交通路口智能管理控制系統(tǒng)框架設(shè)計

梁志軍 孫曉東 張志明 張成 王穎

摘? 要：交通交叉口是道路在同一個平面上相交形成的交叉口。通常有T形、Y形、十字形、X形、錯位、環(huán)形等形式。由于交通路口的復(fù)雜性，目前具備自動控制的交通路口，多以路線簡單的路口居多，并且多采用“定時分流”的簡單控制為主，存在不同程度路口通行效率不高的情況。文章結(jié)合目前激光雷達(dá)測距、測速技術(shù)和視頻圖像識別技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合交通路口車輛運行安全管理的需求，將先進非接觸檢測技術(shù)與智能控制技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)交通路口的智能管理與控制。

關(guān)鍵詞：交通交叉口;激光雷達(dá)測距測速;視頻圖像識別;多智能管理與控制

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）09-0195-02

Abstract： A traffic intersection is an intersection formed by the intersection of roads on the same plane. There are usually T-shaped， Y-shaped， cross-shaped， X-shaped， dislocation， ring and other forms. Due to the complexity of traffic junctions， most of the traffic junctions with automatic control are mostly simple intersections， and most of them use the simple control of "timing diversion"， there are different degrees of intersection traffic efficiency is not high. Based on the development of LiDAR （Light Detection And Ranging） ranging and velocity measurement as well as video image recognition technology， and the demand of vehicle operation safety management at traffic junctions， this paper combines advanced non-contact detection technology with intelligent control technology， so as to realize the intelligent management and control of traffic junctions.

Keywords： traffic intersection; LiDAR ranging and velocity measurement; video image recognition; multi-intelligent management and control

1 概述

交通交叉口是交通道路的重要組成部分，是交通事故最易多發(fā)的區(qū)域，為此對于交通路口，國家制定了詳細(xì)的設(shè)計規(guī)范，來規(guī)范路口的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求，定時分流控制的智能化交通路口也已廣泛得到推廣和應(yīng)用。但隨著一些新的產(chǎn)品和技術(shù)的出現(xiàn)，尤其是圍繞著一些非接觸式測量技術(shù)（如激光雷達(dá)測量技術(shù)、視頻圖像分析技術(shù)、智能控制技術(shù)等）的發(fā)展成熟，形成對交通路口更為人性化、更為自動化、更為智能化的智能控制系統(tǒng)已成為可能。

2 交通路口監(jiān)測的技術(shù)手段

2.1 雷達(dá)測速、測距技術(shù)

雷達(dá)測速的原理是應(yīng)用多譜勒效應(yīng)，即移動物體對所接收的電磁波有頻移的效應(yīng)，雷達(dá)測速儀是根據(jù)接收到的反射波頻移量計算而得出被測物體的運動速度。因此，具有以下特點：（1）雷達(dá)波束的照射面大，測速易于捕捉目標(biāo)。（2）雷達(dá)測速、測距精度高，滿足對交通違章查處取證的要求。（3）雷達(dá)發(fā)射的電磁波波束有一定的張角，測速范圍較大。（4）雷達(dá)測速裝置可以輸出不同需求的控制信號，滿足對照相機、攝像頭、道路閘口等取證、管理設(shè)備的控制需要。

激光雷達(dá)測距測速技術(shù)目前的缺陷是：目前激光雷達(dá)測速裝置多為單獨運行、測量控制方式是固定限值測速抓拍模式，由于道路交通的復(fù)雜性，需要在管理后臺配專人進行二次甄別，處理信息量較大，效率較低。

2.2 視頻圖像監(jiān)測技術(shù)

視頻監(jiān)控技術(shù)，屬于計算機應(yīng)用領(lǐng)域，是依賴構(gòu)建在計算機技術(shù)的發(fā)展之上，完成對視覺圖像進行感知、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲、管理的人工視覺系統(tǒng)。

典型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設(shè)備和后端設(shè)備這兩大部分組成，前端設(shè)備通常由攝像機、防護罩、監(jiān)聽器、報警探測器和多功能解碼器等部件組成，并通過有線、無線或光纖傳輸媒介與中心控制系統(tǒng)的各種設(shè)備建立相應(yīng)的聯(lián)系。

2.3 圖像智能識別與智能雷達(dá)測速抓拍

從上面2.1、2.2的介紹可以看出：無論激光雷達(dá)測距測速技術(shù)，還是視頻圖像監(jiān)控技術(shù)，其共同具有的數(shù)字化應(yīng)用基礎(chǔ)和相對的智能應(yīng)用現(xiàn)狀，使兩種數(shù)字化技術(shù)進行進一步的融合，形成更加智能化的應(yīng)用是完全可能的。即充分發(fā)揮視頻監(jiān)控技術(shù)對被檢測物體的行為分析功能的同時，利用視頻圖像識別技術(shù)的技術(shù)特點，用視頻圖像識別來彌補雷達(dá)測速系統(tǒng)只能固定限值檢測的缺陷，同時利用智能雷達(dá)控制視頻抓拍攝像頭進行抓拍取證，確保對違規(guī)行為取證的及時性和有效性。使智能圖像分析系統(tǒng)和智能雷達(dá)測速、測距系統(tǒng)成為更加智能化的系統(tǒng)。

3 交通路口多智能管理控制系統(tǒng)設(shè)計

交通路口的交通信號控制是最基本的交通控制形式，也是線控和面控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其控制目標(biāo)是通過合理的信號配時，消除或減少各向交通流的沖突點，同時使車輛和行人的總延誤時間最小。單路口的交通信號控制主要分為定時控制、感應(yīng)控制、實時自適應(yīng)控制等。其中，定時控制和感應(yīng)控制是基本的交通控制方法。但定時控制：是根據(jù)以往觀測到的交通需求，按預(yù)先設(shè)定的配時方案進行控制，因此它對交通需求的隨機變化是無法響應(yīng)的。而感應(yīng)控制方法缺陷：感應(yīng)控制只能檢測是否有車輛到達(dá)而不關(guān)心有多少輛車到達(dá)，因此，它無法真正響應(yīng)各相位的交通需求，也就不能使車輛的總延誤最小。

隨著視頻圖像智能分析和激光雷達(dá)測速測距技術(shù)的成熟，利用全感應(yīng)控制+人工智能的交通路口多智能管理控制系統(tǒng)十分必要，也成為可能。

首先，利用交通路口安裝的高清視頻攝像頭、激光雷達(dá)測速、測距裝置，對交通路口制定的路段進行實時檢測的同時，利用其圖像智能分析功能和激光雷達(dá)的智能測算和控制功能，進行會車預(yù)警、紅綠燈全感應(yīng)自動控制。其次，根據(jù)圖像分析系統(tǒng)對等候車輛的數(shù)量和長度的統(tǒng)計計算，結(jié)合系統(tǒng)主機根據(jù)專家知識形成交通路口信號燈優(yōu)先控制，實現(xiàn)仿真交警指揮交通的智能交通路口指揮。最后是利用每個路口設(shè)置的LED顯示屏，顯示接收由系統(tǒng)提供諸如：“**秒**方向即將會車”、當(dāng)前車速顯示、設(shè)定車速限值顯示、超速提示、交通紅黃綠燈提示、以及手勢顯示或宣傳和通知標(biāo)語的文字或圖像顯示。

系統(tǒng)以每條道路為一個測控元素，每個測控元素設(shè)置故障自動檢測和“看門狗”（即死機自動啟動）功能，故障狀態(tài)信息及時上傳系統(tǒng)平臺進行自動切除，并在LED顯示屏顯示、以每個路口為一個智能管理和控制單元（可依據(jù)實際需要設(shè)置各路口的通行優(yōu)先等級，分1-8級）、多個智能管理和控制單元依據(jù)系統(tǒng)管理平臺服務(wù)器的處理能力組成一個區(qū)域，一個區(qū)域為一個系統(tǒng)的分散式控制系統(tǒng)，每個測控元素的信息可通過計算機網(wǎng)絡(luò)匯集系統(tǒng)管理平臺，實現(xiàn)對單元信息形成專家知識的判斷和控制，并形成不限于以下內(nèi)容的功能：（1）交通路口實時監(jiān)控。對運行車輛進行實時監(jiān)控，利用視頻圖像分析預(yù)警功能，首先實現(xiàn)對運行車輛的形態(tài)進行分析，通過智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)給出合理的測速限值，提供給雷達(dá)測速系統(tǒng)進行連續(xù)運算比對，一旦超過限值，立即進行抓拍處理。同時視頻監(jiān)控對車輛的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，一旦有占道、壓線、違停、闖紅燈立即實施抓拍。（2）交通路口運行車輛信息記錄。對于經(jīng)過監(jiān)測點正常行駛的機動車，檢測的車輛通過的信息，包括時間、地點、方向、牌照號、車型、車速等信息進行存儲管理;違章抓拍的車輛信息（包括圖像），自動歸類存儲并統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果同時發(fā)往各門閘管理系統(tǒng)進行閘口處理管理。系統(tǒng)反應(yīng)時間不大于30秒。（3）自動識別牌照。對車牌照號碼進行自動定位、識別;號牌識別準(zhǔn)確，白天不低于90%，夜晚不低于85%的識別率;號牌捕獲及識別時間不高于500ms。（4）聯(lián)網(wǎng)布控。攔截點主控機除了識別每一輛過往車輛，對超速車輛到來時進行實時報警外，還可進行治安聯(lián)網(wǎng)實時布控。（5）統(tǒng)計查詢功能。所有超速行駛的車輛，系統(tǒng)都會在數(shù)據(jù)庫中記錄下通過時間、牌照號、車型、車類、車輛圖片等，用戶可通過輸入相關(guān)字段信息，查詢到相關(guān)車輛的記錄。（6）設(shè)備運行智能監(jiān)控管理功能。系統(tǒng)可通過監(jiān)控端對系統(tǒng)設(shè)備運行情況進行管理，對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置，對數(shù)據(jù)進行瀏覽和查詢。同時，提供遠(yuǎn)程維護功能。在控制中心通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備進行管理，大大簡化了系統(tǒng)維護的復(fù)雜度。

4 結(jié)束語

交通路口智能控制系統(tǒng)是一個集多種智能控制為一體的分散式模糊控制系統(tǒng)，專家知識和大數(shù)據(jù)分析將會大大提高系統(tǒng)的智能化程度和最大化的提高交通路口的通行效率，減少交通指揮人員的工作強度，改善城市交通的運行環(huán)境。并且隨著感應(yīng)技術(shù)和手段的進一步發(fā)展，多交通路口多智能管理和控制系統(tǒng)將會成為交通路口運行管理的主流，如：隨著面陣激光雷達(dá)的民用化，激光雷達(dá)不僅可以實現(xiàn)感應(yīng)檢測，還可以利用激光三維成像技術(shù)，實現(xiàn)交通路口的仿真指揮警察、仿真減速帶、攔阻墻和仿真人行通道等。

交通路口多智能控制系統(tǒng)適用于所有的平面和立體交通路口，由于其具備智能自動控制和無需人員值守的特點，對于缺少專人管理的居民小區(qū)、學(xué)校、廠礦、物流園區(qū)等非市政道路的管理，尤為適用。

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