具体实施方式

实施例：

如图1至图2所示，本发明特种车辆优先通过的红绿灯控制系统，包括特种车辆识别模块、道路口模块、计算模块和红绿灯模块。

其中，红绿灯模块设置在十字路口，该红绿灯模块包括红绿灯和控制模块，控制模块用于控制红绿灯的亮灯时长。

特种车辆识别模块包括图像获取单元、图像识别单元、声音获取单元和声音识别单元。

图像获取单元包括摄像机，该摄像机用于获取所在道路车道上对应的识别区域的图像。

图像识别单元用于识别所在道路车道对应的识别区域内待通行的特种车辆，以及正在通行的特种车辆。

图像识别单元包括灰度化处理子单元、降噪子单元、特征提取子单元和特征识别子单元。其中，灰度化处理子单元对识别区域的图像进行灰度化处理，得到第一图像，具体过程如下：

采用加权平均法对识别区域的图像进行灰度化处理，得到第一图像。

加权平均法为：按照人眼对原色的敏感度，分别给R、G、B权值，然后采用公式计算：Gray＝0.299R+0.587G+0.114B。

降噪子单元对第一图像进行降噪处理，得到第二图像。特征提取子单元采用HOG特征提取算法提取第二图像的特征信息。

HOG特征提取算法通过计算和统计图像局部区域的梯度方向直方图来构成特征，具体步骤为：计算图像中每个像素的梯度，将图像划分为cells，统计每个cells的梯度直方图，将每几个cell组成一个block并且得到该block的HOG特征，将所有block的HOG特征串联起来得到HOG特征。

特征识别子单元采用SVM分类器识别特种车辆。采用HOG算法提取了特种车辆图片的特征信息后，将特征信息输入SVM分类器，利用SVM进行分类检测，特征识别子单元根据特征信息识别出第二图像中包含的特种车辆。

声音获取单元获取所在道路车道上对应识别区域的汽车声音。

声音识别单元识别所在道路车道对应的识别区域内，待通行特种车辆的声音，以及正在通行的特种车辆的声音。

声音获取单元和声音识别单元用于在车辆中辅助识别出特种车辆，因为工作中的特种车辆会发出声音，以此来识别出行驶的特种车辆。

声音识别单元包括声音预处理子单元和声音识别子单元。该声音预处理子单元对收集的声音信号进行降噪、预加重、分帧加窗处理和端点检测；其中，降噪是用来降低噪声对信号的干扰；分帧是将声音信号分成短段，加窗处理是将信号乘以一个窗函数。端点检测时，找出采集声音信号中的起始点和终止点，将不包含鸣笛信息的段落去掉。

声音识别子单元，包括重要行车环境声音数据库和模块匹配子单元，声音数据库中存储有特种车辆特有的环境声音，模块匹配子单元对声音进行特征参数提取，并与声音数据库中的数据进行模式匹配，得到识别结果。

模块匹配子单元所提取的声音特征参数是梅尔频率倒谱系数，将梅尔频率倒谱系数作为特征参数，作为识别特种车辆鸣笛声信号的特征参数。

模块匹配子单元采用基于支持向量机SVM的算法实现，具体为，利用SVM构建分类器，将提取出来的鸣笛信号特征参数与分类器中的数据进行匹配，从而识别出特种车辆。

道路口模块包括速度识别单元和特种车辆位置识别单元；速度识别单元采用雷达测量特种车辆的实时速度。

特种车辆位置识别单元包括摄像头，拍摄特种车辆所在位置到红绿灯的图像，用于实时确定特种车辆所在的位置。

本发明中，特种车辆优先通过的红绿灯控制方法包括以下步骤：

(1)特种车辆识别模块识别到特种车辆时，特种车辆识别模块对控制模块发送信号，控制模块将特种车辆所在方向以外的红绿灯调成红灯，将特种车辆所在方向的红绿灯调成绿灯；

(2)当特种车辆识别模块识别到特种车辆时，将特种车辆信息发送给道路口模块，道路口模块的速度识别单元获取特种车辆的速度信息并发送给计算模块，特种车辆位置识别单元获取特种车辆的位置信息，并将信息发送给计算模块；

(3)计算模块根据道路口模块发来的特种车辆的速度信息和位置信息，计算出特种车辆的车尾位置距离红绿灯的实际距离和特种车辆通过红绿灯的时长，计算得出的特种车辆通过红绿灯的时长发送给控制模块，控制模块将计算模块计算出的时长调成特种车辆所在方向的红绿灯的亮灯时长；

(4)待特种车辆通过后，控制模块停止工作，红绿灯恢复成原工作状态。

道路口模块用于获取道路口的特种车辆的位置信息和速度信息。计算模块用于计算特种车辆的车尾到红绿灯的距离，以及特种车辆通过红绿灯的时间。特种车辆识别模块用于在红绿灯处识别特种车辆。

如图4所示，步骤4中，在识别区域Q距离红绿灯数米处，当特种车辆识别模块识别出特种车辆时，此时，如果特种车辆所在路段显示绿灯时，控制模块则延长绿灯时长，直至特种车辆通过红绿灯。当特种车辆所在路段显示红灯时，缩短其他路段的绿灯时长，临时将该路段的红灯状态调整为绿灯状态，以便特种车辆通过，待特种车辆通过后，将绿灯调整为红灯。

计算模块用于计算特种车辆的车尾到红绿灯位置的距离，以及特种车辆通过红绿灯的时间。计算模块包括距离计算单元和时长计算单元。距离计算单元根据特种车辆位置识别单元识别到特种车辆所在的位置和最外围车道线来计算出特种车辆的车尾所在位置到红绿灯的距离。

时长计算单元用于计算通过红绿灯的时长，时长计算单元根据计算特种车辆的车尾从所在位置到通过红绿灯的距离和车速确定通过红绿灯所需要的时长。

距离计算单元根据特种车辆位置识别单元得出特种车辆所在位置到红绿灯的图像后，如图3至图5所示，使用下述公式计算出特种车辆的车尾与红绿灯的实际距离S：

其中，S表示特种车辆的车尾与红绿灯的实际道路上的距离；S2表示在道路检测图像中目标车所在车尾位置在水平方向上的延长线与最外围左右车道的交点间的距离(像素)；S3表示在道路检测图像中目标车的车尾到红绿灯的水平距离(像素)；a表示S3与最右侧车道线之间的夹角；S1表示最外围的车道线的实际距离，是固定的距离。

像素与厘米之间的转化：尺寸(厘米)＝像素/分辨率*2.54

式(1)中，由于S1是道路最外围的车道线，是固定的距离，所以提前设定好车道线的实际距离，再从道路检测的图像中得出S2和S3的像素，将S2和S3转化为长度，S2和S3两者相比，得出比例值，比例值乘以实际中道路最外围的车道线。

时长计算单元根据距离计算单元得出的结果，使用下述公式计算出特种车辆通过红绿灯所需的时长：

式(2)中，S表示特种车辆的车尾与红绿灯之间的实际距离，v表示特种车辆速度的稳定值，t表示特种车辆通过红绿灯所需的时长。

其中，式(1)是用来计算特种车辆的车尾与红绿灯的距离，由于特种车辆的速度不是固定的，所以实时检测特种车辆行车时的速度，当特种车辆的速度趋于稳定时，确定特种车辆车速稳定时的位置，代入式(1)中，求出特种车辆的车尾与红绿灯的实际距离，根据式(2)求出特种车辆最终通过红绿灯的时长。