CN108269406A - 一种可自动控制汽车制动的智能交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，包括信号灯状态检测单元、车辆检测单元、车速检测单元、GPS定位单元、汽车制动单元、鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元、噪声源定位单元、图像采集单元和中央控制单元；车速检测单元、GPS定位单元、汽车制动单元和图像采集单元均连接于中央控制单元，鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元依次连接后由噪声源定位单元连接于中央控制单元，中央控制单元经4G无线网络与交通中心管理单元通信连接。本发明能够自动对超速车辆进行制动、抓拍鸣笛和闯红灯车辆，解决了汽车容易追尾、闯红灯和鸣笛车辆的抓拍问题，能够有效减少安全事故的发生，改善居民生活环境。

Description

一种可自动控制汽车制动的智能交通系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，尤其涉及一种超速制动和鸣笛抓拍系统。

背景技术

为了减少因超速而造成的交通事故，在大中城市的街道上都安装了全天候的超速监测，方便对违章行为进行实时监控和处理。采用这样的方式就存在一些问题，比如当驾驶员知道有超速监测时，可能会立即减速，如果减速过急，就可能导致后面车辆的驾驶人员来不及减速，从而造成追尾事故等。另外，在有些住户较为密集的街道上不允许鸣笛，但却有不少司机违规鸣笛，影响城市居民的生活。因此为减缓此类事件的发生，有必要涉及一种可以自动制动超速车辆、抓拍鸣笛和闯红灯车辆的系统，方便交通管理人员对此类事件进行管理，减少安全事故的发生和改善居民生活环境。

发明内容

本发明的目的是为解决汽车容易追尾、闯红灯和鸣笛车辆的抓拍问题，提供一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，能够自动对超速车辆进行制动、抓拍鸣笛和闯红灯车辆，有效减少了安全事故的发生，也改善了居民生活环境。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，包括

信号灯状态检测单元，用于检测和输入信号灯的状态；

车辆检测单元，用于根据中央控制单元的指令检测红灯状态下十字路口是否有车辆经过；

车速检测单元，用于检测车辆的行驶速度；

GPS定位单元，用于定位超速车辆；

汽车制动单元，用于根据中央控制单元的指令自动控制超速车辆的车速以及控制闯红灯车辆停车；

鸣笛噪声采集单元，用于采集汽车的鸣笛声波信号；

鸣笛噪声识别单元，用于滤波，筛选出鸣笛声波信号；

噪声源定位单元，用于定位该鸣笛声波信号的来源；

图像采集单元，用于采集鸣笛车辆的图像数据；

中央控制单元，用于根据上述各单元检测到的数据作出比较判断和发出控制指令，控制汽车制动单元对超速车辆和闯红灯车辆进行制动，以及控制图像采集单元自动抓拍鸣笛和闯红灯的车辆；中央控制单元还连接有用于存储数据的数据库，数据库中预置有道路的限定车速数据和十字路口的车辆强制制动区域数据等；

交通中心管理单元，用于接收上述各单元经中央控制单元处理后的数据；

信号灯状态检测单元、车辆检测单元、车速检测单元、GPS定位单元、汽车制动单元和图像采集单元均连接于中央控制单元，鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元依次连接后由噪声源定位单元连接于中央控制单元，中央控制单元经4G无线网络与交通中心管理单元通信连接。

进一步的，汽车制动单元设置于汽车上，汽车制动单元连接有制动驱动单元，制动驱动单元设有4G无线网络模块，中央控制单元与4G无线网络模块通过4G无线网络进行通信连接，中央控制单元发出的制动指令经4G无线网络传输给制动驱动单元，从而驱动设置于汽车上的汽车制动单元。

进一步的，图像采集单元包括能见度检测模块、图像存储模块、图像去噪模块和至少一个图像抓拍模块，图像抓拍模块的数量根据现场实际环境设置。

进一步的，图像抓拍模块采用CCD摄像机，最低拍摄频率为20帧/秒，各CCD摄像机的拍摄频率相差5帧/秒。

进一步的，能见度检测模块采用透射式能见度检测仪。

进一步的，图像去噪模块采用自适应维纳滤波器或形态学噪声滤除器。

进一步的，中央控制单元采用X86架构的芯片。

进一步的，鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元采用麦克风声源定位技术。

进一步的，图像采集单元通过4G无线网络与中央控制单元通信连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1).本发明采用上述方案，就可以同时实现鸣笛车辆的定位抓拍和汽车超速自动制动，避免了现有技术中的技术较为单一的问题，而且本发明还增加了GPS定位单元，用于针对超速车辆和闯红灯车辆的定位，相比于现有技术，这样更能够准确定位，汽车制动单元可以自动接受中央控制单元发出的制动指令，将汽车行驶速度控制在预置的汽车速度以下，当其车速再次超过预置的汽车速度时，又会再次重复以上制动过程，从而有效控制汽车的车速；另外，本发明的中央控制单元采用4G无线网络与交通中心管理单元通信连接，相比于现有技术中的3G网络，明显加快了数据的传输速率，在街道上的车辆多的时候，也能提供较好的数据传输服务，而随经济和技术的发展，4G无线网络页越来越普及，其成本也会越来越低，因此，本发明能够在保证生产成本的前提下，具备更好的处理效率，解决了鸣笛车辆的定位抓拍和汽车超速自动制动的问题，方便交通管理人员对交通和居民生活环境进行管理和改善。

2).本发明的图像采集单元还采用了能见度检测模块，使得中央控制单元可以根据现场能见度的变化选择合适的CCD摄像机，这样一来，对鸣笛车辆的抓拍，能够提供更优的拍摄效果，适应了不同的环境，相比于现有技术中只可以对鸣笛车辆进行较单一环境的抓拍，技术效果明显更好。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图；

图2本发明的图像采集单元与中央控制单元的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施例。

参考图1～图2，本发明提供的是一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，包括

信号灯状态检测单元，用于检测和输入信号灯的状态；

车辆检测单元，采用车辆检测器，用于根据中央控制单元的指令检测红灯状态下十字路口是否有车辆经过；

车速检测单元，采用了安装于汽车上的车速传感器，用于检测车辆的行驶速度；

GPS定位单元，用于定位超速车辆；

汽车制动单元，用于根据中央控制单元的指令自动控制超速车辆的车速以及控制闯红灯车辆停车；

鸣笛噪声采集单元，用于采集汽车的鸣笛声波信号；

鸣笛噪声识别单元，用于滤波，筛选出鸣笛声波信号；

噪声源定位单元，用于定位该鸣笛声波信号的来源；

图像采集单元，用于采集鸣笛车辆的图像数据；

中央控制单元，用于根据上述各单元检测到的数据作出比较判断和发出控制指令，控制汽车制动单元对超速车辆和闯红灯车辆进行制动，以及控制图像采集单元自动抓拍鸣笛和闯红灯的车辆；中央控制单元还连接有用于存储数据的数据库，数据库中预置有道路的限定车速数据和十字路口的车辆强制制动区域数据等；

交通中心管理单元，用于接收上述各单元经中央控制单元处理后的数据；

信号灯状态检测单元、车辆检测单元、车速检测单元、GPS定位单元、汽车制动单元和图像采集单元均连接于中央控制单元，鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元依次连接后由噪声源定位单元连接于中央控制单元，中央控制单元经4G无线网络与交通中心管理单元通信连接。

参考图1～图2，上述各单元的具体结构和基本原理如下所述：

汽车制动单元设置于汽车上，汽车制动单元连接有同样设置于汽车上的制动驱动单元，制动驱动单元设有4G无线网络模块，中央控制单元与4G无线网络模块通过4G无线网络进行通信连接，中央控制单元发出的制动指令经4G无线网络传输给制动驱动单元，从而驱动设置于汽车上的汽车制动单元。

制动驱动单元除4G无线网络模块外，还包括MCU，MCU上设有驱动汽车制动单元自动制动的驱动电路模块和给整个单元提供电源支持的电源模块；制动驱动单元的4G无线网络模块接收中央控制单元发出的制动指令，并将该制动指令发送到MCU进行分析处理，该MCU处理后，确认是制动指令的，通过从GPS定位单元获取的超速车辆的具体方位等数据，控制该超速车辆制动，且制动过程的总时间可以预先设置于数据库中。

图像采集单元包括能见度检测模块、图像存储模块、图像去噪模块和至少一个图像抓拍模块，图像抓拍模块的数量根据现场实际环境设置。

各个CCD摄像机面对车辆行驶的方向设置于十字路口信号灯杆上。

能见度检测模块采用透射式能见度检测仪，并具有以下特点：1).监测数据稳定、及时和准确；2).独特的瞄准装置；3)独创的镜头保护装置，无需进行镜头清洗；4).安装和调试快捷，可选择移动和固定两种安装方式；5).压铸铝外壳，表面喷塑，防护等级IP66；6).基线可选10M、15M；7).采用WINDOWS界面，易于操作。

图像抓拍模块采用CCD摄像机，最低拍摄频率为20帧/秒，各CCD摄像机的拍摄频率相差5帧/秒，中央控制单元根据当透射式能见度检测仪检测的能见度高低选择合适拍摄频率的CCD摄像机；能见度检测模块可根据天气的实际情况，如晴天、大雾、大雨等调节图像抓拍模块的拍摄频率，提高了车辆图像的捕获力。

图像去噪模块采用自适应维纳滤波器或形态学噪声滤除器，提高了拍摄违规车辆的图像的清晰度；自适应维纳滤波器，能根据图象的局部方差来调整滤波器的输出,局部方差越大，滤波器的平滑作用越强；它的最终目标是使恢复图像f^(x,y)与原始图像f(x,y)的均方误差e2＝E[(f(x,y)-f^(x,y)2]最小；该方法的滤波效果比均值滤波器效果要好，对保留图像的边缘和其他高频部分很有用，不过计算量较大；维纳滤波器对具有白噪声的图象滤波效果最佳；而形态学噪声滤除器，将开启和闭合结合起来可用来滤除噪声，首先对有噪声图象进行开启操作，可选择结构要素矩阵比噪声的尺寸大，因而开启的结果是将背景上的噪声去除；最后是对前一步得到的图象进行闭合操作，将图象上的噪声去掉；根据此方法的特点可以知道，此方法适用的图像类型是图象中的对象尺寸都比较大，且没有细小的细节，对这种类型的图像除噪的效果会比较好。

中央控制单元采用X86架构的芯片，而通常中央控制单元采用的是ARM架构，ARM架构相比于X86架构，其ARM是典型的RISC，指令集精简，指令等长，执行简单命令的处理效率较高，但是本发明需要对在信号灯是“红灯”下十字路口是否有车辆经过进行检测，对鸣笛噪声进行识别定位，对闯红灯和/或鸣笛的车辆进行抓拍等，功能相对来说较为复杂；而X86架构属于典型的CISC，指令集丰富，指令不等长，善于执行复杂工作，更强调串行性能，再结合其性价比高的特点，选择X86架构的芯片更能有效发挥本发明的特点。

鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元采用麦克风声源定位技术，麦克风声源定位技术是利用麦克风拾取语音信号，并用数字信号处理技术对其进行分析和处理，继而确定和跟踪声源的空间位置；传统的单个麦克风的拾音范围很有限，拾取信号的质量不高，因此提出了用麦克风阵列进行语音处理的方法；麦克风阵列具有去噪、声源定位和跟踪等功能，从而大大提高了语音信号处理质量。

具体的，下面对鸣笛、闯红灯和制动三种情况作进一步阐述：

1).鸣笛：鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元包括多个阵列拾声器，阵列拾声器通过依次连接于高通滤波器和A/D转换器构成连接在一起的鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元，鸣笛噪声识别单元再连接于噪声源定位单元，噪声源定位单元采用的是基于一种ESPRIT算法的联合估计法，可以准确得到鸣笛汽车的方位；然后中央控制单元就可以根据该准确方位和当时的能见度情况发出控制指令，选择合适拍摄频率的CCD摄像机对该方位的汽车进行抓拍，并通过4G网络传输给交通中心管理单元。

如果车辆违规是白天，能见度检测模块自动设定为白天模式，如果当时的天气状况是晴天，CCD摄像机以20帧/秒的频率拍摄违规车辆的图像(若当时是其他天气情况，则根据设定好的值，选择合适的CCD摄像机进行抓拍)，采用形态学噪声滤除器对存储的图像进行去噪，并将去噪后的图像存储在图像存储模块中；

如果车辆违规是夜晚，能见度检测模块自动设定为夜晚模式，如果当时的天气状况是大雾、能见度较低，图像抓拍模块则以最高的拍摄频率拍摄违规车辆的图像，采用自适应维纳滤波器对存储的图像进行去噪，并将去噪后的图像存储在图像存储模块中。

2).闯红灯：当十字路口的红绿灯跳转成红色时，信号灯状态检测单元输出“禁行”信息给中央控制单元，中央控制单元收到信息后向车辆检测单元发出“检测”指令，车辆检测单元开始运行，当检测到有车辆闯红灯，将此信息传递给中央控制单元，中央控制单元收到信息后向图像采集单元发出“采集”指令，图像采集单元拍摄违规车辆的图像并进行处理存储，并通过4G网络传输给交通中心管理单元。如果车辆违规是白天，能见度检测模块自动设定为白天模式，如果当时的天气状况是晴天，CCD摄像机以20帧/秒的频率拍摄违规车辆的图像(若当时是其他天气情况，则根据设定好的值，选择合适的CCD摄像机进行抓拍)，采用形态学噪声滤除器对存储的图像进行去噪，并将去噪后的图像存储在图像存储模块中；

当十字路口的红绿灯跳转成红色时，信号灯状态输入单元输出“禁行”信息给中央控制单元，中央控制单元收到信息后向车辆检测单元发出“检测”指令，车辆检测单元开始运行，当检测到有车辆闯红灯，将此信息传递给中央控制单元，中央控制单元收到信息后向图像采集单元发出“采集”指令，图像采集单元拍摄违规车辆的图像并进行处理存储，并通过4G网络传输给交通中心管理单元。如果车辆违规是夜晚，能见度检测模块自动设定为夜晚模式，如果当时的天气状况是大雾、能见度较低，图像抓拍模块则以最高的拍摄频率拍摄违规车辆的图像，采用自适应维纳滤波器对存储的图像进行去噪，并将去噪后的图像存储在图像存储模块中。

上述去噪和存储图像的通常做法是，先进行存储，然后再对存储后的图像进行去噪；而从上述结构和原理描述上看，本发明则是先去噪，后存储，这样具有提高图像存储模块的使用寿命等特点，在一定程度上也可以节省开支，加快处理效率。

上述情况中，抓拍到的车辆信息会通过中央控制单元传输到交通中心管理单元，交通中心管理单元的管理人员就可以根据接收到的车辆信息进行相应的处理。

3).制动：数据库中预置有各种数据，如该街道的限定车速数据等，还可以用于存储各单元检测到的数据信息，如车辆图像、车牌号码等；当汽车行驶于该街道时，车速检测单元检测到该车车速后，中央控制单元立即将该车行驶速度与预置于数据库中的限定车速数据进行比较分析，确认该车超速后，立即启动GPS定位单元对该车进行定位，然后发出制动指令；通过4G无线网络将该制动指令发送到安装在汽车上的制动驱动单元，制动驱动单元即可驱动汽车制动单元进行汽车制动，将汽车行驶速度控制在预置的汽车速度以下，而其制动时间可以预置于数据库中，制动驱动单元的MCU会从数据库中调取分析，再以该制动时间驱动汽车制动单元进行制动；制动时间到了之后，汽车行驶速度也位于预置的汽车速度以下，此刻即可停止制动；当其车速再次超过预置的汽车速度时，又会再次重复以上制动过程，从而有效控制汽车的车速。

进一步的，本发明的数据库中还预置有车辆强制制动区域的数据，车辆强制制动区域设置于十字路口处，车辆检测单元检测红灯状态下十字路口处的车辆强制制动区域是否有车辆经过；当车辆行驶进入车辆强制制动区域时，中央控制单元分析此刻信号灯的状态；若信号灯是红灯状态，中央控制单元通过GPS定位单元确定车辆检测单元检测到的驶入车辆强制制动区域的车辆，然后发出停车指令，再通过汽车制动单元控制汽车停车。这样一来，就可以避免由驾驶员无视交通规则，强行闯红灯造成的交通事故。

综上所述，本发明能够自动对超速车辆进行制动、抓拍鸣笛和闯红灯车辆，解决了汽车容易追尾、鸣笛和闯红灯车辆的抓拍问题，能够有效减少安全事故的发生，改善居民生活环境。

Claims (9)

1.一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，包括

信号灯状态检测单元，用于检测和输入信号灯的状态；

车辆检测单元，用于根据中央控制单元的指令检测红灯状态下十字路口是否有车辆经过；

车速检测单元，用于检测车辆的行驶速度；

GPS定位单元，用于定位超速车辆；

汽车制动单元，用于根据中央控制单元的指令自动控制超速车辆的车速以及控制闯红灯车辆停车；

鸣笛噪声采集单元，用于采集汽车的鸣笛声波信号；

鸣笛噪声识别单元，用于滤波，筛选出鸣笛声波信号；

噪声源定位单元，用于定位该鸣笛声波信号的来源；

图像采集单元，用于采集鸣笛车辆的图像数据；

数据库，预置有道路的限定车速数据和十字路口的车辆强制制动区域数据；

中央控制单元，用于根据上述各单元检测到的数据作出比较判断和发出控制指令，控制汽车制动单元对超速车辆和闯红灯车辆进行制动，以及控制图像采集单元自动抓拍鸣笛和闯红灯的车辆；

交通中心管理单元，用于接收上述各单元经中央控制单元处理后的数据；

信号灯状态检测单元、车辆检测单元、车速检测单元、GPS定位单元、汽车制动单元和图像采集单元均连接于中央控制单元，鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元依次连接后由噪声源定位单元连接于中央控制单元，中央控制单元经4G无线网络与交通中心管理单元通信连接。

2.如权利要求1所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，汽车制动单元设置于汽车上，汽车制动单元连接有制动驱动单元，制动驱动单元设有4G无线网络模块，中央控制单元与4G无线网络模块通过4G无线网络进行通信连接。

3.如权利要求1所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，图像采集单元包括能见度检测模块、图像存储模块、图像去噪模块和至少一个图像抓拍模块。

4.如权利要求3所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，图像抓拍模块采用CCD摄像机，最低拍摄频率为20帧/秒，各CCD摄像机的拍摄频率相差5帧/秒。

5.如权利要求3所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，能见度检测模块采用透射式能见度检测仪。

6.如权利要求3所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，图像去噪模块采用自适应维纳滤波器或形态学噪声滤除器。

7.如权利要求1所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，中央控制单元采用X86架构的芯片。

8.如权利要求1所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，鸣笛噪声采集单元、鸣笛噪声识别单元和噪声源定位单元采用麦克风声源定位技术。

9.如权利要求1所述的一种可自动控制汽车制动的智能交通系统，其特征在于，图像采集单元通过4G无线网络与中央控制单元通信连接。