[发明专利]一种基于图像和GPS信息融合的交通信号灯控制方法

权利要求书

1.一种基于图像和GPS信息融合的交通信号灯控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、基于交通路口的坐标系构建：

首先通过系统坐标构建及初始化模块进行坐标构建及初始化，定义坐标原点的位置；坐标系的构建根据交叉路口的结构而定，构建一个坐标系统或构建多个坐标系统，取决于道路的结构和运算的需要；坐标系统构建结束并进行初始化完成后，双黄线的位置、车道分割线：白色单实线的位置、斑马线-人行横道线的位置已在坐标系统中进行了定位；

步骤二、车载GPS将车辆位置信息发送至车辆数据接收和处理模块：

通过车载GPS定位和无线数据发送模块接收实时的卫星信息，通过计算获得车辆的位置信息；然后车辆上的无线数据发送模块将车辆的位置信息发送到位于路口的地面车辆数据接收和处理模块中；

步骤三、将车辆位置信息对应到已经构建的交通路口坐标系中：

地面的车辆数据接收和处理模块接收到车辆的实时位置，将其转换到步骤一构建完毕的坐标系统中，确定车辆在道路上的车道位置，根据所处的车道判定车辆计划的行进走向，通过定时的连续取点计算出车辆的行进速度；

步骤四、根据各个方向的车流信息控制交通信号灯的切换：

地面的车辆数据接收和处理模块通过对车辆位置的统计，计算每个方向，包括左拐、直行、右拐车的流量，从而设定信号灯的切换模式和时长；

步骤五、根据对车流的速度的分析判断道路的通畅程度，如果判定为疑似堵塞，视频监控处理模块通过图像处理技术对导致堵塞的目标进行定位和图像抓取；

步骤六、将交通信号的信息和造成堵塞的疑似发生地的图片信息发送给车载交通信息接收和显示模块，驾驶员在本车的显示终端能够看到交通信号的状态和时长，对驾驶员进行提示和指导；

所述的步骤一具体为：

坐标系统的构建的方案与交通路口的结构相关，如果结构简单规整，则采用单坐标系统，反之要采用多坐标系统≤4个，在单个坐标系统中以四个方向的双黄线的交点作为坐标的原点，四个象限分别对应四个指向原点的车流，方向与X轴和Y轴平行，相同行进方向的车道对应一个矩形坐标区域，矩形区域的宽度是单个车道的整数倍≤16，矩形区域的长度设为常数,与车流的速度相关，为200-250米，多坐标系统就是要在不同的方向构建独立的坐标系统，以双黄线的顶点为每个坐标系的坐标原点，第一象限对应车离开交通路口车辆的车道，第二象限对应车辆进入路口的车辆的车道，适用于右侧通行的道路，在第二象限内相同行进方向的车道对应一个矩形坐标区域,区域的设定方法同单坐标系统；

所述的步骤三中的坐标匹配方法具体为：

车辆数据接收和处理模块接收到的车辆的位置信息，在构建的坐标系中进行区域匹配，判定其在哪个矩形区域中，根据其在所处的矩形区域，判定车辆计划的行进方向，区域判定的公式为：

其中(x,y)是车辆的位置坐标，(x_n1,y_n1)，(x_n2,y_n1)，(x_n1,y_n2)，(x_n2,y_n2)分别是第n个监控矩形区域的顶点坐标，对每个车辆行进方向分别进行了独立的判断后，即可统计不同方向包括左转、右转、直行行进车辆的数量N_n，其中count_n为车辆数量计算累计变量；

所述的步骤四具体为：

在信号灯为红灯的情况下统计等待通过交通路口的车辆的数量，因此控制系统的交通灯的初始状态是红灯，初始红灯的持续时间是45-60秒；

车辆数据接收和处理模块根据统计出的不同方向，包括左转、右转、直行的车辆的数量，通过动态的分析，设定交通信号灯的工作状态和时长，绿灯持续时间的区间是25秒-120秒，如果太短不能保证一定数量的车辆通行，如果太长会引起另一方向的交通不畅和驾驶员的烦躁情绪；

绿灯持续时间的计算方法是T＝N_max×0.2×120；其中N_max＝MAX(N₁,N₂…,N_n)，其中N_n是某方向包括左转、右转、直行第n条车道上机动车数量，N_max是N₁…N_n的最大值，公式如下：

所述的步骤五中的判断道路堵塞的方法具体为：

根据每辆车的速度计算出每个方向车流的平均速度，根据平均速度的大小和低速运行持续的时间判定当前道路是否堵塞，通过速度阈值和时长阈值判定，即在监控区域内平均速度10km/h、区域内最大车速10km/h且累计运行时间140s，则判定当前路口发生交通堵塞；

所述的步骤五中的堵塞区域的定位、图像抓取和发送方法具体为：

某区域被判定为堵塞区域后，建立基于速度值的二维矩阵，计算速度小于10km/h的区域的质心，堵塞区域图像的二值化

用数学形态学算子对图像进行空洞填充和小噪点去除，然后计算堵塞区域的质心；

以检测到的堵塞区域的质心为摄像机的对焦中心进行图像抓拍，获取堵塞区域的图像信息。