專利名稱：有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統(tǒng)及運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(tǒng)及
其運行方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化的城市道路交通管理中，都是使用遍布在市區(qū)道路網(wǎng)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(nèi)外廣泛應(yīng)用的交通信號控制系統(tǒng)都具有通過車輛對車輛檢測器的占有 情況計算當前道路交通擁擠程度的功能，據(jù)此而設(shè)計生成下一周期或下游路口交通流的信 號控制最佳方案。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，機動車數(shù)量劇增，城市道路交通已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，特 別是在早晚高峰時間。當發(fā)生交通事故、車輛故障、交通違法駕駛行為等交通突發(fā)事件時， 如果得不到及時的處理，就會引發(fā)道路交通堵塞并迅速向周邊蔓延，嚴重時甚至?xí)?dǎo)致局 部交通癱瘓。 現(xiàn)有技術(shù)中信號控制系統(tǒng)只能從交通整體趨勢上來計算道路擁擠程度，對于由各 種突發(fā)事件所引發(fā)的道路交通擁擠的極至狀態(tài)——交通擁堵，則不能快速發(fā)現(xiàn)、快速精準 報警。正常的交通擁擠是可以預(yù)知的，也只能通過一些常規(guī)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(fā)事件所引發(fā)的交通擁堵則不同，由于突發(fā)事件具 有多發(fā)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(fā)現(xiàn)、快速處理，從而避免形成大面積的交通癱瘓。要實現(xiàn)這一目 標，就必須做到快速發(fā)現(xiàn)發(fā)生道路交通擁堵的場點，只有快速發(fā)現(xiàn)，才能快速處理。
不論何種交通擁堵快速精準報警系統(tǒng)，在工作流程都分為三個部分車輛檢測 器占用狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集、對所實時采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理、對分析出的擁擠狀 況發(fā)出報警。"城市道路交通擁堵檢測報警系統(tǒng)及其運行方法"的發(fā)明專利(專利號為 200610047261. 4)，也正是基于上述原理，提出一個將路面上車輛檢測器的占用狀態(tài)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(fā)現(xiàn)擁擠后發(fā)出報警提示的 技術(shù)方案。這種方法首先要求上傳的信息是車輛檢測器占用狀態(tài)信息，其次要求這些信息 必須被實時上傳。但現(xiàn)有的各類交通信號控制系統(tǒng)中，由于工作機制不同，能夠滿足這兩個 條件的信號控制系統(tǒng)，典型代表就是SC00T信號控制系統(tǒng)；而對于其它大多數(shù)類型的交通 信號控制系統(tǒng)(例如SCAT信號控制系統(tǒng))，或者采集的信息不是車輛檢測器的占用狀態(tài)信 息而是諸如流量統(tǒng)計等信息，或者所采集的信息不是實時上傳而是間隔一定的周期(例如 5分鐘)后將數(shù)據(jù)打包上傳，因此也就無法實現(xiàn)交通擁堵的快速精準報警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在開發(fā)一種可以不受信號控制系統(tǒng)類型限制、甚至是游離于信號 控制系統(tǒng)之外的交通擁堵精準報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將車輛檢測器和檢測信號分析處理單元 封裝在一起并設(shè)置于道路上，能夠在每個綠燈期內(nèi)對本車道的車輛通行狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)擁擠后立即通過報警信號輸出接口發(fā)出報警信息。本發(fā)明提供的有信號燈控制路口的交 通擁堵精準報警系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的 有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統(tǒng)，可以根據(jù)檢測綠燈啟亮后的最大排 隊清除情況或是最大排隊清除后車輛檢測器是否又出現(xiàn)被連續(xù)占用這兩種情況中任意之 一進行報警，其包括一個設(shè)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(shè)置在距離停車線若干米處(例如o-ioo 米)；分析處理單元內(nèi)則根據(jù)車輛檢測器距離停車線的遠近預(yù)設(shè)一個排隊清除期報警閥值 Ta，還預(yù)設(shè)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(shù)據(jù)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后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?xí)r開始運行，每秒4次，綠燈結(jié)束后停止。之所以每秒運行4次，是為了縮短對車 輛檢測器占用狀態(tài)的實時檢測采樣間隔、提高檢測精度。 上述系統(tǒng)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(jīng) 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后，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(jīng)過最大排隊清除時間和一個適當?shù)娜哂鄷r間為止，車輛檢測器始 終被連續(xù)占用，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(fā)生了突發(fā)事 件而導(dǎo)致交通異常。依據(jù)這一原理，首先在分析處理單元內(nèi)預(yù)設(shè)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?shù)娜哂鄷r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(xù)占用情況進行監(jiān)測，若從綠燈啟亮起到 設(shè)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(nèi)，車輛檢測器始終被連續(xù)占 用，則立即發(fā)出該流向發(fā)生交通擁堵的報警信息。也就是說，設(shè)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(nèi)始終占用車輛檢測 器，若是即認為發(fā)生交通擁堵。②經(jīng)過了排隊清除期報警閥值Ta后，紅燈期間的排隊已經(jīng) 被全部清空，而車輛行駛前方還是綠燈，此時該流向處于綠燈行駛期內(nèi)，也就是說即使車輛 較多也應(yīng)該順次前行，車輛檢測器也應(yīng)是被間歇性占用，而一旦在綠燈行駛期內(nèi)出現(xiàn)了本 不應(yīng)該出現(xiàn)的某一輛車長時間連續(xù)占用車輛檢測器的情況，即說明此時發(fā)生了交通異常。 可見，僅依據(jù)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(jù)這一原理，首先在分析處理單元內(nèi)預(yù)設(shè)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之后的時間段里，對車輛檢測器的占用情況進行監(jiān) 測，一旦出現(xiàn)車輛檢測器被連續(xù)占用達到或超過設(shè)定的綠燈行駛期報警閥值Tb，亦立即發(fā) 出該流向發(fā)生交通擁堵的報警信息。也就是說，設(shè)定綠燈行駛期報警閥值Tb的用意，是在 綠燈啟亮Ta秒后至綠燈滅這一時間段內(nèi)，每次有車輛開始占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(xiàn)一次計時長度超過Tb的情況即認為發(fā)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，放行綠燈啟亮后，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(shè)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?shù)娜哂鄷r間，則排隊清除期報警閥值Ta可設(shè)定為15秒。若該方向的放行綠燈啟亮后 車輛檢測器仍然被連續(xù)占用并超過15秒，則說明該路段發(fā)生突發(fā)事件導(dǎo)致交通異常，應(yīng)立 即發(fā)出報警信息。而綠燈行駛期報警閥值Tb則應(yīng)根據(jù)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(shè)定。因此，每個車輛檢測器所對應(yīng)的排隊清除期 報警閥值Ta和綠燈行駛期報警閥值Tb均應(yīng)該由交通工程師根據(jù)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(shè)定。 本發(fā)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(nèi)預(yù)設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)閱⒘習(xí)r，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(xù)占用計時器tc、當前擁堵報警狀態(tài)ca初始化為O，然后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(zhuǎn)變?yōu)橄鐬橹梗?
(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 ，然后檢查車輛檢測器檢測信號輸入接口的車輛檢測器占用狀態(tài)，若 此時車輛檢測器被占用則將車輛檢測器連續(xù)占用計時器tc加l，若此時車輛檢測器空閑則 將車輛檢測器連續(xù)占用計時器tc置為0， (4)判斷報警檢測時間窗口計時器tq是否小于4*排隊清除期報警閥值Ta，是則 轉(zhuǎn)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是否等于 4*排隊清除期報警閥值Ta，是則說明已經(jīng)到達排隊清除期報警檢測決策時刻，轉(zhuǎn)到(5)，否 則說明已過了排隊清除期正處于綠燈行駛期，轉(zhuǎn)到(6)， (5)檢查tc是否等于tq，是則說明在報警檢測時間窗口內(nèi)車輛檢測器被連續(xù)占 用，將當前擁堵報警狀態(tài)ca置為l，否則是說明在報警檢測時間窗口內(nèi)車輛檢測器未被連 續(xù)占用，將當前擁堵報警狀態(tài)ca置為O，然后將tc置為0以備后續(xù)的綠燈行駛期累計車輛 檢測器連續(xù)占用情況用并轉(zhuǎn)到(7)向交通擁堵報警信號輸出接口發(fā)送當前擁堵報警狀態(tài) (6)判斷tc是否大于或等于4*綠燈行駛期報警閥值Tb，否則說明目前尚未出現(xiàn) 車輛檢測器被連續(xù)占用超過綠燈行駛期報警閥值的情況，轉(zhuǎn)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(nèi)出現(xiàn)了車輛檢測器被連續(xù)占用超過綠燈行駛期報警閥值 的情況，將當前擁堵報警狀態(tài)ca置為l，然后 (7)向交通擁堵報警信號輸出接口發(fā)送當前擁堵報警狀態(tài)ca，然后
(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后20米處設(shè)置了車輛檢測器，并 預(yù)設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)閱⒘習(xí)r，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(xù)占用計時器tc、當前擁堵報警狀 態(tài)ca初始化為0，然后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占用此時交通擁堵分析 程序已經(jīng)運行4*15 = 60次，則tq等于60， tc也為60 ;當判斷報警檢測時間窗口計時器 tq( = 60)是否等于扭排隊清除期報警閥值Ta( = 4*15 = 60)時，是，說明已經(jīng)到達報警 檢測決策時刻，檢查tc( = 60)是否等于tq( = 60)，是，說明在報警檢測時間窗口內(nèi)車輛 檢測器被連續(xù)占用，將當前擁堵報警狀態(tài)ca置為l，將tc置為0以備后續(xù)的綠燈行駛期累 計車輛檢測器連續(xù)占用情況用，然后向交通擁堵報警信號輸出接口發(fā)送當前擁堵報警狀態(tài) ca( = l)，然后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(fā)送 的當前擁堵報警狀態(tài)ca( = 1)即可被現(xiàn)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個采樣間隔(1/4秒) 未被占用，有54個采樣間隔被占用此時交通擁堵分析程序已經(jīng)運行4*15 = 60次，則tq 等于60，而tc為54 ;當判斷報警檢測時間窗口計時器tq( = 60)是否等于4*排隊清除期 報警閥值Ta( = 4*15 = 60)時，是，說明已經(jīng)到達報警檢測決策時刻，檢查tc ( = 54)是否 等于tq( = 60)，否，說明在報警檢測時間窗口內(nèi)車輛檢測器未被連續(xù)占用，將當前擁堵報 警狀態(tài)ca置為O，然后向交通擁堵報警信號輸出接口發(fā)送當前擁堵報警狀態(tài)ca( = O)，然 后退出本次交通擁堵分析程序的運行。 再假定現(xiàn)在綠燈已經(jīng)啟亮了 38秒，并且從第30秒至第38秒這9秒期間車輛檢測 器被連續(xù)占用此時交通擁堵分析程序已經(jīng)運行4*38 = 152次，則tq等于152，車輛檢測 器被連續(xù)占用了 9秒則tc = 4*9 = 36 ;tq大于扭Ta( = 4*15 = 60)，說明現(xiàn)在處于綠燈 行駛期內(nèi)，則判斷tc ( = 36)是否大于或等于4*Tb = 4*9 = 36，是，說明在綠燈行駛期內(nèi)出 現(xiàn)了車輛檢測器被連續(xù)占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(tài)ca置為1，并向交通擁堵報警信號輸出接口發(fā)送當前擁堵報警狀態(tài)ca( = 1)，然后退 出本次交通擁堵分析程序的運行。
權(quán)利要求
有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統(tǒng)，其特征是(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(gòu)成，(2)車輛檢測器設(shè)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(yù)設(shè)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占用情況監(jiān)測至Ta，若此段時間隔內(nèi)車輛檢測器始終被連續(xù)占用，即發(fā)出交通擁堵報警信號，b、從Ta之后起對車輛檢測器的被占用情況監(jiān)測至綠燈滅，若此段時間隔內(nèi)車輛檢測器出現(xiàn)被連續(xù)占用時間≥Tb，即發(fā)出交通擁堵報警信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通擁堵精準報警系統(tǒng)，其特征是分析處理單元每秒運行 四次。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交通擁堵精準報警系統(tǒng)，其特征是車輛檢測器設(shè)置在 停車線后若干米處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交通擁堵精準報警系統(tǒng)，其特征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(tǒng)運行方法，其特征是(1) 預(yù)設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)閱⒘習(xí)r，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(xù)占用計時器tc、當前擁堵報警狀態(tài) ca皆初始化為O，然后開始交通擁堵分析，直至檢測到信號燈綠燈從啟亮變?yōu)橄缰梗?3) 交通擁堵分析首先將tq加l，然后檢查車輛檢測器檢測信號輸入接口的車輛檢測 器占用狀態(tài)，若此時被占用則將tc加1、若此時未被占用則將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是否小于Ta，是則直接退 出本次分析程序，否則繼續(xù)判斷tq是否等于Ta，是則轉(zhuǎn)到(5)、否則轉(zhuǎn)到(6)，(5) 檢查tc是否等于tq，是則將ca置為1、否則將ca置為0，然后將tc置為0并轉(zhuǎn)到(7)，(6) 分析是否出現(xiàn)車輛檢測器被連續(xù)占用超過綠燈行駛期報警閥值情況判斷tc是否 大于或等于Tb，否則直接退出本次分析程序，是則將ca置為1，然后(7) 向交通擁堵報警信號輸出接口發(fā)送當前擁堵報警狀態(tài)ca，然后(8) 退出本次交通擁堵分析程序。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)運行方法，其特征是(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(xiàn)車輛檢測器被連續(xù)占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(fā)明系一種有信號燈控制路口的交通擁堵精準報警系統(tǒng)及其運行方法，系統(tǒng)由車輛檢測器及與之相連接的檢測信號分析處理單元構(gòu)成，車輛檢測器設(shè)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(yù)設(shè)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占用情況監(jiān)測至Ta，若此段時間隔內(nèi)車輛檢測器始終被連續(xù)占用，即發(fā)出交通擁堵報警信號；從Ta之后起對車輛檢測器的被占用情況監(jiān)測至綠燈滅，若此段時間隔內(nèi)車輛檢測器出現(xiàn)被連續(xù)占用時間≥Tb，即發(fā)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(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者劉剛, 姜廷順, 張濱, 李志恒, 王一良, 鄭通 申請人:姜廷順