基于VMD-LSTM自动调节时长的智慧信号灯制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于VMD

【技术实现步骤摘要】
基于VMD
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LSTM自动调节时长的智慧信号灯


[0001]本技术涉及一种红绿灯，尤其涉及一种基于VMD
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LSTM自动调节时长的智慧信号灯。

技术介绍

[0002]进来年，随着中国经济的发展，我国城市人口和车辆逐年递增，但是与此同时交通拥堵也成为了一大难题。精确和实时的交通流预测可以用来分析道路规划，减少交通事故率，提供了合理的出行意见。对不同的路口进行车流量的预测，可以得到尽可能的准确的结果，依此结果制定出科学、合理的方案，减少意外事故、缓解交通压力。传统的交通信号灯是由红灯绿灯黄灯组成，并且都是设置好的时长，但是交通总是千变万化的特别是在上下班的时候，这类的交通的信号灯永远不能满足需求，降低了出行效率。
[0003]传统的交通信号灯是由红灯绿灯黄灯组成，并且都是设置好的时长，但是交通总是千变万化的特别是在上下班的时候，这类的交通信号灯永远不能满足需求，降低了出行效率。
[0004]如在十字路口某一行驶方向上车流量比较多时，由于十字路口的交通信号灯采用的是固定时长模式，此时此方向的通行车辆很难在规定的通行时间之内顺利通过，将会导致一部分的车辆停在十字路口，就会导致交通拥堵。所以，在车流量多的路段，需要交通警察进行人工指挥，这种方法比较落后，耗费人力，效率低。

技术实现思路

[0005]技术目的：本技术旨在提供一种基于变分模态分解和长短时记忆网络自动调节时长的智慧信号灯。
[0006]技术方案：本技术的基于VMD
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LSTM自动调节时长的智慧信号灯，包括连接杆、固定杆和底座，连接杆连接在固定杆顶部，连接杆上设有红绿信号灯和计时器，所述连接杆上设有摄像头，所述连接杆内部设有FPGA芯片，所述FPGA芯片分别与摄像头、红绿信号灯和计时器连接。
[0007]当车辆通过路口时，特殊摄像头1进行车辆识别，FPGA芯片2进行判断是否是特殊车辆，再对其做出处理，其中特殊摄像头1还可以记录通过路口的车辆的数目，及其车辆的车牌号码等信息。智慧信号灯的短时车流量预测单元、中央信息处理控制单元、对应信号灯控制方案以及道路信号灯控制单元都是通过芯片FPGA来实现。
[0008]进一步地，所述连接杆上表面设有太阳能电池板。
[0009]进一步地，所述摄像头为文通科技有限公司的PT
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DV5120具有车型检测功能的摄像头。
[0010]进一步地，所述红绿信号灯为LED红绿信号灯。
[0011]进一步地，所述计时器为LED计时器。
[0012]有益效果：与现有技术相比，本技术具有如下显著优点：
[0013](1)智慧交通信号系统采用的VMD
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LSTM预测车流量模型，不仅能更有效地处理交通流的非线性和随机性，而且在解释时间序列预测的长时间一类问题中展现了优越的能力，拟合程度也很高。
[0014](2)智慧交通信号灯通过结合互联网技术实现了对交通信号灯的自动化控制，使得信号灯随着时间路况情况变化而变化，即使对复杂的交通情况也做出了优秀的解决方案，省去了大量的人力，减少了道路拥挤的情况。智慧信号灯可以有效的缓解了交通拥挤，提高了车辆通行效率，通过对交通流的有效调度，使得城市交通流保持在一种稳定的运行状态，避免了交通拥堵的问题，缩短人们出行时间。
附图说明
[0015]图1是智慧交通信号灯控制系统图；
[0016]图2是短时交通流预测流程图；
[0017]图3是特殊车辆处理流程图；
[0018]图4是智慧信号灯结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本技术的技术方案作进一步说明。
[0020]本技术专利外部装有特殊的摄像头，内部是智慧交通信号灯系统。智慧交通信号灯系统是将以往路口采集到的车流量数据输入到短时车流量预测单元，输出预测值，将预测值输入到中央信息处理控制单元，再由中央信号处理控制单元整合处理信息根据源程序输出对应信号灯控制方案，最后由道路信号灯控制单元来控制交通信号灯的时长，已到达到实时调节道路交通流的目的。整个智慧交通信号系统是一个闭环处理，能够做到实时高效的调节交通流。具体的智慧交通信号灯控制系统如图1所示。
[0021]首先从交通数据库中提取原始数据，该原始数据里有车牌号码、时间、每5分钟路口的车流量、速度、经纬度。将原始数据中时间和每5分钟路口的车流量作为特征提取出来作为预处理数据。再将预处理数据中明显异常的数据去除，比如数据中出现负数或者小数等等。对于缺失的数据，采用牛顿插值方法把数据补全。接着将处理后的数据进行归一化，其作用是避免在计算的时候出现大数的变化会掩盖掉小数的变化情况，加快求解过程中参数的收敛速度。然后将归一化后的数据进行VMD分解成几个子序列，再按照数据集的大小划分训练集和测试集，并且设置合适的时间滑动窗口。接着把数据输入到LSTM神经网络中进行训练，并调整参数，迭代多次，寻求最优。最后将预测子序列加权求和并进行反归一化输出预测结果。具体的短时交通流预测流程图如图2所示。
[0022]将输出预测结果输入到中央信息处理控制单元，中央信息处理控制单元将十字路口东西方向行驶车辆、南北方向行驶预测的车辆与默认值做比较。当预测某个时间段东西方向行驶的车流量和南北方向行驶的车流量都小于或者等于默认值时，道路信号控制单元保持交通信号灯原有的默认运行，不改变红绿灯的时长。当预测某个时间段东西方向行驶的车流量和南北方向行驶的车流量中任一个预测值大于默认值时，中央信息处理控制单元会计算出两个方向预测车流量的比值，根据这个比值划分东西方向和南北方向的通行时间，道路信号控制单元分别控制两个方向的信号灯通行时间。其中默认值为最近7天同一时
间车流量的平均值除以2。
[0023]智慧信号灯装有特殊的摄像头可以进行车辆识别，当摄像头拍到车道内的车辆为特殊车辆，如救护车、警车、消防车等等，中央信息处理控制单元就会对这些特殊的车辆进行图像处理，分析这些特殊车辆警灯是否处在启动状态，进一步通过声音来识别特殊车辆是否再执行状态。当判断特殊车辆执行的状态，道路信号灯控制单元会优先控制交通信号灯为该车道放行，保证特殊车辆尽快通过；当判断道路没有特殊车辆或者特殊车辆不在执行状态，道路信号灯控制单元对信号灯的控制会按照预测值和默认值之间的关系调节信号灯的时长。具体特殊车辆处理流程图如图3所示。
[0024]该智慧信号灯的结构示意图如图4所示，智慧信号灯特殊摄像头1、LED红绿灯3以及LED计时器显示屏4安装在智慧信号灯连接杆6的表面，智慧信号灯的FPGA芯片2安装在智慧信号灯连接杆6的内部，连接杆的后面装有太阳能电池板5，连接杆和智慧信号灯固定杆7进行连接，并把固定杆安装在智慧信号灯底座8上进行固定。
[0025]当车辆通过路口时，特殊摄像头1进行车辆识别，FPGA芯片2进行判断是否是特殊车辆，再对其做出处理，其中特殊摄像头1还可以记录通过路口的车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于VMD
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LSTM自动调节时长的智慧信号灯，包括连接杆(6)、固定杆(7)和底座(8)，连接杆(6)连接在固定杆(7)顶部，连接杆(6)上设有红绿信号灯(3)和计时器(4)，其特征在于，所述连接杆(6)上设有摄像头(1)，所述连接杆(6)内部设有FPGA芯片(2)，所述FPGA芯片(2)分别与摄像头(1)、红绿信号灯(3)和计时器(4)连接。2.根据权利要求1所述的基于VMD
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LSTM自动调节时长的智慧信号灯，其特征在于，所述连接杆(6)上表面设有太阳能电池板...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢海鹏，张凯，张龄允，丁昱杰，刘洪，龚文浩，谈昊然，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：