一种基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统及方法

摘要

一种基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统及方法，该系统包括人行横道信号灯和信号机、L形金属杆件、网络视频采集器、视频采集处理模块、交通信号控制器、交通信号控制器被放置在L形金属杆件一侧的信号机内；网络视频采集器的输出端连接视频采集处理模块的输入端，视频采集处理模块的输出端连接交通信号控制器的输入端。本发明适用于目前道路上对行人过街自动控制，可以对行人进行实时检测和计数，并将数据传输给信号控制系统，并将视频图像进行存储。本发明应用于道路交通领域，实时获取交叉路口行人计数数据，对所需的数据进行实时采集，并将采集数据进行记录和远端传输，增加了路口交通检测手段，解决了在路口对于行人的检测的问题。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统及方法。

背景技术

在城市化建设中，行人交通是城市道路交通中的重要组成部分，而行人过街信号控制设施则是城市交通设施中的重要组成部分。然而目前在国内对道路交通的建设投入来看，基本只重视城市道路交通系统中的车辆交通，而比较忽视行人和非机动车交通，总的来说对行人交通研究和投入都还很不足，许多城市普遍存在行人过街设施设置不合理的现象，这是导致行人和非机动车 违章穿越街道，造成交通混乱与交通事故的重要因素之一。

在无信号控制的人行横道处或管理不严的信号控制人行横道处，极易发生见缝插针人车争道而行的混乱现象。有些行人对道路交通安全法有关人行横道处的通行权的规定通常很少了解和遵守，究其原因：一是司机或行人没有养成遵守交规的习惯，二是有些地段的车流量和人流量都很大，缺少合理有效的过街设施，过街行人连续不断，造成车辆几乎无法通行。

现在许多城市道路平面交叉口的控制信号灯相位配时的设计，大多倾向于满足机动车辆的通行，没有充分地考虑行人的通行特点，行人的通行时间得不到保证，未能在时间上把人流和车流有效地分离开。当然，这些问题的存在也是因为现有对过街行人的检测设备和产品实在太少，没有像检测车辆的产品那样可以对行驶车辆实时检测，正是如此使交通信号系统大部分地将路口绿信比配时都分配给了机动车辆，而对行人过街的信号配时处于次要的阶段，使路口行人的过街配时基本都处于不合理的状态。根据此，现利用趋于成熟的视频检测技术对过街行人进行检测，并将对行人视频检测的产品应用在交通信号控制系统中。此类产品和技术的应用使路口交通信号绿信比配时方案更加优化，无论对机动车还是行人都能够获得更加合理的信号灯显示配时方案。

在城市道路交通中，人们采用步行交通是我国城市居民的主要交通方式，而随着视频检测技术的日趋成熟和广泛的应用，现在也将此技术开始应用在了道路行人交通检测中，视频检测技术对于智能交通系统的发展与应用具有重要而深远的意义。其主要是将视频实时采集处理，通过对行人的检测和行为分析，来确定行人的运动轨迹，从中提取人员活动信息，并积累和提取行人交通数据，为交通规划、科学管理与控制等提供依据。

行人道路交通视频检测技术，主要成果在于对行为人的检测、识别、跟踪和行走轨迹等信息数据的提取。针对现在正蓬勃发展的智能交通行业领域，提供了强有力的依据。

行人是道路交通系统的主要参与者，保障行人安全和减少其对机动车的干扰是城市道路交通系统建设的重要目标。当前对城市道路交通系统研究中，大多把机动车和非机动车作为重点目标对象,而很少考虑行人道路交通。主要评价指标为车辆的延误、排队长度、通行流量等。然而，我国城市道路交通系统的主要特点是混合（机动车、非机动车、行人）、低速、高密度，行人交通是影响我国城市道路交通运行效率的主要因素之一，因此行人信息对实现安全高效的城市交通具有重要意义。

行人道路交通数据采集方法是在机动车数据采集方法的基础上发展起来的，常规分为人工检测法和自动检测法。人工检测法为人工手动计数，费时费力成本高，不适宜长时间数据采集。自动检测法指利用主动式和被动式红外检测器、视频检测器等进行数据采集的方法。由于行人的物理特征所限制，用感应线圈检测器、超声波检测器等方法不适用。然而现在新兴起的视频检测技术，系统采用图像处理和模式识别技术，具有不破坏路面、维护方便、可检测的参数多等优点，已成为一种重要的、有着很好发展前景的交通流量检测方法。

随着视频图像处理技术的发展，相关技术的日趋成熟，性能的不断提高，功能的不断完善，视频检测技术在交通监控领域的推广具有广阔的前景。基于视频的交通信息采集技术显示出更大的优势，也是未来实时交通信息采集和处理技术的发展方向。视频检测技术具有大区域、大信息量、多功能的特点，正成为交通动态信息采集技术主流。同时，视频检测器便于安装，维护方便，费用低，能够全天候检测等。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统及方法。

本发明的技术方案是：

一种基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统，包括人行横道信号灯和信号机，人行横道信号灯安装在人行横道区域一侧的行人站立区域内；

还包括：

安装于人行横道区域另一侧的行人站立区域内的L形金属杆件；

用于实时采集人行横道区域及人行横道区域一侧的行人站立区域的视频图像的网络视频采集器；

用于根据网络视频采集器采集的视频图像获取人行横道信号灯状态并对人行横道区域一侧的行人站立区域内的行人计数的视频采集处理模块；

用于根据视频采集处理模块的行人计数来控制人行横道信号灯状态的交通信号控制器；交通信号控制器放置在L形金属杆件一侧的信号机内；

网络视频采集器安装在L形金属杆件上的横杆的居中位置，且网络视频采集器垂直距地面4~5米高度；

网络视频采集器的输出端连接视频采集处理模块的输入端，视频采集处理模块的输出端连接交通信号控制器的输入端。

采用所述的基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统的交通信号控制方法，包括以下步骤：

步骤1：网络视频采集器实时采集人行横道区域及人行横道区域一侧的行人站立区域的视频图像；

步骤2：视频采集处理模块根据接收到的视频图像数据识别人行横道信号灯的红灯信号是否亮起：若红灯信号亮起，则执行步骤3，否则执行步骤5；

步骤3：视频采集处理模块对视频图像中的人行横道区域一侧的行人站立区域内的行人进行识别并统计人数；

步骤4：视频采集处理模块将统计的人数通过网络接口传输至交通信号控制器，交通信号控制器将统计的人数与预先设定的人数阈值进行比较，当统计的人数达到预先设定的人数上限阈值时，对当前的信号周期加入行人过街时间，同时人行横道信号灯的绿灯信号亮起；

步骤5：在人行横道信号灯的绿灯信号亮起时，网络视频采集器对人行横道区域的行人通行过程中的视频图像进行识别并统计人数；

步骤6：视频采集处理模块将统计的人数通过网络接口传输至交通信号控制器，交通信号控制器将统计的人数与预先设定的人数阈值进行比较，当统计的人数达到预先设定的人数下限阈值时，对当前的信号周期加入禁止行人通行的时间，并由交通信号控制器关断绿灯信号而转换开启红灯信号。

有益效果：

视频检测是交通信息采集和交通事件检测领域较新的技术，特别是应用在路口对过街行人的识别检测和处理还是初试，本发明采用一种融合视频图像处理、模式识别及数据通信等多项技术为一体的视频检测技术，目标就是运用数字图像处理和视觉检测技术等方法，对行人交通目标的行为进行检测、定位、跟踪，并对以行人为目标的交通行为进行检测判断，从而完成各种交通流数据的采集、交通事件的检测，与交通系统管理融合集成，并通过实时记录在交通事件发生后可对整个过程进行回放，真正实现交通管理智能化。

本发明针对行人在道路交通过程中过街信号控制的功能，利用视频检测技术对过街行人计数的方法来控制交通信号系统，适用于目前道路上对行人过街自动控制，可以对行人进行实时检测和计数，并将数据传输给信号控制系统，并将视频图像进行存储。本发明应用于道路交通领域，实时获取交叉路口行人计数数据。利用现有新技术对所需的数据进行实时采集，并将采集数据进行记录和远端传输，为后期的离线数据统计、分析和调用。同时可以利用当前的计算机技术进行网络数据交换等功能，增加了路口交通检测手段，经济实惠地解决了路口对于行人的检测的问题。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统结构框图；

图2是本发明具体实施方式的基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统安装示意图，其中，1-人行横道区域，2-行人站立区域，3-L形金属杆件，4-网络视频采集器，5-信号机，6-视频采集处理模块，7-交通信号控制器，8-人行横道信号灯；

图3是本发明具体实施方式的基于对行人检测计数统计的交通信号控制方法流程图；

图4是本发明具体实施方式的信号控制器内部各功能模块的排列图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

一种基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统，如图2所示，包括人行横道信号灯8和信号机5，人行横道信号灯8安装在人行横道区域1一侧的行人站立区域2内；

还包括：

安装于人行横道区域1另一侧的行人站立区域内的L形金属杆件3；

用于实时采集人行横道区域1及人行横道区域1一侧的行人站立区域2的视频图像的网络视频采集器4；

用于根据网络视频采集器4采集的视频图像获取人行横道信号灯状态并对人行横道区域1一侧的行人站立区域内2的行人计数的视频采集处理模块6；

用于根据视频采集处理模块6的行人计数来控制人行横道信号灯8状态的交通信号控制器7；交通信号控制器7放置在L形金属杆件3一侧的信号机5内；

网络视频采集器4安装在L形金属杆件3上的横杆的居中位置，且网络视频采集器4垂直距地面4~5米高度；

网络视频采集器4的输出端连接视频采集处理模块6的输入端，视频采集处理模块6的输出端连接交通信号控制器7的输入端。

交通信号控制器7是控制路口人行横道信号灯运行的核心控制单元，对系统各个器件进行输入检测、输出控制，完成系统整体各个器件的控制作用。网络视频采集器用来对目标进行检测，由其实时采集路口的视频数据，并将采集的图像信息经网络传输到需求设备中。视频采集处理模块是将经网络传输过来的网络视频采集器视频图像进行解码、分析处理，将处理后的数据做统计，并将计数和统计的数据传输到信号机中的交通信号控制器中。视频采集处理模块内部具有模块初始化功能、图像预处理功能、图像分割功能、目标区域信息提取功能、目标特征跟踪功能。在视频采集处理模块中实现了相关的算法：（1）原始背景信息提取；（2）图像二值化；（3）对二值化的图像进行处理；（4）目标分割和目标区域标记；（5）选取目标物的特征点进行跟踪；（6）提取目标物区域的信息及特征；（7）对目标特征的信息进行分析，从而判断行人事件。L形金属杆件用来安装网络视频采集器设备，使网络视频采集器能够正常采集行人视频数据。

如图2所示，L形金属杆件3安装于人行横道区域1另一侧的行人站立区域2内，且安装在人行横道信号灯8的对侧，网络视频采集器4安装在L形金属杆件上的横杆的居中位置，且网络视频采集器4垂直距地面4~5米高度，网络视频采集器4面向人行横道区域1和行人站立区域2，人行横道信号灯8安装在行人站立区域2。视频采集处理模块6安置在信号机5内部交通信号控制器7的扩展插槽中，目的是利用信号控制器内部的空间，同时由信号控制器的底板统一供电。

本实施方式选用信号机采用JMC系列集中协调式交通信号控制机，如JMC3200。JMC系列集中协调式信号机符合《国家GB 25280-2010道路交通信号控制机标准》及《GB/T 20999-2007交通信号控制机与上位机间的数据通信协议标准》。JMC系列信号机采用32位芯片与实时多任务嵌入式系统，保证信号机具备强大的计算与通讯能力。信号机机体主要由控制箱、电源单元和机柜组成。控制箱主要包括主控板、相位驱动板、车辆检测板。JMC系列信号机拥有卓越的控制功能，能够提供关灯、闪光、全红、步进、跳相、长红长绿、时间表控制、全感应控制、半感应控制、无缆线协调控制、感应式线协调控制、行人过街控制、动态方案选择、公交优先、紧急优先等多种控制方式。JMC系列信号机可支持线圈、地磁、视频、红外等多种检测器，可连续准确的采集现场交通数据，并具备本机交通数据存贮功能。JMC系列信号机可直接连接可变信息板，实时提供相关路段及快速路出入口的交通信息。JMC系列信号机可支持无线通讯互联功能。

图4为信号控制器内部各功能模块的排列图，信号控制器内部各功能模块是硬件板卡，按照常规功能化设计在板卡上分别也有中央处理器和控制软件固化程序在其上，其目的主要是简化主控制板的负担和功能，主控制器做主控板，网络通讯板卡负责外部数据交换，信号灯控制输出板卡是将内部电平信号转化为强电驱动。另外还有其它输入输出、显示等功能。

行人交通信号灯是作为路口控制行人正常通过路口的指示设备，由交通信号控制器经信号灯控制输出板卡对应信号灯显示。

如图1所示，网络视频采集器的视频信号输出端连接视频采集处理模块视频信号的输入端，视频采集处理模块数据通讯的输入端、输出端分别与交通信号控制器的数据通讯的输入端、输出端连接，红、绿色人行横道信号灯的信号输出端与交通信号控制器的信号控制输出端相连。

网络视频采集器选用IDS-2CD9152-H，视频采集处理模块选用DS-4000HC，人行横道信号灯选用RX300-2系列。

采用所述的基于对行人检测计数统计的交通信号控制系统的交通信号控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：网络视频采集器实时采集人行横道区域及人行横道区域一侧的行人站立区域的视频图像；

步骤2：视频采集处理模块根据接收到的视频图像数据识别人行横道信号灯的红灯信号是否亮起：若红灯信号亮起，则执行步骤3，否则执行步骤5；

步骤3：视频采集处理模块对视频图像中的人行横道区域一侧的行人站立区域内的行人进行识别并统计人数；

步骤4：视频采集处理模块将统计的人数通过网络接口传输至交通信号控制器，交通信号控制器将统计的人数与预先设定的人数阈值进行比较，当统计的人数达到预先设定的人数上限阈值即20时，对当前的信号周期加入行人过街时间，同时人行横道信号灯的绿灯信号亮起；

步骤5：在人行横道信号灯的绿灯信号亮起时，网络视频采集器对人行横道区域的行人通行过程中的视频图像进行识别并统计人数；

步骤6：视频采集处理模块将统计的人数通过网络接口传输至交通信号控制器，交通信号控制器将统计的人数与预先设定的人数阈值进行比较，当统计的人数达到预先设定的人数下限阈值即5时，对当前的信号周期加入禁止行人通行的时间，并由交通信号控制器关断绿灯信号而转换开启红灯信号。