基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法与流程

1.本发明涉及道路交通预警技术领域，具体为基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法。


背景技术：

2.城市下凹桥作为城市交通的关键节点，是城市交通道路正常通行的重要环节，也是城市交通系统的脆弱环节。例如，夏季极端暴雨天气过后，部分城市下凹桥区成为城市内涝易涝点，而这些下凹桥主要分布于城市交通主干道上，是城市交通中行人及车辆的必经之地，当降雨极端天气发生后，降落在整个下凹桥区的雨水都会沿着坡度向最低点汇聚，但由于部分下凹桥排水设施在原有建造条件下无法完全发挥排水防涝能力，致使雨水大量汇集于下凹桥最低点，导致通行中的车俩被淹及驾驶人员被困水中。
3.车辆被淹主要是由于无法了解前方下凹桥区积水区深度，车辆贸然驶入下凹桥区，导致车辆进水熄火，进而引发一连串的交通事故。当前，下凹桥采取的预警措施主要是在下凹桥的桥洞内壁设置警示标志，但此种方式使得驾驶人员在暴雨天中无法提前看清警示标志，即使车辆驾驶员发现标识，此时车辆已经驶入下凹桥区降雨积水区，很有可能造成交通事故，下凹桥的桥洞内壁设置警示标志起不到预警提示作用。同时，目前并没有形成一种符合降雨天气的下凹桥区周边交通路口信号配时方法，其次并没有实现通过对降雨天气下环境因素的监测，对交通信号进行实时控制。因此，对于当前下凹桥降雨天气对下凹桥区交通的影响，有必要通过降雨分级管理解决下凹桥区交通控制问题，防止车辆被淹及人员被困水中等事件发生。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法，该方法通过综合分析下凹桥区的降雨量及车流量的实时监测数据，确定下凹桥区周边交通路口信号配时的多种控制模式，从而实现交通信号的实时控制，避免车辆误入积水下凹桥而发生的事故。
5.基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法，包括以下步骤：
6.步骤1：由设置于下凹桥区内设置的降雨信息采集单元采集降雨状态信息，并远程发送至下凹桥区交通数据分析控制中心；
7.步骤2：由下凹桥周边道路交通量数据采集单元采集下凹桥周边交通道路上的车辆流量，以及下凹桥周边交通道路上的车辆饱和流率，并远程发送至下凹桥区交通数据分析控制中心；
8.步骤3：由下凹桥区交通数据分析控制中心远程接收步骤1及步骤2中采集的实时信息，并且下凹桥区交通数据分析控制中心内置有下凹桥区周边交通信号配时优化单元；下凹桥区周边交通信号配时优化单元优化下凹桥区周边交叉路口交通信号配时方案并远程发送至下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元；
9.步骤4：下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元控制下凹桥周边交通信号配时方案和路口信号灯的变换和显示；
10.步骤5：由下凹桥桥下交通警示显示单元远程接收下凹桥区周边交通信号配时优化单元控制信号并以文字信息显示包括扩下凹桥区的积水深度在内的交通警示信息；
11.步骤6：由设置于下凹桥周边道路路口处的下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元拦截车辆，防止车辆进入积水区。
12.优选的，步骤1中的降雨信息采集单元包括雨量传感器和液位检测传感器，其中雨量传感器设置在下凹桥区，该雨量传感器检测下凹桥区降雨状态并实时控制液位检测传感器开闭；液位传感器位于下凹桥最低点并监测下凹桥最低点水位。
13.优选的，步骤3还包括以下子步骤：
14.步骤3.1：当操作人员在下凹桥区交通数据分析控制中心的显示屏上观察到下凹桥区处于降雨状态，立即以文本的格式向计算机输入下凹桥周边交叉路口的总损失时间l，下凹桥区路口交通车辆流量比y1，下凹桥区路口进口车道的交通车辆流量比y2；
15.步骤3.2：下凹桥区周边交通信号配时优化单元内的集成电路芯片收到数据后存入内存中，与此同时计算车辆间的有效长度，将文本数据转化为浮点型常量数据；
16.步骤3.3：采用数据状态轮询方式，每收集完一个交通数据就做好准备接收下一个交通数据，之后重复步骤3.2；
17.步骤3.4：当接收交通数据完毕后，进行降雨天气下凹桥周边交叉路口信号周期时长c、降雨天气下凹桥区路口进口车道的绿灯时间c1、红灯时间c2；c、c1、c2的计算公式如下：
[0018][0019][0020]
c2＝c-c
1-c3[0021]
公式中，c3为黄灯设置时间，设定为4s；l为总损失时间；l为每相位信号损失时间，设定为3s；h为单位小时降雨雨量。
[0022]
优选的，步骤4还包括以下子步骤：
[0023]
步骤4.1：当降雨天气下凹桥周边交叉路口信号周期时长c、降雨天气下凹桥区路口进口车道的绿灯时间c1、红灯时间c2等数据参数计算完毕后，将参数计算结果转换为浮点型常量数据，然后发送给计算机；
[0024]
步骤4.2：交通信号灯组中定时器的中断中放置有状态寄存器和组合逻辑电路，主要用于交通灯倒计时和变换交通灯颜色；
[0025]
步骤4.3：交通信号灯组中定时器倒计时结束后，以一定的颜色顺序变换交通灯颜色，颜色顺序为绿色-黄色-红色；
[0026]
步骤4.4：为防止输出单元出现乱码的情况，定时更新交通信息显示屏，更新时间为30s；降雨天气下凹桥周边交叉路口信号周期时长c的推导步骤如下所示：
[0027]
根据webster信号配时模型，延误模型计算公式可表达为：
[0028]
[0029]
公式中，为车辆延误时间；c为周期时长；λ为对应相位绿信比；x为进口车道的饱和度；q为进口车道到达车流率；
[0030]
由于降雨天气的影响，下凹桥周边交叉路口车辆的实际延误时间要高于webster信号配时模型计算得出的延误时间，因此，需要对增加的延误时间δd进行拟合研究，得到延误时间δd的计算公式，公式如下所示：
[0031][0032]
降雨天气对信号配时模型进行修正，可得到修正后的下凹桥周边交叉路口车辆延误时间公式，如下所示：
[0033][0034]
公式中，d为降雨修正后的车辆延误时间；
[0035]
由此可知，降雨天气下的下凹桥周边交叉口车辆平均延误公式如下所示：
[0036][0037]
公式中，n为第i相位的车流数；qi为第i相位的车流量；λi为第i相位绿信比；xi为第i相位的进口车道饱和度；
[0038]
根据webster信号配时模型中参数计算原则，将进口车道饱和度和绿信比公式带入下凹桥周边交叉口车辆平均延误公式，其中，饱和度和绿信比的计算公式如下：
[0039][0040][0041]
公式中，c为周期时长；si为第i相位所有车道饱和流量之和；l为下凹桥周边交叉路口的总损失时间l；yi为第i股车流的流量比流；y1为路口交通车辆总流量比；
[0042]
将上述两公式即进口车道饱和度和绿信比公式带入降雨天气下的下凹桥周边交叉口车辆平均延误公式，公式如下：
[0043][0044]
将实际下凹桥周边交通流数据带入上述公式中，可以得到降雨天气下的下凹桥周边交叉口信号周期时长如下：
[0045][0046]
优选的，步骤5中，下凹桥桥下交通警示显示单元包括设置于下凹桥桥体两侧或下凹桥周边道路路口的显示屏，该显示屏的文字显示内容由下凹桥区周边交通信号配时优化单元根据预先设置的预警水位和涉险水位深度信息决定，该文字显示内容包括以下三种：
[0047]
a、当监测到的水位小于等于10cm的预警水位时，显示屏用黄色显示水位信息和“前方积水，减速慢行”的数字信息、文字信息和相应的标识；
[0048]
b、当监测到的水位大于10cm的预警水位且小于15cm的涉险水位时，显示屏用红色显示水位信息和“注意积水，谨慎驾驶”的数字信息、文字信息和相应的标识；
[0049]
c、当监测到的水位大于等于15cm的涉险水位时，显示屏用红色显示水位信息和“积水严重，严禁通行”的数字信息、文字信息和相应的标识。
[0050]
优选的，步骤6中的下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元内置有电动档杆，该下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元的开闭由下凹桥区周边交通信号配时优化单元根据预先设置的预警水位和涉险水位深度信息控制并决定，当监测到的水位小于15cm的涉险水位时，电动档杆依旧抬起；当监测到的水位大于等于15cm的涉险水位时，电动档杆降下，车辆禁止通行。
[0051]
本发明的基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法，其优点和技术效果如下：
[0052]
(1)降雨信息采集单元：用于检测下凹桥区降雨状态，即降雨信息采集单元的雨量传感器判定存在降雨时，控制启动液位检测传感器；而判定不存在降雨时，控制关闭液位检测传感器，降低资源消耗及液位检测传感器的使用频次，提高液位检测传感器的使用寿命及测量精度。
[0053]
(2)道路交通量数据采集单元：包括下游传感器和上游传感器，其中上游传感器主要用于检测下凹桥周边交通道路上的车辆流量，下游传感器用于检测下凹桥周边交通道路上的车辆饱和流率。
[0054]
(3)下凹桥区交通数据分析控制中心：由可直接发出操控命令的计算机和云处理器组成，主要功能包括接收、处理和传输降雨信息、积水水位信息、道路交通流参数。
[0055]
(4)下凹桥区周边交通信号配时优化单元：主要由集成电路芯片组成，主要功能是对下凹桥区周边交叉路口交通信号配时方案进行优化，并适时输出下凹桥区周边交叉路口的信号配时方案。
[0056]
(5)下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元：主要由交通信息显示屏和交通信号灯组组成，负责下凹桥周边交通信号配时方案和路口信号灯的显示和变换。
[0057]
(6)下凹桥桥下交通警示显示单元：主要为下凹桥桥下交通警示信息显示屏，其显示的文字信息主要根据液位传感器监测的积水水位来进行确定。
[0058]
(7)下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元：主要为电动档杆，其设置位置位于下凹桥最低点前方20-100m处，从而适应不同坡度的下凹桥，防止车辆进入积水区。装置一端设置在下凹桥挡墙的凹槽内，无降雨时抬起。电动挡杆防线与否主要由液位传感器监测的积水水位来进行确定。
[0059]
本发明的基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法，由下凹桥区交通数据分析控制中心及其内部集成的下凹桥区周边交通信号配时优化单元作为信息分析中心，可实现采集降雨信息采集单元及道路交通量数据采集单元发送的下凹桥积水信息以及下凹桥区车流量信息；并根据上述信息实时控制a、下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元实时调节交通指示灯显示时长；b、下凹桥桥下交通警示显示单元实时显示文字预警信息；c、下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元实施主动阻断交通。采用本发明的基于降雨分级管理的
下凹桥区交通实时控制方法可实现下凹桥积水状况下的实时交通提示及交通阻断，无需人工观察下凹桥水位及人工阻断交通，即使发生局部短时强降雨，亦可实现反应速度快，以及点对点的交通控制功能。
附图说明
[0060]
图1：本发明的流程示意图；
[0061]
图2：本发明的下凹桥桥下交通警示显示单元位置示意图；
[0062]
图3：本发明的下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元位置示意图；
[0063]
附图标记说明：1-液位传感器；2-下凹桥桥下交通警示显示屏；3-下凹桥桥下交通电动档杆。
具体实施方式
[0064]
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
[0065]
本发明的基于降雨分级管理的下凹桥区交通实时控制方法，包括有实时控制系统，该系统包括降雨信息采集单元、道路交通量数据采集单元、下凹桥区交通数据分析控制中心、下凹桥区周边交通信号配时优化单元、下凹桥桥下交通警示显示单元、下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元、下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元。其中：
[0066]
1)降雨信息采集单元：
[0067]
降雨信息采集单元有雨量传感器和液位检测传感器，雨量传感器设置在下凹桥区，用于检测下凹桥区降雨状态，并实时控制液位检测传感器；液位传感器位于下凹桥最低点，当雨量传感器检测到有降雨时，液位传感器对下凹桥最低点水位进行监测。
[0068]
2)下凹桥周边道路交通量数据采集单元：
[0069]
下凹桥周边道路交通量数据采集单元是由下游传感器和上游传感器组成，上游传感器主要用于检测下凹桥周边交通道路上的车辆流量，下游传感器用于检测下凹桥周边交通道路上的车辆饱和流率。
[0070]
3)下凹桥区交通数据分析控制中心：
[0071]
下凹桥区交通数据分析控制中心主要由可直接发出操控命令的计算机和云处理器组成，主要功能包括接收、处理和传输降雨信息、积水水位信息、道路交通流参数。
[0072]
4)下凹桥区周边交通信号配时优化单元
[0073]
下凹桥区周边交通信号配时优化单元主要由集成电路芯片组成，主要功能是对下凹桥区周边交叉路口交通信号配时方案进行优化，并适时输出下凹桥区周边交叉路口的信号配时方案。
[0074]
5)下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元：
[0075]
下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元主要由交通信息显示屏和交通信号灯组组成，负责下凹桥周边交通信号配时方案和路口信号灯的显示和变换。
[0076]
6)下凹桥桥下交通警示显示单元：
[0077]
下凹桥桥下交通警示显示单元主要为下凹桥桥下交通警示信息显示屏，其显示的
文字信息主要根据液位传感器监测的积水水位来进行确定。
[0078]
7)下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元：
[0079]
下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元主要为电动档杆，其设置位置位于下凹桥最低点前方20-100m处，从而适应不同坡度的下凹桥，防止车辆进入积水区。装置一端设置在下凹桥挡墙的凹槽内，无降雨时抬起。电动挡杆防线与否主要由液位传感器监测的积水水位来进行确定。
[0080]
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：
[0081]
1)降雨信息采集单元：
[0082]
降雨信息采集单元有雨量传感器和液位检测传感器，雨量传感器设置在下凹桥区，用于检测下凹桥区降雨状态，并实时控制液位检测传感器；液位传感器位于下凹桥最低点，当雨量传感器检测到有降雨时，液位传感器对下凹桥最低点水位进行监测。
[0083]
步骤1：雨量传感器实时采集下凹桥区周围环境的降雨数据；
[0084]
步骤2：当雨量传感器检测到下凹桥区周边降雨时，启动位于下凹桥最低点的液位传感器，液位传感器实时监测下凹桥最低点水位。
[0085]
步骤3：液位传感器启动后，直接将液位数据直接传输至下凹桥区交通数据分析控制中心，之后，计算机和云处理器将数据进行分析，进而决定下凹桥桥下交通警示显示屏显示的内容和下凹桥桥下车辆交通电动拦截装置开闭状态。
[0086]
2)下凹桥周边道路交通量数据采集单元：
[0087]
下凹桥周边道路交通量数据采集单元是由下游传感器和上游传感器组成，上游传感器主要用于检测下凹桥周边交通道路上的车辆流量，下游传感器用于检测下凹桥周边交通道路上的车辆饱和流率。
[0088]
3)下凹桥区交通数据分析控制中心：
[0089]
下凹桥区交通数据分析控制中心主要由可直接发出操控命令的计算机和云处理器组成，主要功能包括接收、处理和传输降雨信息、积水水位信息、道路交通流参数。
[0090]
4)下凹桥区周边交通信号配时优化单元：
[0091]
下凹桥区周边交通信号配时优化单元主要由集成电路芯片组成，主要功能是对下凹桥区周边交叉路口交通信号配时方案进行优化，并适时输出下凹桥区周边交叉路口的信号配时方案，之后将信号配时方案传递给下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元。其工作步骤如下：
[0092]
步骤1：当操作人员在交通信息显示屏上观察到下凹桥区处于降雨状态，立即以文本的格式向计算机输入下凹桥周边交叉路口的总损失时间l，下凹桥区路口交通车辆流量比y1，下凹桥区路口进口车道的交通车辆流量比y2。
[0093]
步骤2：集成电路芯片收到数据后存入内存中，与此同时计算车辆间的有效长度，将文本数据转化为浮点型常量数据。
[0094]
步骤3：采用数据状态轮询方式，每收集完一个交通数据就做好准备接收下一个交通数据，之后重复步骤2。
[0095]
步骤4：当接收交通数据完毕后，进行降雨天气下凹桥周边交叉路口信号周期时长c、降雨天气下凹桥区路口进口车道的绿灯时间c1、红灯时间c2。c、c1、c2的计算公式如下：
[0096]
[0097][0098]
c2＝c-c
1-c3[0099]
公式中，c3为黄灯设置时间，设定为4s；l为总损失时间；l为每相位信号损失时间，设定为3s；h为单位小时降雨雨量，mm。
[0100]
5)下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元：
[0101]
下凹桥区周边交通信号配时模式输出单元主要由交通信息显示屏和交通信号灯组成，负责下凹桥周边交通信号配时方案和路口信号灯的变换和显示。此单元的工作步骤如下：
[0102]
步骤1：当降雨天气下凹桥周边交叉路口信号周期时长c、降雨天气下凹桥区路口进口车道的绿灯时间c1、红灯时间c2等数据参数计算完毕后，将参数计算结果转换为浮点型常量数据，然后发送给计算机。
[0103]
步骤2：交通信号灯组中定时器的中断中放置有状态寄存器和组合逻辑电路，主要用于交通灯倒计时和变换交通灯颜色。
[0104]
步骤3：交通信号灯组中定时器倒计时结束后，以一定的颜色顺序变换交通灯颜色，颜色顺序为绿色-黄色-红色。
[0105]
步骤4：为防止输出单元出现乱码的情况，定时更新交通信息显示屏，更新时间为30s。
[0106]
降雨天气下凹桥周边交叉路口信号周期时长c的推导步骤如下所示：
[0107]
根据webster信号配时模型，延误模型计算公式可表达为：
[0108][0109]
公式中，为车辆延误时间；c为周期时长；λ为对应相位绿信比；x为进口车道的饱和度；q为进口车道到达车流率。
[0110]
由于降雨天气的影响，下凹桥周边交叉路口车辆的实际延误时间要高于webster信号配时模型计算得出的延误时间，因此，需要对增加的延误时间δd进行拟合研究，得到延误时间δd的计算公式，公式如下所示：
[0111][0112]
降雨天气对信号配时模型进行修正，可得到修正后的下凹桥周边交叉路口车辆延误时间公式，如下所示：
[0113][0114]
公式中，d为降雨修正后的车辆延误时间。
[0115]
由此可知，降雨天气下的下凹桥周边交叉口车辆平均延误公式如下所示：
[0116][0117]
公式中，n为第i相位的车流数；qi为第i相位的车流量；λi为第i相位绿信比；xi为第
i相位的进口车道饱和度。
[0118]
根据webster信号配时模型中参数计算原则，将进口车道饱和度和绿信比公式带入下凹桥周边交叉口车辆平均延误公式，其中，饱和度和绿信比的计算公式如下：
[0119][0120][0121]
公式中，c为周期时长；si为第i相位所有车道饱和流量之和；l为下凹桥周边交叉路口的总损失时间l；yi为第i股车流的流量比流；y1为路口交通车辆总流量比。
[0122]
将上述两公式即进口车道饱和度和绿信比公式带入降雨天气下的下凹桥周边交叉口车辆平均延误公式，公式如下：
[0123][0124]
将实际下凹桥周边交通流数据带入上述公式中，可以得到降雨天气下的下凹桥周边交叉口信号周期时长如下：
[0125][0126]
6)下凹桥桥下交通警示显示单元：
[0127]
下凹桥桥下交通警示显示单元主要为下凹桥桥下交通警示信息显示屏，其显示的文字信息主要根据液位传感器监测的积水水位来进行确定。此单元工作步骤如下：
[0128]
步骤1：雨量传感器实时采集下凹桥区周围环境的降雨数据；
[0129]
步骤2：当雨量传感器检测到下凹桥区周边降雨时，启动位于下凹桥最低点的液位传感器，液位传感器实时监测下凹桥最低点水位。
[0130]
步骤3：液位传感器启动后，直接将液位数据直接传输至下凹桥区交通数据分析控制中心，之后，计算机和云处理器将数据进行分析，处理器根据先前设置的预警水位(水位为10cm，此条件下车辆谨慎限速行驶)和涉险水位(水位为15cm，此条件下禁止车辆通行)等信息决定下凹桥桥下交通警示显示屏显示的内容。当监测到的水位小于等于预警水位(10cm)时，显示屏用黄色显示水位信息和“前方积水，减速慢行”的数字信息、文字信息和相应的标识；当监测到的水位大于预警水位(10cm)且小于涉险水位(15cm)时，显示屏用红色显示水位信息和“注意积水，谨慎驾驶”的数字信息、文字信息和相应的标识；当监测到的水位大于等于涉险水位(15cm)时，显示屏用红色显示水位信息和“积水严重，严禁通行”的数字信息、文字信息和相应的标识。
[0131]
7)下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元：
[0132]
下凹桥桥下车辆交通电动拦截单元主要为电动档杆，其设置位置位于下凹桥最低点前方20-100m处，从而适应不同坡度的下凹桥，防止车辆进入积水区。装置一端设置在下凹桥挡墙的凹槽内，无降雨时抬起。电动挡杆防线与否主要由液位传感器监测的积水水位来进行确定。此单元工作步骤如下：
[0133]
步骤1：雨量传感器实时采集下凹桥区周围环境的降雨数据；
[0134]
步骤2：当雨量传感器检测到下凹桥区周边降雨时，启动位于下凹桥最低点的液位传感器，液位传感器实时监测下凹桥最低点水位。
[0135]
步骤3：液位传感器启动后，直接将液位数据直接传输至下凹桥区交通数据分析控制中心，之后，计算机和云处理器将数据进行分析，处理器根据先前设置的涉险水位(水位为15cm，此条件下禁止车辆通行)的信息决定桥下车辆交通电动拦截装置。当监测到的水位小于涉险水位(15cm)时，电动档杆依旧抬起；当监测到的水位大于等于涉险水位(15cm)时，电动档杆降下，车辆禁止通行。
[0136]
最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
[0137]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。