一种基于FPGA的交通道路流量均衡方法、系统及装置与流程

一种基于fpga的交通道路流量均衡方法、系统及装置
技术领域
1.本发明涉及fpga应用技术领域，具体地说是一种基于fpga的交通道路流量均衡方法、系统及装置。


背景技术：

2.随着社会生活水平的高速发展，人民生活水平显著提高，家庭用车需求明显增长，近三年全国机动车保有量保持快速增长。随着机动车数量的增加，全国的交通系统调控成为关键问题，在上下班高峰时刻，城市关键路径拥堵状况严重，并且由于交警数量相对于城市道路数量较少，红绿灯调控模式不够智能，导致各道路车流量不均衡，影响人们的日常出行，该问题亟待研究者解决。


技术实现要素：

3.本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种基于fpga的交通道路流量均衡方法、系统及装置，能够均衡各个道路的车流量，解决高峰时期交通拥堵问题，方便人们的日常出行。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，包括车流量均衡板卡设计和fpga模块设计，
6.所述车流量均衡板卡用于完成城市道路车流量的分析，交通信号灯与交警的实时调控、与外设的信息交互，并完成fpga的供电、时钟输入及多种形式的io通信；车流量均衡板卡包括fpga、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及pcb板；其中，fpga将输入的城市道路监控图像进行筛查与分析，提取当前路口的车流量特征信息，根据特征信息与给定拥塞等级建立道路流量模型，应用fpga的并行处理能力，分析监控系统中各个路口的车流量，并建立相应的道路流量模型，综合所有的道路流量模型，通过特定算法得到各个路口交通信号灯的调控模式，并根据需要判断是否联络附近交警进行辅助调控，最后将信号灯调控信号与判断结果输出到pc端；pcb板负责为fpga、存储设备、输入输出接口及外围电子器件提供载体；
7.所述fpga模块用于提供必须的fpga工程模块结构以及具体数据处理方式；fpga模块包括数据接收子模块，数据转换子模块，模型分析子模块，数据处理子模块，行为判断子模块及pcie子模块。
8.本方法基于fpga实现车流量智能均衡，应用fpga的高速数据处理能力与遍布全国的监控网络，进行数据处理和模型分析，统筹各个路口的车流量情况实时调控路口的红路灯模式，并根据需要联络附近交警进行人工调控，以此均衡各个道路的车流量，解决高峰时期交通拥堵问题，方便人们的日常出行，可应用于交通领域。
9.进一步的，所述存储设备包括flash，ddr4设备，flash存储fpga的逻辑程序，实现fpga的上电固化；ddr4存储道路流量模型数据。
10.优选的，所述输入输出接口包括千兆网口、pcie接口、jtag接口，千兆网口负责接收交通监控系统实时监测信息，pcie接口负责fpga与pc的高速通信，jtag接口负责fpga逻辑程序的烧录与调试。
11.优选的，所述外围电子器件包括电源芯片、时钟芯片以及必要的电阻电容。
12.优选的，板卡上电后，通过fpga开发平台将bit流文件烧录至fpga或通过外挂flash自动配置fpga程序；待监控系统实时监测信息转码后经千兆网口输入至fpga。
13.优选的，fpga模块实现交通道路流量均衡方法的过程如下：
14.数据接收子模块接收并判断是否输入了正确格式的信息，若格式正确，则将数据送入数据转换子模块，若错误，则重复判断，若多次判断均错误，返回错误信息；
15.数据转换子模块将实时监测信息转化为64位并行数据流，并送入模型分析子模块；
16.模型分析子模块将输入的64位并行数据流进行数据分析，提取道路车流量的特征信息，并与设定的拥塞等级相结合建立道路流量模型，将模型存入存储设备；
17.数据处理子模块从存储设备中读取各个道路流量模型，综合分析所有道路流量模型，通过特定算法计算各个道路交通信号灯的调控模式，将调控模式发送到pcie子模块；
18.行为判断子模块根据道路流量模型的拥塞等级判断是否需要人工辅助调控，若需要，联络当前道路附近的交警进行人工调控；行为判定完成后将判定结果与行为信息发送到pcie子模块；
19.pcie子模块将判断结果和交通信号灯调控模式进行格式转换，并传输至pc端。
20.优选的，所述pc端通过特定软件将结果进行显示，并通过相关软件或硬件实现交通信号灯的调控以及与交警的联络。
21.优选的，多个模型分析子模块并行工作，同时完成多个道路流量模型的分析与建立。
22.本发明还要求保护一种基于fpga的交通道路流量均衡系统，包括车流量均衡板卡、fpga模块及pc端，车流量均衡板卡包括fpga、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及pcb板，fpga模块包括数据接收子模块、数据转换子模块、模型分析子模块、数据处理子模块、行为判断子模块及pcie子模块；
23.该系统实现上述的基于fpga的交通道路流量均衡方法。
24.本发明还要求保护一种基于fpga的交通道路流量均衡装置，该装置安装有车流量均衡板卡及fpga模块，通过所述车流量均衡板卡及fpga模块实现上述的基于fpga的交通道路流量均衡方法。
25.本发明的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法、系统及装置与现有技术相比，具有以下有益效果：
26.针对城市道路车流量不均衡、交通拥堵的问题，本方法基于fpga，利用fpga的高速处理能力与遍布全国路口的监控网络实时监测各个路口的车流量，利用fpga进行数据处理和模型分析，统筹各个路口的车流量情况实时调控路口的红路灯模式，并根据需要联络附近交警进行人工调控，以此均衡各个道路的车流量，解决高峰时期交通拥堵问题，方便人们的日常出行。
附图说明
27.图1是本发明一个实施例提供的基于fpga的交通道路流量均衡方法中车流量均衡板卡结构框图；
28.图2是本发明一个实施例提供的基于fpga的交通道路流量均衡方法中fpga模块结构框图；
29.图3是本发明一个实施例提供的基于fpga的交通道路流量均衡方法实现流程示图。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
31.本发明实施例提供了一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，包括车流量均衡板卡设计和fpga模块设计两部分。
32.车流量均衡板卡设计：
33.所述车流量均衡板卡用于完成城市道路车流量的分析，交通信号灯与交警的实时调控、与外设的信息交互，并完成fpga的供电、时钟输入及多种形式的io通信等。车流量均衡板卡包括fpga、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及pcb板。
34.fpga主要将输入的城市道路监控图像进行筛查与分析，提取当前路口的车流量特征信息，根据特征信息与给定拥塞等级建立道路流量模型，应用fpga的并行处理能力，分析监控系统中各个路口的车流量，并建立相应的道路流量模型，综合所有的道路流量模型，通过特定算法得到各个路口交通信号灯的调控模式，并根据需要判断是否联络附近交警进行辅助调控，最后将信号灯调控信号与判断结果输出到pc端；
35.存储设备包括flash，ddr4设备，flash存储fpga的逻辑程序，实现fpga的上电固化；ddr4存储道路流量模型等数据；
36.输入输出接口有千兆网口、pcie接口、jtag接口，千兆网口负责接收交通监控系统实时监测信息，pcie接口负责fpga与pc的高速通信，jtag接口负责fpga逻辑程序的烧录与调试；
37.外围电子器件包括电源芯片、时钟芯片以及必要的电阻电容等；
38.pcb板负责为fpga、存储设备、输入输出接口及外围电子器件提供载体。
39.fpga模块设计：
40.所述fpga模块包含该交通道路流量均衡方法正常工作所必须的fpga工程模块结构以及具体数据处理方式。fpga模块包括数据接收子模块(data_rx)，数据转换子模块(data_decode)，模型分析子模块(model_analy)，数据处理子模块(data_process)，行为判断子模块(court_decision)及pcie子模块(pcie_inst)。
41.首先，板卡上电后，用户通过fpga开发平台将bit流文件烧录至fpga或通过外挂flash自动配置fpga程序；待交通监控系统实时监测信息转码后经千兆网口输入至fpga；
42.数据接收子模块(data_rx)接收并判断是否输入了正确格式的信息，若格式正确，则将数据送入数据转换子模块(data_decode)，若错误，则重复判断，若多次判断均错误，返回错误信息；
43.数据转换子模块(data_decode)将交通监控系统实时监测信息转化为64位并行数
据流，并送入模型分析子模块(model_analy)；
44.模型分析子模块(model_analy)将输入的64位并行数据流进行数据分析，提取道路车流量的特征信息，并与设定的拥塞等级相结合建立道路流量模型，将模型存入ddr4；多个模型分析子模块并行工作，同时完成多个道路流量模型的分析与建立；
45.数据处理子模块(data_process)从ddr4中读取各个道路流量模型，综合分析所有道路流量模型，通过特定算法计算各个道路交通信号灯的调控模式，将调控模式发送到pcie子模块(pcie_inst)；
46.行为判断子模块(court_decision)根据道路流量模型的拥塞等级判断是否需要人工辅助调控，若需要，联络当前道路附近的交警进行人工调控；行为判定完成后将判定结果与行为信息发送到pcie子模块(pcie_inst)；
47.pcie子模块(pcie_inst)将判断结果和交通信号灯调控模式进行格式转换，并传输至pc端。
48.所述pc端通过特定软件将结果进行显示，并通过相关软件或硬件实现交通信号灯的调控以及与交警的联络。
49.本方法基于fpga实现车流量智能均衡，应用fpga的高速数据处理能力与遍布全国的监控网络，进行数据处理和模型分析，统筹各个路口的车流量情况实时调控路口的红路灯模式，并根据需要联络附近交警进行人工调控，以此均衡各个道路的车流量，解决高峰时期交通拥堵问题，方便人们的日常出行，可应用于交通领域。
50.本发明实施例还提供一种基于fpga的交通道路流量均衡系统，该系统实现上述的基于fpga的交通道路流量均衡方法。
51.包括车流量均衡板卡和fpga模块，车流量均衡板卡包括fpga、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及pcb板；fpga模块包括数据接收子模块、数据转换子模块、模型分析子模块、数据处理子模块、行为判断子模块及pcie子模块；
52.fpga主要将输入的城市道路监控图像进行筛查与分析，提取当前路口的车流量特征信息，根据特征信息与给定拥塞等级建立道路流量模型，应用fpga的并行处理能力，分析监控系统中各个路口的车流量，并建立相应的道路流量模型，综合所有的道路流量模型，通过特定算法得到各个路口交通信号灯的调控模式，并根据需要判断是否联络附近交警进行辅助调控，最后将信号灯调控信号与判断结果输出到pc端；
53.存储设备包括flash，ddr4设备，flash存储fpga的逻辑程序，实现fpga的上电固化；ddr4存储道路流量模型等数据；
54.输入输出接口有千兆网口、pcie接口、jtag接口，千兆网口负责接收交通监控系统实时监测信息，pcie接口负责fpga与pc的高速通信，jtag接口负责fpga逻辑程序的烧录与调试；
55.外围电子器件包括电源芯片、时钟芯片以及必要的电阻电容等；
56.pcb板负责为fpga、存储设备、输入输出接口及外围电子器件提供载体。
57.所述车流量均衡板卡用于完成城市道路车流量的分析，交通信号灯与交警的实时调控、与外设的信息交互，并完成fpga的供电、时钟输入及多种形式的io通信等。
58.所述fpga模块包含该交通道路流量均衡方法正常工作所必须的fpga工程模块结构以及具体数据处理方式：
59.1、板卡上电，通过fpga开发平台将bit流文件烧录至fpga或通过外挂flash自动配置fpga程序；
60.2、待交通监控系统实时监测信息转码后经千兆网口输入至fpga；数据接收子模块(data_rx)接收并判断是否输入了正确格式的信息，若格式正确，则将数据送入数据转换子模块(data_decode)，若错误，则重复判断，若多次判断均错误，返回错误信息；
61.3、数据转换子模块(data_decode)将交通监控系统实时监测信息转化为64位并行数据流，并送入模型分析子模块(model_analy)；
62.4、模型分析子模块(model_analy)将输入的64位并行数据流进行数据分析，提取道路车流量的特征信息，并与设定的拥塞等级相结合建立道路流量模型，将模型存入ddr4；多个模型分析子模块并行工作，同时完成多个道路流量模型的分析与建立；
63.5、数据处理子模块(data_process)从ddr4中读取各个道路流量模型，综合分析所有道路流量模型，通过特定算法计算各个道路交通信号灯的调控模式，将调控模式发送到pcie子模块(pcie_inst)；
64.6、行为判断子模块(court_decision)根据道路流量模型的拥塞等级判断是否需要人工辅助调控，若需要，联络当前道路附近的交警进行人工调控；行为判定完成后将判定结果与行为信息发送到pcie子模块(pcie_inst)；
65.7、pcie子模块(pcie_inst)将判断结果和交通信号灯调控模式进行格式转换，并传输至pc端。
66.8、pc端通过特定软件将结果进行显示，并通过相关软件或硬件实现交通信号灯的调控以及与交警的联络。
67.本发明实施例还提供一种基于fpga的交通道路流量均衡装置，该装置安装有车流量均衡板卡及fpga模块，通过所述车流量均衡板卡及fpga模块实现上述实施例所述的基于fpga的交通道路流量均衡方法。
68.通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
69.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

技术特征：
1.一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，包括车流量均衡板卡设计和fpga模块设计，所述车流量均衡板卡用于完成城市道路车流量的分析，交通信号灯与交警的实时调控、与外设的信息交互，并完成fpga的供电、时钟输入及多种形式的io通信；车流量均衡板卡包括fpga、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及pcb板；其中，fpga将输入的城市道路监控图像进行筛查与分析，提取当前路口的车流量特征信息，根据特征信息与给定拥塞等级建立道路流量模型，应用fpga的并行处理能力，分析监控系统中各个路口的车流量，并建立相应的道路流量模型，综合所有的道路流量模型，通过算法得到各个路口交通信号灯的调控模式，并根据需要判断是否联络附近交警进行辅助调控，最后将信号灯调控信号与判断结果输出到pc端；所述fpga模块用于提供必须的fpga工程模块结构以及具体数据处理方式；fpga模块包括数据接收子模块，数据转换子模块，模型分析子模块，数据处理子模块，行为判断子模块及pcie子模块。2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，所述存储设备包括flash，ddr4设备，flash存储fpga的逻辑程序，实现fpga的上电固化；ddr4存储道路流量模型数据。3.根据权利要求1或2所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，所述输入输出接口包括千兆网口、pcie接口、jtag接口，千兆网口负责接收交通监控系统实时监测信息，pcie接口负责fpga与pc的高速通信，jtag接口负责fpga逻辑程序的烧录与调试。4.根据权利要求3所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，所述外围电子器件包括电源芯片、时钟芯片以及必要的电阻电容。5.根据权利要求1所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，板卡上电后，通过fpga开发平台将bit流文件烧录至fpga或通过外挂flash自动配置fpga程序；待监控系统实时监测信息转码后经千兆网口输入至fpga。6.根据权利要求1或5所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，fpga模块实现交通道路流量均衡方法的过程如下：数据接收子模块接收并判断是否输入了正确格式的信息，若格式正确，则将数据送入数据转换子模块，若错误，则重复判断，若多次判断均错误，返回错误信息；数据转换子模块将实时监测信息转化为64位并行数据流，并送入模型分析子模块；模型分析子模块将输入的64位并行数据流进行数据分析，提取道路车流量的特征信息，并与设定的拥塞等级相结合建立道路流量模型，将模型存入存储设备；数据处理子模块从存储设备中读取各个道路流量模型，综合分析所有道路流量模型，计算各个道路交通信号灯的调控模式，将调控模式发送到pcie子模块；行为判断子模块根据道路流量模型的拥塞等级判断是否需要人工辅助调控，若需要，联络当前道路附近的交警进行人工调控；行为判定完成后将判定结果与行为信息发送到pcie子模块；pcie子模块将判断结果和交通信号灯调控模式进行格式转换，并传输至pc端。7.根据权利要求6所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，所述pc端通过软件将结果进行显示，并通过软件或硬件实现交通信号灯的调控以及与交警的联
络。8.根据权利要求6所述的一种基于fpga的交通道路流量均衡方法，其特征在于，多个模型分析子模块并行工作，同时完成多个道路流量模型的分析与建立。9.一种基于fpga的交通道路流量均衡系统，其特征在于，包括车流量均衡板卡、fpga模块pc端，车流量均衡板卡包括fpga、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及pcb板，fpga模块包括数据接收子模块、数据转换子模块、模型分析子模块、数据处理子模块、行为判断子模块及pcie子模块；该系统实现权利要求1-8任一项所述的基于fpga的交通道路流量均衡方法。10.一种基于fpga的交通道路流量均衡装置，其特征在于，该装置安装有车流量均衡板卡及fpga模块，通过所述车流量均衡板卡及fpga模块实现权利要求1-8任一项所述的基于fpga的交通道路流量均衡方法。

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA的交通道路流量均衡方法、系统及装置，属于FPGA应用技术领域，包括车流量均衡板卡设计和FPGA模块设计，所述车流量均衡板卡用于完成城市道路车流量的分析，交通信号灯与交警的实时调控、与外设的信息交互，并完成FPGA的供电、时钟输入及多种形式的IO通信；包括FPGA、存储设备、输入输出接口、外围电子设备以及PCB板；所述FPGA模块用于提供必须的FPGA工程模块结构以及具体数据处理方式，包括数据接收子模块，数据转换子模块，模型分析子模块，数据处理子模块，行为判断子模块及PCIE子模块。本发明能够均衡各个道路的车流量，解决高峰时期交通拥堵问题，方便人们的日常出行。们的日常出行。们的日常出行。


技术研发人员：于帆 赵鑫鑫 姜凯 魏子重
受保护的技术使用者：山东浪潮科学研究院有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/5/26