本發(fā)明涉及智能感應(yīng)控制，具體為基于多模態(tài)傳感器融合的智能感應(yīng)控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著城市化進(jìn)程的加快以及機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的迅速增長(zhǎng)，交通擁堵、交通事故等交通問(wèn)題日益凸顯，對(duì)智能交通管理系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的交通管理手段往往依賴(lài)單一類(lèi)型的傳感器來(lái)獲取交通信息，例如僅依靠攝像頭獲取圖像數(shù)據(jù)，或者僅利用雷達(dá)檢測(cè)車(chē)輛速度與距離等信息。
2、然而，單一傳感器存在諸多局限性。以攝像頭為例，其在惡劣天氣條件下，圖像采集的清晰度會(huì)大幅下降，進(jìn)而影響對(duì)交通參與者的識(shí)別和交通狀況判斷的準(zhǔn)確性。而雷達(dá)傳感器雖然能較好地檢測(cè)目標(biāo)物體的距離、速度等動(dòng)態(tài)信息，但對(duì)于目標(biāo)物體的具體類(lèi)型識(shí)別能力較弱，難以精確區(qū)分不同種類(lèi)的交通參與者。另外，地磁傳感器雖然可以感知車(chē)輛的通過(guò)和停留情況，但所提供的交通信息相對(duì)單一，無(wú)法全面反映交通場(chǎng)景的整體狀況。
3、鑒于單一傳感器的這些不足，為了實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、全面的交通信息感知，進(jìn)而提升交通管理的智能化水平和控制效率，需要一種能夠融合多種類(lèi)型傳感器數(shù)據(jù)，并基于融合后信息進(jìn)行智能決策的方法及系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供基于多模態(tài)傳感器融合的智能感應(yīng)控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)整合多種傳感器的優(yōu)勢(shì)，克服單一傳感器的局限性，精準(zhǔn)且全面地獲取交通信息，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行智能決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流量的有效調(diào)節(jié)、交通事件的及時(shí)響應(yīng)以及交通運(yùn)行效率的整體提升。
2、基于多模態(tài)傳感器融合的智能感應(yīng)控制方法，包括：
3、s1、多模態(tài)傳感器部署與數(shù)據(jù)采集：在智能交通管理區(qū)域部署多模態(tài)傳感器，所述多模態(tài)傳感器包含視覺(jué)傳感器、毫米波雷達(dá)傳感器和地磁傳感器，通過(guò)所述多模態(tài)傳感器采集多模態(tài)信息。
4、優(yōu)選地，所述通過(guò)所述多模態(tài)傳感器采集多模態(tài)信息，具體包括：
5、視覺(jué)傳感器采集圖像數(shù)據(jù)，所述視覺(jué)傳感器包括高清攝像機(jī)和紅外攝像機(jī)，在白天光照充足時(shí)，利用高清攝像機(jī)采集交通場(chǎng)景的圖像數(shù)據(jù)；在夜間或低光照環(huán)境下，切換至紅外攝像機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集；
6、毫米波雷達(dá)傳感器采集目標(biāo)物體的距離與速度數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)射毫米波并接收反射波，精確測(cè)量車(chē)輛與雷達(dá)之間的距離、車(chē)輛的行駛速度以及加速度信息；
7、地磁傳感器安裝在道路下方，用于采集車(chē)輛的通過(guò)和停留數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輛通過(guò)時(shí)，記錄車(chē)輛的通過(guò)時(shí)間；當(dāng)車(chē)輛在傳感器上方停留時(shí)，記錄車(chē)輛的停留時(shí)長(zhǎng)，以此統(tǒng)計(jì)車(chē)輛的通行頻率和停留情況。
8、s2、數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)采集到的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。
9、優(yōu)選地，所述對(duì)采集到的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性，具體包括：
10、圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理：
11、降噪處理：采用中值濾波算法對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪，以去除圖像中的干擾，同時(shí)保留圖像的邊緣信息，使圖像更加清晰；
12、銳化處理：運(yùn)用拉普拉斯算子對(duì)降噪后的圖像進(jìn)行銳化處理，以增強(qiáng)圖像的邊緣和細(xì)節(jié)，突出交通參與者的輪廓，便于后續(xù)的特征提?。?/p>
13、雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理：
14、濾波處理：采用卡爾曼濾波算法對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除噪聲干擾，平滑數(shù)據(jù)曲線，提高距離和速度測(cè)量的準(zhǔn)確性；
15、校準(zhǔn)處理：根據(jù)雷達(dá)的安裝位置和參數(shù)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，消除測(cè)量偏差；
16、地磁傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理：采用移動(dòng)平均平滑處理方法，對(duì)采集到的地磁傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，減少數(shù)據(jù)的波動(dòng)，提高數(shù)據(jù)可靠性。
17、s3、特征信息提?。簭念A(yù)處理后的數(shù)據(jù)中提取具有代表性的特征信息。
18、s4、多模態(tài)特征信息融合：采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)不同傳感器提取的特征信息進(jìn)行融合。
19、優(yōu)選地，所述采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)不同傳感器提取的特征信息進(jìn)行融合，具體包括：
20、數(shù)據(jù)歸一化：采用最小-最大歸一化法對(duì)從不同傳感器提取的特征信息進(jìn)行歸一化處理，將特征信息映射到[0,1]區(qū)間，以消除各特征信息在量綱和數(shù)值范圍上的差異；
21、傳感器精度評(píng)估：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各傳感器的測(cè)量誤差，通過(guò)計(jì)算測(cè)量誤差的均方誤差評(píng)估傳感器的測(cè)量精度；
22、權(quán)重動(dòng)態(tài)調(diào)整：根據(jù)評(píng)估的傳感器的測(cè)量精度，動(dòng)態(tài)分配各傳感器特征信息在融合過(guò)程中的權(quán)重；
23、特征信息融合：根據(jù)調(diào)整后的權(quán)重和歸一化后的各傳感器特征信息，計(jì)算融合特征信息；
24、融合結(jié)果驗(yàn)證與修正：對(duì)融合后的特征信息進(jìn)行驗(yàn)證，檢查其是否符合實(shí)際的交通情況，如果發(fā)現(xiàn)融合結(jié)果存在明顯偏差，分析可能的原因，并對(duì)融合過(guò)程進(jìn)行修正；
25、所述計(jì)算融合特征信息的公式為：
26、
27、式中，m為傳感器的個(gè)數(shù)，wi為第i個(gè)傳感器歸一化后的特征信息的權(quán)重，xi為第i個(gè)傳感器歸一化后的特征信息。
28、優(yōu)選地，所述根據(jù)評(píng)估的傳感器的測(cè)量精度，動(dòng)態(tài)分配各傳感器特征信息在融合過(guò)程中的權(quán)重，具體包括：
29、實(shí)時(shí)獲取各傳感器的測(cè)量值；
30、計(jì)算各傳感器的測(cè)量值和真實(shí)值的均方誤差，作為各傳感器的誤差值；
31、根據(jù)各傳感器的誤差值，計(jì)算各傳感器的權(quán)重；
32、所述計(jì)算各傳感器的權(quán)重的公式為：
33、
34、式中，wi為第i個(gè)傳感器的權(quán)重，m為傳感器的個(gè)數(shù)，ei為第i個(gè)傳感器的誤差值。
35、s5、智能控制決策生成：根據(jù)融合后的特征信息，生成智能控制決策，所述智能控制決策包括基于模糊邏輯控制的動(dòng)態(tài)交通信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化方案、基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的交通流誘導(dǎo)策略以及基于事件規(guī)則的交通事件自動(dòng)檢測(cè)與響應(yīng)機(jī)制。
36、優(yōu)選地，所述基于模糊邏輯控制的動(dòng)態(tài)交通信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化方案，具體包括：
37、確定輸入變量：從特征信息中獲取交通流量、車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度和車(chē)輛平均等待時(shí)間作為模糊邏輯控制的輸入變量；
38、定義模糊集和隸屬函數(shù)：針對(duì)每個(gè)輸入變量分別定義模糊集，對(duì)于交通流量定義“低”、“中”、“高”三個(gè)模糊集，對(duì)于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度定義“短”、“中”、“長(zhǎng)”三個(gè)模糊集，對(duì)于車(chē)輛平均等待時(shí)間定義“短”、“中”、“長(zhǎng)”三個(gè)模糊集；并為每個(gè)模糊集確定隸屬函數(shù)；
39、制定模糊規(guī)則：根據(jù)交通管理經(jīng)驗(yàn)和交通運(yùn)行規(guī)律制定模糊規(guī)則；
40、模糊推理：根據(jù)當(dāng)前輸入變量的實(shí)際值，通過(guò)隸屬函數(shù)計(jì)算其屬于各個(gè)模糊集的隸屬度，再依據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，得到關(guān)于信號(hào)燈配時(shí)調(diào)整的模糊輸出；
41、去模糊化：采用重心法去模糊化，將模糊輸出轉(zhuǎn)換為具體的信號(hào)燈綠燈時(shí)長(zhǎng)調(diào)整值；
42、信號(hào)燈配時(shí)調(diào)整：根據(jù)去模糊化得到的調(diào)整值，對(duì)當(dāng)前的信號(hào)燈配時(shí)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；
43、所述采用重心法去模糊化的公式為：
44、
45、式中，z為去模糊化后得到的調(diào)整值，n為模糊輸出的數(shù)量，zi為第i個(gè)輸出的元素，μ(zi)為元素zi對(duì)應(yīng)的隸屬度。
46、優(yōu)選地，所述基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的交通流誘導(dǎo)策略，具體包括：
47、定義狀態(tài)空間：狀態(tài)空間由多模態(tài)傳感器融合后的交通信息構(gòu)成；
48、定義動(dòng)作空間：定義交通流誘導(dǎo)動(dòng)作，包括推薦路線、預(yù)計(jì)通行時(shí)間、匝道控制開(kāi)啟或關(guān)閉、車(chē)道限行規(guī)則調(diào)整；
49、設(shè)計(jì)獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)：設(shè)定獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)，獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)的目標(biāo)為降低交通擁堵程度和減少車(chē)輛行駛時(shí)間；
50、策略選擇：利用dqn算法學(xué)習(xí)最優(yōu)的交通流誘導(dǎo)策略，在每個(gè)時(shí)間步，算法根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)從動(dòng)作空間中選擇一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行，環(huán)境根據(jù)該動(dòng)作更新?tīng)顟B(tài)，并反饋相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)；
51、策略更新與優(yōu)化：隨著時(shí)間的推移和交通狀況的變化，不斷更新dqn網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，優(yōu)化交通流誘導(dǎo)策略；
52、應(yīng)用誘導(dǎo)策略：當(dāng)策略?xún)?yōu)化完成后，將優(yōu)化后的交通流誘導(dǎo)策略應(yīng)用于交通管理中。
53、優(yōu)選地，所述基于事件規(guī)則的交通事件自動(dòng)檢測(cè)與響應(yīng)機(jī)制，具體包括：
54、規(guī)則設(shè)定：定義交通事件規(guī)則，具體為：
55、交通事故檢測(cè)規(guī)則：若路段上出現(xiàn)多輛車(chē)在短時(shí)間內(nèi)速度急劇降為零，且車(chē)輛位置相對(duì)固定，同時(shí)通過(guò)圖像數(shù)據(jù)識(shí)別到車(chē)輛有碰撞變形情況時(shí)，判定為發(fā)生交通事故；
56、交通擁堵檢測(cè)規(guī)則：若某路段的車(chē)輛平均速度低于設(shè)定的閾值，且車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)一定值，持續(xù)時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，則判定該路段發(fā)生交通擁堵；
57、車(chē)輛異常停車(chē)規(guī)則：在非停車(chē)區(qū)域，車(chē)輛停留時(shí)間超過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間，則判定為車(chē)輛異常停車(chē)；
58、事件檢測(cè)：實(shí)時(shí)將融合后的交通信息與預(yù)先設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行比對(duì)，以判斷是否滿足規(guī)則條件；
59、響應(yīng)措施觸發(fā)：若融合后的交通信息滿足某一規(guī)則條件，則自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的響應(yīng)措施，具體為：
60、對(duì)于交通事故，立即向交通管理部門(mén)發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)在周邊可變情報(bào)板上發(fā)布事故信息，提示駕駛員繞行；調(diào)整周邊路口的信號(hào)燈配時(shí)，引導(dǎo)車(chē)輛有序疏散；
61、對(duì)于交通擁堵，通過(guò)可變情報(bào)板發(fā)布擁堵路段信息和推薦繞行路線；開(kāi)啟匝道控制，限制進(jìn)入擁堵路段的車(chē)輛數(shù)量；調(diào)整周邊信號(hào)燈配時(shí)，增加擁堵路段相關(guān)方向的綠燈時(shí)長(zhǎng)；
62、對(duì)于車(chē)輛異常停車(chē)，向附近的執(zhí)法人員發(fā)送提醒信息，同時(shí)在異常停車(chē)點(diǎn)附近的可變情報(bào)板上顯示提示信息，要求車(chē)輛盡快駛離。
63、s6、控制指令發(fā)送：向交通控制設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的控制指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流量的調(diào)節(jié)。
64、基于多模態(tài)傳感器融合的智能感應(yīng)控制系統(tǒng)，包括：
65、多模態(tài)傳感器模塊，包含視覺(jué)傳感器、毫米波雷達(dá)傳感器和地磁傳感器，用于采集智能交通管理區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)、目標(biāo)物體的距離與速度數(shù)據(jù)以及車(chē)輛的通過(guò)和停留數(shù)據(jù)；
66、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，與所述多模態(tài)傳感器模塊連接，用于對(duì)采集到的各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、銳化處理，對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、校準(zhǔn)處理，對(duì)地磁傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；
67、特征提取模塊，與所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接，用于從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中提取特征信息；
68、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊，與所述特征提取模塊連接，采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)不同傳感器提取的特征信息進(jìn)行融合；
69、智能決策與控制模塊，與所述多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊連接，根據(jù)融合后的交通信息生成智能控制決策，所述智能控制決策包括基于模糊邏輯控制的動(dòng)態(tài)交通信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化方案、基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的交通流誘導(dǎo)策略以及基于事件規(guī)則的交通事件自動(dòng)檢測(cè)與響應(yīng)機(jī)制；
70、指令發(fā)送模塊，與所述智能決策與控制模塊連接，用于向交通控制設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的控制指令以調(diào)節(jié)交通流量。
71、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
72、全面準(zhǔn)確感知交通狀況：通過(guò)融合多模態(tài)傳感器數(shù)據(jù)，克服了單一傳感器的局限性，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取交通信息，包括交通參與者的類(lèi)型、數(shù)量、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及車(chē)輛的通行和停留情況等，為交通管理決策提供更可靠的依據(jù)。
73、智能優(yōu)化交通控制：基于模糊邏輯控制的動(dòng)態(tài)交通信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化方案能夠根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)燈配時(shí)，提高路口的通行效率；基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的交通流誘導(dǎo)策略可以引導(dǎo)車(chē)輛合理選擇行駛路線，均衡交通流量；基于事件規(guī)則的交通事件自動(dòng)檢測(cè)與響應(yīng)機(jī)制能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理交通事故、交通擁堵等異常情況，減少對(duì)交通的影響。
74、自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力：自適應(yīng)加權(quán)融合算法能夠根據(jù)各傳感器在不同環(huán)境條件下的測(cè)量精度動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重，確保融合后的交通信息準(zhǔn)確可靠。同時(shí)，智能控制決策能夠根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況不斷優(yōu)化和調(diào)整，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。