专利名称：兼有拥堵报警及能见度检测的交通安全系统及运行方法
技术领域：
本发明涉及一种兼有交通拥堵报警及能见度检测功能的公路交通安全系统及其
运行方法。 文中所提及的公路泛指城市快速路、环路、立交桥，以及省道、国道或高速公路等。
背景技术：
随着经济建设的快速发展，公路交通运输日益繁忙，交通安全问题已成为社会问
题，因能见度下降引发的重大道路交通事故频频发生，带来生命财产的严重损失。为尽可能
避免由于公路上的能见度下降不能快速发现引发事故，或是由于所发生的交通拥堵不能快
速发现、快速处理而引发二次事故，造成更大的危害和损失，在经常发生能见度下降并引发
道路交通事故或道路交通拥堵的路段，迫切需要一种能够满足道路交通安全需求的、具有
能见度快速检测并报警和道路交通异常快速检测并报警功能的公路交通安全系统。 1990年以视频相机出现以前，国际上普遍采用的能见度检测方式是基于测量大气
的光透射比或衰减系数或散射系数而设计的，再加上所用波长又非可见波长，使得仪器测
量的能见度值常常与人眼观察得到的相差很大；1990年以后，由于视频相机的出现，使得
以非常接近于人视觉特性的视觉技术来进行能见度测量成为可能，但是目前存在的此类基
于视觉技术的能见度检测方法，均难以满足道路交通管理的实际需要，主要体现在由于采
用非自发光测量靶标，既与车辆带有自发光的尾灯或雾灯的视觉特性不符，更不能满足夜
间能见度检测的需要。而恰恰是夜间公路能见度的降低对公路交通危害最大，交通事故发
生率数倍于日间能见度降低时。 因此，现有技术中没有这种能够满足道路交通安全需求的、具有能见度快速检测 并报警和道路交通异常快速检测并报警功能的公路交通安全系统。
发明内容
本发明的目的旨在开发一种特别是适用于公路的兼有交通拥堵报警及能见度检 测的公路交通安全系统。 该系统由目标发光源、图像采集设备、车辆检测器及处理计算机组成，处理计算机 具有车辆检测器信息输入接口 、拥堵报警信息输出接口 、一个能见度检测单元和一个交通 拥堵分析单元。沿道路距离图像采集设备不同处分别设置三个受控于处理计算机的目标发 光源作为测量靶标，图像采集设备对各测量靶标拍摄的现场图像传送给处理计算机进行实 时处理，判断各目标发光源可见性、推断该路段的当前能见度。目标发光源为三个，它们作 为测量靶标分别设置在距离图像采集设备50米、100米、200米处，目标发光源的设置要确 保能一次性同时无遮挡呈现在图像中。各目标发光源同步以亮T秒、灭T秒的序列工作，处 理计算机上的能见度检测单元在目标发光源点亮或熄灭后的T/2时运行，每隔T秒运行一 次，用于实现对能见度的检测。车辆检测器位于图像采集设备和最远的目标发光源之间，处 理计算机上的交通拥堵分析单元每秒运行4次，用于实现对交通拥堵的检测并报警，发出拥堵报警的同时使用图像采集设备对现场图像采集一次，所采集的现场图像一方面可以于 对交通拥堵报警进行人工确认，另一方面可用于查看现场拥堵产生的原因。系统所发出的 能见度报警信息和拥堵报警信息及现场图像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。 本发明提供的兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统是这样实现 的 兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统，通过图像采集设备来采集 不断亮灭的三个发光目标源的图像，并在图像采集设备所拍摄的现场图像上指定目标发光 源1、2、3的中心点的坐标(xi， yi) 、 (x2， y2) 、 (x3， y3)，这里第2个目标发光源与图像采集 设备间距要大于第l个目标发光源，依次类推。处理计算机控制所设各目标发光源同步以 第2nT秒亮、第(2n+l)T秒灭的序列工作，其中n为自然数。而处理计算机上的能见度检测 单元则在目标发光源点亮或熄灭后的T/2时运行，即每隔T秒运行一次。
图像采集设备对各测量靶标拍摄的现场图像传送给处理计算机，处理计算机上运 行的能见度检测单元对图像进行实时处理，通过计算各目标发光源的此次亮度与其前次亮 度的亮度差计算各目标发光源的可见性，从而得出当前的能见度等级v。能见度等级v = 3 表示此时能见度200米以上，v = 2表示能见度100 200米，v = 1表示能见度50 100 米，v = 0表示能见度50米以下。 能见度检测单元的基本工作过程如图3所示 (1)检测当前图像中各目标发光源中心点±r的矩形范围内平均亮度bi作为目标 发光源i的亮度，这里i = 1、2、3 ; (2)计算出目标发光源i此次亮度h与其前次亮度h。的亮度差& = | bi-bi。 | ，这 里i = 1、2、3， (3)分别比较di与对应的目标发光源可见阀值Di，若di ^Di，则令该目标发光源 的可见性Vi = l，否则Vi = O，这里i = 1、2、3， (4)然后根据Vl、 v2、 v3判断当前能见度等级v :若Vl = 1、 v2 = 1、 v3 = 1则v = 3，若^ = l、v2= 1、V3二0则v二2并发出能见度降低报警，若^二 l、v2 = 0、v3 = (^U v = 1并发出能见度降低报警，若Vl = 0、v2 = 0、v3 = 0贝U v = 0并发出能见度降低报警；
(5)令bi。 = bi，保存本次各目标发光源亮度以供下次计算使用，这里i = 1、2、3。
交通拥堵报警的基本原理是①当道路交通正常时，设置在道路上的车辆检测器 应该是被间歇性占用的，车速越快则车辆对车辆检测器的占用时间越短、车速越慢则占用 时间越长。而一旦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 说明该路段此时发生了交通异常。依据这一原理，首先在处理计算机内预设一个拥堵报警 阀值Ta;交通拥堵分析单元对车辆检测器的占用情况进行实时监测，一旦出现车辆检测器 被连续占用达到或超过设定的拥堵报警阀值Ta，则立即向拥堵报警信号输出接口发出该 路段发生交通拥堵的报警信息。也就是说，设定拥堵报警阀值Ta的用意，是从每次有车辆 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Ta的情况即认为发生拥堵。②当这台连续占用车辆检测器的车辆驶离车辆 检测器后，车辆检测器的状态从被占用变为空闲，但此时不应马上解除拥挤报警，以避免发 生报警、解除、再报警、再解除的频繁跳动不稳定状态。应该是当从这台连续占用车辆检测器的车辆离开车辆检测器起，此后的某一设定时间段内，即使车辆检测器会被间歇性占用、 但未再发生有车辆再次连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵报警阀值Ta的情况 时，才将拥挤报警解除。依据这一原理，首先在处理计算机内预设一个报警解除阀值Tb ;交 通拥堵分析单元对车辆检测器的占用情况进行实时监测，当连续占用车辆检测器且达到或 超过设定的拥堵报警阀值Ta的车辆一离开车辆检测器起开始计时，只要未再出现车辆连 续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵报警阀值Ta的情况，就累加计算车辆检测器 的空闲时间，当累加值达到设定的报警解除阀值Tb时解除报警；而一旦期间再次出现车辆 连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵报警阀值Ta的情况，即输出报警信号，同时 将累加值清零，从下一次该车辆离开车辆检测器起开始新一次的累加计算。也就是说，从一 台连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵报警阀值Ta的车辆离开车辆检测器起， 开始对车辆检测器的空闲时间进行累加计算，直至达到报警解除阀值Tb时解除报警，而这 个过程所需的时间是不确定的，取决于期间车流量的大小、也就是累计车辆间隙的多少。车 流越小、间隙越大，则这个拥挤解除过程就越短；车流越密集、间隙越小，则这个拥挤解除过 程就越长。这种只累加车辆检测器的空闲时间、而不是累加除了车辆检测器被连续占用且 达到或超过设定的拥堵报警阀值Ta以外的所有时间(即车流正常行驶的时间)的算法，使 得拥挤解除能够依据车流特性而变化，更加符合交通流特性、更加准确。
基于上述原理，兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统，还可以根 据车辆检测器是否出现被连续占用的情况进行拥堵报警。处理计算机上运行的交通拥堵分 析单元，在系统上电并初始化后开始运行，每秒4次。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。 兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统，能够根据能见度的变化自 动调整拥堵报警阀值Ta和报警解除阀值Tb。 拥堵报警阀值Ta和报警解除阀值Tb的合理设定是快速、准确地报警和解除的关 键。以平均车长3米的车流计算，公路上的车流在平均时速120公里、60公里、20公里、5公 里、1公里时每辆车对车辆检测器的占用时间分别约为0. 1秒、0. 2秒、0. 5秒、2秒、10秒。 因此，根据某一路段平均车速降至多少时应认定为发生了拥堵，交通工程师可以为该车辆 检测器设定相应的拥堵报警阀值Ta。但是，当公路上出现能见度下降时，公路上的平均车速
会大幅下降，例如《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第八十一条规定能见度小于 100米时车速不得超过每小时40公里、能见度小于50米时车速不得超过每小时20公里。 在这种能见度降低的情况下，车速降低、机动车对车辆检测器占用时间的加长并非是由于 拥堵所引起。因此，在能见度下降的情况下，拥堵报警阀值Ta也应相应提高，例如原先某公 路设定拥堵报警阀值Ta = 0. 5秒(即时速低于20公里时发出拥堵报警)可提高至Ta = 2秒(对应时速5公里)，即此时平均车速低于每小时5公里时才发出拥堵报警。报警解除 阀值Tb亦可由交通工程师根据具体情况自行设定，一般不易过小，以免导致在拥堵尚未彻 底解除、车队走走停停时，发生报警、解除、再报警、再解除的频繁跳动状况。较大的报警解
除阀值Tb，相当于加长了拥堵解除确认过程，虽然解除所需时间较长但确认性更强。与拥堵 报警阀值Ta —样，报警解除阀值Tb也随着能见度的变化而进行相应的调整。
交通拥堵报警的基本工作过程如下 (1)在处理计算机内预设一组不同能见度下的拥堵报警阀值和报警解除阀值，能
6见度200米以上的拥堵报警阀值为Tay报警解除阀值为Tb3，能见度100 200米分别为 Ta2、 Tb2，能见度50 100米分别为Tai、 Tb"能见度50米以下分别为Ta。、 Tb。，
(2)当系统上电时，初始化程序启动，参照图1中所示流程，将交通拥堵分析单元 的车辆检测器连续占用计时器tu、车辆检测器空闲累加器te、当前拥堵报警状态ca、已拍 照标志ra初始化为0，然后开始运行交通拥堵分析单元，每秒4次， (3)参照图2中所示流程，每秒运行4次的交通拥堵分析单元，首先根据当前的能 见度等级v从Ta3和Tb3、 Ta2和Tb2、 T&1和Tt^、 Ta。和Tb。中选择其中一组作为拥堵报警阀 值Ta和报警解除阀值Tb，然后 (4)检查车辆检测器占用状态，若此时车辆检测器被占用则转到(5)，若此时车辆 检测器空闲则转到(6)， (5)将车辆检测器连续占用计时器tu加l，然后判断tu是否大于或等于4*排队 清除期报警阀值Ta，是则表示出现了出现车辆连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥 堵报警阀值Ta的情况，将当前拥堵报警状态ca置为1、将车辆检测器空闲累加器te置为 O，然后转到(7)， (6)将车辆检测器连续占用计时器tu置为0，然后检查当前拥堵报警状态ca是否 等于l，否则说明当前无拥堵报警且车辆检测器空闲，不需处理，直接转到(7);是则说明当 前是在拥堵报警状态下出现了车辆检测器空闲，将车辆检测器空闲累加器te加l，然后判 断te是否大于或等于扭Tb，否则说明此时累计的车辆检测器空闲尚未达到拥堵解除报警 阀值Tb，直接转到(7)，是则说明此时累计的车辆检测器空闲已经达到拥堵解除报警阀值 Tb，将当前拥堵报警状态ca置为O，然后转到(7)， (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)判断是否当前拥堵报警状态ca为1且已拍照标志ra为0，否则直接转到(9)，
是则启动图像采集设备采集现场图像并保存，并将已拍照标志ra置为l，从而仅对第一次
拥堵报警现场采集并保存图像一次，以避免对同一次交通拥堵报警反复采集，然后 (9)退出本次交通拥堵分析单元的运行。
图1是交通拥堵分析初始化程序流程图
图2是交通拥堵分析单元流程图
图3是能见度检测单元流程图
具体实施例方式
假定在某快速路上某处设置了本系统，在测量现场选择恰当的位置安装图像采集 设备和分别距离图像采集设备200米、100米、50米的三个目标发光源，并确保三个目标发 光源能够一次性同时无遮挡呈现在图像中，车辆检测器设置在50米目标发光源附近的车 道上；并预设能见度200米以上的拥堵报警阀值为Ta3 = 2秒、报警解除阀值为Tb3 = 8秒， 能见度100 200米分别为Ta2 = 4秒、Tb2 = 15秒，能见度50 100米分别为T&1 = 8 秒、= 30秒，能见度50米以下分别为Ta。 = 16秒、Tb。 = 60秒。
1 、能见度快速检测并报警
处理计算机控制三个目标发光源同步以亮T秒、灭T秒的序列工作，即同时在第 2nT秒点亮、在第(2n+l)T秒熄灭(n为自然数)； 定义目标发光源1、2、3分别为距离图像采集设备50、100、200米的目标发光源，通 过处理计算机观看所拍摄到的现场图像并人工指定目标发光源1、2、3中心点在图像中的 位置，保存目标发光源1、2、3中心点的坐标(Xl， y》、(x2， y2) 、 (x3， y3)，以作为以后目标发光 源的检测位置。 处理计算机上的能见度检测单元在控制目标发光源点亮或熄灭后的T/2秒时(即 在目标发光源每次点亮T和熄灭T秒的中间点，此时目标发光源的点亮或熄灭已经处于稳 定状态)运行。假定检测出当前的能见度等级v = 1，即能见度为50 100米。
2、交通拥堵快速检测并报警 当系统上电时，将交通拥堵分析单元的车辆检测器连续占用计时器tu、车辆检测 器空闲累加器te、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单元，每秒 4次。 首先根据当前的能见度等级v = l，选择Tai = 8秒和Tt^ = 30秒作为拥堵报警 阀值Ta和报警解除阀值Tb，即Ta = 8秒和Tb = 30秒。 假定当前没有拥堵报警(当前拥堵报警状态ca = 0)，某车已经连续占用车辆检测 器7. 75秒(车辆检测器连续占用计时器tu = 4*7. 75 = 31)，且此时仍在占用交通拥堵 分析单元首先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，被占用，则将车 辆检测器连续占用计时器tu加1 (tu = 31+1 = 32)，然后判断tu( = 32)是否大于或等于 4*Ta( = 4*8 = 32)，是，则说明发生了交通拥堵，将ca置为1，并将车辆检测器空闲累加器 te置为0亦即将以前所可能累计的车辆检测器空闲累加值清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( = l)，同时启动图像采集设备采集现场图像一次并置 ra = l，然后退出本次交通拥堵分析单元的本次运行。
权利要求
兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统，由目标发光源、图像采集设备、车辆检测器及处理计算机组成，其特征是(1)沿道路距离图像采集设备不同处分别设置三个受控于处理计算机的目标发光源作为测量靶标，目标发光源的设置要确保能一次性同时无遮挡呈现在图像中，图像采集设备与处理计算机相连接，(2)目标发光源为三个，它们作为测量靶标分别设置在距离图像采集设备50米、100米、200米处。各目标发光源同步以亮T秒、灭T秒的序列工作，(3)车辆检测器设置在图像采集设备和最远的目标发光源之间的被检测交通流向路段上，并与处理计算机相连接，(4)处理计算机具有一个车辆检测器检测信号输入接口、一个交通拥堵报警信号输出接口，能见度检测单元和交通拥堵分析单元同时运行于处理计算机内，交通拥堵分析单元内预设拥堵报警阀值Ta及报警解除阀值Tb，a、从车辆检测器被占用起监测，若在≥Ta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、从连续占用车辆检测器时间段≥Ta的车辆离开车辆检测器时计，若再未有车辆检测器被连续占用时间≥Ta情况发生，即累加车辆检测器的空闲时间至报警解除阀值Tb，发出解除报警信号。
2. 根据权利要求1所述的兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统，其特 征是(1) 处理计算机控制所设各目标发光源同步以第2nT秒亮、第(2n+l)T秒灭的序列工 作，其中n为自然数，(2) 处理计算机上的能见度检测单元在各目标发光源点亮或熄灭后的T/2秒时开始运 行，每隔T秒运行一次，(3) 通过计算各目标发光源的此次亮度与其前次亮度的亮度差计算个目标发光源的可 见性，从而得出当前的能见度等级v。
3. 根据权利要求1或2所述的兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统， 其特征是能够根据能见度的变化自动调整拥堵报警阀值Ta和报警解除阀值Tb。
4. 根据权利要求1或2所述的兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统系 统运行方法，其特征是(1) 在处理计算机内预设一组不同能见度下的拥堵报警阀值和报警解除阀值，能见度 200米以上的拥堵报警阀值为Ta3、报警解除阀值为Tb3，能见度100 200米分别为Ta2、 Tb2，能见度50 100米分别为Tal、 Tbl，能见度50米以下分别为TaO、 TbO，(2) 将交通拥堵分析单元的车辆检测器连续占用计时器tu、车辆检测器空闲累加器 te、当前拥堵报警状态ca初始化为0，(3) 根据当前的能见度等级v从Ta3和Tb3、Ta2和Tb2、Tal和Tbl、TaO和TbO中选择 其中一组作为拥堵报警阀值Ta和报警解除阀值Tb，然后(3) 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 占用则转到(4)，若此时车辆检测器空闲则转到(5)，(4) 将车辆检测器连续占用计时器tu加l，然后判断tu是否大于或等于4*排队清除期报警阀值Ta，是则表示出现了出现车辆连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵报 警阀值Ta的情况，将当前拥堵报警状态ca置为1、将车辆检测器空闲累加器te置为O，然 后转到(6)，(5) 将车辆检测器连续占用计时器tu置为0，然后检查当前拥堵报警状态Ca是否等于 l，否则直接转到(6)、是则将车辆检测器空闲累加器te加l，然后判断te是否大于或等于 扭Tb，否则直接转到(6)、是则将当前拥堵报警状态ca置为0，然后转到(6)，(6) 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(7) 判断是否当前拥堵报警状态ca为1且已拍照标志ra为0，否则直接转到(8)，是则 启动图像采集设备采集现场图像并保存，并将已拍照标志ra置为l，然后(8) 退出本次交通拥堵分析单元。
5.根据权利要求4所述的系统运行方法，其特征是交通拥堵分析单元每秒运行四次。
全文摘要
本发明系一种兼有交通拥堵报警及能见度检测的公路交通安全系统及运行方法，系统由目标发光源、图像采集设备、车辆检测器及处理计算机组成。处理计算机具有一个车辆检测器检测信号输入接口、一个交通拥堵报警信号输出接口。处理计算机上的能见度检测单元对图像采集设备传送来的现场图像进行实时处理，判断各目标发光源可见性、推断该路段的当前能见度；交通拥堵分析单元预设不同能见度下的拥堵报警阀值和报警解除阀值，并根据当前能见度从中选取一组作为Ta和Tb。若车辆检测器被连续占用≥Ta，即发出交通拥堵报警信号并对现场拍照；从连续占用车辆检测器≥Ta的车辆离开起，若在Tb内再未发生连续占用车辆检测器≥Ta的情况，发出解除报警信号。
文档编号G08G1/07GK101697255SQ20091018805
公开日2010年4月21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;