1、 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 . 3 1.1 基于工业计算机的视频车流量检测系统 3 1.2 基于 DSP 平台的视频车流量检测系统 8 1.3 基于电子警察视频一体机的车流量检测系统 8 2 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
2、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200 W 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
3、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
4、，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 Intel i5 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，
5、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
6、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 8 0 米 - 1 5 0 米立 杆检 测 相 机1 6 - 1 8 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 /
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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。
12、 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
13、. 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
14、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
15、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
16、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，
17、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
18、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。单点半感应控制适合于主道路的交通量明显大于次道路交通量，且次道路交通量波动较大的交通路口。 单点自适应控制 信号机根据检测器检测的交通信息，包括车流量、时间占有率等计算交叉口的交通负荷，优化信号机的控制周期和绿信比。单点优化控制的控制参数包括：相位相序方案、周期时长方案和绿信比方案 ，相位相序方案需要事先按多时段人为指定。 周期时长根据实时相位交通强度优化，绿信比根据感应检测器测得的流向流量平滑值计算。交通强度是
19、反应交叉口交通状态的参数，利用感应检测器和战略杭州鼎鹏交通科技有限公司 检测器检测的交通流量和时间占有率计算得到。 当交通强度小于当前关键相位数对应的单点优化控制方式临界值时，采用当前关键相位数对应的最小周期时长。利用实时生成的优化方案，修正历史优化方案，修正结果存储于信号机。 干道绿波控制 绿波协调控制，也叫做干线控制或者线控，就是对一条干线上的相邻交叉口的信号进行协调配时，使得车辆通过第一个交叉口的时候是绿灯，到达下一个交叉口的时候也是绿灯，能够一路通行无阻地通过这条干线，减少延误，缩短行程时间。简单地讲，就是干线上交叉口直行相位信号按照一定的相位差亮绿灯，像绿色的波浪一样。这个就是所说的
20、绿波带的概念。绿波带的情况一共有以下几种： 双向绿波带 路网示意图：只有一条干线需要协调控制 两条绿波带相交 路网示意图：两条相交的干线需要协调控制 杭州鼎鹏交通科技有限公司 路网绿波带 路网示意图：所有干线都需要协调控制 特定路线绿波带 路网示意图：一条特定路线需要协调控制 感应式协调控制 感应式协调控制的原理是利用交叉口的感应检测器实时检测车辆的到达情况，利用感应控制原理，实时优化各相位的绿灯时间，同时，维持协调相位的启亮时刻 不变，保证线协调控制中各交叉口的相位差不发生变化，从而实现主路绿波控制，并达到将支路绿灯时间有效利用的目的。 感应式协调控制的基本思想是：系统在实现感应控制的同时，
21、实现主路方向的协调控制。即在支路路口没有车辆时，可以提前终止当前相位，并把剩余时间增加到绿波协调相位上，以保证线控的周期长度。该控制方式的适用条件：主路与支路相交比较多的控制子区。 杭州鼎鹏交通科技有限公司 交通信号控制系统感应式协调控制好处： 能够保证主路的通行时间； 减少了因为支路的干扰造成的绿灯时间浪费； 提高了通行能力； 减少主路车辆的停车延误。 区域自适应控制 区域协调控制将关联性较强的若干个网络交叉口统一起来，进行相互协调的集中式管理控制方式，尤其对方格型结构的交通网络进行交通信号的优化协调控制。 区域协调控制以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，统一协调信号周期、相位
22、差及绿信比，提高道路网络的通行能力。区域协调控制是最高级的交通信号控制方式。控制区内各受控交通信号都受交通控制中心的集中控制。对范围较小的区域，可以整区集中控制；对范围较大的区域，可以分区分级控制。系统控制分为三级，各级主要功能如下： 1. 中心控制级：监控整个系统的运 行；为交叉口及协调控制系统的控制方案设计提供集中式输入工具；协调区域控制级的运行；具备区域控制级的所有功能；中心控制软件对控制方案基本数据进行安全保护，即通过硬件或软件系统保护各项基本数据的安全，只有授权人员才能接触；自动记录各路口信号机的故障，便于及时抢修。 2. 区域控制级：是决定信号网络协调的高层控制。监控受控区域的运行
23、；分析各路口送来的车流数据，以控制子区域为基础，计算周期长度、绿信比和相位差，以适应主流交通状况，对路口交通信号进行协调控制；对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视；保留收集到的各个交叉口的各种数据并用于脱机分析；通过人机会话对路口交通信号机进行人工干预；监视和控制区域级外部设备的运行；进行交通流量统计处理。 3. 路口控制级：控制路口交通信号灯；接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送；接收处理来自区域计算机的命令，控制本路口各个信号灯的灯色变换，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息；在实施感应杭州鼎鹏交通科技有限公司 控制时，根据本路口的交通需求，自主地控制各入口信
24、号灯的灯色变换；具有单点优化能力。 信号控制系统首先通过基于干线的路网协调控制算法，根据路口的流率比、绿信比以及路网结构等参数，建立适用于当前路网结构和路况信息的区域协调控制配时方案。然后通过区域自适应控制算法，动态地吸收实际路况中产生的各类交通流峰值。 路 网协调控制算法就是将一个被控区域当作单个 “路口 ”进行控制，针对不同时段的交通流执行不同的区域控制方案，具体的执行策略可以是定时控制、主动干预或反馈型动态选择控制。 区域自适应控制算法通过路口饱和度的变化实时对信号灯配时方案进行自动调整，实现路口的绿灯时间随着路口车流量的变化而进行波动。 如图 9 所示为自适应控制中的一种控制类型。在控
25、制过程中，相位 1 的车流数量由大变小，同时相位 4 的车流数量由小变大，可以看到图中相位 1 与相位 4 的绿灯时间也自动进行了调整。并且控制方案的总周期始终保持不变。 图 9 自适应控制效果图 区域协调控制的优点： 1. 最优的区域控制方案 针对当前路网结构以及路况信息，设计的区域协调控制方案为最优（绿波带最宽或旅行时间最小位最优目标函数）； 2. 较小的成本实现区域协调控制 路网协调控制算法不需要依赖实时的交通流数据，甚至不需要基本的通讯网杭州鼎鹏交通科技有限公司 络，便可进行区域协调控制。这样就能满足国内道路交通检测设备等基础设施不足的现状。 3. 强大的扩展性能 当有一个路段或区域添加安装了网络后，便可以直接建立远程控制系统；添加安装了车流检测设备，或能够获得实时的道路车流信息数据后，便可以直接升级为动态的区域自适应控制系统。 4. 较强的抗干扰性 a、控制区域内出现的网络故障，并不影响该区域协调控制； b、当路口的车检器设备故障，系统退回到基本的区域路网绿波控制； c、第三方交通流数据在某个时段数据出现较大误差，系统等第三方数据准确后能独立恢复正常，且由于系统自身原理，系统具有较强的鲁棒性； 5. 低维护成本用户在平时的使用过程中，可以把一个区域当作一个路口来进行管理，只需要切换区域控制配时方案，便可以管理该控制区域的正常运行。
