基于视频的智能信号灯系统的研究与设计

基于视频的智能信号灯系统的研究与设计

引言

道路交叉口处的交通信号灯是城市道路网中的主要控制设施，合理调节信号灯的控制是提高城市交通质量，提高现有道路利用率的关键所在。本设计选择具有众多优点的视频图像检测传感器作为交通参数的检测器。在阐述了视频图像检测传感器的工作原理的基础上，文中详细介绍了视频图像处理的几种算法并实现这些算法，获得了所需的交通参数。鉴于交通流具有强不确定性而且交通结构十分复杂，系统难以建立精确模型和采用模型求解的方法来实现控制，所以在设计交叉口的信号灯控制器时，根据模糊控制理论而采用了模糊控制的方法。在基本通行时间基础上，在当前方向绿灯时间结束时，模糊控制器根据红绿灯的两个方向上车辆排队长度和上游路口交通状况作出判决，得到绿灯方向上通行时间的延长量。模糊控制器的控制规则体现了交警在实际路口交通指挥中的经验。文中设计了一个交通路口信号控制仿真程序，以实际交通参数为仿真数据，分别采用模糊控制和固定配时方案控制交叉口信号灯，计算车辆通过路口的平均延误，并比较了两种配时方案的控制性能。仿真研究表明，模糊控制方案显著地降低了车辆通过交叉口的平均延误，提高了道路的利用率。

关键词: 智能交通;交通信号控制;视频图像检测;模糊控制

目录

引言 (1)

目录 (2)

第一章绪论 (3)

1.1课题研究的背景和意义 (3)

1.2交通信号控制技术的发展和现状 (5)

1.3交通信号控制存在的问题及解决办法 (7)

1.4主要研究内容 (7)

第二章国内外交通信息检测技术与信号灯控制技术概述 (8)

2.1交通信息检测技术介绍 (8)

2.1.1基于地面感应线圈的车辆检测系统 (8)

2.1.2基于超声波的检测系统 (9)

2.1.3红外检测系统 (10)

2.1.4声学检测 (10)

2.1.5磁力计检测 (11)

2.1.6激光雷达检测方法 (11)

2.1.7基于视频图像的检测方法 (11)

2.1.7.1视频监控系统概述 (11)

2.1.7.2交通视频监控系统基本原理 (12)

2.2交通信号机控制模型概述 (13)

2.2.1几种典型的城市交通控制系统 (13)

2.2.2城市交通控制系统的基本类型 (15)

第三章模糊控制理论基础 (17)

3.1模糊控制起源和发展 (17)

3.2模糊控制器组成 (18)

3.3模糊控制优点 (20)

3.4模糊控制应用于交通信号控制的优点 (20)

第四章车辆排队长度视频检测 (21)

4.1基本思想 (21)

4.2背景更新与差分 (21)

4.3边缘检测sobel算子 (23)

4.4图像二值化 (24)

4.5算法流程及实现 (25)

第五章交通信号控制模型实现 (30)

5.1基本思想 (30)

5.2输入和输出变量模糊化 (32)

第六章总结与展望 (38)

6.1设计总结 (38)

6.2研究展望 (38)

参考文献 (38)

第一章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

在这个科学技术和世界经济飞速发展的时代，交通系统的空前发达是必然的，也是经济持续稳定发展的基础。交通运输在经济和社会发展中起着举足轻重的作用。进入80年代以来，随着交通需求急剧增长，交通运输所带来的交通拥堵、交通事故等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。针对日益严俊的交通形势、有限的资源财力和环境保护压力，需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其它方法来满足日益增长的交通需求。智能交通系统(ITS)正是解决这一矛盾的途径之一【1,2,3,4】。ITS 将先进的电子技术、信息技术(IT)、人工智能(AI)、地理信息(GIS)、计算机技术、通信、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面运输的实际需求，建立起全方位、实时、准确、高效的地面运输系统。ITS 能够改善混乱的交通状况，减少拥堵，提高运输效率，并提高交通的安全性。智能交通系统主要包括以下种类【1,3】:

1)在信息网络基础上的，交通参与者与交通信息中心互动获取实时交通信息的交通信息服务系统。

2)用信息采集、处理和传输系统，对道路系统中的交通状况、事故、气象等进行实时监视从而进行控制的交通管理控制系统。

3)通过车载传感器、车载计算机等，检测与前车、周围车辆以及与道路设施的距离的车辆辅助安全驾驶系统。

4)自动导向，自动检测和回避障碍物的智能驾驶系统。还有:货运管理系统，电子收费系统，紧急救援系统等等。

智能交通系统在日本、美国和西欧发展得最快。自上世纪八十年代末以来，日本、美国和西欧等发达国家为了解决共同面临的交通问题，竞相发展智能交通系统，投入了大量的资金和人力进行道路功能和车辆智能化的研究。在智能交通系统项目研发过程中，这些国家还成立了许多机构，以制订并实施开发计划。除了欧、美、日以外，新兴的工业国家和发展中国家也开始了智能交通系统的全面开发和研究。我国的一些城市如北京、上海、重庆、广州等地也开始开展了一些研究与应用示范项目【5,6】。

中国是当今世界上道路等基础设施建设速度最快的国家，又是交通需求增长最快的国家。运输效率低下、城市交通堵塞等问题已经成为我国各大中城市面临的迫切需要解决的问

题之一。未来十年，正是智能交通系统在世界主要国家进入全面实施的阶段，因此，中国也迫切需要根据中国交通的实际需求尽早研究开发智能交通系统，以实现交通运输的可持续发展目标【7,8】。

全面、准确的采集交通信息是实现交通智能化的基本保障。研究开发交通信息采集设备使它能正确的获得道路上的运行信息，包括车流量、车速、车型分类、占道率、交通密度，以及车辆排队长度、车辆转弯、车辆停止或肇事情况的信息。正确的交通信息采集可以使智能交通管理系统正确及时获得交通状况信息，对交通状况进行有效管理，并发出诱导信息，从而自动调节车流，减少车辆在道路顺畅时在红灯前停留的时间，安排疏导交通、肇事报警等。

对于城市道路的畅通，采用有效的控制措施，最大限度地提高道路的使用效率是城市道路交通控制的重要内容。道路交叉口处的交通信号灯是城市道路网中的主要控制设施，城市道路交通控制主要是对交通信号的控制。城市交通信号控制是通过对交通流的调节，警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。其目标在于改善交通流的质量，更好地利用现有运输能力，实现交通流的安全性，快速性和舒适性，因此信号灯必须以最优控制策略存在，以减小道路网络中所有车辆的行程的时间，必须要有一个智能信号灯控制系统来达到城市道路的最大畅通。

基于以上描述以及结合我国现阶段自身特点，智能信号灯的研究具有重大的社会意义和经济意义:

l)社会意义

交通是国民经济的基础产业之一，也是社会发展和人民生活水平提高的基本条件。交通运输的发达程度是衡量一个国家现代化程度的标志之一。随着我国经济的迅速发展，我国的公路交通条件有了很大的改善。但是随着车辆数量的增加、交通量的不断增长和交通密度的大幅提高，有效的交通管理成为我国各大城市面临的难题。为了保障交通的安全通畅，采用先进的交通监控系统来预防和减少交通阻塞、交通事故，减少人员伤亡和财产损失就显得非常重要【2,9】。

智能交通管理系统是当今世界道路交通的发展趋势。目前与计算机技术、通信技术和视频监控等现代技术相结合的智能交通数字系统发展迅速，以图像理解为基础的图像视频交通控制系统进入实际应用领域，为智能交通管理提供服务。图像视频交通监控系统能及时提供各路段的交通流量和车辆信息，记录违章车辆，以便实现准确快速的交通指挥调度，充分利

用现有的道路资源，提高突发交通事故的处理能力，从而为人们的出行提供快捷舒适的交通服务。

交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具。目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的，不管是车流高峰还是低谷，红绿灯的时间都固定不变;还有一些交通灯能根据简单划分的时间段来调整时间。但控制起来都不是很灵活，这使得城市车流的调节不能达到最优。智能信号灯系统作为智能交通管理系统的一个重要子系统，能够有效的减少交通事故的发生，提高道路的使用效率，明显缩短车辆在道路口的通过时间，有巨大的现实意义。

2)经济意义

基于图像处理技术的视频检测系统通过获取连续视频信息，对车辆运动图像进行分割、检测、实时追踪、统计车流量等一系列处理，从而对各种交通参数进行更加合理、有效的分析和汇总，而且其具有无可比拟的可移植性和鲁棒性。基于图像处理技术的视频检测具有成

本低，工程量小、无需破坏地面、系统安装相对灵活，检测范围广、检测信息量大的优点【2,9】

。

另外我国目前的交通监控系统还处于相对落后的状态，尤其体现在交通信息采集方式落后，不能满足交通控制和管理对交通信息的需求;另一方面现有的监控系统中采集到的含有极大信息量的视频信息却没有被充分利用。因此在我国，交通监控方面的应用有着非常好的前景。基于以上特点，视频检测技术在路口交通灯智能控制方面必然有广阔的市场前景。

1.2交通信号控制技术的发展和现状

交通信号灯的起源可以追溯到19世纪末20世纪初，为保证冲突车流能分时使用交叉路口和减少交通事故的发生，英国于1868年在伦敦Westminster地区安装了世界上第一台交通信号灯，揭开了城市交通信号控制的序幕。1918年初，纽约街头出现了新的信号灯，这是与当今使用的信号灯极为相似的红黄绿三色灯，它是人工操纵的，以后英国也开始使用这种信号灯。1926年，英国在沃尔佛汉普顿第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号

灯，标志着城市交通自动控制的开始【2,6】

。

自动化的交通信号灯是由交通信号控制器控制其红绿灯的周期变化的。早期的交通信号灯是通过“固定配时”方式实行自动控制的，这种方式对于早期交通流量不大的情况，曾发挥过一定的作用。

随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式己不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器取代了传统的只有一种控制方案的控制器。采用这种控制器其效果要明显好于传统的老式控制器。这种控制器在

一天时间里备有几种不同的配时方案，它能按交通流的变化规律，不同的时间选用不同的方案。当交通流变化规律比较明显的时候，这种控制方式控制效果是很好的。多时段多方案定时控制器在长期的使用过程中不断地改进、提高，所以至今仍作为单交叉路口的一种控制方式广泛地得到应用【10】。

由于交通流具有连续运动的特点，特别是当两个相邻交叉路口距离很近时，这种各交叉路口之间“各自为政”的孤立控制方式，难免造成频繁停车，使控制效果不佳。要解决这个问题，必须把相邻的交叉路口作为一个系统来统一地加以控制。早在1917年，在美国盐湖市就开始使用联动式信号系统，即把六个交叉路口作为一个系统，以人工方式加以集中控制。1922年，美国休斯顿市建立了一个同步系统，它以一个交通亭为中心控制十二个交叉路口，该系统使用了电子自动计数器。六年后，即1928年，上述系统经过改进，形成“灵活步进式”定时系统;由于它简单、可靠、价格便宜，很快在美国推广普及。这种系统以后不断改进、完善，成为当今的协调控制系统。

交通信号的控制，从信号机由手动到自动，由固定周期到可变周期，控制方式由点控到线控和面控，从无车辆检测器到有车辆检测器，经历了近百年的历史。

当今信号灯控制技术主要包括两方面的内容，即路口交通信息的提取和依据交通信息的交通信号配时。

目前交通信息检测技术主要可分为三类。一类为基于压电回路的永久埋入式系统，这类系统虽然可靠，但费用较高。由于需将传感器永久性埋入地下，其设立和维护都需挖掘路面，费时费力且影响交通。另一类为近年来兴起的悬挂式系统，如基于闭路电视、微波、雷达、红外线或超声波传感器的监测系统。第三类为基于图像处理技术的交通信息检测系统。采用图像检测方法具有以下明显的优越性:检测的覆盖范围大，检测的参数多;安装简单，维护方便，不破坏路面，工程造价低;适用面广，可适用于路段、交叉路口等;可以适应多种气候条件等。由于视频检测方法的诸多优点，基于视频图像的交通流量检测方法己成为人们研究的热点。

在信号灯的智能控制方面，迄今为止，日本，欧洲和美国都竟相投入了大量资金和人力，建立了相应的组织机构从事相应方面的开发和应用，并已取得一些成果，开发出一系列相对稳定的交通控制系统，国外的这些交通控制系统经过长期的应用实践，技术已经比较成熟，系统可靠性比较高，但在我国的具体应用中，还表现出一些不适应性，集中体现在

【5,8】:

l)没有充分考虑我国混合交通情况，导致实际控制效果不甚理想。

2)系统投资成本过大，致使许多城市无力安装这些系统。

3)后期服务费用高，使得已经安装了国外系统的城市不能经常性的进行系统维护

近年来，国内学者致力于城市交通控制系统的研究与开发，首先在理论上有了很大突破，并取得了一定成功【1】【2】【3】。这些研究中，针对孤立交叉口的研究已经比较成熟，而干道控制和区域控制的探讨还不够深入，然而，城市任一交叉路口是城市交通路网中的一个节点，其工作状态必然受其相邻节点状态的影响，实施孤立交叉口控制对提高整个交通路网的通行能力，效果往往不尽人意，因此对城市的干道控制和区域控制需要进行更加深入的研究。

1.3交通信号控制存在的问题及解决办法

能够真正实现城市交通信号系统的实时自适应最优控制，是目前交通工程界科技人员所追求的目标I8]。实现这一目标取决于两个条件:高质量的交通量检测数据和交通模型。目前，国内外交通信号控制系统中用于交通量检测的主要技术是电磁感应的环形线圈式车辆检测技术，美国洛杉矶市的90%以上的交通信号控制系统使用的是环形线圈感应式检测方式。英国伦敦的交通信号控制系统基本是环形线圈感应式检测方式。在我国，由于引进和发展的渠道的差异，目前也以环形线圈感应式检测方式为主要检测手段。但是这种方式存在着检测参数少，难以准确检测和安装维护困难等缺陷和限制。

针对环形电感线圈等检测方式的难以避免的缺陷，本文采用视频图像处理方式对路口车辆排队长度准确检测，实现交叉路口交通信号的实时自适应最优控制。随着视频处理技术、图像传感器技术的飞快发展，图像检测技术成为了交通行业最有前途的检测技术，ITS 委员会的一份报告也肯定了这一点。图像处理技术在ITS 领域中扮演极其重要的角色，具有广泛的应用价值。

当前的城市交通系统中被控对象过程的非线性、参数间的强烈藕合、较大的随机干扰、过程机理错综复杂以及现场车辆检测的误差，以致不可能建立起被控对象的精确数学模型，传统的城市交通控制系统难以取得令人满意的控制效果，因此本文采用模糊控制的方法，利用其不需要建立精确数学模型和它吸收了人工控制的经验，能模仿人脑的逻辑推理和决策过程，不单使得控制过程简化，而且能满足实时性和控制精度的要求。

1.4主要研究内容

本设计以城市交通系统为研究对象，在了解各种交通控制系统的交通信息传感器的基础上，阐述了视频图像检测仪的工作原理，介绍了国内外现有的实际交通控制系统，采用模糊控制方法对交通信号进行智能控制。主要内容有:

第2章介绍了各种信息检测技术和交通信号机的控制模型，其中重点讲解了基于视频图像检测方法的原理及其应用于交通信息检测的优点。

第3章介绍了模糊控制理论的发展及其基本原理，对模糊控制器的组成及优点做了详细讲解，并结合模糊控制的特点分析了模糊控制应用于交通信号控制的优势。

第4章首先叙述了车辆排队长度视频检测的基本思想，然后详细讲解了检测中所用到的方法和算法，并且在最后进行了实现。

第5章首先叙述了交通信号控制模型的基本思想，然后按输入和输出变量模糊化到模糊控制系统的控制规则最后再到解模糊的顺序，逐步讲解了交通信号模糊控制器实现的各个步骤。最后对交通路口信号灯的控制进行了仿真实现，介绍了仿真系统的参数设置与设计过程，并且以车辆平均延误时间为标准，对模糊控制和定时控制两种方式进行了数据对比。

第6章提出了本文研究的不足以及今后需要努力的方向。

第二章国内外交通信息检测技术与信号灯控制技术概述交通流量检测器通过数据采集和设备监控等方式，在道路上实时地检测交通量、车辆速度、车流密度和时空占有率等各种交通参数，这些智能交通系统中最基础的参数，是道路状况实时监控、出行者动态信息系统不可缺少的基础数据。检测器检测到的数据，通过通信系统传送到本地控制器或是直接上传至监控中心计算机，作为监控中心分析、判断、发出信息和提出控制方案的主要依据。所以，交通流量检测器及其检测技术水平的高低直接影响到道路交通信息系统、控制系统的工作效率以及整体运行和管理水平。

现行的检测器种类有很多，检测算法各不相同，这里主要介绍国内外车辆检测流量统计技术研究的各种方法，重点分析了视频检测方法的现状与趋势。综合现有的文献资料，下面以下几种方法:基于地面感应线圈的车辆检测系统、基于超声波的检测系统、基于微波多普勒效应的检测系统、红外检测系统、声学检测、磁力计检测、激光雷达检测方法、基于视频图像检测系统的分类分析。

2.1交通信息检测技术介绍

通过对各种交通信息采集设备以及各参考文献的研究，我主要了解了以下的各种车辆检测的方法，下面是对各种方法的介绍与分析。

2.1.1基于地面感应线圈的车辆检测系统

环形线圈检测器是传统的交通流检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、

时间占有率和长度等交通参数，并上传给中央控制系统，以满足交通监控系统的需要。在感应线圈检测的方法中，线圈电子放大器已标准化，技术成熟、易于掌握，计数非常精确。线圈检测的数据通过通讯线路传到交通管理中心，使用计算机进行分析。由于其检测的高度可靠性得到了广泛的验证，它成为了车辆检测研究领域中的标准参照系统。此种方法的技术成熟、易于掌握，并有成本较低的优点。但是这种方法也有以下缺点:一国内外交通信息检测技术与信号灯控制技术研究现状是线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍;二是埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损，尤其是在有信号控制的十字路口，由于车辆启动或者制动时对损坏程度更加严重;三是感应线圈易受到冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响，因此，感应线圈寿命一般不超过两年，某些地区甚至少于一年;四是感应线圈由于自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于3m 的时候，其检测精度大幅降低，甚至无法正常检测，因此，近年来有被其他检测器逐步取代的趋势【11,12】。

此类产品已得到广泛地开发与应用，例如:南非的Nortech 国际公司所研制的TD 系列单通道、双通道和四通道车辆检测器，产品可通过面板前部的DIP 开关或在电路板上分别设置各通道工作参数，并具有线圈绝缘保护、线圈故障监控、最优化灵敏度、最优化反应时间、顺序轮询检测、可调存在时间、检测器同步、通道禁止等等功能，是目前世界上较为有名的地感车辆检测器专业产品。虽然线圈可以在每秒钟读数据许多次，但是由于距离和传输的问题，只能每隔20或30秒传输一次数据。线圈可以测量交通流量、占有率和车辆速度。测量的精度取决于ILD 合适地安装选位、精确地操作和维护，这在实际操作过程中是比较难以掌握的，须有经验的交通工程师来完成。

2.1.2基于超声波的检测系统

超声波检测器是根据声波的传播和反射原理，通过对发射波和反射波的时差测量实现位移测量的设备。声波在空气中的传播速度为340m/s ，由此可根据反射波和发射波的时差计算出反射物距探头的距离。超声波检测器的工作原理是:由超声波发生器(探头)发射一束超声波，再接收从车辆或地面的反射波，根据反射波返回时间的差别，来判断有无车辆通过。由于探头与地面的距离是一定的，所以探头发出超声波并接收反射波的时间也是固定的。当有车辆通过时，由于车辆本身的高度，使探头接收到反射波的时间缩短，就表明有车辆通过或存在。

由于超声波传感器顶置于车道上方，因此不存在检测时受遮挡的问题，同时车间距很小时也能准确计数，解决了车辆拥堵时准确检测的问题。车速的检测是根据车辆先后到达已知

距离的两个传感器的时间差计算所得，因此也有较高的检测精度。在车型识别方面，超声波

能够精确的分析车辆的长度以及外观轮廓，由此区分各种车型，特别是客货车、散装车的区分，更是目前其他检测器难以做到的。

目前公路和城市道路有许多天桥、立交桥和龙门架，为设备的顶置安装提供了条件。

超声波检测的优点是体积小、结构紧凑，安装方便，缺点是必须顶置安装，安装条件受到一定的限制，安装时需封闭车道，较易受到环境变化的影响，性能随环境温度和气流影响而下降，这样就不能满足交通信息采集设备需要在各种天气环境下稳定可靠的工作的要求。【12,13,14】

2.1.3红外检测系统

红外检测器是顶置式或路侧式的交通流检测器。该检测器一般采用反射式检测技术。反射式检测探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成，其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当有车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来，被探头的接收管接收，经红外解调器解调，再通过选通、放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。这种检测器具有快速准确、轮廓清晰的检测能力。其缺点是工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。

红外线检测器有两种类型:第一是激光红外雷达检测器，原理和微波雷达检测器一样，但是发射频率更高(较短的波长)，它可以检测车辆存在、车速、流量、占有率和车种信息，通过两条红外光线的时间来获取车速数据。它的优点是雾天的穿透力较强，可以用于直接测速，适用于白天和黑夜情况。缺点是它易受到天气条件的影响，发生散射，对天气的适应性差;安装难度很大，容易被车撞毁。

第二是被动红外检测器，它本身不发射能量，而是检测目标发射的能量。通过检测道路和车辆发射能量之差，可以确定车辆存在。它可以测量流量、占有率和车辆存在信息，天气对测量有负面影响。同样，它的优点是雾天的穿透力较强，但是在雨雪天，到达检测仪的能量的差异将减小，因此不适合雨天和雪天。

红外线视频检测昼夜可采用同一算法而解决昼夜转换的问题，也可提供大量交通管理信息，但是需要很好的红外线焦平面检测器，也就是要用提高功率，降低可靠性来实现高灵敏度，而可靠性在交通信息采集设备的使用中十分重要;同时它们无法提供全面的交通信息

【12,14】

。

2.1.4声学检测

声学检测法根据特定车辆的声学特征来识别车辆。它的结构成垂直排列的麦克风阵列，检测接近车辆发出的噪声。在声音到达上端麦克风和下端麦克风之间存在一个时间延误，这个延误随着发出声音的车辆的不断接近而变化。当车辆在远处时，发出的声音几乎同时到达上端和下端麦克风，当车辆到达麦克风下端时，上端接收的声音通过内部传感器送来，要有一个延迟。应用麦克风阵列之间的相关关系可以跟踪车辆，当声音数据被过滤成50到2000Hz 带宽时，检测结果达到最佳。为识别车辆，需将接收信号进行大量的除去背景静噪声的处理，所以它的可靠性也比较差。同时声学检测法不能提供全面的交通信息

【12,14】。 2.1.5磁力计检测

磁力计通常是通过测量物体对于地球磁场的干扰，来检测金属物体的存在。磁性检测器(Magnetometer)，是一个被动检测设备，本身不产生磁场，埋设在车道下面，通过磁场变化来进行检测磁性的扰动。当一辆汽车驶过时，使得地球磁场产生变化，磁性检测器检测和捕捉异常的磁性变化，它通常用来检测车辆存在的信息。在桥梁上面无法埋设ILD ，同时钢铁对ILD 的性能产生干扰，这时可采取磁性检测器取代ILD 或者两者互相配合使用。磁力计检测法可用来检测小型车辆;适合在不便安装线圈的场合采用。它的缺点是很难分辨纵向过于靠近的车辆。同时它不能提供全面的交通信息

【12】。 2.1.6激光雷达检测方法

激光雷达检测方法利用激光面的反射结果来检测距离信息，从而检测车辆。它可以不受光照环境的影响，即白天与夜晚都可以很好的工作，且没有昼夜转换引起的误差。利用激光雷达检测可以直接得知车辆的高度宽度;同时可以克服车辆遮挡问题。它的缺点是:激光雷达设备成本过高;如果利用它来克服车辆遮挡和测量车辆高度，就需要将激光的发射方向设为垂直向下，显然安装的难度大，同时它将不能用于检测车辆速度，仅可从统计的角度来估计平均车辆速;若要用它来检测车辆的准确速度，则要将它的发射平面平行于路面，并安在合适的高度，可以看出安装的难度更大。所以，激光检测无法给出全面的交通信息。同时，激光雷达设备在大雨天不可靠【12,14】。

2.1.7基于视频图像的检测方法

以上介绍的技术都可用于交通信息的检测，但由于本身特性都存在着缺点和不足。随着网络、通信和微电子技术的快速发展，以图像处理技术为基础的视频检测以其直观、方便和内容丰富等特点，旧益受到人们的重视。

2.1.7.1视频监控系统概述

图像是通过人类视觉获得的。视觉是人类最主要的感觉器官，图像(视觉)信息是人们由

客观世界获得信息的主要来源之一，占人们依靠五官由外界获得信息量的70%以上【13】

。

视频图像实际上就是连续的静态的图像序列，是对客观事物形象、生动的描述，是一种更加直观而具体的信息表达形式。由于视频监控具有直观、方便和内容丰富等特点，基于视频图像的交通监控系统不断取得发展。

视频监控系统的发展大致经历了三个发展阶段【13,14】

:

第一个阶段:在二十世纪九十年代初及其以前，主要是以模拟设备为主的闭路系统，称为第一代视频监控系统，即模拟视频监控系统。

第二个阶段:二十世纪九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，从大大提高了图像质量，增加了视频监控的功能。这种基于多媒体计算机的系称为第二代视频监控系统，即模拟输入与数字压缩、显示和控制系统。因为心设备是数字设备，因此可以称为数字视频监控系统。

第三个阶段:到了二十世纪九十年代末特别是近两三年，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全数字化的网络时代，称为第三代视频监控系统，即全数字视频监控系统或网络数字视频监控。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。

数字视频监控系统除了具有传统闭路电视监控系统的所有功能外，还具有远程视频传输与回放、自动异常检测与报警、结构化的视频数据存储等功能。毕竟在数字图像上进行各种操作要比模拟信息处理要容易得多。与数字视频监控系统相关的主要技术有视频数据压缩、视频的分析与理解、视频流的传输与质量控制等。

2.1.7.2交通视频监控系统基本原理

交通视频监控系统以计算机为中心，数字视频图像处理技术为基础，利用图像数据压缩的国际标准，综合利用图像传感器、计算机网络和人工智能等技术的一种新型的监测控制系统。

基于图像处理技术的交通视频监控系统的基本原理如图2.1所示。首先通过视频摄像机，对交通道路进行图像输入，将输入的模拟图像经过图像采集卡进行数字化转换，变换成可用计算机进行处理的数字图像信号。由于在进行视频图像采集过程中，会有一些影响图像质量的噪声信号产生。所以，应用这些数字图像进行处理之前，必须进行图像滤波、消除噪声、

图像增强等预处理，然后再对预处理后的图像进行进一步的处理分析。视频信息的处理与分析，包括对视频图像信息按照交通工程学的方法和要求进行处理与分析，根据视频检测器检测出的车辆交通流参数，计算检测器断面的车辆到达分布、车型分布、车速分布，进而计算出断面通行能力。或者对视频内车辆进行轨迹跟踪，自动检测监视区域内的交通事件，采用数据库技术综合各断面检测出的交通流信息，与其它信息进行数据融合，计算路段服务水平进行交通状态确定，自动检测交通事件，形成交通控制方案【14】。

图2.1视频监控检测系统原理图

2.1.7.3基于图像处理的视频检测技术应用于交通监控的优点

基于图像处理技术的视频检测系统通过获取连续视频信息，对车辆运动图像进行分割、检测、实时追踪、统计车流量等一系列处理，从而对各种交通参数进行更加合理、有效的分析和汇总，而且其具有无可比拟的可移植性和鲁棒性。针对交通检测的特点，将基于图像处理的视频检测技术应用到交通监控上具有如下优点:

(l)成本低

近年来随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，基于图像处理技术的视频检测所要求的硬件设备成本大大降低，而且能很好地满足要求。

(2)工程量小、无需破坏地面、系统安装相对灵活

交通图像检测不像地埋式感应线圈那样需要破坏路面，只需将摄像机安装于需要检测的道路地段的路杆或其他高建筑上即可，无需很大的工程，安装方便灵活.当前，在各个城市的交通道路中已安装了大量的摄像机用于监视道路状况，视频图像检测完全可以利用这些已安装的摄像机，在其之上进行开发，进一步降低了施工成本、缩小了工程量。

(3)检测范围广、检测信息量大

通过对视频图像中的交通信息用交通工程的方法加以处理分析，可以检测所在路面车道通过车辆的很多感兴趣的交通信息参数，如车辆的速度、车型、交通流量等。基于图像处理技术的视频检测系统检测范围大，通过对摄像机的控制，可以对整个交通道路进行检测。

2.2交通信号机控制模型概述

2.2.1几种典型的城市交通控制系统

目前比较有代表性并且在实践中取得了较好应用效果的城市交通控制系统有

TRANSYT 系统、SCOOT 系统、SCAT 系统、美国的RHODES 系统和日本的VICS 系统。下面将重点介绍这五种系统【16】。

(l)TRANSYT(即Traffic Network Study Toots) 【10】系统，是由英国道路研究所(TRRL)

花费近十年时间研制而成的。自从1968年第一版问世以来，经历不断改进，已经发展成为先进的TRANSYT/9型。系统采用静态模式，以绿信比与相位差为控制参数，优化方法为爬山法。TRANSYT 是最成功的静态系统，它被世界上400多个城市所采用，证明其产生的社会经济效益很显著。但计算量很大、很难获得整体最优的配时方案、需大量的路网几何尺寸和交通流数据等不足限制着它的发展。

(2)SCOOT(即Split Cycle and Offset Optimization Technique) 【17】系统也是由TRRL 在TRANSYT 系统的基础上采用自适应控制方式，经过八年的研究于1980年提出的动态交通控制系统。SCOOT 仍采用了TRANSYT 的交通模型，但扬长避短，获得了明显优于静态系统的效果，是现今主流的系统。SCOOT 系统采用联机实时控制的动态模式，对周期、绿信比与相位差进行控制，采用小步长渐进寻优方法。但SCOOT 相位不能自动增减，相序不能自动改变，现场安装调试时相当繁琐等不足也是有待改进的。

(3)SCAT(即Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method) 【18】系统是由澳大利亚

A.G.SimS 等人在70年代末期进行开发的。SCA T 采用先进的计算机网络技术，呈计算机分层递阶形式。采用地区级联机控制，中央级联机与脱机同时进行的控制模式，控制参数为绿信比、相位差和周期，其选取是从预先确定的多个参数中通过比较法确定，无实时交通模型。SCA T 系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于更改、改变，控制方案较为容易变换。然而SCA T 系统也不是完美的，它是一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度，过分依赖于计算机硬件，无车流实时信息反馈，可靠性低。

(4)RHODES(Real 一time ，Hierarchical ，Optimized ，Distributed and Effective System:实

时、递阶、最优化的、分布式、且可实施的系统)[18]是由美国亚利桑那州立大学

P.B.Mirchandani 等人于近年开发成功并陆续在美国亚利桑拿州的Tucson 市和Tempe 市进行了现场测试，结果表明该系统对半拥挤的交通网络比较有效。该系统主要有以下几个特点:RHODES 把系统控制问题分解为3层递阶结构，路口控制层、网络控制层和网络负荷分配层。提出了一种相位的可控优化概念(Controlled optimization of phases)，采用滑动时间窗以减少计算量。提出了一种称为“实时绿波带”(Real band)的概念，提供了与交通分析软件

的接口，可离线评价配时方案的优劣或作为研究工具。

(5)VICS(Vehicle Information and Communication System:车辆信息和通信系统)是目前世界上规模较大，实际使用价值较高的道路交通信息系统之一，是日本一家具有半官方性质的交通信息处理、发布中心研制的。其原理是通过城市交通控制中心发射的无线电波信号标杆，将由警察部门和高速公路管理部门提供的交通堵塞、驾驶所需时间、交通事故、道路施工、车速及路线限制、以及停车场空位等信息编辑处理后及时传输给交通参与者，特别是在汽车导航车载机上以文字、图形显示交通信息。VICS是由四个方面进行信息的应用的，即信息的收集，信息的处理、编辑，信息的提供，信息的利用。

2.2.2城市交通控制系统的基本类型

2.2.2.1按控制区域几何特性划分

可分为单个交叉口的控制(’’点控制”交通干线的协调控制(“线控制”以及区

域交叉口的网络控制(“面控制”)【15,16】

。

1.单个交叉口点控制

单个交叉口点控制是一种最基本的控制方式。由于它设备简单、投资最省、维护方便，至今仍是应用最广的一种控制信号方式。从技术上讲，它又分为离线点控制和在线点控制。

离线点控制采用定时信号配时技术，它的基本原理是将绿灯时间分成有限的具有固定顺序的时间段(也称相位)，不同的交通流将根据固定绿灯时间和顺序依次获得各自的通行权。离线点控制特别适合于某些车流量较小的交叉口，其信号配时方案是根据典型状况的历史交通数据制定出的，它又可以分为定周期控制与变周期控制。最早的交通信号控制是旧式的机电控制器，随着集成电路技术的发展，新的集成电路能够适应温度范围更广的环境，目前的交通信号控制器已被电子的或者小型微处理器取代。此外，定时信号配时技术仍然是其它控制方式的配时基础。

在线点控制是交通响应控制(或车辆感应控制)。它是根据交叉口各个入口交通流的实际分布情况，合理分配绿灯时间到各个相位，从而满足交通需求。常用的有两种控制形式: l)基于到达车辆车头距的控制

在一个给定的最小绿灯时间内，某相位绿灯无条件的开通。该时间过后，若位于该相位停车线前方一定距离外的监测器监测到继续有车辆到达，则追加一个单位绿灯时间。若一直检测到有车辆到达，则绿灯时间一直被延长，直到绿灯时间达到最大绿灯时间为止，若在追加的一个单位绿灯时间内没有车辆到达，则信号灯被切换到下一个相位，放行下一相位的车

辆。

2)基于排队长度的控制

在放行一个相位的交通流之前，由车辆监测器预先检测到该方向到达的车辆排队长，根据车辆的排队长度，确定该相位的放行时间。在绿灯时间，通过交叉路口的车流量总是在饱和值左右。根据交通需求延长绿灯时间，直到绿灯时间达到最大值或绿灯期间交通流的车头距测量值超过某一关键值，是车辆感应控制的基本方法。车辆感应控制器还可以采用跳相控制，对于没有交通需求的相位可以跳过该相位去执行下一相位。

2.主干线交通信号控制

主干线交叉口的交通控制是一种线控方式。在城市道路网中，交叉口相距很近，两个相邻的交叉口之间的距离通常不足以使一小队车流完全疏散。单个交叉口分别设置单点信号控制时，车辆经常遇到红灯，时停时开，行车不畅，环境污染严重。为了减少车辆在各个交叉口的停车次数，特别是当干线的车辆比较畅通时，人们研究了一种干线相邻交叉口协调控制策略。最初协调信号计时的方法是基于绿波的概念，相邻交叉口执行相同的信号控制周期，主干道相位的绿灯开启时间(相位差)错开一定的时间，交叉口的次道在一定程度上服从主干道的交通。当一列车队在具有许多交叉口的一条主干道上行驶时，协调控制使得车辆在通过干线交叉口时总是在绿灯开始时到达，因而无需停车通过交叉口。这样能提高车辆行车速度和道路通行能力，确保道路畅通，减少车辆在行驶过程中的延误时间。实践证明，通过协调各个交叉口之间的信号计时可以获得较大的效益。

主干线交通信号控制可分为离线方式和在线方式。在离线方式下主干线上设定一台主信号机和多台从信号机，主信号机同意控制其他从信号机，整个系统使用同一周期时长，由主信号机向各个从信号机发送同步信号，各个从信号机根据预先设定的相位差和绿信比分配红、绿灯起始时间和持续时间，从而实现干道交通信号机联动及绿波控制。各联动路口其最大距离一般取800米，超过800米，由于中间有商店、行人、学校等因素干扰，就会严重影响联动效果。此时可采用单点控制方式。

主干道交通信号在线控制方式是由城市中心计算机对主干线各个交叉口的交通信号机进行协调控制，各个交叉口的交通信号机将检测到的交叉口交通流信息发送给中心计算机，中心计算机根据采集到的干线上的交通流数据进行优化处理，然后向各个交叉口的交通信号机发送红、绿灯起始信号实现绿波控制。

3.区域交通信号控制

区域交通信号控制控制对象是城市或某个区域中所有交叉口的交通信号。随着计算机、

计算方法、自动控制、车辆检测技术的发展，人们研究把一个城市区域内(或一个局部小区内)所有交叉口的交通信号联起来综合加以协调控制，以使得区域内的各个车辆在通过某些交叉口时所产生的总损失(包括延误、停车次数、油耗)最小。在这种控制方式下，交通信号机将交通量数据实时的通过通信网传至上位机，上位机根据路网上交通量的实时变化情况，按一定时间步距不断调整正在执行的配时方案。通过这种控制方式，容易实现交叉路网的统一调度与管理，上位计算机同时控制一个城市区域中的数十个交叉路口。实现区域中交叉口之间的统一协调管理，提高路网运行效率。区域交通信号控制也有两种方式，一是离线优化在线控制方式，另一种是在线优化在线控制方式

2.2.2.2按控制原理划分

按控制原理划分可分为定时控制、感应控制和自适应控制三种类型.

1、定时控制

这种控制方式以历史交通流数据为依据，找出每个日/周和时旧的不同交通流变化规律，用人工方法或计算机仿真预先准备好不同日/周和不同时间区段内使用的配时方案，将这些方案存储在信号控制器或中心计算机中。在实施过程中可以用不同的方式调用这些配时方案。通常可用日历钟在规定的时间表的控制下选用对应的方案，也可以按车辆检测器测量的实际交通要求选用合适的方案。.

2、感应控制

感应控制的原理是根据车辆检测器测量的交通流数据调整相应的绿灯时间的长短和时间顺序，以适应交通的随机变化，这种方式比定时控制有更大的灵活性。感应控制适用于饱和度较低的或各向交通流相差较大的交叉口的控制，特别是在交通流没有明显的变化规律，随机性较强的情形，效果特别明显。感应控制源于单交叉口的车辆感应控制，后经发展，干线和交通网络也利用了类似的控制方法。当各向交通流接近其允许的通行能力时，绿灯时间经过调整必然要接近各方向允许的最大绿灯时间，这与定时控制并无区别。由此可见，感应控制方式与定时控制方式一样是有条件限制的，预先要认真地分析其可行性和预期的效果。

3、自适应控制

在一条干线或一个区域，根据交通流的动态随机变化而自动地调整信号控制参数，使控制系统自动地适应交通流的随机变化，这种控制方式就是自适应交通控制方式。

第三章模糊控制理论基础

3.1模糊控制起源和发展

控制理论的产生和发展一直是以传统的精确数学理论为基础。但随着科技发展和科学研究的深入，研究对象越来越复杂，对系统的控制精度要求越来越高，这样高复杂性与高精度形成了尖锐的矛盾。不兼容理论阐述了其中关系:当一个系统复杂性增加时，使其获得高精度的能力将减小，复杂性达到一定程度后，复杂性与精度将互相排斥。即此时系统的复杂性和其所能获得的精度之间服从粗略的反比关系。这一矛盾是由于人们在某一时期内对事物的认识的局限性造成的。

计算机出现后人们开始希望依赖计算机的高速运算能力来解决复杂系统的控制问题。美国的扎德教授在他的研究过程中发现计算机在判断和推理方面有时还不如人脑，他意识到这是由于许多复杂系统不可能精确描述其真正属性。1946年7月扎德教授写了一篇描述模糊集合理论轮廓的论文，标志着模糊数学的创立【20】。

自“模糊集合论”问世以来，模糊数学迅速发展起来，并渗透到许多实际应用领域，模糊控制就是其应用方向之一。模糊控制是以模拟人脑对模糊概念的判断能力为特点的一种智能控制。自动控制产生以前，人们以手动方式来完成对事物的控制:首先观察对象输出，再对所观测结果作判别，然后手动调节对象的输入。随着科技的发展，各种仪器代替了三个步骤中人的工作:如测量装置代替人的感官观测对象，控制器代替人脑完成判断功能，执行机构代替人的操作对受控对象动作。这样，有检测、判断、执行三个环节构成了自动控制系统。

控制理论的不断发展完善，可精确建模的对象的控制问题得到很好的解决。然而，很多场合的受控对象很难建立起精确数学模型，或者数学模型过于复杂而难以进行控制，常规控制方法难以奏效。在寻求解决这个控制问题的过程中人们发现，有丰富操作经验的工人利用手动控制来控制的复杂对象却可获得满意的效果。对此进行的思考发现，手工控制的关键在于人脑可以对事物的模糊概念进行判别，并由已知的知识和经验来作出判断。这一思想在控制理论领域的应用诞生了模糊控制【20,21】。

3.2模糊控制器组成

模糊控制器的组成框图如图3.1所示，它包括:输入量模糊化接口、数据库、规则库、推理机和输出解模糊接口五个部分。下边分别进行介绍:

图3.1模糊控制器组成

1)模糊化接口(Fl一Fuzzy Interface)

模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于模糊控制输出的求解，因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将真实的确定量输入转换成一个模糊矢量。模糊化处理就是把输入变量映射到一个合适的响应论域的量程，这样，精确的输入数据就变换成适当的语言值或模糊集合的标识符。一般的模糊控制器采用误差及其变化作为输入语言变量。设误差为[e，一e]，e为表征误差大小的精确量。误差论域卜n，一n+1，…，0，l，…，n一l，n]，n是将“0-e”范围内连续变化的误差离散化后分成的档数。然后通过量化因子进行论域变换，量化因子k定义为k=可e。同样可以对误差变化率进行模糊化。由于量化因子的有限选择，难以保证被控过程的全过程都处于最佳控制状态，往往会降低模糊控制系统的鲁棒性。因此对于单纯滞后系统，可采用由数组量化因子实现的变量化因子，或采用在不同状态下对量化因子进行自调整等方法。

2)数据库(DB一Data Base)

数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值(即经过论域等级的离散化以后对应值的集合)，若论域为连续域，则为隶属度函数。

3)规则库(RB—Rule Base)

模糊控制器的规则是基于专家知识或手动操作熟练人员长期积累的经验，它是输入的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规则通常由一系列的关系词连接而成，如if-then，else，end，。r等。关系词必须经过“翻译”，才能将模糊规则数值化。

规则库就是用来存放全部模糊控制规则的，在推理时为“推理机”提供控制规则。由上述可知，规则条数和语言变量的模糊子集划分有关。这种划分越细，规则条数越多，但这并

不意味着规则库的准确程度越高，规则库的“准确性”还与专家的知识准确度有关。由规则库和数据库这两部分组成整个模糊控制器的知识库(KB一Knowledge Base)。

4)推理与解模糊接口(Inference and Defu-zzy一interface)

模糊推理是模糊逻辑理论中最基本的问题。目前模糊推理的方法很多，但是在模糊控制中考虑到推理时间，通常采用运算较简单的推理方法。最基本的有Zadeh近似推理，它包含有正向推理和逆向推理两类。工程学中推理大多数是多级推理，而模糊控制中推理也可以用多级推理。

解模糊化是模糊系统的重要环节，它是将模糊推理中产生的模糊量转化为精确量。常见的方法有最大隶属度法、重心法、左取大和右取大法和加权平均法等，其中重心法是指取模糊集隶属函数曲线同基础变量轴所围面积的重心对应的基础变量值作为清晰值的方法，也是

最常用的一种清晰化方法【20,21,22】

。

3.3模糊控制优点

模糊控制具有如下一些突出特点【21,23,24】

:

1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。

2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。

3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异;但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。

4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。

5)模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。

3.4模糊控制应用于交通信号控制的优点

事实上交通警察的判断及采取的措施便是一个典型的模糊控制过程:模糊交通信息日积月累便在交通警察头脑中形成一定概念，警察就此可以进行分析判断和控制决策，其决策依据即为总控制表，而其采取的措施则是模糊控制器的输出，以实现对交叉口的交通控制。因

智能交通信号灯系统的设计

智能交通信号灯系统的设计 发表时间：2016-05-30T16:34:43.267Z 来源：《基层建设》2016年2期作者：刘景平卜亚洲杨小军颜志坦 [导读] 东莞麦可龙医疗科技有限公司 523656 海每小时创造财富2亿元，据此推算，15个城市每天损失近10亿元人民币。从上面数据我们发现交通拥堵是巨大的经济浪费。 刘景平卜亚洲杨小军颜志坦 东莞麦可龙医疗科技有限公司 523656 摘要：当今中国的汽车飞速发展，私家车也前所未有的达到高峰，面对固定道宽的公路。不断飞速增量的汽车与有限的公路宽度的矛盾就迅速明显起来，目前最重要的就是努力调和现有资源进行最大程度的整体调度，尽可能的提高汽车行驶的顺畅度。本文即为解决此问题而设计的智能交通信号灯系统，通过实时监控，对车流量实时采集，通过CPU调度中心进行智能调控，进行智能信号灯的交替变化，而给予驾驶者一个有效的实施导向，从而使汽车流进行最大程度的行驶顺畅度。 关键词：智能交通信号灯；汽车流；行驶顺畅度 1、背景 上个世纪八十年代中国的汽车就开始发展，直到今日汽车的增长量已经势不可挡，国家信息中心日前发布的报告显示，2007年我国汽车市场产销量达830万辆，总体增长率达16.3％。中国汽车消费量占全球总消费量的12％左右，仍维持全球第二大市场的地位。报告同时指出，原来预计2020年超过美国成为全球第一大汽车市场的目标有可能在2015年提前实现。这样一个可怕的增长速度，对于有限的公路必须需要一种有效的交通调度方式。 早在2004年美国TTI（Texas Transportation Institute）交通年度报告，全美85个主要城市因交通拥堵损失37亿小时的时间和23亿加仑的汽油浪费。还有根据中国科学院研究，2010年中国百万人以上的50座主要城市，这些城市的居民平均单行上班时间要花39分钟。中国15座主要城市居民每天上班单行比欧洲多消耗288亿分钟，折合4.8亿小时。上海每小时创造财富2亿元，据此推算，15个城市每天损失近10亿元人民币。从上面数据我们发现交通拥堵是巨大的经济浪费。 目前交通信号灯比较死板，绿灯红灯交替变化的时间都是固定，无论塞车还是顺畅都是一成不变的，这就不可以很顺畅的调节到车辆。 2、解决概况 当两个事物配合使用的时候，当其中一个事物是变化的，如果另外一个事物是固定的，这无疑问就会产生不匹配的情况。 那么怎么样才可以使两个事物相互配合，做到游刃有余呢？那么必定是当一个事物变化的时候，通过某种工具或者规律来对另外一个事物进行实时调整调度以满足那个变化实物的变化，才会起到一个和谐融洽的相互配合关系。 车辆与交通信号灯就是这两种相互配合的事物，当车辆不断的变化的时候，信号灯却不形成任何与车辆的互动，而按自己的规律和行程交替运转，这就会导致没有实时性。例如，一条十字路口纵向的车几乎没有，而横向的车却在严重塞车，那么在这种情况下是不是需要把纵向的绿灯时间分给横向的绿灯一些呢？还有，当在上班时间或者下班时间，基本上车流量都是一个方向的，那么是不是应该把某个方向的绿灯时间分给其他方向或者左转等方向一些呢？等等。 下面我们就具体的方案来改进目前的交通信号灯系统。 3、智能交通信号灯的设计 首先通过车流量实时监测模块进行实际车流的采集，然后通过无线数据传输系统，传至大数据调度中心，通过大数据分析计算，从而得到有效的调节数据控制交通信号灯的显示，并且实时备份数据并上传数据。框图如下： 3.1、车流量监测系统 车流量检测系统是非常重要的部分。目前主要有三种车流量判断方式，电磁感应装置法、车流信息的超声波检测法，还有基于机器视觉的车流量检测法。超声波检测精度不太高，容易受车辆遮挡或者人的干扰，检测的距离短，一般在10m左右，本设计的车辆检测器采用地感线圈检测方案。地感线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。地感线圈Ll埋在路面下，通有一定工作电流的环形线

基于android的智能手机视频监控系统的设计与实现.

基于android的手机视频监控系统的设计 移动流媒体技术就是把连续的声音影像信息经过压缩处理后传送到网络服务器上，让终端用户能够在下载的同时观看收听，而不需要等到全部的多媒体文件下载完成就可以即时观看的技术。移动流媒体技术的出现是伴随这移动通信技术的发展和网络音视频技术的进步，其只要是关于流媒体数据从采集到播放整个过程中所需要的核心技术。 移动流媒体数据流具有三个特点：连续性、实时性、时序性。所以流媒体数据流具有严格的前后时序关系。 流媒体传输技术实在FTP/TCP的基础上发展而来的。服务器按照一定的顺序将文件分割成若干个数据分段，然后封装到分组中依次进行传输，客户端接收到分组后重新将其组装起来，最终形成一个与原来一样的完整文件。 流媒体播放技术有优点也有缺点。优点是能够及时传送随时播放，虽然在开始阶段需要一定的时间进行缓冲，但依然能够在实时性要求高的领域具有无可比拟的优势；缺点是由于网络的速率不稳定性，当播放速率大于传输速率时，视频播放将出现停滞，时断时续的现象。基于android的视频监控系统分为四个模块：依次为采集模块、编码模块、视频传输模块、解码模块、显示模块。如下图所示：一视频采集模块 Android摄像头采集的到的视频格式为YUV420格式的视频流。采集模块的实现可以在android的应用层中通过编写代码来实现。 二编码模块 数字视频编码标准主要由两个标准化组织制定。一个是由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)组建的活动图像专家组(MPGE)，另一个是国际电信联盟电信标准局(ITU-T)的视频编码专家组(VCEG)。MPEG制定的视频编码标准有MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4。ITU一T制定的视频编码标准有H.261和 H.263。 为了促进下一代多媒体通信的应用， MPEG和VCEG共同成立了联合视频工作组(JVT)，共同开发了视频编码标准H.264。目前，H.264是最先进的视频编码标准。 H.264视频编码标准是目前最新的技术，虽然H.264遵循了原来压缩标准的架构，但是H.264具有一些新的特性，如可变块大小运动补偿，帧内预测编码，多参考帧技术等，所以在性能上有了不小的提升。H.264标准分两层结构，包含网络抽象层(NAL)和视频编码层(VCL)。网络抽象层用于数据打包和传输，编码层负责视频压缩编码，这种分层结构，实现了传输和编码的分离。

智能交通信号灯控制系统设计

编号: 毕业论文(设计) 题目智能交通信号灯控制系统设计 指导教师xxx 学生姓名杨红宇 学号201321501077 专业交通运输 教学单位德州学院汽车工程系（盖章） 二O一五年五月十日

德州学院毕业论文（设计）中期检查表

目 录 1 绪论............................................................................................................................ 1 1.1交通信号灯简介...................................................................................................... 1 1.1.1 交通信号灯概述.................................................................................................. 1 1.1. 2 交通信号灯的发展现状...................................................................................... 1 1.2 本课题研究的背景、目的和意义 ......................................................................... 1 1. 3 国内外的研究现状 ................................................................................................. 1 2 智能交通信号灯系统总设计.................................................................................... 2 2.1 单片机智能交通信号灯通行方案设计 ................................................................. 2 2.2 功能要求 ............................................................................... 错误！未定义书签。 3 系统硬件组成............................................................................................................ 4 4 系统软件程序设计.................................................................................................... 5 5 结论和展望................................................................................................................ 6 参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 杨红宇 要： 但是传统的交通信号灯不已经不能满足于现代日益增长的交通压力，这些缺点体现在：红绿 以及车流量检测装置来实现交通信号灯的自控制，随着车流量来改变红绿灯1 绪论 1.1 1.1.1 为现代生活中必不可少的一部分。

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系 统设计 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，南北左右转，东西直行，与东西左右转四个主要状态，及黄灯过渡的辅助状态。主控制器采用89C51单片机。单片机的P0口和P2口分别用于控制南北和东西的通行灯。 本文的创新之处在于采用了双机容错技术，很大程度上增强了系统的可靠性。容错技术以冗余为实质，针对错误频次较高的功能模块进行备份或者决策机制处理。但当无法查知运行系统最易出错的功能，或者系统对整体运行的可靠性要求很高时，双机容错技术则是不二选择。 双机容错从本质上讲，可以认为备置了两台结构与功能相同的控制机，一台正常工作，一台备用待命。传统的双机容错的示意图如图1所示，中U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术、软件陷阱或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。其关键部位为检测转换（切换）电路。 图 1 传统双机容硬件错示意图

港口智能化视频监控系统方案

港口数字智能视频监控方案 公司名称：北京光桥科技股份有限公司

目 录 1．概述 (3) 2．设计原则 (4) 3．设计规范和依据 (6) 4．系统功能和特点 (7) 5．方案设计 (14) 6．中心管理平台 (17)

1.概述 随着全球一体化进程的加快和国际经济活动的日趋频繁以及供应链管理思想的兴起，现代港口特别是大型枢纽港的地位越来越突出，港口码头的运作和管理逐渐与整个交通运输和仓储配送的大链条融合在一起。作为开展现代物流服务的推进器与连接器，港口处于陆运和水运两大基本运输方式的联结点，现代客流、物流活动所要求的全过程、全方位系统跟踪管理已成为现代港口的主要服务内容，涉及到口岸功能，多式联运功能，监管进出境的运输工具、货物、行李物品、邮递物品和其他物品，征收关税和其他税、费，查缉走私，并编制海关统计和办理其他海关业务；货物集散、中转、仓储功能，货代和船代功能，集装箱CY和CFS功能，管理信息系统及EDI应用功能，生产、生活辅助服务功能等等。 按照港口数字化视频网系统的总体规划和设计要求，建立和完善港区各作业区域，锚地、航道、泊位、堆场、门卫、公安交通、环境监测等数字化视频监控系统。在码头各作业区域建立视频监控系统的基础上，为海关、港口公安局、海事局、边防等其他协作单位，提供监控点及相应的控制手段，与以上单位建立统一和共享的视频监控网络，逐步完成港口的数字化视频网建设。 为提高港口海关的工作效率，更好地实施“依法行政，为国把关，服务经济，促进发展”的方针，进一步满足社会经济发展与人们文明生活的高标准要求，创造一个安全、方便、快捷、高效的港口与营运环境。

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导

的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 1.1 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 1.1 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，南北左右转，东西直行，与东西左右转四个主要状态，及黄灯过渡的辅助状态。主控制器采用89C51单片机。单片机的P0口和P2口分别用于控制南北和东西的通行灯。 本文的创新之处在于采用了双机容错技术，很大程度上增强了系统的可靠性。容错技术以冗余为实质，针对错误频次较高的功能模块进行备份或者决策机制处理。但当无法查知运行系统最易出错的功能，或者系统对整体运行的可靠性要求很高时，双机容错技术则是不二选择。 双机容错从本质上讲，可以认为备置了两台结构与功能相同的控制机，一台正常工作，一台备用待命。传统的双机容错的示意图如图1所示，中U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术、软件陷阱或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。其关键部位为检测转换（切换）电路。

智能化视频行为分析平台建设方案设计

基于智能视频分析的监控平台建设方案 随着国家经济的提高，城市和城市化进程在不断的发展，各种社会矛盾和暴力事件逐渐增多，政府和相关部分对加强城市各地联网型监控系统越来越重视，当前城市和小区监控系统建设使用监控录像存储，事件发生后调取查阅的方式，这种方式在一定程度上满足了社会的需求，但是无法避免事态趋于恶化，在此背景下，具有智能视频行为分析的监控平台建设就显得尤为重要。 智能视频技术让安全警卫部门能通过摄像机实时自动“发现警情”并主动“分析”视野中的监视目标，同时判断出这些被监视目标的行为是否存在安全威胁，对已经出现或将要出现的安全威胁，及时向安全防卫人员通过文字信息、声音、快照等发出警报，极大地避免工作人员因倦怠、脱岗等因素造成情况误报和不报，切实提高监控区域的安全防范能力。 现有各大监控系统厂商和信息化科技公司都研发出大量的智能视频分析软件，可以分为两大类，基于嵌入式DSP 智能分析系统和基于计算机末端处理的智能分析系统。 一．基于嵌入式DSP的处理优点

1、DSP方式可以使得视觉分析技术采用分布式的架构方式。在此方式下，视觉分析单元一般位于视觉采集设备附近（摄像机或编码器），这样，可以有选择的设置系统，让系统只有当报警发生的时候才传输视觉到控制中心或存储中心，相对于计算机末端处理方式，大大节省的网络负担及存储空间。 2、DSP方式下视觉分析单元一般位于视觉采集设备附近（摄像机或编码器），此方式可以使得视觉分析单元直接对原始或最接近原始的图象进行分析，而后端计算机方式，计算机器得到的图象经过网络编码传输后已经丢失了部分信息，因此精确度难免下降。 3、视觉分析是复杂的过程，需要占用大量的系统计算资源，因此计算机方式可以同时进行分析的视觉路数非常有限，而DSP方式没有此限制。 二．在对比上述两种处理模式的优缺点基础上，提出基于DSP嵌入式处理和末端计算机处理两种系统结构.

智能交通灯系统设计样本

智能交通灯系统设 计

智能交通灯系统设计 1.背景及意义 1.1.目的与意义 随着社会经济的发展，城市交通问题也越来越引起人们的关注，交通堵塞也成为人们每天必须面正确问题；交通堵塞不但浪费大量的时间，而且排队过程中刹车和怠速会浪费能源，同时也造成空气污染，如何有效的降低城市交通堵塞，协调好人、车、路三者之间的关系，已成为各大城市面临的难题之一。交通灯系统作为交通系统中的重要元素，对缓解交通堵塞扮演者重要角色。随着现在社会的飞速发展，红绿灯在道路上比较普遍，几乎每个路口都会出现，特别是较大的路口，变换时间周期更长，效率低。因此，如何保证紧急车辆在道路上不受红绿灯的限制但又不闯红灯，使之畅通无阻的行驶，这便成为亟待解决的问题。本文主要针对这些问题，提出了智能交通灯系统的设计，该系统能够智能合理地设置红绿灯的时长以及相位的切换，就能够减少一个周期内十字路口前排队的车辆，从而有效地缓解交通堵塞。1.2.国内外现状 交通灯诞生于19世纪的英国，1958年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上安装了煤气红绿灯。19 ，电气启动的

红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成。19 又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯，带控制的红绿灯，一种是把压力探测器按在地下，车辆接近时，红灯变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯是按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能觉察到有人要过马路。红外光束能把红灯延长一段时间，推迟汽车放行。信号灯的出现，对交通进行有效管理，疏导交通流量、提高了道路通行能力，减少交通事故具有显著效果。欧洲及日本在交通灯的研究上起步较早，美国于上世纪九十年代才开始逐渐重视智能交通信号控制系统的研究。 20世纪70年代末，澳大利亚成功研制出了SCATS系统，该系统采用分层控制，以饱和度和综合量为主要依据，分别对信号周期、相位差和绿信比进行优选，该系统没有建立数学模型而是根据情况从各种已经制定的方案选择最优的方案，可是该系统配时方案有限。20世纪70年代初，英国研制出了SCOOT系统，该系统是一种自适应系统，采用小步长渐进寻优的办法，以使配时参数随交通流量改变而作适量调整，从而短期内适应交通流量的变化趋势，以防止因配时突变而引起的车流不稳定。 ，英国推出了全面升级的SCOOT摄像技术智能交通灯系统，该系统采用的是视频摄像技术，经过自动计算需要过马路的人群数量来调整相应的红绿灯时间。当检测到大量的行人在等待，系统会自动延长绿灯放行的时间，让人们有充分的时间过马路。另

视频监控系统设计方案

视频监控系统设计方案 摘要：生产经营管理的高效性、实时性直接影响到企业的生产效益和成本控制。当前，工厂的建设、管理正向着信息化、智能化的方向发展。通过在企业部安装一整套局域网上的网络视频监控系统，安全生产人员可实时监控各个设备的运行状况，安保人员可实时监控厂区的出入口、道路、重点建筑等重要场所的人员流动情况，企业相关部门的领导也可以在办公室随时监控整个企业的运作情况。 一、工程说明 1.1 工程需求分析 根据用户的实际要求和现代监控系统的特点对本项目的需求进行了认真的分析。 1. 防目的 通过安装在工厂辖区的摄像机，可以对现场的人员、车辆及设备的工作情况进行实时监视，监控室能够及时观察到现场的情况，并能够将相关图像进行实时的录像。在充分保证客人及业主隐私的基础上，加强工厂的安全保卫工作，同时提高工作效率，实现科学的管理。 2. 布防要求 根据现场的实际情况加以安装，以便最能有效地监控现场图像，不留死角。 3. 安全可靠性 为使整个监控系统充分发挥其安全防的作用，应从以下几个方面确保系统安全可靠： ⑴前端设备品质必须高度可靠，尽量选用性价比高的名牌产品，同时充分考虑到特殊且恶劣的环境因素对设备的影响。 ⑵必须按照国家标准及工艺要求进行施工。 ⑶控制系统应采用可靠性高、功能全的产品 ⑷严格的管理制度，规的操作。 ⑸操作简便。具有一定的扩容和升级能力。

二、方案设计的原则和思想 2.1 系统应具有的特性 2.1.1 先进性 当今科学技术发展迅速，若花巨资建成一个几年之就要淘汰的落后系统，不仅是一种极大的浪费，而且将严重影响工厂的声誉。所以设计方案首先就要确保设计技术和应用技术的先进性，同时也要保证整个系统的最佳性能价格比。 2.1.2 灵活性和兼容性 随着科学技术的发展，不可能保证一个系统永远处于领先地位。为此在设计方案时，必须考虑到系统升级扩容的灵活性和兼容性，这就需要采用模块化、开放式、集散型、分布式的控制系统。使得不改变原有设备，在不损失前期投资的情况下，就能方便的升级和扩容，确保系统不过时。 2.1.3 经济实用性 先进性与经济性往往会产生矛盾，这就需要在制定总体设计方案时： 一、要选择性能价格比最佳的产品和系统。高科技现代化时代，经济性衡量的唯一标准是性能价格比，既不是单纯性能，也不是单纯的价格，若不顾性能，而单纯追求价格，势必会陷入不正当的价格竞争战。那么系统事故所造成损失和影响用经济是补偿不了的。 二、善于充分利用软件来实现系统功能，尽可能减少硬件开支，达到降低系统总成本的目的。 三、充分了解其它子系统的功能，并与之进行有机结合，避免功能重复。 四、要善于从实际出发，突出实用功能，去掉“华而不实”的无用功能，降低总体投资，求得先进性与经济性的完美统一。 2.1.4 可靠性 可靠性是系统设计中的关键，不可靠的系统不仅根本谈不上什么先进性，而且由于系统的瘫痪导致重大的损失会给用户带来巨大的负担和耗费。为此总体方案的设计和产品的选用时： 一、既要考虑技术的先进性，又要考虑技术的成熟性。

智能交通灯系统设计

智能交通灯系统设计 1.背景及意义 1.1.目的与意义 随着社会经济的发展，城市交通问题也越来越引起人们的关注，交通堵塞也成为人们每天必须面对的问题；交通堵塞不但浪费大量的时间，而且排队过程中刹车和怠速会浪费能源，同时也造成空气污染，如何有效的降低城市交通堵塞，协调好人、车、路三者之间的关系，已成为各大城市面临的难题之一。交通灯系统作为交通系统中的重要元素，对缓解交通堵塞扮演者重要角色。随着现在社会的飞速发展，红绿灯在道路上比较普遍，几乎每个路口都会出现，尤其是较大的路口，变换时间周期更长，效率低。因此，如何保证紧急车辆在道路上不受红绿灯的限制但又不闯红灯，使之畅通无阻的行驶，这便成为亟待解决的问题。本文主要针对这些问题，提出了智能交通灯系统的设计，该系统能够智能合理地设置红绿灯的时长以及相位的切换，就能够减少一个周期内十字路口前排队的车辆，从而有效地缓解交通堵塞。 1.2.国内外现状 交通灯诞生于19世纪的英国，1958年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上安装了煤气红绿灯。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成。1918年又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯，带控制的红绿灯，一种是把压力探测器按在地下，车辆接近时，红灯变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯是按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能觉察到有人要过马路。红外光束能把红灯延长一段时间，推迟汽车放行。信号灯的出现，对交通进行有效管理，疏导交通流量、提高了道路通行能力，减少交通事故具有显著效果。欧洲及日本在交通灯的研究上起步较早，美国于上世纪九十年代才开始逐渐重视智能交通信号控制

智能化视频监控系统设计

WORD文档可编辑 智能视频监控系统 1.传统视频监控系统的不足 20多年来，随着计算机技术的发展，视频监控系统经历了3代：以视频矩阵为代表的模拟系统、以硬盘录像机为代表部分数字化的系统和以视频服务器为代表的完全数字化的系统，在这一发展过程中，视频监控系统与设备虽然在功能和性能上得到了极大的提高，但是仍然受到了一些固有因素的限制，从而导致整个系统在安全性和实用性的不高，无法发挥具体的作用。主要包括如下不尽如人意的地方： 1）保安值班人员具有人类自身的弱点，在值班时间内，注意能力不可能一直高度集中，不可能全天24小时进行有效的监视，有时无法察觉安全威胁。 2）图像不能长时间显示，几乎没有一个视频监控系统会按照和摄像机数目相同的模式配置显示设备，在中大型系统中，均采用模拟视频矩阵或者数字视频矩阵采用成组切换或者通用巡视的方式把视频图像切换到显示设备上。在这种情况下，很可能有大量的摄像机采集的视频图像，传输到监控中心以后，值班人员无法看到，而刚好在不显示某路视频图像的时间内就有值得注意的异常现象出现，由于值班人员并未当场发现并处理，这时，只能通过事后回放录像文件才能查找到相应的图像信息。这是由于监控视频图像的海量数据和相对较少的显示设备造成的矛盾。 3）数据分析困难，传统视频监控系统缺乏智能因素，录像数据无法被有效的分类存储，最多只能打上时间标签，或者按照某一通道的外接报警信

号或者简单的视频移动报警触发录像，数据分析工作变得非常耗时，很难获得全部的相关信息。 4）传统视频监控系统是一种“被动监控”，目前的监控系统大部分情况下都仅起到一个“录像”的工作，即将一段时间内的视频图像传输到硬盘录像机进行保存，在发生异常情况或者突发事件后，需要查找录像，找出时间发生时的视频图像，但此时损失和影响已经造成，无法挽回，完全是一种“亡羊补牢”式的“被动监控”。在这种意义上说，传输的视频监控系统还没有入侵报警系统实时性高和实用。 2.智能视频监控系统 个人认为，智能视频监控系统可以定义为第四代视频监控。 智能视频能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算机能够通过数字图像处理和分析技术来理解视频画面中的内容。视频监控中所说的智能视频技术主要指的是：“自动的分析和抽取视频源中的关键信息”。如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。智能视频技术借助计算机强大的数据处理能力，对视频画面中的海量数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，而仅仅为用户提供有用的关键信息，并依据设定的规则进行判断和报警，是视频监控技术发展的趋势和方向。 智能视频监控技术以常见的网络数字视频监控技术为基础，具备大家熟知的网络视频监控的优势，智能视频监控系统还具有更大的优势： 1）全天候监控：借助智能视频监控系统，可以全天候24小时可靠监控，彻底改变以往完全由值班人员对监控画面进行监视和分析的模式，通过嵌

智能交通信号灯系统设计

智能交通信号灯系统设计 摘要 交通信号灯是一种重要的交通指示工具。它能够指示通过交叉路口的机动车辆和过往的人群有序地通行，是维系道路交通顺畅，减少道路堵塞的主要工具之一。针对传统交通信号灯存在不能根据车流量大小自动调节通车时间的缺点，本文提出了以单片机为主控制器，超声波传感器测车流量的新型智能交通信号灯模拟控制系统的方案。本论文设计的智能交通信号灯模拟控制系统采用AT89C51单片机为控制器，以URF04超声波模块检测实时通行的车流量，通过RS-485传输线通讯，主控制器根据从控制器反馈回来的信息，实时调整通行时间，可以有效地疏导交通。 关键词交通信号灯智能单片机

目录 1. 绪言.................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 智能交通信号灯控制系统概述 (1) 1.2 交通信号灯的应用及其发展趋势 (1) 2. 系统控制器及外围数字电路IC芯片简介 (3) 2.1 系统整体电路框图 (3) 2.2 AT89C51单片机简介 (4) 2.3 LED显示器 (8) 2.3.1 LED数码管显示器的结构原理 (8) 2.4 超声波收发模块 (10) 2.4.1 超声波测距原理 (10) 2.4.2 超声波收发模块简介 (11) 2.5 74LS138译码器 (12) 2.6 74LS373锁存器 (13) 2.7 74LS04反相器 (13) 2.8 MAX485收发器 (14) 3. 硬件系统设计 (15) 3.1 交通信号灯控制方案选择 (15) 3.2 硬件电路设计 (16) 3.2.1 通行时间显示电路 (16) 3.2.2 单片机时钟电路 (18) 3.2.3 单片机复位电路 (19) 3.2.4 人行道信号灯控制电路 (19) 3.2.5 机动车道信号灯控制电路 (20) 4. 软件系统设计 (21) 4.1 主机程序流程图 (21) 4.2 C语言程序设计 (23) 4.2.1 1秒钟程序设计 (23) 4.2.2 LED数码显示器程序设计 (24) 5. 系统调试与结果分析 (24) 5.1 硬件调试 (24) 5.2 软件调试和下载 (25) 5.3 结果分析 (26) 致谢.......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.................................................................................................. 错误！未定义书签。附录一主机系统电路图...................................................................... 错误！未定义书签。附录二电路源程序.............................................................................. 错误！未定义书签。

智慧景区智能视频监控系统建设方案设计

编号：afb6 版本： 智慧景区智能视频监控系统 建设方案 编写：（签名） 复查：（签名） 批准：（签名）

目录

1项目概述 景区怡人景色是人们旅游、观光、休闲和娱乐的好场所。但随着景区人流的不断加大，尤其是节假日期间，维护景区正常旅游秩序面临越来越严峻的挑战，特别是景区险峻奇幽处游客的安全问题更是景区日常管理工作的一大隐患。本案建议建设一套基于智能视频监控技术的实时全景区集中监控系统，以对景区，特别是要害部位，实施全天候、全方位视频集中监控，以便给游客提供一个美好的旅游、观光、休闲和娱乐环境，防止意外事故的发生，或发生意外时能第一时间响应，为营造良好的景区旅游秩序保驾护航。 监控需求 景区根据各不同地点的监控需求的不同，分为以下6类监控布控区：（1）景观监控 要求清晰的监控到重要景观。根据现场的光线照度情况以及场地面积选用摄像机。摄像机应具有高清晰的画面和宽阔的动态范围，能全方位无盲区的监看景点情况。 （2）景区交通危险路段监控 要求能实时、清楚地监控布控点现场情况。对危险路段的步道情况和山体情况进行实时监控，及时排除交通事故和山体塌方、滑坡的危险情况。（3）进出口要道监控 要求对各车场，寺庙等重要出入口的车辆，人员出入情况实行监控。随时

掌握各点情况，为相关部门管理提供有效支持。 （4）门禁监控 门禁监控应主要对进出的游客、车辆以及售票情况进行监控。要求画面清晰，稳定。 （5）游人集散地监控 要求清楚、及时的将画面返回监控中心。实时掌握游客情况，防止意外事件的发生。监控要求全方位，无盲区。 （6）重要景区建筑监控 要求能将清楚的监控画面返回监控中心。 监控中心及监控分中心的设置 设立两级监控中心，即在游人中心的指挥中心设立监控总中心，同时根据需要设立分控中心。所有监控图像均可通过大屏进行监控显示，所有监控分中心均可实现授权图像的实时监控和回放。 建设高分辨率、高帧率实时监控系统 根据需要采用高分辨率、高帧率数字摄像机实现高质量的大屏监控显示，并采用视频存储服务器+磁盘阵列的方式实现各景点集中存储管理；采用流媒体视频服务器实现视频共享访问。 本案将通过高清解码器向指挥中心大屏实时提供6路高清和18路D1监控画面。至于解码后的监控画面如何通过矩阵及图像拼接器在大屏上显示出来，本案也不作介绍。

智能交通信号灯设计毕业论文

智能交通信号灯设计毕业论文 目录 1 绪论 (1) 1.1 交通灯控制器的研究背景 (1) 1.2 交通灯控制器的研究意义 (2) 1.3 交通灯控制器的发展前景 (3) 2 总体设计方案 (5) 2.1 设计思路 (5) 2.2 系统总框图 (6) 2.3 系统工作原理 (6) 3 硬件设计 (8) 3.1 系统设计 (8) 3.2 主控模块设计 (8) 3.2.1 STC89C51部结构 (9) 3.2.2 STC89C51单片机的I/O口功能 (10) 4 软件设计 (22) 4.1 编程语言 (22) 4.2 控制程序设计 (23) 4.3 主程序模块 (24) 4.4 定时器T0 (25) 4.5 按键子程序设计 (28) 4.6 显示程序模块 (31)

5 调试与检测 (34) 5.1 硬件调试 (34) 5.2 软件调试 (35) 5.3 软硬联试 (35) 5.4 性能测试结果 (35) 6 结论 (37) 参考文献 (38) 谢辞 (39) 附录A：系统原理图 (40) 附录B：系统实物图 (41) 附录C：系统元件清单 (42) 附录D：系统源程序 (43)

1 绪论 1.1 交通灯控制器的研究背景 交通信号灯关系着人们的生命和财产安全，目前，红绿灯安装在各个路口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的扳手式信号灯，用以指挥车马通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿色亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时，红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左右转弯车辆都必须让合法地正在路口行驶的车辆和过人行道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

智能化视频监控系统设计说明

智能视频监控系统 1.传统视频监控系统的不足 20多年来，随着计算机技术的发展，视频监控系统经历了3代：以视频矩阵为代表的模拟系统、以硬盘录像机为代表部分数字化的系统和以视频服务器为代表的完全数字化的系统，在这一发展过程中，视频监控系统与设备虽然在功能和性能上得到了极大的提高，但是仍然受到了一些固有因素的限制，从而导致整个系统在安全性和实用性的不高，无法发挥具体的作用。主要包括如下不尽如人意的地方： 1）保安值班人员具有人类自身的弱点，在值班时间内，注意能力不可能一直高度集中，不可能全天24小时进行有效的监视，有时无法察觉安全威胁。 2）图像不能长时间显示，几乎没有一个视频监控系统会按照和摄像机数目相同的模式配置显示设备，在中大型系统中，均采用模拟视频矩阵或者数字视频矩阵采用成组切换或者通用巡视的方式把视频图像切换到显示设备上。在这种情况下，很可能有大量的摄像机采集的视频图像，传输到监控中心以后，值班人员无法看到，而刚好在不显示某路视频图像的时间内就有值得注意的异常现象出现，由于值班人员并未当场发现并处理，这时，只能通过事后回放录像文件才能查找到相应的图像信息。这是由于监控视频图像的海量数据和相对较少的显示设备造成的矛盾。 3）数据分析困难，传统视频监控系统缺乏智能因素，录像数据无法被有效的分类存储，最多只能打上时间标签，或者按照某一通道的外接报警信

号或者简单的视频移动报警触发录像，数据分析工作变得非常耗时，很难获得全部的相关信息。 4）传统视频监控系统是一种“被动监控”，目前的监控系统大部分情况下都仅起到一个“录像”的工作，即将一段时间内的视频图像传输到硬盘录像机进行保存，在发生异常情况或者突发事件后，需要查找录像，找出时间发生时的视频图像，但此时损失和影响已经造成，无法挽回，完全是一种“亡羊补牢”式的“被动监控”。在这种意义上说，传输的视频监控系统还没有入侵报警系统实时性高和实用。 2.智能视频监控系统 个人认为，智能视频监控系统可以定义为第四代视频监控。 智能视频能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算机能够通过数字图像处理和分析技术来理解视频画面中的内容。视频监控中所说的智能视频技术主要指的是：“自动的分析和抽取视频源中的关键信息”。如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。智能视频技术借助计算机强大的数据处理能力，对视频画面中的海量数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，而仅仅为用户提供有用的关键信息，并依据设定的规则进行判断和报警，是视频监控技术发展的趋势和方向。 智能视频监控技术以常见的网络数字视频监控技术为基础，具备大家熟知的网络视频监控的优势，智能视频监控系统还具有更大的优势： 1）全天候监控：借助智能视频监控系统，可以全天候24小时可靠监控，彻底改变以往完全由值班人员对监控画面进行监视和分析的模式，通过