，bss · bni = 0，bns · bsi = 0，bes · bwi = 〇，bws · bel - 0，bss · brwr - 0，bss · brwl - 0，bss · brer - 〇，bss · brel - 0，bns · bes - 〇，bns · bws - 0 ; bns · brwr - 0，bns · brwl - 0，bns · brer - 0，bns · brel - 0; (5)選擇采用的綠沖突約束為： 當(dāng)東向西直行綠燈早于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，匕"> ，即 北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于東向西直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西直行綠燈結(jié)束后最 后一輛車由斑馬線通過北向南方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西直行綠燈晚于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，&,?· > ，即 東向西直行綠燈開啟時(shí)刻大于北向南方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線通過東向西直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東直行綠燈早于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)，，即 南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于西向東直行綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線通過南向 北方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間fe5/ 之和； 當(dāng)西向東直行綠燈晚于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)，&μ > ?Η//+，即 西向東直行綠燈開啟時(shí)刻大于南向北方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)西向東直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)南向北直行綠燈早于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)，'& >匕<， 即東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于南向北直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與南向北直行綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線通過東向西方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)南向北直行綠燈晚于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)，+2"w|f_.ws， 即南向北直行綠燈開啟時(shí)刻大于東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié) 束后最后一輛車由斑馬線通過南向北直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)北向南直行綠燈早于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)，+ ，即 西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于北向南直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與北向南直行綠燈結(jié)束后最 后一輛車由斑馬線通過西向東方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)北向南直行綠燈晚于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)，&"· >fe// ，即 北向南直行綠燈開啟時(shí)刻大于西向東方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，trwri>tsif，即東向西右手方向行人 綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，^* >+ 即北向南 左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西右手方向行人綠燈結(jié) 束后東向西右手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，+ re/j_ntT卩東向西 右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最后 一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，teii>trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，trwli>tnlf，即東向西左手方向行人 綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，("http:// >?ην// +&"；//_"/，即南向北 左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左手方向行人綠燈結(jié) 束后東向西左手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，> L,/y + :，即東向西 左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最后 一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，teli>trwlf，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，tmiHnlf，即西向東右方向行人綠 燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，^，即南向北 左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東右手方向行人綠燈結(jié) 束結(jié)束后西向東右手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，+ ，即西向 東右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最 后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，teii>trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，treliHslf，即西向東左手方向行人 綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，匕// > + 丨fl/，即北向南左 轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左手方向行人綠燈結(jié)束 后西向東左手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間fe//_s/之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，>fe// + ，即西向東 左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最后 一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，teii>treif，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 將路口方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，即北代替原來東、西代替原來北、南代替原來西、東代替 原來南，同理可以得到南向北、北向南行人的綠沖突約束條件； 步驟4:交通流模型動(dòng)態(tài)約束表達(dá)如下：其中：xj(NT)為為第j輛車在時(shí)間t = NT時(shí)刻的位置，a為敏感系數(shù)，N為采樣個(gè)數(shù)，T為采 樣周期，vmax為車輛的最大速度，hc為車輛間的安全距離，AXj(iT)為第j輛車在時(shí)間t=iT時(shí) 刻與前車之間的車間距，Avj(iT)為第j輛車在時(shí)間t = iT時(shí)刻與前車之間的速度差，λ為不 同a的系數(shù)，Η是Heaviside函數(shù)，即單位階躍函數(shù)//()')= t Λ; (0 χ<0 根據(jù)（1)式可以得到當(dāng)I Xj(NT)-Lj |〈δ時(shí)的Ν; 其中，k為第j輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛的距離，δ為給定的正數(shù)； 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到第j輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后需要延時(shí)后才能開動(dòng)，這樣，第j輛排隊(duì) 車輛在綠燈開啟后要行駛距離k所需時(shí)間為山f = tdj+NT; 步驟5:信號優(yōu)化配時(shí)方法如下： (1)建立優(yōu)化指標(biāo)： J Π1?Π {^ewsLews^~^enrLenr^~^eslLesl^~^wesLwes^~^wnlLwnl^~^wsrLwsr^~ ^snsLsns^~^serLser^~^swlLswl^~^nssLnss^~^nwrLnwr^~^nelLnel^~PewrRewr^~ PewlRewl^PwerRwer^Pwe lRwel+PnsrR nsr+PnslRisl+PsnrRsnr+PsnlRsnl} 其中：λ表示車輛加權(quán)系數(shù)，L表示排隊(duì)車輛長度，P表示行人加權(quán)系數(shù)，R表示行人數(shù)，λ 和L的下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方向，且第1位朝向第2位方向；第三 位s，r，l分別表示直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn);例如U ws為東向西直行方向的車輛排隊(duì)隊(duì)長，λ_為東 向西直行方向的車輛排加權(quán)系數(shù);Ρ和R下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方 向，且第1位朝向第2位方向；第三位l，r分別表示從前進(jìn)方向的左手邊或右手邊穿越人行 道； (2) 選取交叉路口信號總周期： Tz f z ( Lews , Lwes , Lsns , Lnss ) 其中：Tz為所有方向車輛和行人綠燈放行時(shí)間并集，即交叉路口信號總周期，fz(Lews， Lwes，Lsns，Lnss)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定的函數(shù)； 根據(jù)步驟5(1)的優(yōu)化指標(biāo)和步驟3的綠沖突約束，采用線性規(guī)劃方法確定各個(gè)綠燈開 啟、持續(xù)時(shí)間及需要放行的車輛數(shù)； (3) 根據(jù)步驟4的改進(jìn)跟馳車輛交通流模型確定放行車輛數(shù)與放行時(shí)間的關(guān)系，按照各 個(gè)方向需要放行的車輛數(shù)，對步驟5(2)確定的各個(gè)綠燈開啟、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，確定信號 總周期。
【文檔編號】G08G1/08GK105957368SQ201610389341
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】史忠科
【申請人】西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司