城市交通违章智能预警系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城市交通违章智能预警系统及其方法。三维激光扫描设备安装在机动车道以及人行道的红绿灯框架上，用于采集对象的点云数据，并且同步将数据传送到点云数据输入控制器，点云数据输入控制器将数据传输至违章规则判定处理器进行处理，违章规则判定处理器依据预设的违章判定规则进行计算，只有当判定出现了违章事件时才将结果反馈回点云数据输入控制器，点云数据输入控制器随即将结果分别输送至数据中心和预警信号输出控制器，预警信号输出控制器根据红绿灯规则输出预警信号，进行违章信息的警示和提醒。本发明专利技术可以对违反交通法规的机动车和行人进行提前预判，实现对潜在交通事故的判定和对其他车辆的警示。

【技术实现步骤摘要】
城市交通违章智能预警系统及其方法
本专利技术属于智能交通领域，涉及城市道路检测与预警技术，具体涉及三维激光扫描设备与红绿灯相结合的控制技术、基于三维点云数据的违章判定算法以及路况智能预测的策略。
技术介绍
在城市交通十字路口，时常会出现不遵守交通法规的违章汽车和行人。虽然依法可以对其进行相应的惩罚，然而当发生交通事故时，那些遵守交通法规的人和车往往不幸地成为受害者，遭受身体、财物和时间等各种损失。如何尽可能减少因交通事故造成的人、财损失，尤其是让那些遵守交通法规的车辆和行人避免遭受伤害，使得道路智能预警系统变得越发重要。目前与道路交通相关的专利技术主要体现在两个方面：城市智能交通和独立车辆预警。道路智能引导类的方案大都通过智能交通设备、信号控制设备和系统集成平台三个组成部分实现，如中国专利CN106157640A。其主要原理是通过信号控制设备将采集到的智能交通设备(图片、视频、雷达等采集设备)的实时信号传输到系统集成平台或直接大屏幕显示，并依据这些信息进行决策或对智能交通设备进行控制。然而在这类道路智能系统中，智能交通设备所收集的数据大都是图片、视频和简单车辆信息，只能获取交通拥堵等道路宏观信息以及每个设备上局部范围内的图片和视频信息，并通过对现有的交通路况信息进行收集与汇总的方式检测出交通事故并进行应急处理，但无法对其进行事前的实时判断，因此不能起到预警的作用。独立车辆预警安装在每辆机动车上，通过对不同视角的同一目标拍摄其图像序列，基于视差原理获取目标的距离信息并进行三维重建，以确定目标的运动轨迹，并根据目标的运动轨迹和参考车的运动轨迹生成预警信息，如中国专利CN104200689A。该系统可以实现前车防撞预警、车道偏离提醒、行人监测等功能。该类预警系统基于信号的实时处理与预警算法，可以对单个独立车辆进行有效的预警，然而也存在着诸多缺陷。首先，这类的预警系统仅仅出于对行驶车辆的保护，而非机动车则无法使用该系统；其次，对于外来的违章车辆，可以为前车防撞提供预警，但无法对来自车身侧面的被动撞击进行预警；最后，该系统仅能对单个独立车辆进行保护而缺乏路况总体的预警，尤其是当装有该预警系统的车辆自身出现违章时，不能对其他对象进行有效预警。总体而言，目前现有的相关道路预警一方面大都还停留在事故发生时的实时监测以及快速应急处理，这类预警系统不能对事故的发生作提前判断，更无法对即将发生的事故进行实时动态的跟踪；另一方面，能够进行事前预警的系统也仅仅是安装在单台独立形式的机动车上，这类预警系统无法获得整个交通路口的路况信息，对于决策部门的信息汇总和数据收集意义不大。此外，现有的预警系统也没有考虑非机动车和行人在遭受违章机动车伤害之前必要的提醒和预警。
技术实现思路
道路预警最重要的是能够对已发生的违章事实以及有可能即将对他人造成伤害的行为做出快速和实时的响应，并以某种公开的方式进行警示。然而，现有的技术大都仅能够缩短事故发生后到应急响应处理之间的时间，而无法避免事故的发生。即便是有一些事前预警，但大多数都是基于大数据(路况拥堵等)或基于经验的判断(例如恶劣天气)，属于未雨绸缪性质的预警，无法对个别的违章行为进行瞬时判定。然而目前道路上发生的交通事故恰恰多集中于突发状况，从违章到事故发生只有短短的几秒钟时间。如何能够很好的利用这宝贵的几秒钟时间进行交通事故的预警是本专利技术所要重点解决的技术问题。本专利技术借助于三维激光扫描设备进行事故的提前预判和警示，利用三维激光扫描设备精度高、周期短、采集范围灵活以及可以获取对象位置信息的优点，可以快速实时地获取违章对象的轨迹、位置等信息，并采用真实路况中出现的不同类型事故的预判算法，可以实现对潜在交通事故的判定和对其他车辆的警示。本专利技术的系统采用的技术方案如下：城市交通违章智能预警系统，包括三维激光扫描设备、违章规则判定处理器、点云数据输入控制器、预警信号输出控制器以及数据中心，其中，三维激光扫描设备安装在机动车道以及人行道的红绿灯框架上，用于采集对象的点云数据，并且同步将数据传送到点云数据输入控制器，所述点云数据输入控制器将数据传输至违章规则判定处理器进行处理，所述违章规则判定处理器依据预设的违章判定规则进行计算，只有当判定出现了违章事件时才将结果反馈回所述点云数据输入控制器，所述点云数据输入控制器随即将结果分别输送至数据中心和预警信号输出控制器，所述预警信号输出控制器根据红绿灯规则输出预警信号，进行违章信息的警示和提醒。进一步地，所述三维激光扫描设备位于红绿灯的下方，其中，机动车道红绿灯下方的三维激光扫描设备的扫描长度为：从红绿灯对面斑马线内侧至路口中心的距离，扫描宽度为；道路中心线与斑马线之间的距离；人行道红绿灯下方的三维激光扫描设备的扫描长度和宽度为红绿灯所在斑马线的长度和宽度。本专利技术城市交通违章智能预警系统的预警方法，包括如下步骤：(1)当机动车道以及人行道的红绿灯显示为红灯信号时，三维激光扫描设备被激发，自动以一个固定周期持续发射激光信号并采集对象的点云数据，然后同步将数据传送到点云数据输入控制器；(2)点云数据输入控制器进行违章行为判定：若三维激光扫描设备采集的数据与初始值无变化，则判定无违章现象；若出现违章现象，则三维激光扫描设备在扫描区域内采集的数据会发生变化，具体判定规则如下；a)行人违章判定首先，统计位于行人身上的激光点的数量，而其他点则被剔除，公式如下：表示第i个点的实际采集距离，S0表示斑马线的长度，当某点的距离小于长度S0，则认为该激光点打在中间物上，该点数据保留，否则剔除；其次，统计所有小于长度S0的点数，当点数小于一个数量阈值时，即不够一个行人的面积，并且经过公式(1)过滤后的剩余点的距离平均值与长度S0的误差小于一个设定的距离阈值时，即对应于行人的位置在斑马线起点附近但并不在路中间的情况，则本次行为判定为无违章行为；当满足公式(2)的两个条件时：才表示有违章的可能，并开始进行下一步的违章判定；其中，Sσ为设定的距离阈值，Np为小于长度S0的点数量，Nσ为设定的数量阈值；最后，当人行道的红灯亮起时，垂直于人行道斑马线的方向也可能有机动车穿过，这种情况也符合公式(1)和(2)，而为了排除垂直于斑马线的机动车，需要增加一个判断条件，即，如果是行人在斑马线上闯红灯，则其一定是沿着三维激光扫描设备的镜头方向行走，为此可以判断连续两个时间段内其位置的变化速度是否一致即可，公式如下：和为连续三个数据采集周期满足公式(1)和(2)之后的点的平均值；因此，如果同时满足公式(1)、(2)和(3)的可以判定行人的行为为违章；b)机动车违章及危害等级判定首先，统计点的信息，公式如下：表示第i个点的实际采集距离，表示第i个点的初始距离，Sσ为设定的距离阈值；然后，统计满足上述公式(4)的点数即可，当满足公式(4)的点数大于设定的数量阈值，则认为该机动车违章，公式如下：Np>Nσ(5)Np为满足公式(4)的点数量，Nσ为设定的数量阈值；最后，在判定机动车违章的基础上，对其位置变化信息进行动态监测，计算出违章车辆距离路口中心点的距离S，并按照距离S的大小划分不同的危害等级；(3)当点云数据输入控制器判定存在违章事件时，将结果反馈回点云数据输入控制器，点云数据输入控制器随即本文档来自技高网...

【技术保护点】
城市交通违章智能预警系统，其特征在于，该系统包括三维激光扫描设备、违章规则判定处理器、点云数据输入控制器、预警信号输出控制器以及数据中心，其中，三维激光扫描设备安装在机动车道以及人行道的红绿灯框架上，用于采集对象的点云数据，并且同步将数据传送到点云数据输入控制器，所述点云数据输入控制器将数据传输至违章规则判定处理器进行处理，所述违章规则判定处理器依据预设的违章判定规则进行计算，只有当判定出现了违章事件时才将结果反馈回所述点云数据输入控制器，所述点云数据输入控制器随即将结果分别输送至数据中心和预警信号输出控制器，所述预警信号输出控制器根据红绿灯规则输出预警信号，进行违章信息的警示和提醒。

【技术特征摘要】
1.城市交通违章智能预警系统，其特征在于，该系统包括三维激光扫描设备、违章规则判定处理器、点云数据输入控制器、预警信号输出控制器以及数据中心，其中，三维激光扫描设备安装在机动车道以及人行道的红绿灯框架上，用于采集对象的点云数据，并且同步将数据传送到点云数据输入控制器，所述点云数据输入控制器将数据传输至违章规则判定处理器进行处理，所述违章规则判定处理器依据预设的违章判定规则进行计算，只有当判定出现了违章事件时才将结果反馈回所述点云数据输入控制器，所述点云数据输入控制器随即将结果分别输送至数据中心和预警信号输出控制器，所述预警信号输出控制器根据红绿灯规则输出预警信号，进行违章信息的警示和提醒。2.根据权利要求1所述的城市交通违章智能预警系统，其特征在于，所述三维激光扫描设备位于红绿灯的下方，其中，机动车道红绿灯下方的三维激光扫描设备的扫描长度为：从红绿灯对面斑马线内侧至路口中心的距离，扫描宽度为；道路中心线与斑马线之间的距离；人行道红绿灯下方的三维激光扫描设备的扫描长度和宽度为红绿灯所在斑马线的长度和宽度。3.根据权利要求1所述的城市交通违章智能预警系统，其特征在于，所述三维激光扫描设备的采集密度设定为5厘米。4.根据权利要求1所述的城市交通违章智能预警系统，其特征在于，以红绿灯最上层闪烁黄灯的方式作为预警信号的输出，进行违章信息的警示和提醒。5.根据权利要求4所述的城市交通违章智能预警系统，其特征在于，人行道的红绿灯还增设有语音警示。6.如权利要求1所述的城市交通违章智能预警系统的预警方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)当机动车道以及人行道的红绿灯显示为红灯信号时，三维激光扫描设备被激发，自动以一个固定周期持续发射激光信号并采集对象的点云数据，然后同步将数据传送到点云数据输入控制器；(2)点云数据输入控制器进行违章行为判定：若三维激光扫描设备采集的数据与初始值无变化，则判定无违章现象；若出现违章现象，则三维激光扫描设备在扫描区域内采集的数据会发生变化，具体判定规则如下；a)行人违章判定首先，统计位于行人身上的激光点的数量，而其他点则被剔除，公式如下：表示第i个点的实际采集距离，S0表示斑马线的长度，当某点的距离小于长度S0，则认为该激光点打在中间物上，该点数据保留，否则剔除；其次，统计所有小于长度S0的点数，当点数小于一个数量阈值时，即不够一个行人的面积，并且经过公式(1)过滤后的剩余点的距离平均值与长度S0的误差小于一个设定的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，王延霞，王春，吴见，刘玉婵，李弈宸，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34