一种基于视觉识别的路灯安全节能控制方法

1.本发明属于路灯自动控制领域，特别涉及一种基于识别的路灯安全节能控制方法。

背景技术：

2.路灯是夜间车辆/行人行走的安全保证，是当今城市道路夜间正常使用的必要保障。据文献统计城市路灯耗电量占城市总用电量的10％～20％，而夜间特别是午夜后车辆/行人较少，因此路灯的节能控制一直是节能研究的一个重点。
3.目前随着节能的要求和电子电控技术的发展，路灯节能控制技术大体分为4种开关：光感开关、声控开关、人感开关、微波开关。这四种开关可以单独使用，也可以相互结合变成多功能感应灯。光感开关可实现夜间和日间的自动识别，保证在亮度达到一定程度后关闭电路，实现了路灯的整个自动开关，但在光线不好时灯会一直亮，没有节能效果。声控开关主要在走廊中使用，通过感知人员走路的声波控制开关通路，然后延时关闭，此种开关可以达到较好的节能效果，但在人走过之后灯仍然在亮，此处仍可以进行节能控制。人感开关的工作原理为热释电传感器可以感应人体温释放的热辐射，通过感应人体的热信号进行灯的开关控制，此种控制方法只在有热信号时，灯才会亮，节能效果更好，但相邻两个传感器信号重叠区域的节能仍未考虑，即人远离灯正下方时此灯对行人及车辆没有意义。微波感应(也称雷达感应)相对前面几种控制方式就完美了很多，现在广泛应用于地下车库、道路照明灯等场所，它采用类似雷达的工作原理，通过发射微波探测移动物体，继而产生相应的开关操作，它具有抗射频干扰能力强、不受温度、湿度、光线、气流、尘埃等影响，并且可以安装在一定厚度非金属的外壳里面，不需外露，在实现感应功能的同时，也可保持外观的整体协调和美感，但微波感应控制方式在节能效果上与人感开关相同，仍有节能空间。

技术实现要素：

4.为此本发明提出一种基于视觉识别的路灯安全节能控制方法，在最大限度保证车辆和行人的安全前提下，通过识别路上是否有目标物以及位置和移动方向进而控制灯的开启，使其尽可能地少开灯，节约能源。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种基于视觉识别的路灯安全节能控制方法，其特征在于，基于如下系统实现：
7.设置电源系统、开关和控制系统，所述控制系统包括控制器、传感器和信号收发单元；一条路上的一排路灯配置一个控制器，每个路灯上分别配置一组传感器和一个信号收发单元，所述一组传感器包括一个图像采集传感器和一个光感传感器；所述图像采集传感器安装在路灯的正下方，用于采集前方地面图像；所述光感传感器安装在路灯的正上方，用于采集日光；
8.设定如下标识：
9.路灯编号i：一条路上的路灯按顺序编号，i＝1...n，n表示一条路上的路灯总数；
10.亮灯方向d(i)：表示自第i盏灯位置的亮灯方向，d(i)＝1表示亮灯方向沿路灯编号增大的方向，d(i)＝0表示亮灯方向沿路灯编号减小的方向；
11.亮灯状态标识c(i)：表示某一时刻第i盏灯是在亮还是灭，c(i)＝1表示亮，c(i)＝0表示灭；
12.亮灯数量标识q(i)：表示某一时刻在设计速度内第i盏灯周边的动态安全视距范围内的亮灯个数；
13.设定光强阈值，当光感传感器接收的光强信号小于阈值时，触发系统启动亮灯：初始时令所有灯：c(i)＝0，q(i)＝0，
14.当某一时刻第i盏灯下的传感器检测到有目标物时，对于第i盏灯的控制如下：
15.1)如果第i盏灯两侧的灯均不亮，则第i盏灯点亮；
16.2)如果相邻且编号小于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号增大的方向前进时，则第i盏灯点亮；
17.3)如果相邻且编号大于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号减小的方向前进时，则第i盏灯点亮；
18.4)如果相邻且编号小于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号减小的方向前进时，则第i盏灯熄灭；
19.5)如果相邻且编号大于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号增大的方向前进时，则第i盏灯熄灭；
20.当某一时刻第i盏灯下的传感器没有检测到目标物时，对于第i盏灯的控制如下：
21.1)如果与第i盏灯相关的亮灯数量大于0时，即q(i)》0，则第i盏灯点亮；
22.2)如果与第i盏灯相关的亮灯数量等于0时，即q(i)＝0，则第i盏灯熄灭。
23.当检测到有目标物时，q(i)按如下计算：
[0024][0025]
li为图像采集传感器检测到的目标速度对应的安全视距；
[0026]
l1为相邻两个灯之间的距离；
[0027]
当检测到没有目标物时，q(i)按如下计算：
[0028]
11)如果与其相邻的两盏灯相关的亮灯数量等于零，即q(i-1)＝0，q(i+1)＝0，则q(i)＝0；
[0029]
12)如果与其相邻的编号小的路灯相关的亮灯数量等于零，即q(i-1)＝0，且与其相邻的编号大的路灯相关的亮灯数量大于零，即q(i+1)》0，且目标向着路灯编号大的方向前进，则q(i)＝0；
[0030]
13)如果与其相邻的编号大的路灯相关的亮灯数量为零，即q(i+1)＝0，且与其相邻的编号小的路灯相关的亮灯数量大于零，即q(i-1)》0，且目标向着路灯编号小的方向前进，则q(i)＝0；
[0031]
14)如果与其相邻的编号大的路灯相关的亮灯数大于零，即q(i+1)》0，且目标向着编号小的方向前进时，或者与其相邻的编号小的路灯相关的亮灯数大于零，即q(i-1)》0，且目标向着编号大的方向前进时，则q(i)等于与其相邻的两盏灯中相关的亮灯数较大者减1。
[0032]
当识别的目标是人或动物时，无论目标动或静止，均保持有目标物状态不变；
[0033]
当识别的目标是车时，如果车在行车道上，保持有目标物状态不变；
[0034]
当识别的目标是车时，如果车在非行车道上，保持有目标物状态5秒后，变为无目标物状态。
[0035]
与现有技术相比，本发明的优点体现在：本发明基于图像识别判断某一时刻该盏灯下是否有目标出现，通过光感技术判断是否需要开启路灯控制，在每盏灯上安装开关和信号收发单元，通过各个灯之间的彼此信号传递，决定该盏灯以及相邻的灯是否需要开启以及开启数量、顺序。通过智能化控制实现了节能，同时也实现了安全导航。
附图说明
[0036]
图1为本发明系统架构图；
[0037]
图2为本发明路灯编号和间距布局图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0039]
本发明主要涉及一种路灯控制系统及方法。如图1所示，系统结构包括：电源系统1、开关2和控制系统3。对于同一条路上的一排路灯，配置一套电源系统即可，每个路灯上分别配置一个开关，电源系统1用于给路灯提供照明电和给控制系统提供低压电；开关用于接通/断开路灯电路；控制系统包括控制器31、传感器32和信号收发单元33，一条路上的一排路灯用一个控制器控制，每个路灯杆上安装一组传感器和一个信号收发单元。
[0040]
其中一组传感器包括一个光感传感器和一个图像采集传感器，用于实时采集照明条件和路灯下面是否有人/车辆)等目标，图像采集传感器安装在路灯的正下方，垂直于地面，用于采集前方地面图像；光感传感器安装在路灯的正上方，仅能采集到日光，不能采集到路灯和车灯的光。
[0041]
图像采集传感器的视野要大于相邻两盏灯的间距，其余无特殊要求。图像传感器需要标定安装，均需提前指定安装方向，并进行编号，使其编号与路灯编号大小和方向一致。
[0042]
图像采集传感器可以由具有夜视功能的夜视相机、红外像机、tof像机、毫米波雷达、激光雷达组成或上述具有夜视功能的图像采集器加普通像机组成。
[0043]
图像采集传感器主要用于信号的采集，当使用具有夜视功能的图像采集器时，需要其可以在相邻两盏灯间分辨出面积大于50cm2的物体；当使用具有夜视功能的图像采集器加普通像机组成图像采集传感器时，具有夜视功能的图像采集器只要能发现面积大于50cm2的运动物体，相机可以分辩出物体的形状轮廓即可。
[0044]
目标的确定：通过大量采集车辆、行人、路面上经常出现的小动物(鸡、鸭、鹅、猫、狗、兔、猪、獾等路面常出现的小动物)，通过深度学习软件进行训练，使控制器可以根据图像采集器得到的图像识别出车辆，行人和路面的小动物。并根据识别出的车辆、行人和路面的小动物在图像中的位置判断其速度、行进方向和速度，确定目标物是啥。
[0045]
当与第i盏灯相关的图像采集传感器发现目标时记为t
arget
(i)＝1，未发现目标时记为t
arget
(i)＝0。
[0046]
信号收发单元用于传递路灯的相关信息，控制器根据自灯传感器和相邻路灯传感
器传来的信号进行综合处理，判断如何控制哪个路灯的开关。信号收发单元的信号传输包括四个部分，如下表所示：
[0047][0048]
灯号标识i用于灯的定位，路灯的安装按现有方式，需对同一条路上的路灯按顺序进行编号。
[0049]
亮灯方向标识d(i)用于指定亮灯方向，由行人、车辆、小动物的移动方向决定，以第i盏灯为参考，当沿路灯编号由小向大的方向移动时，此第i盏灯的位置亮灯方向标记为d(i)＝1，当沿路灯编号由大向小的方向移动时，此第i盏灯的位置亮灯方向标记为d(i)＝0，如果此时目标物没有移动，则此第i盏灯的位置保留原标记。
[0050]
亮灯状态标识c(i)用于判定某一时刻第i盏灯是在亮还是灭，灯亮时为c(i)＝1，不亮时为c(i)＝0。
[0051]
亮灯数量标识q(i)用于表示某一时刻在设计速度内点亮第i盏灯周边的目标物动态安全视距范围内的路灯个数，按城市道路路线设计规范(如下表1)执行。
[0052][0053]
令初始时所有灯的亮灯标识等于零，即：c(i)＝0，q(i)＝0。在光感传感器接收不到足够的日照时，触发系统启动亮灯。
[0054]
如果某一时刻第i盏灯下的传感器检测到有目标物时，则亮灯数量按如下公式计算：
[0055][0056]
li为图像采集传感器检测到的目标速度对应的安全视距，当速度在表中某个区间时，取数值较大的速度所对应的安全视距，以保证安全；
[0057]
l1为两个灯之间的距离。
[0058]
采用进一法取整，当速度小于20km/h时按20km/h计算，大于100km/h时按100km/h计算。
[0059]
控制方法：
[0060]
路灯的控制原则是在保证夜间行车和走路安全的前提下，最大的节省能量。为了保证安全，就是让可能危及车辆和行人安全的路灯都亮起，但为了最大化节能就是让人眼看不到的地方和走过的灯熄灭，如图2中，在离开灯n的正下方，下一盏灯(n-1或n+1，看行走方向)亮起时，灯n可以熄灭。
[0061]
夜间路灯的作用第一在于给夜间的行人和车辆照亮前方的路；第二在于给夜间行人和车辆指明前方及后方是否有危险存在。故此夜间的路灯要按照给行人和车辆指示足够
处理事件的停车距离和影响行人车辆安全两个方面出发进行控制。
[0062]
根据光感传感器的信号判定是否需要进行路灯控制，光感传感器在能接收到足够的光照时，将信息传递给控制器，控制器发出指令，图像采集传感器、信号收发单元均不工作；在光感传感器不能接收到足够的光照时，将信息传递给控制器，控制器启动图像采集传感器和信号收发单元开始工作。
[0063]
初始令c(i)＝0，q(i)＝0；
[0064]
设定光强阈值，当光感传感器接收的信号不强，需要启动路灯时，让第i盏灯亮还是灭，用如下公式判断：
[0065][0066]
c(i)＝0表示灭，c(i)＝1表示亮.
[0067]
以上说明：
[0068]
1)当第i个图像采集传感器内出现目标，第i盏灯两侧的灯均不亮时，图像采集传感器所在的路灯(第i盏灯)点亮；
[0069]
2)当第i个图像采集传感器内出现目标，相邻且编号小于当前路灯编号的路灯亮，且目标向着路灯编号增大的方向前进时，此时第i盏灯点亮；
[0070]
3)当第i个图像采集传感器内出现目标，相邻且编号大于当前路灯编号的路灯亮，且目标向着路灯编号减小的方向前进时，此时第i盏灯点亮；
[0071]
4)尽管第i个图像采集传感器内未出现目标，但由相邻路灯反映与第i盏灯相关的亮灯数量大于0时(q(i)》0)，此时第i盏灯也点亮。
[0072]
5)当第i个图像采集传感器内出现目标，相邻且编号小于当前路灯编号的路灯亮，且目标向着路灯编号减小的方向前进时，此时第i盏灯熄灭；
[0073]
6)当第i个图像采集传感器内出现目标，相邻且编号大于当前路灯编号的路灯亮，且目标向着路灯编号增大的方向前进时，此时第i盏灯熄灭；
[0074]
7)当第i个图像采集传感器内无目标出现，且与第i盏灯相关的亮灯数量等于0时(q(i)＝0)，此时第i盏灯也熄灭。
[0075]
当t
arget
(i)＝1时，q(i)按如下计算得到：
[0076][0077]
当t
arget
(i)＝0时，q(i)按如下计算得到：
[0078][0079]
以上说明：
[0080]
11)当第i个图像采集传感器内无目标出现时，如与其相邻的两盏路灯(i-1，i+1)对应的当前应亮路灯数也等于零时(q(i-1)＝0，q(i+1)＝0)，则q(i)等于零。
[0081]
12)当第i个图像采集传感器内无目标出现时，如与其相邻的编号小的路灯对应的当前应亮灯数为零(q(i-1)＝0)，且与其相邻的编号大的路灯对应的当前应亮灯数大于零(q(i+1)》0)，且目标向着路灯编号增大的方向行进(d(i+1)＝1)，则q(i)等于零。
[0082]
13)当第i个图像采集传感器内无目标出现时，如与其相邻的编号大的路灯对应的当前应亮灯数为零(q(i+1)＝0)，且与其相邻的编号小的路灯对应的当前应亮灯数大于零(q(i-1)》0)且目标向着编号小的方向行进(d(i-1)＝0)，则q(i)等于零。
[0083]
14)当第i个图像采集传感器内无目标出现时，如与其相邻的编号大的路灯对应的当前应亮灯数大于零(q(i+1)》0)且目标向着编号小的方向行进(d(i+1)＝0)，或者与其相邻的编号小的路灯当前对应的应亮灯数大于零(q(i-1)》0)且目标向着编号大的方向行进(d(i-1)＝1)时，则q(i)等于与其相邻的两盏灯对应的当前应亮灯数中较大者减1，即q(i+1)-1和q(i-1)-1中的较大者。
[0084]
另，当t
arget
(i)＝1时，如果识别的目标是人或小动物，无论目标动与静止，t
arget
(i)＝1保持不变；当识别的目标是车时，如果车在行车道上t
arget
(i)＝1保持不变，但当车在非行车道时，t
arget
(i)＝1保持5秒后令t
arget
(i)＝0。

技术特征：

1.一种基于视觉识别的路灯安全节能控制方法，其特征在于，基于如下系统实现：设置电源系统、开关和控制系统，所述控制系统包括控制器、传感器和信号收发单元；一条路上的一排路灯配置一个控制器，每个路灯上分别配置一组传感器和一个信号收发单元，所述一组传感器包括一个图像采集传感器和一个光感传感器；所述图像采集传感器安装在路灯的正下方，用于采集前方地面图像；所述光感传感器安装在路灯的正上方，用于采集日光；设定如下标识：路灯编号i：一条路上的路灯按顺序编号，i＝1...n，n表示一条路上的路灯总数；亮灯方向d(i)：表示自第i盏灯位置的亮灯方向，d(i)＝1表示亮灯方向沿路灯编号增大的方向，d(i)＝0表示亮灯方向沿路灯编号减小的方向；亮灯状态标识c(i)：表示某一时刻第i盏灯是在亮还是灭，c(i)＝1表示亮，c(i)＝0表示灭；亮灯数量标识q(i)：表示某一时刻在设计速度内第i盏灯周边的动态安全视距范围内的亮灯个数；设定光强阈值，当光感传感器接收的光强信号小于阈值时，触发系统启动亮灯：初始时令所有灯：c(i)＝0，q(i)＝0，当某一时刻第i盏灯下的传感器检测到有目标物时，对于第i盏灯的控制如下：1)如果第i盏灯两侧的灯均不亮，则第i盏灯点亮；2)如果相邻且编号小于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号增大的方向前进时，则第i盏灯点亮；3)如果相邻且编号大于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号减小的方向前进时，则第i盏灯点亮；4)如果相邻且编号小于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号减小的方向前进时，则第i盏灯熄灭；5)如果相邻且编号大于当前路灯的灯亮，且目标向着路灯编号增大的方向前进时，则第i盏灯熄灭；当某一时刻第i盏灯下的传感器没有检测到目标物时，对于第i盏灯的控制如下：1)如果与第i盏灯相关的亮灯数量大于0时，即q(i)>0，则第i盏灯点亮；2)如果与第i盏灯相关的亮灯数量等于0时，即q(i)＝0，则第i盏灯熄灭。2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的路灯安全节能控制方法，其特征在于，当检测到有目标物时，q(i)按如下计算：l
i
为图像采集传感器检测到的目标速度对应的安全视距；l1为相邻两个灯之间的距离；当检测到没有目标物时，q(i)按如下计算：11)如果与其相邻的两盏灯相关的亮灯数量等于零，即q(i-1)＝0，q(i+1)＝0，则q(i)＝0；12)如果与其相邻的编号小的路灯相关的亮灯数量等于零，即q(i-1)＝0，且与其相邻
的编号大的路灯相关的亮灯数量大于零，即q(i+1)>0，且目标向着路灯编号大的方向前进，则q(i)＝0；13)如果与其相邻的编号大的路灯相关的亮灯数量为零，即q(i+1)＝0，且与其相邻的编号小的路灯相关的亮灯数量大于零，即q(i-1)>0，且目标向着路灯编号小的方向前进，则q(i)＝0；14)如果与其相邻的编号大的路灯相关的亮灯数大于零，即q(i+1)>0，且目标向着编号小的方向前进时，或者与其相邻的编号小的路灯相关的亮灯数大于零，即q(i-1)>0，且目标向着编号大的方向前进时，则q(i)等于与其相邻的两盏灯中相关的亮灯数较大者减1。3.根据权利要求1所述的基于视觉识别的路灯安全节能控制方法，其特征在于，当识别的目标是人或动物时，无论目标动或静止，均保持有目标物状态不变；当识别的目标是车时，如果车在行车道上，保持有目标物状态不变；当识别的目标是车时，如果车在非行车道上，保持有目标物状态5秒后，变为无目标物状态。

技术总结

本发明公开一种基于视觉识别的路灯安全节能控制方法，设置电源系统、开关和控制系统，所述控制系统包括控制器、传感器和信号收发单元；一条路上的路灯按顺序编号，每个路灯配置一个图像采集传感器、一个光感传感器、一个开关、一个信号收发单元，本发明条通过某一时刻目标有无以及目标前进方向，判断亮灯与否以及决定亮灯数量，为夜间车辆/行人行走提供安全保障，同时节能控制。同时节能控制。同时节能控制。