[发明专利]一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法

权利要求书

1.一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法，包括对视频捕捉采集的视频图像处理分析，以背景减法进行运动目标检测，利用改进的AdaBoost算法进行车辆识别，根据识别的目标信息进行车辆统计并计算出交通信息数据，以城市道路设计规范中的方法进行信号交叉口的通行能力的现状分析，所述通行能力分析方法执行以下步骤： 

步骤1交通流数据采集：采用视频图像采集为主，人工采集为辅的数据采集方法，基于视频的车流量检测，通过安装在道路旁边或者中间隔离带的支架上的摄像机和图像采集设备将实时的视频图像信息采入，同时人工采集信号交叉口的几何参数特征； 

步骤2运动目标检测：从步骤1中获得的视频序列图像中将运动目标区域从背景图像中提取出来，采用背景减法获取初步的目标车辆可能存在的区域； 

步骤3车辆识别确认：选用Haar特征来表述目标车辆，并运用改进的AdaBoost算法在步骤2的结果上进行车辆目标识别； 

步骤4在步骤3基础上进行车辆统计并计算出交通信息数据； 

步骤5信号交叉口通行能力计算：以一种适用于多个相位控制的信号交叉口通行能力计算方法，利用步骤4的结果和步骤1中的实地调查数据，研究分析信号交叉口的通行能力； 

其中，所述采用改进的AdaBoost算法包括下列步骤： 

步骤31准备训练样本； 

步骤32初始化样本权重,；； 

步骤33判断训练轮数t>T，其中T为最大训练轮数，如果成立执行步骤39；若果不成立执行步骤34； 

步骤34权重归一化； 

步骤35筛选分类能力较强的特征； 

步骤36计算每个弱分类器对样本集的分类错误率； 

步骤37选择第t轮训练的最优弱分类器h_t(x)； 

步骤38更新样本权值； 

步骤39由T个弱分类器线性叠加而成最终强分类器。 

2.根据权利要求1所述的一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法，其特征是，步骤35中筛选分类能力较强的特征，具体包括： 

每一轮训练时，对每个特征在给定的样本权值分布下训练弱分类器，并选择能力强的特征数目：计算F_j值，并按F_j大小进行排序； 

当F₁，F₂，F₃，小于阈值θ时，表示不易区分两类样本，可以把这些样本特征去掉；F₄，F₅大于阈值θ，可以根据需要保留具有较大F_j值的特征；这样以后在每次训练时，都只在较大F_j值的特征下利用更新的样本权值训练弱分类器。 

3.根据权利要求1所述的一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法，其特征是，所述步骤1交通流数据的采集流程包括下列步骤： 

步骤S101观测点选取，安置摄像设备； 

步骤S102打开摄像头，获取设备参数； 

步骤S103设置视频的制式和帧格式； 

步骤S104开始视频采集； 

步骤S105人工采集信号交叉口的几何参数特征； 

步骤S106结束视频采集，关闭视频设备。 

4.根据权利要求1所述的一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法，其特征是，所述步骤2运动目标检测的流程包括下列步骤： 

步骤S201对输入的视频图像进行预处理； 

步骤S202背景建模并提取出背景图像； 

步骤S203当前视频帧图像与背景图相减； 

步骤S204二值化前景图； 

步骤S205进行中值滤波和形态学滤波，去掉噪音； 

步骤S206将背景转化为图像格式，用以显示。 

5.根据权利要求1所述的一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法，其特征是，所述步骤4车辆统计并计算出交通信息数据的流程包括下列步骤： 

步骤S401车辆信息统计； 

步骤S402计算交通量、速度、密度等交通流数据。 

6.根据权利要求1所述的一种基于视频分析的信号交叉口通行能力分析方法，其特征是，所述步骤5信号交叉口通行能力计算的流程包括下列步骤： 

步骤S501一条直行车道的通行能力计算； 

步骤S502一条专用左转车道的通行能力计算； 

步骤S503一条专用右转车道的通行能力计算； 

步骤S504直右车道的通行能力计算； 

步骤S505直左车道的通行能力计算； 

步骤S506直左右车道的通行能力计算； 

步骤S507分析该信号交叉口的现状通行能力； 

所述步骤S501中一条直行车道的通行能力计算，具体包括： 

式中：C_s为一条直行车道的通行能力，单位是pcu/h；T_C为信号灯周期，单位为s；t_g为信号周期内的绿灯时间，单位是s；t₁为绿灯亮后，第一辆启动，通过停车线的时间，可采用2.3s；t_sri为直行车或右行车辆通过停车线的平均时间，单位是s/pcu；δ_s为折减系数，可用0.9； 

所述步骤S502中一条专用左转车道的通行能力计算，具体包括： 

对于多个相位信号交叉口，因直行与左转相位的分离，对向直行车流对本向左转车流的影响可忽略，故可采用与直行车道通行能力相同的计算方法，如下： 

式中：C_l为一条专用左转车道的通行能力，单位是pcu/h；T_C为信号灯周期，单位是s；t_g为信号周期内的绿灯时间，单位是s；t₁—绿灯亮后，第一辆启动，通过停车线的时间，可采用2.3s；t_sri—直行车或右行车辆通过停车线的平均时间，单位是s/pcu；δ_s为折减系数，可用0.9； 

所述步骤S503中一条专用右转车道的通行能力计算，具体包括： 

在信号交叉口，右转车辆一般不受信号灯影响，在有专用右转车道的条件下，最大通行能力为： 

式中：C_r为一条专用右转车道的通行能力，单位是pcu/h；t_r为前后两车右转连续驶过停车线断面的间隔时间，根据观测，大、小车各占一半时平均为4.5s，单纯是小车其平均值为3.0s～3.6s； 

当有行人和非机动车通行的情况下，采用信号灯周期减去行人、非机动车的通行占用时间，余下为可供右转车辆通行的时间，而行人、非机动车的通行时间一般与南北直行车道绿灯时间一致： 

式中：T_C为信号灯周期，单位是s；T_s为行人、非机动车的通行占用时间，单位是s； 

所述步骤S504中直右车道的通行能力计算，具体包括： 

C_Sr＝C_s

式中：C_Sr为直右车道的通行能力，单位是pcu/h；C_s为一条直行车道的通行能力，单位是pcu/h； 

所述步骤S505中直左车道的通行能力计算，具体包括： 

C_Sl＝C_S·(1-β_l'/2) 

式中：C_Sl为直左车道的通行能力，单位是pcu/h；β′_l为左车道中左转车辆所占的比例，单位是(%)。 

所述步骤S506中直左右车道的通行能力计算，具体包括： 

C_Slr＝C_Sl

式中：C_Slr为直左右车道的通行能力，单位是pcu/h。