[发明专利]一种基于无人机航拍视频的交叉口信号配时方法

权利要求书

1.一种基于无人机航拍视频的交叉口信号配时方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：基于地表标记物辅助，确定交叉路口的进口道和车流方向

对于单个交叉口，按照逆时针方向，分别设n₁、n₂……n_L代表实际的各进口道的方位；根据无人机拍摄视频中出现的标记物确定视频中进口道的方位，分别记为n₁*、n₂*、…… 、n_L*，从而完成视频中的道路口与现实道路口的匹配；将地表标记物放在各方向进口道的道路旁，完成路口的标记；地表标记物，是指进行了表面涂装，使其可以被无人机识别的物体；

步骤二：基于虚拟线圈检测法提取路段上的车流交通参数

在无人机的拍摄视域摄视域内，设置虚拟线圈检测器，虚拟检测器技术处理无人机的视频图像，计算某段道路或者路网在时间和上的车流密度；提取到路网上的平均车速s、车流f、动态的道路占有率o、空间车辆密度ks和时间车辆密度kt，其中

其中d_l＝l_VD2-VD1＝VD2-VD1，为两个虚拟检测器之间的距离，L为道路总数，n为当前交通路网中的车辆总数，t_i,j为第i辆车在第j条道路上的行程时间；其中T为总的检测时间，n_j(t)为t时刻第j条道路上的车辆总数，n_j(t-1)为t-1时刻第j条道路上的车辆总数；

其中f为车流、l_i为第i条道路的长度、s为第i条道路上的平均车流速度；其中T为总的检测时间，Δx为设置的虚拟检测器的宽度，L为道路总数，n为当前交通路网中的车辆总数，t_i,j为第i辆车在第j条道路上的行程时间，s_i,j为第i辆车在第j条道路上的平均速度，且其中d_fr为Virtual Detection Frame的长度，L为道路总数，n_j为当前t时刻路网中第j条道路上的的车辆总数；

步骤三：基于虚拟线圈检测法提取交叉口处的车流交通参数

在交叉口的各路口分别设置一个虚拟检测器，通过汽车被路口检测器记录到的先后顺序得到汽车的转向；计算各转向对应的车辆数的比值，得到交叉路口的转向比；其中，根据汽车到达检测器的先后顺序将检测器定义为起始检测器O_D和终止检测器D_D，(O_D，D_D)代表汽车从检测器O_D到检测器D_D，代表从检测器O_D到检测器D_D的车辆数，可用来表示交叉口某个转向的车辆数；其中的下角标(O_D，D_D)用来表示转向的方向；则汽车的转向情况由(O_D，D_D)矩阵来表示，

n(1,1) n(1,2)……n(1,L’)

n(2,1) n(2,2)……n(2,L’)

(O_D，D_D)＝…… …… …… ……

n(L’,1) n(L’,2)……n(L’,L’)

交叉口各转向的转向比

其中n_(i,j)代表在所取的观察时间段内，交叉口处(i,j)转向的车辆数；L’为交叉路口的路口总数；i为起始检测器O_D的标号，从1到L’，取整数；j为终止检测器D_D的标号，从1到L’，取整数；

步骤四：基于分位数法剔除噪声数据

通过步骤一到步骤三计算得到的信号配时所需的相关交通参数数据中包括噪声数据；在本步骤中通过分位数法对噪声数据进行剔除；其包括，提取时间段内的参数数据，计算该时段内数据的75％分位数、25％分位数、分位差IQR＝75％分位数-25％分位数,上边界UpLimit＝75％分位数+IQR*1.5、下边界LowLimit＝25％分位数-IQR*1.5；提取UpLimit和LowLimit范围内的参数数据作为正常数据；

步骤五：基于视频处理与信号配时综合平台完成交叉口处信号灯的信号配时

配时方案生成模块根据步骤四中提取的参数数据，按照信号定时控制方式对模块内预置的配时方案进行修改，从而确定改进后的交叉口信号灯相位设置方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机航拍视频的交叉口信号配时方法，其特征在于，所述方法还包括确定无人机系统的组成、无人机的视频拍摄机制及视频处理与信号配时综合平台的组成；

无人机系统由无人机群和无人机充电站两部分组成；

无人机的视频拍摄机制的确定包括路网检测区域的确定、无人机拍摄时间的确定及无人机轮换机制的确定；每个交叉口所在处的路网检测区域包括：交叉路口、距离交叉口一定距离处的路段；每个检测区域上空悬停一个无人机进行交通路况的视频拍摄，考虑到无人机的续航问题，无人机采用交替式的拍摄机制，即当无人机a的蓄电量比完成往返充电站所需的阈值T大Δt时，向距离其最近的无人机充电站发送信号；充电站停驻的无人机b起飞，向发送信号的无人机a驶去；当无人机b达到检测区域后，在无人机a旁悬停，开始进行拍摄，此时无人机a结束任务，飞往最近的无人机充电站进行充电；如此交替进行直到拍摄任务的完成；每个无人机在飞往充电站进行充电之前，完成视频传输工作，即将拍摄的视频通过无线传输模块传送给视频处理与信号配时综合平台；

视频处理与信号配时综合平台由视频处理模块、交通参数计算模块、配时方案生成模块和信号传输模块组成；平台主体安装在道路交叉口某一路口信号灯的灯杆上；其余路口处信号灯的灯杆分别安装有与平台相匹配的信号传输模块，这些信号传输模块与平台内嵌的信号传输模块通过无线传输方式进行信号传送；无人机将视频图像信息传送给平台，平台的视频处理模块利用地表标记物辅助法和虚拟线圈检测法对无人机拍摄的视频进行处理，计算得到相关的交通参数；交通参数计算模块利用分位数法对初步得到的数据进行筛选，从而得到可用的数据。