IAES Inter nat iona l  Journ al  of A r tifici al I nt el li gence  (I J - AI )   Vo l.   8 , No .   2 ,  J un e   201 9 , pp.  107 ~ 119   IS S N: 22 52 - 8938 ,   DOI: 10 .11 591/ijai. v 8 .i 2 .pp 107 - 119          107       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/o nline/i nd ex .ph p/I J AI   Adapti ve re al tim e traffi c predict ion  usin g deep n eural  network s       Parinith   R  I ye r 1 ,  Shru th ee sh   R aman I yer 2 ,  Ragha vendra n Rames h 3 , A na la  MR 4 ,  K.N. Subr am anya 5   1,2,3,4 Depa rtment   of  Com pute r  Sci enc e   and   Engi n e eri ng,   R. V.   Col l ege   of   Eng ine e ri ng,   Indi a   5 Princi pal,  R . V.   Coll ege of   Enginee ring ,   Ind ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   5 , 201 9   Re vised  Ma r   6 ,  201 9   Accepte d  Ma y  9 , 2 01 9       The   eve r - inc r eas ing  sale   of  vehi cles  and  the   stea d y   inc r ea se  in   popula ti o n   density   in  m et r opoli ta n  ci t ie s  have   ra ised  m an y   growing  con ce rns,  m ost   important l y   com m ute   ti m e,   a ir  a nd  noise  poll ut i on  le vel s .   Tra ff i c  conge st ion  ca n  be  al l eviated  b y   opt ing  adapt ive   tr aff i c  li gh t  s y stems ,   instea d  of  fixe d - ti m e  tra ffi c  signal s.  In  thi s  paper,  a  s y stem  is  proposed  which  ca n  detec t ,   cl assif y   and  cou nt  vehi cles pa ss ing  through  an y   t raf fic   jun ct ion  u sing a   single   ca m era   ( as  opposed  to  m ult i - sensor  appr oa che s).  The   de t e ction  and   cl assifi ca t ion  a re   done  using  SSD  Neura l  Network  obje ct   det e ction  al gorit hm .   The   count   of  e ac h  c l ass  (2 - whee le rs,   ca rs,  tru cks,   bu ses  et c. )  is  used  to  pre dic t  the   signal   gre en - ti m e  for  the   ne xt  c y cle.   Th e  m odel   self - adj usts  eve r y   c y c le   b y   ut il i zi n g  weight ed  m oving  ave r age s.  Thi s  s y stem   works   well   bec ause   the   cha nge  i n  the   density   of  tra ffi c  on  an y   gi ven  roa d  is  gra dual,   spann in g  m ult iple  tr aff i c   stops throu ghou t  th e  d a y .   Ke yw or d s :   In te ll igent t ransportat ion  syst e m s   Neural  netw ork   Object  detect io n/cla ssific at ion  and co unt   Traffic  sig nal t i m e   Weig hted  m oving  a ve rag e     Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Sh r ut heesh Ra m an  Iyer,   Dep a rtm ent o f C om pu te r  Scie nce a nd  E ng i ne erin g,   R.V.  C ollege  of E ng i neer i ng ,   Be ng al uru,   Ka rn at a ka 560 059,   I nd ia .   Em a il :  sh ru the esh. ir @ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   The  tra ff ic   c on gestio n  pr ob le m ,  especial ly   i n  urban  areas ,  has  been  w orse ning  ov e r  the   la st  20  ye ars.  Ba sed  on  the  s urvey  by  Eco nom ic  Ti m es  [1 ] ,   it   has  been   obser ve d  that  as  of   20 16,  the  num ber   of   veh ic le s  in  Be ng al uru,  In di a (6 6.6 5  la khs )  has  rise n  to 6.7  tim es o f  what  it  was  in 1 99 6  (9.93 lak hs),  and   2.4 ti m es t hat o f  2006  (28.0 2  la kh s ).  Sim i la r  s ta ti sti cs  are  found  i n  m ulti pl e  othe r  surveys   on  India  as   w el l  [2 - 3].  The   r esult  of   this  ra pid   gro w th  has   m any  adv erse   ef fects,  i nclu ding  deteri or at in g  healt h  conditi ons,  a ve rag e  c omm ute  tim e   of   ov e r  th ree  hours  a  day  a nd  poor   ai r  qual it y.  This  sh a rp   gro wth  a nd   i nadequ at e  m eans  to  ha nd le   it   have  le ft  m any  ro a ds  in   a  sta te   of   dis rep ai r .  T hese   issues   ide ntify  the  s hortcom ing s  of  tra ff ic   si gn al s   us e d  on  m os t   ro a ds   t od ay ,   in  handlin g  tra ff ic .  M os t  ci ti es  ha ve  fixe d  traff ic   li ght  c ontr ol  syst em s  in  place  w hich  don’ t   accom m od at e the  dynam ic  n at ur e  of tra ff ic   fl ow.   The  fi xed - ti m e   traff ic   sig nals   are  inef fici en t,  as  the  durat ion   of   ti m e   for  w hich  sig nal   is  op en  is   us ua ll y  insu f fi ci ent  f or   busy  ro a ds,  an d  e xcessive   f or  le ss  busy  on es   (w it h  fe wer  veh ic le s) .  T he   curre nt   syst e m   has  le ft   m uch   to  be  d esi red .   A   va ria nt  of  t he  fixe d  syst e m   is  us e d  s om et i m es.  It  involves   assi gn i ng   diff e re nt  green - tim es  through ou t  the  day  to   accom m od at e  ru s h  hours,  but  they   we re  s ti ll   “fixed ”.  A  viable   so luti on wo uld be to  check  th e change in  tra ff ic  d e ns it y fr e qu e ntly  ( sa y, ever y fe w  m inu te s),  d et e rm ine  wh ic h  ro a d  is  cl ogge d  a nd  deci de,   i n  re al - tim e,  the   tim e  req uire d  to  cl ear  t he  tra f fic  on  e ver y  r oa d.   The   pro ble m   this   pap e r  ai m s  to  so lve  is  the  e xten ded   wait in g  tim e  at   traffi c  intersect ions,  it   do es  s o  by   pr op os in g  a   nov el   al gorithm   to  m ake  t he  al lott e d  gr ee n  tim es  adap ti ve   with  t he  tra ff ic   volu m e  at   that  poin t  in  ti m e.  The  go al   is  to cr eat e a  syst e m  that i m plem ents the idea s put fo rth  a bo ve.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI  V ol.  8 ,  No.  2, June   201 9 :   107   –   119   108   The  ai m   of   t his  pa per  is  to   present  a   no vel  appr oach  to  t he   dynam ic   traf fic  sig n al   syst em   based   on   intuit ive  ob j ec t  detect ion   te chn i qu e s  usi ng  Co nvol utional   Neural  Net works  co uple d  wit h  Sin gle   Shot  Detect or s  a nd  pr ovide  a  pr edict ive  m od e l  to  decide  up on  the  green - tim e  of   the  t raffic   si gn al ,  for  the   resp ect ive  la ne s.   It  can  al so   r ect if y  it sel f  qu ic kly  with  the  ongoin g  tre nd   of  traff ic ,  as  fas t  as  on e  cy cl e  of   the   sign al   ( one  cy cl e  inv ol ves  al l  fo ur  r oa ds   ge tt ing   green  ti m e  on ce ).   T he  de ns it y  of   tra ff i c  in  each  la ne  is  us ed   to  con t ro l  traf f ic   sign al s  by  predict in g  the  am ou nt  of   tim e   the  sign al   nee ds   to  ope n.   T hus,  the  durati on  of   "gr ee n  si gn al "   (signal   is  op e n)   is  dicta te d  by  the  c ontrib ution  of  the   sa id   la ne  t o  the  traff ic   bu il d  up.  T he   m od el  p r opos e d here  can  pote ntial ly  b e d e pl oyed o n  a  sm all, por ta ble sys tem  li ke  the  Nvidia  Jetso n Kit .     2.   RELATE D   W ORK   Pr e vious  w ork   in  In te ll igent  Transp or ta ti on   Syst e m s  (I TS)  hav e  been   ve ry  prom isi ng   with  a  few  caveat s  w hich  can  pote ntial ly   cause  pr ob le m s  in  the  im ple m entat ion   phas e  in  certai n  loc at ion s.  Our  pr e viou s   work  [ 4]  pr e se nts  ve hicle   det ect ion   a n d  c ou nting   us i ng   im age  pr ocessin g  te chn iq ues .  T his  pa per   e xpl or es   the  dee p  le a rn i ng  te ch niques  to  achie ve  the   sam e  ta sk .  Ma j ori ty   of  the  w ork  ta c kling  th is  pro blem   has  bee n  sens or   ori ente d  [5 ] .  T her e  ha ve  bee n  pro po sit ion s  involvi ng   placi ng   se nsors  on   ei th e r  side   of   the  ro a d,   or  in   oth e r  places  al m os t  a t  the  gr ound  le vel  to  de te rm ine  the  num ber   of   ve hicle s  m ov in g  or  to  ge ner al ly   est i m at e  the  de ns it y   of   veh ic le s  a nd   he nce  deci de  ho w  m uch   green - tim e  to  al locat e.  The  m os t  prom inent  of   the se  are   the  loop  detect or s  wh ic h  are   excell ent  in  cal culat ing   tra ff ic   volum e.  Yet,  they   do  no t  perform   well   in  est i m ating   the  traff ic   de ns it y.   In   [ 6],  the  use   of   RF ID   se nsors  has  been   pro po se d  to  de te ct   veh ic le s  m ov ing   thr ough  so m e  portio n  of  the  ro a d.   A ny  ap proac h  in volvin g  de p l oying   se ns ors  a ppr ox i m at ely  at   the  gro un d  le vel  will   be  i nf easi ble  as  not  al l  places  en able  su c h  de plo ym ent  of   se nsors .  T he  de ve lop in g  c ount ries  ha ve   ro a ds   w hich so m et i m es are indist inguisha ble  f r om  the foo t pa th as sh own  i n  Fi gure  1.           Figure  1 .  A Fr equ e ntly  co m m uted  ro a d  in   Be ng al uru       In   [ 7],  the  pro po s ed  syst em   m akes  us e  of   Ultraso nic  sen so r  a nd   cl ai m s   to  place  it  "on   top   of  the   ro a d"  but  the  m axi m u m   ran ge   of  the   se ns or   is  just  4  m et ers,   wh ic h  is  not  feasible .  I n  [ 8] ,  the  syst em   us es  I R   sens or s   an d  A rduin o  a nd  pla ns   to   m ou nt  t he  se nsors  on   ei ther  si de  of  the  r oa d  on  the  po le s.   De pl oying  sens or s  in  s uc h  an  en vir on m ent  is  no t  po ss ible  and   su c h  appr oach es  ar e   no t  best  su it ed  to  so lve  the  issue.  Re centl y,  appr oach e s  ha ve  s hifted  t o  cam e ra - base d  so l ution s .  T hese  m e thods  at te m pt  to  fin d  the  ve hicle   densi ty   on   eac h  la ne  a nd  c onseq uen tl y  deter m ine  the  traf fic  sign al   ti m e.  The  ea rly   ap proach e s  dealt   w it h  bl ob   extracti on  m eth ods  su c h  a s  in   [ 9].  Alth ough  they   we re  m or e  ve rsati le   than   the  se nsor   m eth ods,   their   acc ur ac y   le ft  a  lot  to  be   desire d.   I n  re cent  tim es,  research   base d  on   detect ion ,  tra c king  an d  cl assi ficat ion   of   vehi cl es   from   vid eo  im ages  has  be com e  feasible.  Thanks  to  br eakth rou gh s  i n   com pu te r  vi sion   te ch nolo gy   and   incr em ental   a dv a ncem ents  i n  com pu te   powe r.   T he  re su lt s  are  f oun d  to  be  ver y   prom is ing   as   well .  Conv olu ti onal   Neural  Netw orks  (CN N )  pro vid e  nea r  hum an  le vel  accur acy   in   the  field   of  obj ect   det ect io n.   In   [ 10] ,  a  su cc essfu l  cam era  base d  co un ti ng   m et ho d  was  im ple m ented  by  the  m eans  of   m ulti - ob j ect   tr ackin g.   Each  ve hicle   on  the   r oa d  is  t r acked  un ti l  it   goes  out  of  fr a m e.  This  he nc e  give s  a n  acc ur at e  c ount.   H ow e ve r,  this  process  i s  extrem el y  c om pu ta ti on al ly   exp e ns ive  si nce  ob j ect   trackin g  in vo l ve s  redu nd a ncy.   This  be com es a problem  in  syst e m s that  hav e  con strai ned h a r dware r e source s.   In   [ 11] ,  a  deep  neural  netw ork  was  us ed  on  vid e os   with  a  r egr es sio n   ap proach   t o  colle ct ively   coun t   the  num ber   of  veh ic le s  t o  be  counted ,  t hu s   no t  al lo wi ng  r oo m   for  cl assi ficat ion .   I n  m ajo rity   of  the   ca m era - base d  ap proac hes  s uch   a s  th e  on e s  disc us s ed  ab ove,  at te m pts  are  m ade  to  cal culat e  th e  red   ti m e  in  a  giv e n  traff ic   ju nctio n  fo r  a  la ne .  T his  syst e m   is  no t  feasible  f or   a  f ew  reas ons.  F r om   the  view  of  the  sign al ,  vehi cl es  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N:  22 52 - 8938       Ad ap ti ve re al t ime  traff ic  p r e dicti on   us i ng dee p neural  net works   ( P ar init h  R  I yer )   109   far   off  i n  the  r o ad ,  wait in g  in   the  sign al ,  wil l  no t  be  ide ntif ie d  accuratel y.   As  the  distanc e  increases,  th e  siz e   of   th e  ob j ect s  captu red   by  th e  ca m era  is  bo th  sm al l  and   no t  e ntirel y  visi ble  (as  pa rts   m ay   be  cut  off  by   cars  in  fro nt),  this,  the refo re,  exposes   the  c onstrai nts  of  s uc h  m od el s.  T hus,  this  pap e r  presents  a n  in novativ e   appr oach   t hat  has  borro wed   so m e  el e m ents  from   the  afo r e m entione d  re search  t o  cre a te   a  pr e dicti ve   and  adap ti ve  tra ff i c  con tr ol  sig nal.  I n  this  appr oach,  base d  on  the  nu m ber   of   ve hicle s  passing  thr o ugh    the  jun ct io n,   t he  gree n  tim e  for  the  par ti cu la r  la ne  is  est im at ed  fo r  t he  nex t  cy cl e.  I n  this  way,  it   is  bo t h    sel f - c orrecti ng  and  a  reali sti c   im ple m entat ion .   The  basic  pri nc iple  in  any  so luti on  for  thi s  sp eci fic  pro blem   is  c le ar,  the  nu m ber   of  veh ic l es  is   the  m os t  i m po rtant  pa ram et e r  one  s hould   obta in  to  proce ed  f ur t her   i n  any  way   an d  to   ultim at ely  al l ocate  appr opriat e  gr een - ti m e.  It  is  cl ear  th at   us i ng  se ns ors  is   no t  feasi ble,  s o  m or e  strai ght - for ward,  hu m an - li ke   countin g  a ppr oa ches  cam e  ab ou t.   I n  [1 2],  de te rm ining   t he   de ns it y  of  ob je ct s  in  a  c row ded  sce ne  us in g  the  Hydra - CN N  a nd   t he  Co unti ng - CN N  is  pr opos e d  w hic h  is  revoluti on ary  in  te rm s  of   m ass  public  place  su r veill ance  sy stem s  and   j am - pac ke d  r oa ds .   This  sti ll   fall s  short  of  gro und  trut h  nu m ber s  wh e n  t he  s cene  i t   evaluates  is   cr owde d  beyo nd  an  uppe r - t hr e sh ol d  or  w he n  the  sce ne  is   ver y  li ghtl y  pa cked  bel ow  a  lowe r   thres ho l d .  A ddin g  to  this,  the  m od el   do e s  no t  pro vid e  real - ti m e   cl ass ific at ion   an d  countin g  of   diff e ren t   cl asses  of   obj e ct s  in  the  crow ded   sce ne.   T hi s  will   be  i m po rtant  w hen   pro cessi ng   a  li ve  f eed  f ro m   a  m o un te d  ca m era  m eant  for  s urveil la nc e  pur poses  c om es  into  pictu re .   T his  pa per  discusse s  a  fe w  a dd it io nal  f eat ur es   adopted  which   m igh t help  the   ITS  s ect or in  s om e w ay s:   1.   Veh ic le   detect ion an d  cl assi ficat ion   from  a ca m era' s v ideo f eed.   2.   A  pro bab il ist ic   syst e m   of   pre dicti ng  the  gre en - ti m e  based   on  the   obta ine d  c ount  of  different  cl asse s  of  veh ic le s.   3.   Con sta ntly   ada pting  the g ree n - li gh t  ti m e  based  o n  t he  c hangin g  nu m ber s o f  ve hicle s  res ulti ng   i n  opt im al   tim e eff ic ie ncy f or  a  cyc le .       3.   RESEA R CH MET HO D    The  entire  pro cedure  is  div i ded   i nto   3  ste ps .  T he  pri m a ry  ste p  is  the  veh ic le   detect i on,  in  w hic h  cl asses  of   ve hicle s  are  detect ed  in  a  vid e o  f eed.  T his  is  th en  fe d  to  t he  s econd  ste p  w hi ch  in vo l ves  c ountin g  the  veh ic le s  in   a  fr am e   and   su bse que ntly   cou ntin g  the  tota l  nu m ber   of   ve hicle s  in  the  vid eo  f eed .  The  final   ste p  c om pr ise s  of   pr e dicti ng the  ‘green  ti m e’  of the  n e xt cy cl e. In short , t he  steps a re list e d  as:   a.   Veh ic le   detect ion   b.   Counti ng  of   ve hicle s in  a  fra m e and   he nce  f ro m  the v i deo f eed.   c.   Pr e dicti ng  t he “ gr ee n - ti m e” of  the  n e xt cycl e.     3 . 1.    V e hicl e d etectio n   Veh ic le   de te ct ion   is  a n  insta nc e  of   obj ect   de te ct ion   in  im ages  an d  vi deo s .  Object  detect io n  ha s  m ade   gr eat   stri des  in   the  la st  5  ye ar s  since  the  a dvent  of  Ale xN et   [13]  for  im age  cl assifi cat ion .  Im age  cl assifi cat ion   is  the  ta sk   of   assigni ng   or  identify in g  t he  cl ass  of  a n  ob j ect   in  a n  im age.  Deep   le ar ning  ap proac hes ,   par ti cula rly   C onvoluti onal   Neural  Netw orks  ha ve  pro duced  near   hu m an - le vel  accura cy   in  this  fiel d .  Every   CNN  arc hitec ture  has  f our  par ts  –   c onvo luti on ,  non - li ne arit y,  su bs am pling   fo ll owe d  by  cl ass ific at ion .   Object  detect io n  is  the  pr oce dure  of  cl assify ing   obj ect s  in  an  i m age  and   lo cal iz ing   the  ex te nt  of   the  obje ct   in  the  im age  by  dr a wing  boun ding  boxes  a r ound  it .  T he  f irst  m od el ,  Re gion  Ba se d   C onvoluti onal   Neural  Netw orks  (R - CNNs )  [14]  in tuit ively   beg i n  with  t he  reg i on  sea rch  an d  t hen  pe rfo rm   the  cl assifi cat ion.  Since   then  s eve ral  m od el s  ha ve  bee n  dev el op e d  t ha t  hav e   great ly   i m pr ove d  perf or m ance  su c h  as  Fast  R - C N N  [ 15] ,  Faste r  R - C NN  [16],  Re gion   Ba sed   F ully   Conv olu ti onal   Neural  Netw orks  (R - FC N)  [17] .  T hese  m et ho ds   m od el   ob j ect   detect ion   as  a   cl assifi cat ion   prob le m .  The se  m et ho ds   a r e  ver y  acc ur at e  bu t  c om e  at  a  big   com pu ta ti on al   cost ( l ow fram e - rate) , in ot he r  w ords ,   th ey  a re  no t  fit t o be  us e d on em bed ded d e vices.   Re cent  ap proa ches  com bin e  these  tw o  ta sk s   into  one  net w ork.   In ste a d  of   hav i ng   a  netw ork  pr oduce   reg i on   proposa l,  a  set   of   pr e - de fine d  boxes  a r e  init ia li zed  to  look  f or   ob j ect s.  This  cl ass  of  detect or s  is   kn own   as  Sin gle  S hot  Detect or s .  T he  al go rithm   t his  pa pe r  us es   is  the  Si ng le   Shot  Mult iB o x  Detect or  ( SSD) ,   by  G oogle  [ 18] .  SSD   perfor m s   con side rabl y  bette r  than  it s  co m petit or s ,  both  in  te rm s  of   s pe e d  as  well   as   accuracy.   The   perf or m ance  in  te rm s  of   s pe ed  is  m easure d  on   t he  F ra m es   Per  Sec ond  (FPS)   it   processes .   Fo r  300  ×  300  inp ut,  SS D  ac hieve s  74. 3%  m AP   on   the  VO C2 007  datas et   at   59   FPS  on  an  N Vidia   T it an  X.   This  is  in  co m par ison   to  Faste r  R - CN N  at   7  FP S  with  m A P  73.2 %  a nd   Y O LO  at   45  FP S  wit h   m AP  6 3.4%  [1 6].   The SSD  Mult iB ox m et ho d ha s 3   aspects:     Sing le   S hot:   The  ta sk s  of   obje ct   local iz at ion   and   cl assifi cat ion   ar e  done  i n  a  sing le   f orwa rd   pass  of   th e   netw ork     Mult iB ox : T he  techn i qu e  for  boundi ng bo x r egr es sio n    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI  V ol.  8 ,  No.  2, June   201 9 :   107   –   119   110     Detect or :  The   netw ork  is a n o bj ect   detect or t hat cla ssifie s t ho s e  detect ed object s   The  SS D  arc hi te ct ur e  this  pa per   em plo ys,  as  sh ow n  in   Fi gure  2,  is  the  sam e   as  the  on e  presente d  by   [1 8],   wh ic h  ba ses  it sel f  on  VGG  a rch it ect ure.  T hi s  pap e r  us es  a n  al rea dy  exist ing   m od el   that   su it ed  the   nee ds   a nd  hav e  util iz ed  the  Ke ras  port  of   Sin gle  Shot   Mult iB ox   Detect or ,  by  Pierl uig i  Fe rr a ri  [ 19] .  This  is  buil t  on    the K e ras fram ewor k  that  run s Tenso rf l ow in th e  b ac k - en d.           Figure  2 .  Th e   SSD  net work a rch it ect ure  [18]       The  SS D  ap proach   is  base d  on   a  fee d - f orward  co nvol ution al   netw ork  that  produces  a  fixed - siz e   colle ct ion  of boun ding box e s an d  sc or e s f or  the p rese nce  of o bject  class i ns ta nces in  th ose  b oxes, foll owed by   a  non - m axim u m   su ppressi on  ste p  to  pro du ce  the  final  de te ct ion s.  Eac h  add e d  la ye r  c an  pro duce  a  set   of  pr e dicti on s .  Mult iB ox   is  a  reg res sio n  te ch nique  that  sta r ts  with  the  pr i or s  as  pre dicti on s  a nd  at tempts   to  regress  cl os e r  to  the  groun d  truth   bo unding   boxes,   base d  on   tw o  loss  f unct ions,  the  co nf i den ce  loss ,  an d   locat ion   lo ss.  Confide nce  lo ss  m easur es  how  c onfide nt  it   is  of   fin ding  an  obj ect   wh il e  locat io n   loss  determ ines  how  fa r  a way  it   is  from   the  act ual  box.  Ba se d  on  this,  non - m axi m u m   su ppressi on   is   use d,   i n  wh ic h  th res ho l ding  of co nf i de nce loss i s  done  a nd  boxes  ar e d isc ar de d.   Fo r   cl assifi cat ion   of  ve hicle s  on   t he  r oa d,   th e  arch it ect ure  is  al te red   by  subsam pling   the  neur on s  i n  the  netw ork  s uch   that  the  num ber   of   cl as ses  include d  a nd   trai ned   is   f or   car s,  m oto rcycl es,  truck s ,   bu ses ,  per s on  a nd   bac kgr ound.  E ve r y  obj ect   detect ed  in   the  fr am e  belo ngs  to   one  of   t he  6  cl a sses.  B oundin g  boxes   are  dr a wn  ar ound  t hem   to  ind ic at e  t heir  posit ion  as  well .  T his  ob j ect   detect ion  is  ap plied  to   the   vi deo  of   veh ic le s  passi ng  thr ough  t he   jun ct io n  durin g  the  green - ti m e.  As  lo n g  a s  the  sig nal  is   gr ee n  f or   a  la ne,   t he   m ov ing   ve hicle s  are  detect ed   by  the  m od el .  This  pro vid es  var i ou s  a dv a nt ages  com par ed   to  detect ing   ve hicle s  durin g  red   li gh t,  as  it   no t  only   i m pr ov e s  the   accuracy  of  de te ct ion   due  t o  cl ear  visibil it y  of   eac h  veh i cl e  in    the  fr am e,   bu t  al so   re du ce s  c om pu ta ti on   ne eded   since  on l y  on e  la ne  nee ds   to  be  obse rved  du rin g  sin gle  gr ee n  tim e  instea d  of  obser ving  the  3  la nes  wait in g  in  t he  re d - sign al .   Sho w  in  Figure  3  O utput  of  the  SS D  Objec t   Detect ion   Al gorithm .           Figure  3 .  O utput   of t he  S SD  obj ect   detect io n  al go rithm   [20]       3 . 2.    Cou nt in g v ehic le s    I t  w ou l d  be  ve ry  be nef ic ia l  to  co unt  the   nu m ber   of  ve hicle s  w hile  they   are  passi ng   t hro ug h    the  jun ct i on   duri ng   gr ee n - li ght  instea d  of   c on si der i ng   a  sing le   im age  durin g  re d - li ght,  therefo re ,  it   be com es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N:  22 52 - 8938       Ad ap ti ve re al t ime  traff ic  p r e dicti on   us i ng dee p neural  net works   ( P ar init h  R  I yer )   111   pivotal   to  c ome   up  with  a   w ay   to  co unt  th e  num ber   of  ve hicle s  of  eac h  cl ass  t hat  pa ssed  t hro ugh  a   scen e   wh il e  m ai ntain ing   real - tim e  s peeds  of   obj ec t  detect ion .  Co un ti ng  the  num ber   of   obj ect s  in  a  sti ll  i m a ge  i s   si m ple.  It  is  com m on place  no w  in  e ver y  ob je ct   detect ion   a lgorit hm   bu t  countin g  f ro m   a  vid e o  fee d  is  tric ky  because   eve ry  fr am e  is  treat e d  in dep e ndentl y  and   m igh t  cou nt  duplica te s.  In   the  w or st - ca se  scenari o,   it   m igh t   keep  co unti ng  duplica te s  un ti l  the  obj ect   is  ou t  of  the  fr am e.  The  fol lowing  m et ho d  is  a n  at te m pt  a t   al le viati ng  this  problem  an d o btainin g  a n  a ppr oxim a te  g r ound tr uth  c ount.   The fre quently  u se d  te rm s ar e :     OP T -   Op ti m al   Pr oc essin g  Ti m e.     F i   –   The  i th   f ra m e in the vide o feed .     T i   –   Tim e  ta ke n   to  pr ocess  t he  i th  fr am e.     W i   –   T he  c ontr ibu ti on  of the i th   fr am e.      Veh ic le sCo unte d  –   St ru ct ur e  ho l ding the  nu m ber  o f ve hicle s of eac h  cl as s cou nted  i n  th e lat est  cyc le .     SideBy Side  –   Stru ct ur e  desc ribing  t he  num ber   of   ve hic le s  of  eac h  cl ass  capa ble  of   sim ultaneou sl y  cro ssi ng the  int ersecti on side   by side .     Ti m eTaken   –   Stru ct ur e  holdi ng the tim e taken for a  ve hicle  of eac h  cl ass  to cross  the i ntersecti on.     Ti m eGiven   –   S tructu re  ho l ding the  r at io  of  T i m eTaken   to  Si deBy Side.     Pr e vP re dict  –   The   green   ti m e  tha t  was  al locat ed  f or  t he  pr ese nt  gr e en  cy cl e  afte r   fee db ac k  fro m     the pre vious  green cycl e.      Pr ese ntAppr ox  –   The  ap pro xim a te   t i m e   t hat  had   to  be   giv en  to  the   pr ese nt  cy cle,   con si der i ng     the v e hicle s th at  p asse d.     Nex tP re dict  –   The pre dicti on  m ade for  t he n ex t g ree n  cy cl e.     a m in   –   The  m ini m u m  accel erat i on of a  v e hicle  whil e cr os sin g t he  inte rsecti on.     a m ax   –   The  m axi m i m   acce le rati on   of a  ve hicle  whil e cr os sin g  the  interse ct ion.   Con si der i ng  th at   an  obj ect   de te ct ion   al go rithm   isn’t  al wa ys  perfect   a nd   m igh t  detect   non - existe nt   obj ect s  i n  a   sc ene,  an   intuit iv e  ap proac h  is  t o  c onsider   that   an   ob j ect   is  ac tuall y  pr ese nt  i n  the   sce ne  only   if  it   per sist s  thr ough  so m e  nu m b er  of   f ram es.  Al so   ta king  in to  account  the   un sta ble  nat ure  of   ha r dw a r e  that  perform s o bj ec t detec ti on , e ve ry f ram e takes a d iffe re nt am o un t  of  ti m e to  process  depen di ng   on  c onditi ons at   that  instant,  t he   nu m ber   of   obj ect s  i n  the  s cene,  et c.  This   m igh t  le ad  to  cases  w her e  t he   obj ect   is  pr e sent  in     the  sce ne  for  the  require d  am ou nt  of   tim e   bu t  is  pr esent   on ly   in  a  few   fr am es  becau se  on ly   few   ha ve  be e n  captu red  an d  proces sed .  L ocki ng   t he  f ram e  rate  w on’t  help  ei the r  as  pro cessi ng  tim e  m igh t  en d  up  higher   than  th e  de fin ed  ti m e   interv al   betwee n  f r a m e  captur e.   To  s olv e  t his,   there  had   t o  be  s om e  kin d  of  a  “con t rib ution ”   par am et er  or  "weig ht"  to  e ve ry  fr am e  that  was  processe d  base d  on  w hi ch  a  decisi on  can  be   m ade  wh et he r  to  ta ke  the  vehi cl es  in  this  fr am e  seriou sly   or   no t.  Id eal ly ,  a  fr am e  is  capt ur e d  at   interval s  suc h  that  no   veh ic le   is  pr esent  in  t wo   c onsecuti ve   fr am es  and   that  al l  veh ic le s  passing  thr ough  a  scene  e xist  in  exactl y  on e  fra m e.  This  interval  is  cal le d  “Op ti m al   Pr ocessing   Tim e”  (O PT,  t he  tim e  it   ta kes  to  process  a   fr am e and  t he n  fetch   the  ne xt  on e  fro m  the c a m era).   Ob ta ini ng   OPT   is  it sel f  a  matt er  of   co nce r n  as  it   is  no t  stric tl y  def ined  neither  ca n  it   be  m easur ed  accuratel y.  T hi s  has   m uch   to   do  with   la r ge - scal e  data  ac quisi ti on   a nd  da ta   analy sis  pro cedures  t o  fig ure  ou t  how  m uch   ve hi cl es  acce le rate  w hile  cr os si ng  ju nctio ns   a nd  if  it   is  relat ed  to   tra ff ic   de ns it y  it sel f,   how   this   tren d  cha ng es  acro s s  dif fer e nt   den sit ie s  of   traf fic.  The  siz e  of   the  ju nction  al s o  com es   into  play   as  t he  OPT   increases  as  th e  siz e  do es.  T he   siz e  of   the  jun ct io n  can  be   easi ly  cal culated   base d  on  how  m uc h  the  ca m era   can  see   in   t he   scene .  T he  ac cel erati on   of  ve hicle s   is  bo und  to  be  a   dat a - sci ence  pro bl e m   that  need s   huge   a m ou nts  of  obs erv at io ns .  S how  in  Fig ure  4  I ll us trat ing  t he defi niti on   of OP T.           Figure  4 .  I ll us t rati ng the  de fin it ion  of  OP T   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI  V ol.  8 ,  No.  2, June   201 9 :   107   –   119   112   Con si der i ng  duri ng  O PT ,  n   nu m ber   of  fr a m es  wer e   capt ur e d  a nd  eac h  fram e  F i   took   tim e  T i   to  process .   Ther e f or e,      = ∑ = 1   ( 1 )     If   a  fr am e  Fi   ta kes  lo ng e r  t o  pr ocess,   t he   i m m ediat e  ne xt  fr am e  F i+1   mi gh t  be  m iss ing   ou t  on  ca pturin g   the  ve hicle   in  the  scene.  So,  to  com pen sat e  fo r  t his,  F i   shou l d  ha ve  a  hi gh e r   co ntri bu ti on   wh il e  co ns i der i ng   the  ve hicle s  in   it .  Si m il arly ,  i f  F i   is  pr ocesse d  to o  qu i c kly,  there  m igh t  be   m or e  occ urre nc es  of  the  veh i cl e  in  the  scene.  T his   is  co m pen sat e d  by  giv i ng  a  lowe r  co ntribut ion   to  F i .  It  is  ob s er ved   that  t he  “weig ht”  W i   of   a   fr am e  F i   is dire ct ly  p rop or ti on al  to  the ti m e T i   ta ken to  proce ss it .      ∝   (2)     The   i niti al   assum ption   is  t hat  the  ve hicle s  a pp ea r  i n  t he  sc ene  only   once  durin g  OP T ,  t he n   t he  weig ht  W i   of  a   giv e n fr am e  is def i ned b y :     =      (3)     This  de rivati on  sh i fts  the  re qu i rem ent  fr om   “A  veh ic le   sh oul d  be  pr e s ent  in  a  s pecif ie d  num ber   of  f ram es  captu red   by  th e  ca m era”  to  “A  ve hicle   shoul d  be  pr ese nt  in  the  cam era' s  view  f or  a  sp e ci fic  interval  of  tim e”.   This  ti es  the  ca lc ulati on s  t o  a real - w orl d  value  f ree f r om   a m big uity ,  instea d  of   ty in g  it   to  the  al ways - c hangi ng   value o f  f ram e - rate.  The  “ co nt ribu ti on”  of a  fr am e thr ou ghou t  OPT   ca n b e v is ualiz ed  as   sh ow n  in   Fi gur e 5 .           Figure  5 .  I ll us t rati ng the c ontr ibu ti on  of each  f ram e in a  s pa n of OP T       This  m eans,  t hat  if   the  ve hi cl e  did   a ppea r  in   the   cam e ra' s  view   f or  as  lo ng  as  O PT   a nd  wa s  even t ually   captur e d  in  al l  the   fr am es  that  wer e  ta ken   acr oss  the  tim e  sp an  of   OP T ,  it   w il l  ult i m at e ly  e nd   up   bein g  c ounte d  as  one v e hicle ,   w hich   is  the   de sired   outc o m e.  N ow ,   to  deci d e   whet her  a de te ct ed  ve hicle   that  is   a  le gitim at e  on e,  the  veh ic le s   can  be  co unte d   by  c onside ring   t he  total   nu m ber   of   veh ic l es  of   e ach  cl as s  in  a   fr am e  and   m ult iply ing   them   by  W i ,  i .e .  wei ght  of   t he  f ram e .  This  is  essent ia ll y  the  con tri bu t io n  of   al l  ve hicle s  in  a  fr am e  to  be  acce pted  as  a   le gitim a te   vehi cl e  as  tim e  go es  on.  Co ntinui ng   this  unti l  any  desire d  tim e,  it   is   po s sible  to   obt ai n  an   ap pro xi m at e  cou nt  of  t he  veh ic le s.   F or  ex am ple,  if  ‘ Ca rs t ’  is  t he   num ber   of   ca rs  pa ssing   thr ough   the  sce ne  in  ti m e  t , an d ‘ Ca rs i ’  is t he  num ber   of  ca rs  i n  a  fra m e  F i , and  n   f ram es are cap t ur e d  i n  ti m e  t,       =   ∑ (  ∗   ) = 1   ( 2 )     Si m il arly ,  it  is  po s sible t o   get  the app roxim ate  co un ts  of e ve ry v e hicle  clas s in  ti m e  t.   Con si der i ng   t he   act ual  traf fic  jun ct io n,   t his  tim e  t ,   is  the  tim e  giv en  f or   t he  veh ic le s  to   pass  (gree n - tim e).  Applyi ng  the   ab ove  f or m ula  for  th e   tim e  per io d  of   t he  al locat e d  gr ee n - ti m e,  the  tot al   num ber   of  veh ic le s  of  eac h  cl ass   that  pa ss  th rou gh  the  j unct io n  is  obta ined.  A   po i nt  to  kee p  in  m ind   is  t hat  the   ca m era  m us t  hav e  the  j unct io n  a nd   nothin g  el se  in  i ts  view.   If   othe r  r oads,   or   th e  opposit e  la ne s  are  capt ur e d  by  the   ca m era,   this m i gh t l ea d  to   discrep a ncies in  ob ta ining  t he  e xa ct  co unt  of the  veh ic le s.     3 . 3.    Predic tin g  green  time   The dat a  ob ta i ned can  b e  v is ualiz ed  as  foll ows.   Veh ic le sCo unte d  {           Ca rs  =  12.78;           2 - w heeler s  = 19. 54 ;   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N:  22 52 - 8938       Ad ap ti ve re al t ime  traff ic  p r e dicti on   us i ng dee p neural  net works   ( P ar init h  R  I yer )   113           Tr uc ks  =  3. 16 ;           Buses  =  1.6 2;           Bi cy cl e = 5 . 31 ;   }     This  sho ws  the   approxim at e  nu m ber   of   ve hicle s  of   eac h  cl as s  at   an  assum ed  tim e.  An   a rr a y  def ini ng  the am ou nt of ti m e that every v ehicl e cla ss  ne eds  to c ross the ju nctio n  wil l be m a intai ned . T his ag ai n  de pend s   on   t he  siz e  of  the  jun c ti on  unde r  co ns i der a ti on   an d  the  si ze  of   the  r oad   as  m ulti ple  veh ic le s  of   t he  s a m e  or  diff e re nt  cl ass  can  cross  the  jun ct io n  side  by   side  as  sh own  in  Figure   6 ,  and   the  ave ra ge   acce le rati on   with   wh ic h  the  v e hi cl es start cr os si ng the  jun ct i on.           Figure  6 .  Top  View o f vehicl es cr os sin g  a n  i ntersecti on sim ultaneo us ly       Ob ta ini ng   the  aver a ge  acce le rati on   ca n  be  thou gh t  of  as  a  cl assic   data  s ci ence  pro blem   inv olv i ng   la rg e - scal e   dat a - acq uisit ion   a nd   a naly sis,  an d  the  rest  of  th e  par am et ers  will   be  sp eci fi c  to  ever y  ju nc ti on .  It  will   be  a  one - t i m e  entry  of  pa ram et ers  and   good  to   go  un l ess  the  ro a d  w idth  is  c hange d  or   t he  j unct ion  is   com plete ly   rec on st ru ct e d.   As su m ing   the  road  unde r  c on si der at io n  is  wi de  e nough  to  occupy  the   f ol lowi ng   nu m b er  of v e hi cl es o f  the  sam e   cl ass side  b y  side,     SideBy Side {           Ca rs  =  3;           2 - w heeler s  = 6 ;           Tr uc ks  =  2 ;           Buses  =  2;           Bi cy cl e = 7;   }     Ma intai nin g  a no t her   str uctu r e  (arbit rar y  val ues  f or   now )  de fining  ho w  m uch   ti m e  a  s ing le   ve hicle   of   a  cl ass  ta kes  to  cr os s a n  em pty juncti on ( i n  sec onds) ,     Ti m eTaken  {           Ca rs  =  4.67;           2 - w heeler s  = 3 . 5;           Tr uc ks  =  6. 83 ;           Buses  =  6.2 9;           Bi cy cl e = 5 . 16 ;   }     The  struct ur e  Ti m eTaken   is  al so   a  resu lt   of  la rg e - scal e   dat a  gather i ng   an d  data  analy s is  pr oce dures .  O nce  al l  the  above - m entioned   data  is  avail able,  the  tim e   to  be  give n  to  each  ve hicle   to  cl ear  the  j unct io n   c an  be   decide d upo n.   The  Tim eGive n   for  eac h veh i cl e cla ss w il l h ave to be:      [  ] =     [  ]    [  ]   (5)     This  is  to  accou nt  f or   a  reali s ti c  traff ic   flow  scenario.  In   a  ro a d  wide  e nough  to  hold  3  cars,  3  car s   can  cr os s  the  jun ct io n  in  t he  sam e   tim e  as  i t  ta kes  for  a  si ng le   ca r  to  cr oss  a  jun ct io n  if   they   are  al l  side  by  side.   S o,   m aki ng   this  twea k  is  i m po rtant  wh il e  predict ing   the  gr ee n - tim e  fo r  the  ne xt  cy cl e.   Consi der   a     real - li fe  scena r io  wh e re  so m e  value  of   gr ee n - tim e  fo r  the  present  cy cl e  ( Pr ev Pr e dict )  is  pr e viously   pr e dicte d .   Now,   duri ng   a   tim e  interval  of   le ng t h  ‘ Pr e vP r e dict ’,  the  nu m ber   of   ve hi cl es  that  did   c ro ss   the  j unct i on   a re   store d  in   ‘ Ve hi cl esCoun te d ’.   The   pre dicti on   a bout  Pr e vPredict   m igh t  ha ve  bee n  wrong,   or  the   traf fi c  flo w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI  V ol.  8 ,  No.  2, June   201 9 :   107   –   119   114   m igh t  be  changin g,   ei ther  w ay ,  it ’s  i m po rtant  to  know   how  m uch   tim e   sh o uld   act uall y  hav e  bee n  gi ven   to   the  nu m ber   of  veh ic le s  t hat  w ere  j ust   co unte d  in   the   prese nt   cy cl e  and  sto red  in  Ve hicle sCounted .  T his   data   will   serv e  as  the  "gro und - t r uth "  val ue,   li ke   in  al l  oth er  sel f - co rr ect in g   syst e m s.  This  can  end   up  bein g   the f ee dback  th at ’s  nee de d.   T he refor e ,  P rese nt Appro x  is cal c ulate d  as:        = ∑ (    ℎ    [  ℎ   ]   ∗     [  ℎ   ]   )    ℎ   =    (6)     The  val ue  of   P resen t App rox   m igh t  be  gr eat er  or   le sser  tha n  Pr e vPredict ,  nonetheless ,   it   is  us ed  as  a  fee db ac k  m echan ism   to   i m pr ove  our   pr e dicti on ' s  accuracy  f or  the  green - ti m e  to  be  giv e n  in  the  ne xt  cy cl e  ( Ne xtPr e dict ).  In t uiti vely ,  Ne xtPr e dict   will   hav e  to  ta ke  t he  foll ow i ng tw o values  into  c on si der at io n:   1.   The pre dicti on  m ade prev i ou sl y for the  prese nt cycl e ( P revP red ic t )   2.   The  tim e  that  had   t o  be  giv e n  to  the  nu m ber   of   ve hicle s  that  act ually   cro ssed  the  j unct io n  in  the  pr ese nt   cy cl e ( Pr ese nt Appro x )     Using  Weig hte d  Mo vi ng Ave rag e ,  Nex tP redi ct   can be cal c ulate d  as:       =   ( ∗    ) + ( ( 1 − ) ∗   )   (7)     wh e re    is  the   trut h  value   gi ven  to   our   ob s erv at io ns  duri ng  the   prese nt  cy cl e.  T he  hig he r  t he  v al ue   of  ,   the  faste r  the   syst e m   recti fies  it sel f  but  increasin g    al so   dism isses  the  c on t rib ution   of  P revPr edict ,   so   c onve ntio na ll y,  the  val ue  of    is  ta ken  t o  be  0.5.   A fter   the  value   of  Nex tP re dict   is  cal culat ed,   t he   green - tim e   giv en  in  the  nex t  cy cl e  wi ll   be  the  value  of   Ne xtP re dict   and   w he n  the  nex t  cy cl e  sta rts,  the  value  of   Pr e vP re dict   w il l  be  m ade  e qu al   to  Ne xtP red ic t ,  he nce  m ai ntaining   th e  con tri bu ti on   of   our  pr e di ct ion s  thr oughout co nse cutive cy cl es. A s the assu m ption  is that t he  d ensity  o f  th e tra ff ic  ch a nges g ra du al ly  spann i ng  m ul ti ple  cy cl es   throu ghout  th e  day,  it   can  be   visu al iz ed  ho w  this  ap proac h  w ould  al way s  pro vid e  a ppr opriat e  gr ee n - ti m e  pr e dicti on s .  Let ’ s  consi der  a  hypotheti cal   tim e - var yi ng   data  si m ula ti ng   the   ri se  in  t raffic   de ns it y  up un ti l a  r ush   hour a nd the n back  do wn ag a in.           Figure  7 .  V a riat ion   of Pr e vPre dict an d  P rese nt Appro x  il lustr at ing  acc ur acy   and self - co rr ec ti ng   natu re       A  ty pical   rise  and   fall   in  traf fic  den sit y  dur ing   r ush  hour  would  s pan   a r ound  50  cy cl es,  bu t  f or   the   sake  of   te sti ng,   a  hypoth et ic al   le ss  grad ual  c hange  has  bee n  co ns ide red.  T h e   gr a ph   in  Fig ur e  7  s how s   ho w  the   pr e dicti on   c orr ect s  it sel f  ever y  cy cl e  bit  by  bit  and   m an ages  to  kee p  up   with  the  in creasin g  num ber   of  veh ic le s  durin g  r ush  hour.  It  al so   e ven s   out   when  t he  tra ffi c  den sit y  sat urat es  an d  a gai n  re duces  as  t he   rush   hour  com es  to  an  en d.   H ence ,   this  appro ac h  of   lo okin g  at   traf fic  li gh t  aut om ation   w ould   resu lt   in  eff ic i ently   util iz ing   tim e  and   c ut  do wn   a  lot  of   wait in g  tim e  at   sign al s.  This  m od el   can  easi ly   be  scal ed  up  to  a  4 - roa d  intersect io n,   a nd  e ven  th ough  t his  m od el   tr eat s  eve ry  r oa d  at   a n  interse ct ion   i nd e pe ndently ,  due  t o  it s  sel f - correct ing  nat ur e ,  com poun ding  ef fects  of  s uch   syst e m s  us e d  at   c onsecuti ve  tra ff i c  sign al s  will   al so   be   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     IS S N:  22 52 - 8938       Ad ap ti ve re al t ime  traff ic  p r e dicti on   us i ng dee p neural  net works   ( P ar init h  R  I yer )   115   accounte d  f or   wh il e  pr e dicti ng   t he  nex t  cy cl e’s  green - ti m e.  In   t his  wa y,  ch ok i ng   of  traff ic   ac ro s s  m ul ti ple  traff ic  li ghts ca n  al s o be all evi at ed.     3 . 4.     Decidi n g Hyper - P aram eter   Va lues   The  SSD  m od el   has  bee n  tra ined  on  the   M S - COC O  (Com m on   obj ect s   in  co ntext )  dataset   [21],  a nd   then  t he  weig ht s  of  the   ne ur a l  netw ork  ha ve   bee n  s ubsam pled  to   fit  the   6  obj ect   cl asses   (a nd  delet in g  oth e r   cl asses  in  the  l ast   la ye r)   that  we’re  interest e d   in  –   Ca r,   t ruck,  per s on,  bicy cl e,  m oto rcycl e,  bus.  T he  va lue  of   OP T ,   wh ic h  i s  de pe nd e nt  on  t he  veh ic le ’ s  acce le rati on  and  velocit y  pro file s  at   tra ffi c  intersect io ns  wa s   decide d   base d  on  previ ous  re search   in  t his  area  [ 22 - 24] .  I n  [ 22] ,  the  a cc el erati on   of  th e  1 st   li ne  of  ca rs  was  ob s er ved  ove r  the  dista nce  of  a  zeb ra  c rossing,  sta rtin g  fro m   wh en  the   ve hicle s  we re  at   rest.  T he  value s  of   acce le rati on s  r ecorde d  acr os s   diff e re nt  m od el s  of   car s  al th ough  va ried ,  f ollow e d  a  nor m al   distribu ti on  with  a  m ean  of   arou n d  1.8 5  m s - 2 .  B ut  this  stud y  al so   sta te d  that  the  cars  in  the  3 rd   or   4 th   li ne  had   ne gligibl y  low  acce le rati on  v a lues in  the o r de r  of   0.5 m s - 2  wh ic h  m akes s ense if  one i m a gin es  dr ivi ng  a  car  in su ch  a posit i on   at   a  traf fic  sig nal.  T he  veloc it y  of   ve hicle s ,  h oweve r,   is n’t   eve r  inc reas ing   a nd  sat ura te s  an d  s om e wh at   reaches  a  m axim u m   wh il e  cr os sin g  the  i ntersecti on.  I n  [ 19] ,  it   is  fo un d  that  the  ave rage  acce le rati on   of   a ny   veh ic le   ste adily   decr eases  wi th  the  increase  in  the  sp eed  of   the  veh ic le   and   assum ing   the  velocit y  of   ve hicle s   do e sn’t  excee d  30   or  40  kph  wh il e  cr os si ng  an  inter sect io n,   it   can  be  in f err e d  f ro m   the  researc h  in  [ 22 - 23]   that t he  a ver a ge  accel erati on  change  w hile c ro ssi ng of  dif fe ren t cl asses  of  veh ic le s a re as   fo ll ows.     Ca r  =  1.85  –   0. 5  m s - 2     Tru c k, Bus  =  1.0  –   0.2 9m s - 2     Motorcycl e =  0.94  –   0.4 7m s - 2   This  acce le rati on   is  no t  stric t ly   a  fu nctio n  of  tim e  or   dista nce  at   a  traf fic  intersect ion.  I ns te ad ,  it   dep e nd s  on   factors  su c h  a s  oth e r  ve hicle s  on   t he  r oa d,  possible  inte rf e ren ce  from   people  wal king,  bad   dr i vers,   eve n  anim a ls  on   the   ro a ds   at   tim es.  The  cl os est   one  can  get  to  de fine  the  acce l erati on   pro file   is  by  an  ass umpti on   that  it   is  stric tly  a  functi on  of  dista nce  or   ti m e.  Her e ,  the  assum ption   is  that  it   is  a  fun ct ion   of   distan ce  is   const antly   decr easi ng  an d  ev entuall y  sat ur a te s  near   zer o.   This  kind  of  a   functi on   re se m bles  an  exp onentia l  decay f unct ion, so fit ti ng the   acce le rati on   pa ram et ers  that were  just  decid ed upo n,     ( ) =   max  −    (8)     Wh e re  (consi de rin g  X   is t he  leng t h of t he  i ntersecti on un der co ns ide rati on) ,     =  ( m a x m i n )   (9)     This  acce le rat ion   c urve  c orres pondin g  t o  this  e quat ion  an d  a  25 - m et er  intersect ion   f or  a  car  is   sh ow n  in   Fi gur e   8.           Figure  8 .  A cce le rati on   pro file  of a ca r  acc ordin g  to   a( x)       This  m akes  sense  f or  sho rt  distances  s uc h  as  an  inte rse ct ion   w he re  the  vel ocity   functi on   is  a  re su lt   of   integrati ng t he a ccel erati on   f unct ion wit h dis ta nce ‘ x ’     1 2 ( ( ) ) 2 =   ∫ ( ) .      (10)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2252 - 8938   IJ - AI  V ol.  8 ,  No.  2, June   201 9 :   107   –   119   116     The vel ocity   f unct ion o btaine d  is:     ( ) = + √ 2 ma x ( 1 − −  )   (11)     Plott ing   v(x )  a gainst  x,   Th e   gr a ph  s h own  i n  Fi gure  9   w ould  m ake  sense  if   one  relat es  sel f - dr i ving  th rou gh  an  inter sect ion  an d  check i ng   t he  ve locit y  of   the  c ar  as  one  cr os s es  and   at   th e  ve ry  en d  of  it .  A lt ho ug h  this graph  doesn’t  ho ld  tru e   for  lo ng  distan ces,  on ly   s hort   distance s  a re  r el evan t  to   this   pro blem .  Ti m e   t,   ca n  be  obta ined   as  a   f unct ion  of   distance  x   by i nteg rati ng as,     ( ) =   ∫ 1 ( ) .      (12)     ( ) =    ( √ 1 −  + 1 ) −  ( | √ 1 −  − 1 | ) √ 2 ma x   +   (13)     as  t(x )   is  zer o  w he n  x   is  zero,  a  de finit e  equ at i on   for   t(x)   is  obta ined  a nd  by  pa ssing   t he  le ngth  of     the  intersect io n  ‘ X ’  i nto   t( x) ,  the  ti m e  that  a  certai n  ve hic le   ty pe  ta kes  to  cr os s  t he  int ersecti on  is  ob ta ined  wh ic h  is  nothi ng   but  the  O P T   that  is  nee de d.   T his  val ue  c an  al so   be  inte rpreted  as  t he  ‘ Tim eTaken ’  f or   t hat  sp eci fic cl ass  of  veh ic le s  from  wh ic h ‘ Tim eGiven ’  ca n  al so  be deri ved.           Figure  9 .  V el oc it y pr ofi le  of  a car acc ordi ng to v( x)       4.   RESU LT   A N D ANALY SIS   To  a pply   the  find i ngs  f r om   ou r   stu dy  ou tl in ed  a bove ,  a  t ra ff ic   footage   th at   is  acce ssible   to  t he  public   on  Y ouT ub e   was  us e d  [25].   The   s pecific  requirem ents  f or  the  c am era’s   posit io n,   a ng le ,  et c.  a re  no t   m e t   perfect ly   in  a ny   publicl y  avai la ble  vi deo  f oota ge  so  the  vi deo  is  cr oppe d  an d  m od ifie d  to  sim ulate   a  near ly  feasible  in pu t  t o  the  al gorith m .  The  base  vid eo  [25]  c hose n  was  s uc h  tha t  it   of fer e d  a  fron t - to p  view  t ow a r ds  incom ing   veh i cl es  wh ic h  yi el ds   the  best  resu lt s  f or   an   obj ect   detect ion   al gorithm   with  le ast   ov erla ps.   The  f arthe st  po int  in  the  vid e o  is  too   far   a wa y  fo r   the  obj ec t  detect ion   syst e m   to  detect   anyt hin g  that  s m al l  as   sh ow n  in  Fig ure   10,  an d  the re  is  ano the r  la ne  of   tra ff ic   in  the  fr am e  o f  the  ca m era  wh ic h  will   produce   inaccu rate res ul ts, the  vid e o w as cr oppe d  to  a  sp eci fic  pa rt a s sho wn in  Fig ur e   11.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.