基于圖像處理和PLC的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)

摘 要： 應(yīng)用圖像處理技術(shù)，研究了PLC交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)交通信號(hào)燈亮的時(shí)間長(zhǎng)度可以通過(guò)檢測(cè)到的車輛運(yùn)行信息控制，這表明將傳統(tǒng)的路口四相位擴(kuò)展到十二相位，能夠充分利用傳統(tǒng)信號(hào)燈控制系統(tǒng)中的空等待時(shí)間，在不改變路況的現(xiàn)有條件下，有效提高路口車輛的通行效率。

關(guān)鍵詞： 圖像處理； PLC； 空等待時(shí)間； 相位； 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN911.7?34；U491.5+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）19?0167?04

0 引 言

隨著人民生活水平的極大提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，汽車帶給人們極大方便的同時(shí)，也使城市交通問(wèn)題日益嚴(yán)重，怎樣在有限的道路條件下，提高車輛的通行能力，特別是路口的通行效率，已經(jīng)成為全社會(huì)必須面臨的重大課題，現(xiàn)在使用的交通信號(hào)燈通常還只是傳統(tǒng)的定時(shí)器模式，通行效率低下，設(shè)計(jì)研究新型、高效、依據(jù)車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間長(zhǎng)度的智能交通信號(hào)燈已經(jīng)成為社會(huì)的需求。

動(dòng)態(tài)控制的智能交通信號(hào)燈關(guān)鍵技術(shù)之一是車輛檢測(cè)，很多學(xué)者、專家曾做過(guò)大量的探索，其中最典型的就是感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)技術(shù)[1]，這種技術(shù)的核心是在路口道路下面放置感應(yīng)線圈，通過(guò)的車輛起鐵芯作用，當(dāng)有車輛通過(guò)時(shí)，線圈磁場(chǎng)變化，進(jìn)而引起感應(yīng)電流的變化，利用電流的變化控制紅綠燈的響應(yīng)時(shí)間，從而達(dá)到智能控制的目的。這種控制雖然靈敏，但是感應(yīng)線圈極易損壞， 損壞后必須破開(kāi)路面修復(fù)，高代價(jià)的同時(shí)更影響交通。近年來(lái)，隨著視頻技術(shù)的高速發(fā)展，視頻設(shè)備成本的不斷下降，圖像處理技術(shù)的成熟運(yùn)用，視頻技術(shù)逐漸成為智能交通的新視角，本文在圖像動(dòng)態(tài)目標(biāo)捕捉的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種高效、智能的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。

1 應(yīng)用圖像檢測(cè)處理技術(shù)獲取控制信號(hào)

傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法有光流法、幀間差分法和背景差分法[2]。背景差分法是目前最常用的一種前景檢測(cè)方法，對(duì)于本系統(tǒng)，由于只檢測(cè)有無(wú)車輛，不考慮車輛的具體信息，而且是近距離成像，所以背景差分法能夠滿足系統(tǒng)要求。設(shè)定通車計(jì)時(shí)開(kāi)始后出現(xiàn)2 s無(wú)車則認(rèn)為待行區(qū)無(wú)車，綠燈進(jìn)入閃爍倒計(jì)時(shí)。控制信號(hào)由當(dāng)前幀減去背景參考幀得到的差分圖像經(jīng)閾值二值化后轉(zhuǎn)換得到。

視頻采集模塊[3]如圖1所示，圖像處理模塊如圖2所示。

2 新型交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈主要有4種相位[4]，而新型交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12種相位，如圖3所示。

十字路口交通信號(hào)燈分布和車輛待行區(qū)規(guī)劃如圖4所示，在①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧待行區(qū)上方分別安裝攝像設(shè)備，進(jìn)行圖像采集，圖像采集分別在東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)、南北直行定時(shí)器啟動(dòng)后開(kāi)始，定時(shí)器復(fù)位后結(jié)束。

圖像處理后的控制信號(hào)傳送到PLC，進(jìn)而控制信號(hào)燈，PLC接線示意圖如圖5所示。設(shè)定東西綠燈30 s，東西左轉(zhuǎn)綠燈20 s，南北綠燈25 s，南北左轉(zhuǎn)綠燈15 s，所有綠燈閃爍5 s，所有黃燈2 s，控制系統(tǒng)SFC設(shè)計(jì)圖如圖6所示。

流程步動(dòng)作說(shuō)明見(jiàn)表1。

3 結(jié) 語(yǔ)

城市汽車擁堵問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)社會(huì)性問(wèn)題，基于圖像處理和PLC的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，能夠充分利用傳統(tǒng)信號(hào)燈控制系統(tǒng)中的空等待時(shí)間，提高路口車輛的通行效率，在一定程度上能夠緩解城市交通壓力。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳愛(ài)華.基于視頻的運(yùn)動(dòng)車輛檢測(cè)技術(shù)研究[J].電腦與信息技術(shù)，2008，16（5）：14?16.

[2] 張小建，徐慧.基于視頻處理的運(yùn)動(dòng)車輛檢測(cè)算法的研究[J].液晶與顯示，2012，27（1）：108?111.

[3] 張立成，蔣楠，杭亦文，等.基于視頻控制的智能交通燈[J].電子檢測(cè)技術(shù)，2011，34（6）：30?32.

[4] 曲爾光，弓鏘.機(jī)床電氣控制與PLC[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 凌利，左宸，崔嘉齊，等.公交車輛檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（21）：127?131.

[6] 楊文繼，陳恒，金偉.一種基于GPRS通信的車輛檢測(cè)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（15）：164?166.