專利名稱：城市道路交叉路口平均延誤獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通運輸領(lǐng)域，涉及
道路交叉路口延誤獲取方法。
種智能交通技術(shù)領(lǐng)域的方法，尤其是一種城市
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展， 一方面交通需求大大增加，而道路的增長卻逐步趨于 極限，使得交通需求與供給的矛盾進一步激化；另一方面信息技術(shù)的飛速進步為綜合解決 交通問題帶來了機遇。就是在這種背景下，先進的交通信息管理系統(tǒng)(ATIMS)先于智能交 通系統(tǒng)(ITS)的其他系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注，在世界各國都得到了快速的發(fā)展，被應(yīng)用于 動態(tài)路徑規(guī)劃、動態(tài)導(dǎo)航、路網(wǎng)調(diào)協(xié)交通信號系統(tǒng)、動態(tài)交通調(diào)度等各個方面。其中，對城市 道路交叉路口延誤獲取是ATIMS中的關(guān)鍵組成部分。 交叉口是城市道路交通的咽喉。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者都對交叉口的信號控制進 行了不懈的研究，其主要目標(biāo)在于優(yōu)化信號控制策略，實現(xiàn)以平均車輛延誤、停車和排隊最 小為目標(biāo)的最優(yōu)化控制。但是，直到現(xiàn)在，由于交通檢測技術(shù)的局限，在國際上尚未能夠直 接檢測車輛延誤、停車和排隊指標(biāo)，而只能檢測車流量、占有率或速度，以模型計算間接獲 得車輛延誤、停車和排隊指標(biāo)參數(shù)。其準(zhǔn)確性和可靠性一直是一個未能解決的問題。因此， 基于此目標(biāo)參數(shù)的控制效果也極不穩(wěn)定，甚至是無法把握的。 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Jianyang Zheng在第88屆交通研究年會2009年 (1-18)上發(fā)表的文章"Measuring Signalized Intersection Performances in Real-Time withTraffic Sensors (用交通傳感器實時測量信號控制交叉口狀態(tài))"中提出基于單攝像 頭對道路交叉路口紅綠燈控制延誤獲取的研究，他們通過路口攝像頭采集的車輛流量和速 度信息通過一定的推導(dǎo)算法來獲取交叉路口延誤。但就像他在文章中敘述的那樣，該種方 法嚴(yán)重依賴路口單個攝像頭對路口車流流量和速度的計算精度，在路口交通流特性不太明 顯特別像我國由于人車混合而影響了交通流在路口呈現(xiàn)典型停止波-啟動波特型，從而很 難通過該文提出的方法來準(zhǔn)確推導(dǎo)出速度從而獲取精確的交叉路口平均延誤，這是制約這 種方法在特別復(fù)雜交通流特性的交叉路口進行推廣的重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述不足及實際需要，提出一種新的城市路段交叉路口平 均延誤獲取方法，克服了傳統(tǒng)的利用單個攝像頭對路口車流流量和速度、排隊長度的計算 精度的嚴(yán)重依賴，在路口交通流特性不太明顯特別像我國由于人車混合而影響了交通流在 路口呈現(xiàn)典型停止波-啟動波特型，很難通過傳統(tǒng)的方法來準(zhǔn)確推導(dǎo)出排隊長度從而獲取 精確的交叉路口平均延誤等問題，具有計算簡便、實時性好，對城市基礎(chǔ)設(shè)施條件依賴性低 等特點。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種城市路段交叉路口平均延誤 獲取方法，包括
3
選取雙截面首先將若干個攝像頭分別安裝在交叉路口的進口道和出口道處，然 后，繪制用于車輛檢測的虛擬檢測框； 車輛檢測和車流量的統(tǒng)計利用虛擬檢測框進行信息采集，在所獲取視頻的每一 幀中進行車輛的檢測，當(dāng)虛線檢測框內(nèi)車輛占有率到達一定閾值時，認(rèn)為有車進入檢測框， 則被占用線框的流量記錄增加l，通過此方法可以精確測出流量，同時可以記錄下每輛車經(jīng) 過檢測區(qū)域的時刻； 推算排隊長度通過采用虛擬檢測框檢測車頭時距的變化來分辨排隊車輛與非排
隊車輛，當(dāng)車頭時距大于一定閾值時，便判定之后的車輛都沒有參與過排隊； 根據(jù)"一一對應(yīng)"原則推算每輛車的延誤值根據(jù)進口道檢測器記錄列表中的最
后一個數(shù)據(jù)推算，采取推算策略，消去累積誤差，使誤差控制在本周期范圍而不影響其他周 期。 所述推算策略為 第i輛車的行程時間=出口道表格中的第i個數(shù)據(jù)_進口道數(shù)據(jù)表中的第 (end_n_m_k+i)個數(shù)據(jù) 其中end為進口道數(shù)據(jù)表中的最后一個數(shù)據(jù)，n為本周期從綠燈到紅燈期間進入 進口道檢測區(qū)11的車輛，m為本周期參與排隊的車輛數(shù)，k為紅燈期間進入進口道檢測區(qū) ll而未參與排隊的車輛數(shù)目。 所述虛擬檢測框繪制在所檢測的車道內(nèi)，分為進口道虛擬檢測框和出口道虛擬檢 測框。 所述進口道虛擬檢測框繪制在該車道的最大排隊長度之后，所述出口道虛擬檢測 框繪制在停車線處。 所述出口道虛擬檢測框設(shè)置在左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)前端。
所述攝像頭個數(shù)為2個。
所述攝像頭安裝高度為10米。 所述虛線檢測框內(nèi)車輛占有率所參考的閾值范圍為20% _50%。
所述車頭時距所參考的閾值范圍為2秒-5秒。 本發(fā)明利用視頻信息中提取的每輛車進入和離開交叉口路段的時間，根據(jù)現(xiàn)有的 交通配時管理系統(tǒng)產(chǎn)生的配時數(shù)據(jù)，以每個紅綠燈周期為單位，準(zhǔn)確地獲取交叉路口每個 周期內(nèi)的所有通行車輛的平均延誤值。 本發(fā)明利用虛擬線圈的方法在視頻中對車輛進行實時的檢測，即在視頻中的兩個 截面內(nèi)分別在每個車道上用虛擬框設(shè)定車輛檢測區(qū)域。由于交叉路口車流量比較大，需要 實時地對車輛進行檢測，便對檢測算法的時耗提出了較高的要求，背景差法被公認(rèn)為靜態(tài) 背景下目標(biāo)檢測的最有效和實時性最好的方法。首先，在沒有車輛的場景下選取好背景，然 后便可以用背景差法檢測車輛，同時，一個有效的背景更新機制被引入，即，當(dāng)虛擬檢測框 內(nèi)沒有車輛通過時便進行背景更新，這樣可以保證當(dāng)光線等發(fā)生變化時背景能夠及時地得
以更新。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有效地克服了傳統(tǒng)交叉路口平均延誤獲取方法中對交通 流數(shù)量、車輛速度等參數(shù)的嚴(yán)重依賴，避開了一般城市交通探測手段不夠完善，可靠性低的 問題，具有計算簡便，運算速度快，可靠性高等優(yōu)點，為整個城市交通的控制提供信息資料。


圖1為本發(fā)明提出的城市路段交叉路口平均延誤獲取方法的流程框圖。
圖2為道路交叉路口檢測器分布示意圖。
圖3為存在累積誤差示意圖。
圖4為消除累積誤差示意圖。 圖5為某路段2小時路口平均延誤的變化情況示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 本發(fā)明僅需借助兩個截面的虛擬檢測器而不需要依賴其他參數(shù)，采用"一一對應(yīng)" 原則，將出口道檢測區(qū)檢測到的車輛與進口道檢測區(qū)的檢測結(jié)果進行匹配，推算出每輛車 從進口道檢測區(qū)到達出口道檢測區(qū)域的通行時間，從而便可推算出每輛車的延誤值，并且 采用的推算方法可以有效地消除周期之間的累積誤差。本實施例所要求的輸入數(shù)據(jù)是由安 裝在10米左右高度的低空攝像頭采集的視頻、紅綠燈時長數(shù)據(jù)和用戶設(shè)置的虛擬檢測框。
圖1所示，本實施例城市路段交叉路口平均延誤獲取方案，具體實施步驟如下
( — )測量過程
1、雙截面的合理選取 首先將2個攝像頭分別安裝在交叉路口的進口道和出口道處，兩個攝像頭監(jiān)控的 范圍如圖2所示，分別包括進口道檢測區(qū)11和出口道檢測區(qū)21 (停車線處)，攝像頭的安裝
高度在io米左右。 然后，同時讀取兩路攝像頭視頻到PC機，在PC端繪制用于車輛檢測的虛擬檢測 框，其作用是分別對進入路段和離開路段的車輛進行監(jiān)控，同時統(tǒng)計兩個檢測框的車流量， 并實時地記錄每輛車經(jīng)過所設(shè)定虛擬檢測框處的時刻。虛擬檢測框必須繪制在所檢測的車 道內(nèi)，而且進口道虛擬檢測框12必須繪制在該車道的最大排隊長度之后，這樣可以使所獲 取的延誤值包含每輛車經(jīng)過該交叉路口時由于信號控制燈帶來的停車延誤；出口道虛擬檢 測框22必須繪制在停車線處，若存在左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)，則應(yīng)將出口道虛擬檢測框22設(shè)置在待轉(zhuǎn) 區(qū)前端，目的在于記錄當(dāng)綠燈亮起后，每輛車依次通過的時刻。如圖2所示，所繪制的虛擬 檢測框?qū)挾葢?yīng)覆蓋車道寬度的三分之二以上，長度不超過3米。
2、車輛檢測和車流量的統(tǒng)計 確定雙截面后，進行車輛檢測和車流量的統(tǒng)計。本發(fā)明的信息采集是以虛擬檢測 框為最小處理單元的。在所獲取視頻的每一幀中進行車輛的檢測，當(dāng)虛線檢測框內(nèi)車輛占 有率到達一定閾值(20%_50%，根據(jù)圖像特性而定)時，認(rèn)為有車進入檢測框，則被占用線 框的流量記錄增加l，通過此方法可以精確測出流量，同時可以記錄下每輛車經(jīng)過檢測區(qū)域 的時刻。即若進口道有車輛通過，則進口車輛數(shù)目加l，并記錄此時的時刻；若出口道有車 輛通過，則出口車輛數(shù)目加l，并記錄此時的時刻。
( 二 )數(shù)據(jù)處理
1、排隊長度的推算 —個周期以一次紅燈起亮為起始時刻，下次紅燈起亮為終止時刻。在綠燈啟動后，排隊的車輛相鄰兩輛車通過出口道檢測區(qū)21的時間間隔比不排隊的相鄰兩輛車輛之間的 時間間隔要短。因此，本發(fā)明采用檢測車頭時距At的變化來分辨排隊車輛與非排隊車輛。
本發(fā)明方法采用的車頭時距與傳統(tǒng)的車頭時距不同，為相鄰兩車之間前車車尾和 后車車頭的時距。因為車輛的長度不在所測量的車頭時距之內(nèi)，所測的值為實際意義上的 車輛間隔，所以這種車頭時距可以消除車型對于傳統(tǒng)車頭時距的影響。 當(dāng)A t小于一定閾值(2秒-5秒，根據(jù)特定交叉路口的交通流量而定)時，則可確 定之前的車輛都在排隊中；當(dāng)車頭時距At大于一定閾值時，便判定之后的車輛都沒有參 與過排隊。此時，根據(jù)出口道檢測區(qū)21檢測到的車頭時距At即可計算出本周期內(nèi)的排隊 長度數(shù)值。 2、根據(jù)"一一對應(yīng)"原則推算每輛車的延誤值 根據(jù)進口道檢測器記錄列表中的本周期最后一個數(shù)據(jù)向前推算，消去累積誤差， 使誤差控制在本周期范圍而不影響其他周期。推算策略為(括號內(nèi)為索引值)
第i輛車的行程時間=出口道數(shù)據(jù)(i)-進口道數(shù)據(jù)(end-n-m-k+i)(其中，進口 道檢測區(qū)11檢測結(jié)果中第一輛車數(shù)據(jù)的索引值為l，進口道數(shù)據(jù)表中的最后一個數(shù)據(jù)的索 引值為end，本周期從綠燈到紅燈期間進入進口道檢測區(qū)11的車輛數(shù)目為n，本周期參與排 隊的車輛數(shù)目為m，紅燈期間進入進口道檢測區(qū)11而未參與排隊的車輛數(shù)目為k。)
最后，根據(jù)以上已經(jīng)推算出每輛車的行程時間，可以得出每輛車的延誤值
第i輛車的延誤值口第i輛車行程時間-自由行程時間(其中自由行程時間定義為在沒有紅綠燈信號控制的條件下，車輛通過交叉口
路段所需的時間，需要人工對該交叉路口的車流量行駛速度進行統(tǒng)計分析得出。) —個周期內(nèi)所有車輛的延誤值總和與該周期內(nèi)通過出口道檢測區(qū)21車輛數(shù)目的
比值即為該周期交叉路口的平均延誤值
第/輛車的延誤值 周期平均延誤□ ^-。 進一步，采用以上推算方法可以有效地消除周期之間的累積誤差。如圖3-4所示， in列表為進口道檢測區(qū)數(shù)據(jù)列表，out列表為出口道檢測區(qū)數(shù)據(jù)列表，如果利用現(xiàn)有簡單 的對應(yīng)原則，如圖3所示，出口道檢測區(qū)漏檢了車輛d'，則誤差的錯位會一直延續(xù)下去，而 如果利用本發(fā)明提出的新的"一一對應(yīng)"推算策略，如圖4所示，由于推算是從end標(biāo)記位 往前倒推，錯位誤差會在周期末終止。圖3-4中，end = 6， n = 3， m = 2， k = O，則
第i輛車的行程時間=出口道數(shù)據(jù)(i)-進口道數(shù)據(jù)(6-3-2-0+i)=出口道數(shù)據(jù) (i)-進口道數(shù)據(jù)(l+i) 第i輛車的延誤值口第i輛車行程時間-自由行程時間
d第Z輛車的延誤值 周期平均延誤□ ^-。 上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種城市路段交叉路口平均延誤獲取方法，其特征在于包括選取雙截面首先將若干個攝像頭分別安裝在交叉路口的進口道和出口道處，然后，繪制用于車輛檢測的虛擬檢測框；車輛檢測和車流量的統(tǒng)計利用虛擬檢測框進行信息采集，在所獲取視頻的每一幀中進行車輛的檢測，當(dāng)虛線檢測框內(nèi)車輛占有率到達一定閾值時，認(rèn)為有車進入檢測框，則被占用線框的流量記錄增加1，通過此方法可以精確測出流量，同時可以記錄下每輛車經(jīng)過檢測區(qū)域的時刻；推算排隊長度通過采用虛擬檢測框檢測車頭時距的變化來分辨排隊車輛與非排隊車輛，當(dāng)車頭時距大于一定閾值時，便判定之后的車輛都沒有參與過排隊；根據(jù)“一一對應(yīng)”原則推算每輛車的延誤值根據(jù)進口道檢測器記錄列表中的最后一個數(shù)據(jù)推算，采取推算策略，消去累積誤差，使誤差控制在本周期范圍而不影響其他周期。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述推算策略為第1輛車的行程時間=出口道表格中的第i個數(shù)據(jù)-進口道數(shù)據(jù)表中的第 (end_n_m_k+i)個數(shù)據(jù)其中end為進口道數(shù)據(jù)表中的最后一個數(shù)據(jù)，n為本周期從綠燈到紅燈期間進入進口 道檢測區(qū)11的車輛，m為本周期參與排隊的車輛數(shù)，k為紅燈期間進入進口道檢測區(qū)11而 未參與排隊的車輛數(shù)目。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述虛擬檢測框繪制在所檢測的車道內(nèi)， 分為進口道虛擬檢測框和出口道虛擬檢測框。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述進口道虛擬檢測框繪制在該車道的 最大排隊長度之后，所述出口道虛擬檢測框繪制在停車線處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述出口道虛擬檢測框設(shè)置在左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn) 區(qū)前端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述攝像頭個數(shù)為2個。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述攝像頭安裝高度為10米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述虛線檢測框內(nèi)車輛占有率所參考的閾值范圍為20% -50%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述車頭時距所參考的閾值范圍為2秒_5秒。
全文摘要
城市路段交叉路口平均延誤獲取方法，包括(1)選取雙截面首先將若干個攝像頭分別安裝在交叉路口的進口道和出口道處，然后，繪制用于車輛檢測的虛擬檢測框；(2)車輛檢測和車流量的統(tǒng)計利用虛擬檢測框進行信息采集，在所獲取視頻的每一幀中進行車輛的檢測；(3)推算排隊長度采用虛擬檢測框檢測車頭時距的變化來分辨排隊車輛與非排隊車輛；(4)根據(jù)“一一對應(yīng)”原則推算每輛車的延誤值根據(jù)進口道檢測器記錄列表中的最后一個數(shù)據(jù)推算，采取推算策略，消去累積誤差，使誤差控制在本周期范圍而不影響其他周期。本發(fā)明具有計算簡便，運算速度快，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號G08G1/065GK101777259SQ20101002315
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉富強, 孫劍, 張姍姍, 張惠玲, 徐超, 李克平, 李志鵬, 潘斌, 王灃, 蘇貴民 申請人:同濟大學(xué)