有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統及運行方法

2023-11-11 07:23:02

專利名稱：有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統及運行方法
技術領域：
本發明涉及一種城市交通管理中有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統及
其運行方法。
背景技術：
在現代化的城市道路交通管理中，都是使用遍布在市區道路網上的車輛檢測器作 為交通檢測手段，來檢測道路的交通流量和交通擁擠。 目前國內外廣泛應用的交通信號控制系統都具有通過車輛對車輛檢測器的佔有 情況計算當前道路交通擁擠程度的功能，據此而設計生成下一周期或下遊路口交通流的信 號控制最佳方案。隨著經濟的發展，機動車數量劇增，城市道路交通已經處於飽和狀態，特 別是在早晚尖峰時間。當發生交通事故、車輛故障、交通違法駕駛行為等交通突發事件時， 如果得不到及時的處理，就會引發道路交通堵塞並迅速向周邊蔓延，嚴重時甚至會導致局 部交通癱瘓。 現有技術中信號控制系統只能從交通整體趨勢上來計算道路擁擠程度，對於由各 種突發事件所引發的道路交通擁擠的極至狀態——交通擁堵，則不能快速發現、快速精準 報警。正常的交通擁擠是可以預知的，也只能通過一些常規的交通工程手段(如使用先進 的交通信號控制)來盡力緩解；而由突發事件所引發的交通擁堵則不同，由於突發事件具 有多發性、時空分布不確定性，以及對正常交通通行影響迅速且損害性大的特點，因此要求 交通警察必須做到快速發現、快速處理，從而避免形成大面積的交通癱瘓。要實現這一目 標，就必須做到快速發現發生道路交通擁堵的場點，只有快速發現，才能快速處理。
不論何種交通擁堵快速精準報警系統，在工作流程都分為三個部分車輛檢測 器佔用狀態數據的實時採集、對所實時採集到的數據進行分析處理、對分析出的擁擠狀 況發出報警。"城市道路交通擁堵檢測報警系統及其運行方法"的發明專利(專利號為 200610047261. 4)，也正是基於上述原理，提出一個將路面上車輛檢測器的佔用狀態信息實 時上傳至控制中心、由控制中心的處理計算機進行分析處理、發現擁擠後發出報警提示的 技術方案。這種方法首先要求上傳的信息是車輛檢測器佔用狀態信息，其次要求這些信息 必須被實時上傳。但現有的各類交通信號控制系統中，由於工作機制不同，能夠滿足這兩個 條件的信號控制系統，典型代表就是SC00T信號控制系統；而對於其它大多數類型的交通 信號控制系統(例如SCAT信號控制系統)，或者採集的信息不是車輛檢測器的佔用狀態信 息而是諸如流量統計等信息，或者所採集的信息不是實時上傳而是間隔一定的周期(例如 5分鐘)後將數據打包上傳，因此也就無法實現交通擁堵的快速精準報警。

發明內容
本發明的目的旨在開發一種可以不受信號控制系統類型限制、甚至是游離於信號 控制系統之外的交通擁堵精準報警系統。該系統可將車輛檢測器和檢測信號分析處理單元 封裝在一起並設置於道路上，能夠在每個綠燈期內對本車道的車輛通行狀況進行分析，發現擁擠後立即通過報警信號輸出接口發出報警信息。本發明提供的有信號燈控制路口的交 通擁堵精準報警系統是這樣實現的 有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統，可以根據檢測綠燈啟亮後的最大排 隊清除情況或是最大排隊清除後車輛檢測器是否又出現被連續佔用這兩種情況中任意之 一進行報警，其包括一個設置在信號燈控制路口被檢測交通流向路段上的車輛檢測器和一 個檢測信號分析處理單元。車輛檢測器通常可設置在距離停車線若干米處(例如o-ioo 米)；分析處理單元內則根據車輛檢測器距離停車線的遠近預設一個排隊清除期報警閥值 Ta，還預設了一個綠燈行駛期報警閥值Tb，同時具有一個放行被檢測交通流向的信號燈綠 燈信號輸入接口和一個車輛檢測器檢測信號輸入接口，以及一個交通擁堵報警信號輸出接 口。交通擁堵報警信號輸出接口的報警數據可以通過各種通訊方式(諸如GPRS、電話線、寬 帶等)傳送至控制中心，或是返回到信號控制機後由信號控制機傳送至控制中心。
分析處理單元上運行的交通擁堵分析程序，在連接到信號燈綠燈信號輸入接口的 綠燈啟亮時開始運行，每秒4次，綠燈結束後停止。之所以每秒運行4次，是為了縮短對車 輛檢測器佔用狀態的實時檢測採樣間隔、提高檢測精度。 上述系統的基本原理是①假定某一信號燈控制路口的某一流向的停車排隊已經 從停車線排隊到或超過車輛檢測器，那么正常情況下放行綠燈啟亮後，這些排隊車輛將順 次啟動前行，直至在車輛檢測器上等待的車輛也開始啟動前行，從放行綠燈啟亮到車輛檢 測器上等待的車輛離開車輛檢測器所需的這段時間稱為最大排隊清除時間。若某一流向從 放行綠燈啟亮開始，到經過最大排隊清除時間和一個適當的冗餘時間為止，車輛檢測器始 終被連續佔用，即停在車輛檢測器上的排隊車輛始終沒動，說明該流向一定發生了突發事 件而導致交通異常。依據這一原理，首先在分析處理單元內預設一個排隊清除期報警閥值 Ta(長度為該車輛檢測器的最大排隊清除時間加上一個適當的冗餘時間)；交通擁堵分析 程序從綠燈啟亮起開始運行，對車輛檢測器的連續佔用情況進行監測，若從綠燈啟亮起到 設定的排隊清除期報警閥值Ta止的這一報警檢測時間窗口內，車輛檢測器始終被連續佔 用，則立即發出該流向發生交通擁堵的報警信息。也就是說，設定排隊清除期報警閥值Ta 的用意，是檢測是否有某臺車在從綠燈啟亮起至Ta止的這一時間段內始終佔用車輛檢測 器，若是即認為發生交通擁堵。②經過了排隊清除期報警閥值Ta後，紅燈期間的排隊已經 被全部清空，而車輛行駛前方還是綠燈，此時該流向處於綠燈行駛期內，也就是說即使車輛 較多也應該順次前行，車輛檢測器也應是被間歇性佔用，而一旦在綠燈行駛期內出現了本 不應該出現的某一輛車長時間連續佔用車輛檢測器的情況，即說明此時發生了交通異常。 可見，僅依據排隊清除期的車輛運行狀況進行擁堵判斷和報警是不夠的，無法做到精準報 警。因此，依據這一原理，首先在分析處理單元內預設一個綠燈行駛期報警閥值Tb ;交通擁 堵分析程序在排隊清除期報警閥值Ta之後的時間段裡，對車輛檢測器的佔用情況進行監 測，一旦出現車輛檢測器被連續佔用達到或超過設定的綠燈行駛期報警閥值Tb，亦立即發 出該流向發生交通擁堵的報警信息。也就是說，設定綠燈行駛期報警閥值Tb的用意，是在 綠燈啟亮Ta秒後至綠燈滅這一時間段內，每次有車輛開始佔用車輛檢測器起開始計時，至 該車輛離開車輛檢測器為止停止計時，只要出現一次計時長度超過Tb的情況即認為發生 擁堵。 通常來講，機動車停車排隊時，車輛長度加上與前車間的間距平均約為4米左右，放行綠燈啟亮後，平均每臺排隊車輛的清除時間約為2秒，因此以車輛檢測器設置在距離 停車線20米處為例，車隊排滿時車隊長度為5臺車，所需的排隊清除時間約為10秒，加上 適當的冗餘時間，則排隊清除期報警閥值Ta可設定為15秒。若該方向的放行綠燈啟亮後 車輛檢測器仍然被連續佔用並超過15秒，則說明該路段發生突發事件導致交通異常，應立 即發出報警信息。而綠燈行駛期報警閥值Tb則應根據本流向的路況(例如是否有坡等) 和車況(例如是否有長車或慢車等)而設定。因此，每個車輛檢測器所對應的排隊清除期 報警閥值Ta和綠燈行駛期報警閥值Tb均應該由交通工程師根據車輛檢測器位置、道路狀 況等因素通過計算或測量而具體設定。 本發明所提供的交通擁堵精準報警的運行方法是 (1)在分析處理單元內預設一個排隊清除期報警閥值Ta和綠燈行駛期報警閥值 Tb， (2)當信號燈綠燈信號輸入接口檢測到信號燈綠燈從熄滅轉變為啟亮時，初始化 程序啟動，參照圖1中所示流程，將交通擁堵分析程序的報警檢測時間窗口計時器tq、車輛 檢測器連續佔用計時器tc、當前擁堵報警狀態ca初始化為O，然後開始運行交通擁堵分析 模塊，每秒4次，直至信號燈綠燈信號輸入接口檢測到信號燈綠燈從啟亮轉變為熄滅為止，
(3)參照圖2中所示流程，每秒運行4次的交通擁堵分析程序，首先將報警檢測時 間窗口計時器tq加1 ，然後檢查車輛檢測器檢測信號輸入接口的車輛檢測器佔用狀態，若 此時車輛檢測器被佔用則將車輛檢測器連續佔用計時器tc加l，若此時車輛檢測器空閒則 將車輛檢測器連續佔用計時器tc置為0， (4)判斷報警檢測時間窗口計時器tq是否小於4*排隊清除期報警閥值Ta，是則 轉到(8)直接退出本次交通擁堵分析程序；否則判斷報警檢測時間窗口計時器tq是否等於 4*排隊清除期報警閥值Ta，是則說明已經到達排隊清除期報警檢測決策時刻，轉到(5)，否 則說明已過了排隊清除期正處於綠燈行駛期，轉到(6)， (5)檢查tc是否等於tq，是則說明在報警檢測時間窗口內車輛檢測器被連續佔 用，將當前擁堵報警狀態ca置為l，否則是說明在報警檢測時間窗口內車輛檢測器未被連 續佔用，將當前擁堵報警狀態ca置為O，然後將tc置為0以備後續的綠燈行駛期累計車輛 檢測器連續佔用情況用並轉到(7)向交通擁堵報警信號輸出接口發送當前擁堵報警狀態 (6)判斷tc是否大於或等於4*綠燈行駛期報警閥值Tb，否則說明目前尚未出現 車輛檢測器被連續佔用超過綠燈行駛期報警閥值的情況，轉到(8)直接退出本次交通擁堵 分析程；是則說明在綠燈行駛期內出現了車輛檢測器被連續佔用超過綠燈行駛期報警閥值 的情況，將當前擁堵報警狀態ca置為l，然後 (7)向交通擁堵報警信號輸出接口發送當前擁堵報警狀態ca，然後
(8)退出本次交通擁堵分析程序的運行。


圖1是初始化程序流程圖
圖2是交通擁堵分析程序流程圖
具體實施例方式
假定在某一信號燈控制路口某一流向的停車線後20米處設置了車輛檢測器，並 預設排隊清除期報警閥值Ta = 15秒，綠燈行駛期報警閥值Tb = 9秒。
當信號燈綠燈信號輸入接口檢測到信號燈綠燈從熄滅轉變為啟亮時，將交通擁堵 分析程序的報警檢測時間窗口計時器tq、車輛檢測器連續佔用計時器tc、當前擁堵報警狀 態ca初始化為0，然後開始運行交通擁堵分析程序，每秒4次。 假定從綠燈啟亮起第0秒至第15秒車輛檢測器始終被佔用此時交通擁堵分析 程序已經運行4*15 = 60次，則tq等於60， tc也為60 ;當判斷報警檢測時間窗口計時器 tq( = 60)是否等於扭排隊清除期報警閥值Ta( = 4*15 = 60)時，是，說明已經到達報警 檢測決策時刻，檢查tc( = 60)是否等於tq( = 60)，是，說明在報警檢測時間窗口內車輛 檢測器被連續佔用，將當前擁堵報警狀態ca置為l，將tc置為0以備後續的綠燈行駛期累 計車輛檢測器連續佔用情況用，然後向交通擁堵報警信號輸出接口發送當前擁堵報警狀態 ca( = l)，然後退出本次交通擁堵分析程序的本次運行。交通擁堵報警信號輸出接口發送 的當前擁堵報警狀態ca( = 1)即可被現場通訊線路傳送至控制中心。
再假定從綠燈啟亮起第0秒至第15秒車輛檢測器累計有6個採樣間隔(1/4秒) 未被佔用，有54個採樣間隔被佔用此時交通擁堵分析程序已經運行4*15 = 60次，則tq 等於60，而tc為54 ;當判斷報警檢測時間窗口計時器tq( = 60)是否等於4*排隊清除期 報警閥值Ta( = 4*15 = 60)時，是，說明已經到達報警檢測決策時刻，檢查tc ( = 54)是否 等於tq( = 60)，否，說明在報警檢測時間窗口內車輛檢測器未被連續佔用，將當前擁堵報 警狀態ca置為O，然後向交通擁堵報警信號輸出接口發送當前擁堵報警狀態ca( = O)，然 後退出本次交通擁堵分析程序的運行。 再假定現在綠燈已經啟亮了 38秒，並且從第30秒至第38秒這9秒期間車輛檢測 器被連續佔用此時交通擁堵分析程序已經運行4*38 = 152次，則tq等於152，車輛檢測 器被連續佔用了 9秒則tc = 4*9 = 36 ;tq大於扭Ta( = 4*15 = 60)，說明現在處於綠燈 行駛期內，則判斷tc ( = 36)是否大於或等於4*Tb = 4*9 = 36，是，說明在綠燈行駛期內出 現了車輛檢測器被連續佔用達到或超過綠燈行駛期報警閥值Tb的情況，將當前擁堵報警 狀態ca置為1，並向交通擁堵報警信號輸出接口發送當前擁堵報警狀態ca( = 1)，然後退 出本次交通擁堵分析程序的運行。
權利要求
有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統，其特徵是(1)由車輛檢測器及與之相連接的檢測信號分析處理單元構成，(2)車輛檢測器設置在信號燈控制路口的被檢測交通流向路段上，(3)分析處理單元具有一個放行被檢測交通流向的信號燈綠燈信號輸入接口、一個車輛檢測器檢測信號輸入接口以及一個交通擁堵報警信號輸出接口，分析處理單元預設排隊清除期報警閥值Ta及綠燈行駛期報警閥值Tb，a、從綠燈啟亮起對車輛檢測器的被佔用情況監測至Ta，若此段時間隔內車輛檢測器始終被連續佔用，即發出交通擁堵報警信號，b、從Ta之後起對車輛檢測器的被佔用情況監測至綠燈滅，若此段時間隔內車輛檢測器出現被連續佔用時間≥Tb，即發出交通擁堵報警信號。
2. 根據權利要求1所述的交通擁堵精準報警系統，其特徵是分析處理單元每秒運行 四次。
3. 根據權利要求1或2所述的交通擁堵精準報警系統，其特徵是車輛檢測器設置在 停車線後若干米處。
4. 根據權利要求1或2所述的交通擁堵精準報警系統，其特徵是車輛檢測器與檢測 信號分析處理單元封裝為一體。
5. 有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統運行方法，其特徵是(1) 預設一個排隊清除期報警閥值Ta和一個綠燈行駛期報警閥值Tb，(2) 當信號燈綠燈信號輸入接口檢測到信號燈從綠燈熄滅轉變為啟亮時，啟動初始化 程序，將報警檢測時間窗口計時器tq、車輛檢測器連續佔用計時器tc、當前擁堵報警狀態 ca皆初始化為O，然後開始交通擁堵分析，直至檢測到信號燈綠燈從啟亮變為熄滅止，(3) 交通擁堵分析首先將tq加l，然後檢查車輛檢測器檢測信號輸入接口的車輛檢測 器佔用狀態，若此時被佔用則將tc加1、若此時未被佔用則將tc置為0，(4) 確定是否已到達排隊清除期報警檢測決策時刻判斷tq是否小於Ta，是則直接退 出本次分析程序，否則繼續判斷tq是否等於Ta，是則轉到(5)、否則轉到(6)，(5) 檢查tc是否等於tq，是則將ca置為1、否則將ca置為0，然後將tc置為0並轉到(7)，(6) 分析是否出現車輛檢測器被連續佔用超過綠燈行駛期報警閥值情況判斷tc是否 大於或等於Tb，否則直接退出本次分析程序，是則將ca置為1，然後(7) 向交通擁堵報警信號輸出接口發送當前擁堵報警狀態ca，然後(8) 退出本次交通擁堵分析程序。
6. 根據權利要求4所述的系統運行方法，其特徵是(1) 交通擁堵分析程序每秒運行四次，(2) 在確定是否已到達排隊清除期報警檢測決策時刻步驟中，以tq與扭Ta進行比較、 判斷，(3) 在分析是否出現車輛檢測器被連續佔用超過綠燈行駛期報警閥值情況步驟中，以 tc與扭Tb進行比較、判斷。
全文摘要
本發明系一種有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統及其運行方法，系統由車輛檢測器及與之相連接的檢測信號分析處理單元構成，車輛檢測器設置在信號燈控制路口的被檢測交通流向路段上，分析處理單元具有一個與放行被檢測交通流向的信號燈綠燈信號輸入接口、一個車輛檢測器檢測信號輸入接口以及一個交通擁堵報警信號輸出接口。分析處理單元預設排隊清除期報警閥值Ta及綠燈行駛期報警閥值Tb。從綠燈啟亮起對車輛檢測器的被佔用情況監測至Ta，若此段時間隔內車輛檢測器始終被連續佔用，即發出交通擁堵報警信號；從Ta之後起對車輛檢測器的被佔用情況監測至綠燈滅，若此段時間隔內車輛檢測器出現被連續佔用時間≥Tb，即發出交通擁堵報警信號。
文檔編號G08G1/01GK101763727SQ20091018805
公開日2010年6月30日 申請日期2009年10月22日 優先權日2009年10月22日
發明者劉剛, 姜廷順, 張濱, 李志恆, 王一良, 鄭通 申請人:姜廷順