专利名称：有信号灯控制路口的交通拥堵精准报警系统及运行方法
技术领域：
本发明涉及一种城市交通管理中有信号灯控制路口的交通拥堵精准报警系统及
其运行方法。
背景技术：
在现代化的城市道路交通管理中，都是使用遍布在市区道路网上的车辆检测器作 为交通检测手段，来检测道路的交通流量和交通拥挤。 目前国内外广泛应用的交通信号控制系统都具有通过车辆对车辆检测器的占有 情况计算当前道路交通拥挤程度的功能，据此而设计生成下一周期或下游路口交通流的信 号控制最佳方案。随着经济的发展，机动车数量剧增，城市道路交通已经处于饱和状态，特 别是在早晚高峰时间。当发生交通事故、车辆故障、交通违法驾驶行为等交通突发事件时， 如果得不到及时的处理，就会引发道路交通堵塞并迅速向周边蔓延，严重时甚至会导致局 部交通瘫痪。 现有技术中信号控制系统只能从交通整体趋势上来计算道路拥挤程度，对于由各 种突发事件所引发的道路交通拥挤的极至状态——交通拥堵，则不能快速发现、快速精准 报警。正常的交通拥挤是可以预知的，也只能通过一些常规的交通工程手段(如使用先进 的交通信号控制)来尽力缓解；而由突发事件所引发的交通拥堵则不同，由于突发事件具 有多发性、时空分布不确定性，以及对正常交通通行影响迅速且损害性大的特点，因此要求 交通警察必须做到快速发现、快速处理，从而避免形成大面积的交通瘫痪。要实现这一目 标，就必须做到快速发现发生道路交通拥堵的场点，只有快速发现，才能快速处理。
不论何种交通拥堵快速精准报警系统，在工作流程都分为三个部分车辆检测 器占用状态数据的实时采集、对所实时采集到的数据进行分析处理、对分析出的拥挤状 况发出报警。"城市道路交通拥堵检测报警系统及其运行方法"的发明专利(专利号为 200610047261. 4)，也正是基于上述原理，提出一个将路面上车辆检测器的占用状态信息实 时上传至控制中心、由控制中心的处理计算机进行分析处理、发现拥挤后发出报警提示的 技术方案。这种方法首先要求上传的信息是车辆检测器占用状态信息，其次要求这些信息 必须被实时上传。但现有的各类交通信号控制系统中，由于工作机制不同，能够满足这两个 条件的信号控制系统，典型代表就是SC00T信号控制系统；而对于其它大多数类型的交通 信号控制系统(例如SCAT信号控制系统)，或者采集的信息不是车辆检测器的占用状态信 息而是诸如流量统计等信息，或者所采集的信息不是实时上传而是间隔一定的周期(例如 5分钟)后将数据打包上传，因此也就无法实现交通拥堵的快速精准报警。
发明内容
本发明的目的旨在开发一种可以不受信号控制系统类型限制、甚至是游离于信号 控制系统之外的交通拥堵精准报警系统。该系统可将车辆检测器和检测信号分析处理单元 封装在一起并设置于道路上，能够在每个绿灯期内对本车道的车辆通行状况进行分析，发现拥挤后立即通过报警信号输出接口发出报警信息。本发明提供的有信号灯控制路口的交 通拥堵精准报警系统是这样实现的 有信号灯控制路口的交通拥堵精准报警系统，可以根据检测绿灯启亮后的最大排 队清除情况或是最大排队清除后车辆检测器是否又出现被连续占用这两种情况中任意之 一进行报警，其包括一个设置在信号灯控制路口被检测交通流向路段上的车辆检测器和一 个检测信号分析处理单元。车辆检测器通常可设置在距离停车线若干米处(例如o-ioo 米)；分析处理单元内则根据车辆检测器距离停车线的远近预设一个排队清除期报警阀值 Ta，还预设了一个绿灯行驶期报警阀值Tb，同时具有一个放行被检测交通流向的信号灯绿 灯信号输入接口和一个车辆检测器检测信号输入接口，以及一个交通拥堵报警信号输出接 口。交通拥堵报警信号输出接口的报警数据可以通过各种通讯方式(诸如GPRS、电话线、宽 带等)传送至控制中心，或是返回到信号控制机后由信号控制机传送至控制中心。
分析处理单元上运行的交通拥堵分析程序，在连接到信号灯绿灯信号输入接口的 绿灯启亮时开始运行，每秒4次，绿灯结束后停止。之所以每秒运行4次，是为了縮短对车 辆检测器占用状态的实时检测采样间隔、提高检测精度。 上述系统的基本原理是①假定某一信号灯控制路口的某一流向的停车排队已经 从停车线排队到或超过车辆检测器，那么正常情况下放行绿灯启亮后，这些排队车辆将顺 次启动前行，直至在车辆检测器上等待的车辆也开始启动前行，从放行绿灯启亮到车辆检 测器上等待的车辆离开车辆检测器所需的这段时间称为最大排队清除时间。若某一流向从 放行绿灯启亮开始，到经过最大排队清除时间和一个适当的冗余时间为止，车辆检测器始 终被连续占用，即停在车辆检测器上的排队车辆始终没动，说明该流向一定发生了突发事 件而导致交通异常。依据这一原理，首先在分析处理单元内预设一个排队清除期报警阀值 Ta(长度为该车辆检测器的最大排队清除时间加上一个适当的冗余时间)；交通拥堵分析 程序从绿灯启亮起开始运行，对车辆检测器的连续占用情况进行监测，若从绿灯启亮起到 设定的排队清除期报警阀值Ta止的这一报警检测时间窗口内，车辆检测器始终被连续占 用，则立即发出该流向发生交通拥堵的报警信息。也就是说，设定排队清除期报警阀值Ta 的用意，是检测是否有某台车在从绿灯启亮起至Ta止的这一时间段内始终占用车辆检测 器，若是即认为发生交通拥堵。②经过了排队清除期报警阀值Ta后，红灯期间的排队已经 被全部清空，而车辆行驶前方还是绿灯，此时该流向处于绿灯行驶期内，也就是说即使车辆 较多也应该顺次前行，车辆检测器也应是被间歇性占用，而一旦在绿灯行驶期内出现了本 不应该出现的某一辆车长时间连续占用车辆检测器的情况，即说明此时发生了交通异常。 可见，仅依据排队清除期的车辆运行状况进行拥堵判断和报警是不够的，无法做到精准报 警。因此，依据这一原理，首先在分析处理单元内预设一个绿灯行驶期报警阀值Tb ;交通拥 堵分析程序在排队清除期报警阀值Ta之后的时间段里，对车辆检测器的占用情况进行监 测，一旦出现车辆检测器被连续占用达到或超过设定的绿灯行驶期报警阀值Tb，亦立即发 出该流向发生交通拥堵的报警信息。也就是说，设定绿灯行驶期报警阀值Tb的用意，是在 绿灯启亮Ta秒后至绿灯灭这一时间段内，每次有车辆开始占用车辆检测器起开始计时，至 该车辆离开车辆检测器为止停止计时，只要出现一次计时长度超过Tb的情况即认为发生 拥堵。 通常来讲，机动车停车排队时，车辆长度加上与前车间的间距平均约为4米左右，放行绿灯启亮后，平均每台排队车辆的清除时间约为2秒，因此以车辆检测器设置在距离 停车线20米处为例，车队排满时车队长度为5台车，所需的排队清除时间约为10秒，加上 适当的冗余时间，则排队清除期报警阀值Ta可设定为15秒。若该方向的放行绿灯启亮后 车辆检测器仍然被连续占用并超过15秒，则说明该路段发生突发事件导致交通异常，应立 即发出报警信息。而绿灯行驶期报警阀值Tb则应根据本流向的路况(例如是否有坡等) 和车况(例如是否有长车或慢车等)而设定。因此，每个车辆检测器所对应的排队清除期 报警阀值Ta和绿灯行驶期报警阀值Tb均应该由交通工程师根据车辆检测器位置、道路状 况等因素通过计算或测量而具体设定。 本发明所提供的交通拥堵精准报警的运行方法是 (1)在分析处理单元内预设一个排队清除期报警阀值Ta和绿灯行驶期报警阀值 Tb， (2)当信号灯绿灯信号输入接口检测到信号灯绿灯从熄灭转变为启亮时，初始化 程序启动，参照图1中所示流程，将交通拥堵分析程序的报警检测时间窗口计时器tq、车辆 检测器连续占用计时器tc、当前拥堵报警状态ca初始化为O，然后开始运行交通拥堵分析 模块，每秒4次，直至信号灯绿灯信号输入接口检测到信号灯绿灯从启亮转变为熄灭为止，
(3)参照图2中所示流程，每秒运行4次的交通拥堵分析程序，首先将报警检测时 间窗口计时器tq加1 ，然后检查车辆检测器检测信号输入接口的车辆检测器占用状态，若 此时车辆检测器被占用则将车辆检测器连续占用计时器tc加l，若此时车辆检测器空闲则 将车辆检测器连续占用计时器tc置为0， (4)判断报警检测时间窗口计时器tq是否小于4*排队清除期报警阀值Ta，是则 转到(8)直接退出本次交通拥堵分析程序；否则判断报警检测时间窗口计时器tq是否等于 4*排队清除期报警阀值Ta，是则说明已经到达排队清除期报警检测决策时刻，转到(5)，否 则说明已过了排队清除期正处于绿灯行驶期，转到(6)， (5)检查tc是否等于tq，是则说明在报警检测时间窗口内车辆检测器被连续占 用，将当前拥堵报警状态ca置为l，否则是说明在报警检测时间窗口内车辆检测器未被连 续占用，将当前拥堵报警状态ca置为O，然后将tc置为0以备后续的绿灯行驶期累计车辆 检测器连续占用情况用并转到(7)向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态 (6)判断tc是否大于或等于4*绿灯行驶期报警阀值Tb，否则说明目前尚未出现 车辆检测器被连续占用超过绿灯行驶期报警阀值的情况，转到(8)直接退出本次交通拥堵 分析程；是则说明在绿灯行驶期内出现了车辆检测器被连续占用超过绿灯行驶期报警阀值 的情况，将当前拥堵报警状态ca置为l，然后 (7)向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态ca，然后
(8)退出本次交通拥堵分析程序的运行。
图1是初始化程序流程图
图2是交通拥堵分析程序流程图
具体实施例方式
假定在某一信号灯控制路口某一流向的停车线后20米处设置了车辆检测器，并 预设排队清除期报警阀值Ta = 15秒，绿灯行驶期报警阀值Tb = 9秒。
当信号灯绿灯信号输入接口检测到信号灯绿灯从熄灭转变为启亮时，将交通拥堵 分析程序的报警检测时间窗口计时器tq、车辆检测器连续占用计时器tc、当前拥堵报警状 态ca初始化为0，然后开始运行交通拥堵分析程序，每秒4次。 假定从绿灯启亮起第0秒至第15秒车辆检测器始终被占用此时交通拥堵分析 程序已经运行4*15 = 60次，则tq等于60， tc也为60 ;当判断报警检测时间窗口计时器 tq( = 60)是否等于扭排队清除期报警阀值Ta( = 4*15 = 60)时，是，说明已经到达报警 检测决策时刻，检查tc( = 60)是否等于tq( = 60)，是，说明在报警检测时间窗口内车辆 检测器被连续占用，将当前拥堵报警状态ca置为l，将tc置为0以备后续的绿灯行驶期累 计车辆检测器连续占用情况用，然后向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态 ca( = l)，然后退出本次交通拥堵分析程序的本次运行。交通拥堵报警信号输出接口发送 的当前拥堵报警状态ca( = 1)即可被现场通讯线路传送至控制中心。
再假定从绿灯启亮起第0秒至第15秒车辆检测器累计有6个采样间隔(1/4秒) 未被占用，有54个采样间隔被占用此时交通拥堵分析程序已经运行4*15 = 60次，则tq 等于60，而tc为54 ;当判断报警检测时间窗口计时器tq( = 60)是否等于4*排队清除期 报警阀值Ta( = 4*15 = 60)时，是，说明已经到达报警检测决策时刻，检查tc ( = 54)是否 等于tq( = 60)，否，说明在报警检测时间窗口内车辆检测器未被连续占用，将当前拥堵报 警状态ca置为O，然后向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态ca( = O)，然 后退出本次交通拥堵分析程序的运行。 再假定现在绿灯已经启亮了 38秒，并且从第30秒至第38秒这9秒期间车辆检测 器被连续占用此时交通拥堵分析程序已经运行4*38 = 152次，则tq等于152，车辆检测 器被连续占用了 9秒则tc = 4*9 = 36 ;tq大于扭Ta( = 4*15 = 60)，说明现在处于绿灯 行驶期内，则判断tc ( = 36)是否大于或等于4*Tb = 4*9 = 36，是，说明在绿灯行驶期内出 现了车辆检测器被连续占用达到或超过绿灯行驶期报警阀值Tb的情况，将当前拥堵报警 状态ca置为1，并向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态ca( = 1)，然后退 出本次交通拥堵分析程序的运行。
权利要求
有信号灯控制路口的交通拥堵精准报警系统，其特征是(1)由车辆检测器及与之相连接的检测信号分析处理单元构成，(2)车辆检测器设置在信号灯控制路口的被检测交通流向路段上，(3)分析处理单元具有一个放行被检测交通流向的信号灯绿灯信号输入接口、一个车辆检测器检测信号输入接口以及一个交通拥堵报警信号输出接口，分析处理单元预设排队清除期报警阀值Ta及绿灯行驶期报警阀值Tb，a、从绿灯启亮起对车辆检测器的被占用情况监测至Ta，若此段时间隔内车辆检测器始终被连续占用，即发出交通拥堵报警信号，b、从Ta之后起对车辆检测器的被占用情况监测至绿灯灭，若此段时间隔内车辆检测器出现被连续占用时间≥Tb，即发出交通拥堵报警信号。
2. 根据权利要求1所述的交通拥堵精准报警系统，其特征是分析处理单元每秒运行 四次。
3. 根据权利要求1或2所述的交通拥堵精准报警系统，其特征是车辆检测器设置在 停车线后若干米处。
4. 根据权利要求1或2所述的交通拥堵精准报警系统，其特征是车辆检测器与检测 信号分析处理单元封装为一体。
5. 有信号灯控制路口的交通拥堵精准报警系统运行方法，其特征是(1) 预设一个排队清除期报警阀值Ta和一个绿灯行驶期报警阀值Tb，(2) 当信号灯绿灯信号输入接口检测到信号灯从绿灯熄灭转变为启亮时，启动初始化 程序，将报警检测时间窗口计时器tq、车辆检测器连续占用计时器tc、当前拥堵报警状态 ca皆初始化为O，然后开始交通拥堵分析，直至检测到信号灯绿灯从启亮变为熄灭止，(3) 交通拥堵分析首先将tq加l，然后检查车辆检测器检测信号输入接口的车辆检测 器占用状态，若此时被占用则将tc加1、若此时未被占用则将tc置为0，(4) 确定是否已到达排队清除期报警检测决策时刻判断tq是否小于Ta，是则直接退 出本次分析程序，否则继续判断tq是否等于Ta，是则转到(5)、否则转到(6)，(5) 检查tc是否等于tq，是则将ca置为1、否则将ca置为0，然后将tc置为0并转到(7)，(6) 分析是否出现车辆检测器被连续占用超过绿灯行驶期报警阀值情况判断tc是否 大于或等于Tb，否则直接退出本次分析程序，是则将ca置为1，然后(7) 向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态ca，然后(8) 退出本次交通拥堵分析程序。
6. 根据权利要求4所述的系统运行方法，其特征是(1) 交通拥堵分析程序每秒运行四次，(2) 在确定是否已到达排队清除期报警检测决策时刻步骤中，以tq与扭Ta进行比较、 判断，(3) 在分析是否出现车辆检测器被连续占用超过绿灯行驶期报警阀值情况步骤中，以 tc与扭Tb进行比较、判断。
全文摘要
本发明系一种有信号灯控制路口的交通拥堵精准报警系统及其运行方法，系统由车辆检测器及与之相连接的检测信号分析处理单元构成，车辆检测器设置在信号灯控制路口的被检测交通流向路段上，分析处理单元具有一个与放行被检测交通流向的信号灯绿灯信号输入接口、一个车辆检测器检测信号输入接口以及一个交通拥堵报警信号输出接口。分析处理单元预设排队清除期报警阀值Ta及绿灯行驶期报警阀值Tb。从绿灯启亮起对车辆检测器的被占用情况监测至Ta，若此段时间隔内车辆检测器始终被连续占用，即发出交通拥堵报警信号；从Ta之后起对车辆检测器的被占用情况监测至绿灯灭，若此段时间隔内车辆检测器出现被连续占用时间≥Tb，即发出交通拥堵报警信号。
文档编号G08G1/01GK101763727SQ20091018805
公开日2010年6月30日 申请日期2009年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者刘刚, 姜廷顺, 张滨, 李志恒, 王一良, 郑通 申请人:姜廷顺