CN101383091B - 交通诱导室外屏的网络化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种交通诱导室外屏的网络化控制系统，以分布式以太网为系统的基础架构，设置监控中心，根据城市的行政区域划分交通诱导室外屏的所属区段，各区段内的室外屏由监控分中心控制，相互之间不受干扰，并通过交换服务器进行协调，构成统一的网络控制系统。本发明提出的控制策略，包括数据处理策略及发布信息的显示策略。本发明提出基于效益分析的选址模型，并给出了评价指标体系和基于启发式算法的模型求解方法。本发明内容涉及交通诱导室外屏的网络化控制系统的架构、控制策略及选址等几个关键环节，其优点在于系统架构的完备性、灵活性，数据处理的协调性，以及优化选址的有效性，提高了交通诱导室外屏的网络化控制系统建设的整体效率。

Description

交通诱导室外屏的网络化控制系统

技术领域

本发明涉及交通工程的计算机网络控制技术领域，特别涉及一种交通诱导室外屏的网络化控制系统。

背景技术

本发明涉及三个方面的背景技术，具体而言，包括：基于分布式以太网结构的系统架构；交通诱导室外屏的总体控制策略，包括数据处理策略及发布信息的显示策略；三是室外屏的优化选址模型。

首先，采用分布式以太网构建控制网络已经成为当前控制领域中一种常用的集成方法，具有快速性、开放性、兼容性以及低成本等优点。在交通监控系统、交通信息发布系统的建设过程中，分布式以太网也得到较为充分的应用。但是，分布式以太网也具有其固有的一些缺点，如：构建具有大规模网络节点和海量传输数据的系统时，随着网络负荷的增加，数据传输有时滞性，特别是如果控制策略相对复杂，则会降低整个系统的鲁棒性和运转效率。另外，对于交通诱导室外屏系统而言，不同的室外屏所发布的信息需要进行相关性分析，位于不同区段上的室外屏之间需要进行数据和信息的共享。目前对于这个问题的解决方式有两种：一是将交通诱导室外屏系统划分为多个子系统，通过所属的监控分中心，再通过交换服务器进行连接；二是将不同的子系统挂于一个总线型网络上，通过广播式数据传播方式进行连接。前者的缺点在于增加了交换服务器的压力，同时也降低了系统的时效性；后者的缺点在于控制策略复杂，同时限制了子系统的单次数据传输量，降低了传输效率。

其次，近年来，随着交通数据采集手段的提升、交通信息发布需求的增长，交通诱导系统，作为交通信息发布平台的重要组成部分，规模在不断扩大。理论上，如果整个路网上都装有室外屏能最大化交通诱导室外屏系统的作用。对比国外同类大城市的交通诱导系统状况，日本东京都拥有高速路300公里，拥有291块室外屏系统显示屏；西班牙马德里在12条放射公路上具有1800多块显示屏，仅在M40外环线上62公里的距离就有120块室外显示屏。以北京市为例，其境内高速路和快速路公里总数达到532.1公里，但使用的室外显示屏数量只有49块。相对于急剧增加的居民交通出行需求，北京市现有的室外屏的规模和数量还远远不够。系统规模的增加和系统成本的控制是一对矛盾，一方面，规划和建设中的北京市交通诱导室外屏系统规模将不断增长，到2008年，全市将建设增加交通诱导室外屏500块，规划数量为1000块左右；另一方面，室外屏系统的建设成本较高。因此，交通诱导室外屏系统需要进行优化选址，合理配置室外屏，并能发挥最大功效。常用的方法是基于排队论、相关性分析的选址模型。

最后，当前交通诱导室外屏系统的控制方式主要包括城市交通数据的采集、处理、发布过程，传递给交通出行者的信息为当前信息，未能将未来一段时间内的交通预测信息通知给出行者，因此，未能实现告知出行者未来一段时间内交通状态的功能。另外，系统节点的增加，由于每块屏的发布策略都要与其周围的屏进行相关，系统节点之间的相关性呈指数上升，也需要系统具有合适的控制策略，包括数据处理策略及发布信息的显示策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种交通诱导室外屏的网络化控制系统，从交通诱导室外屏的架构、控制策略及布设等几个关键环节，提高系统架构的完备性、灵活性，数据处理的协调性，以及室外屏优化选址的有效性等，并提高交通诱导室外屏系统的整体效率。为实现所述目的，本发明采用的技术方案为：

交通诱导室外屏的网络化控制系统，其系统架构组成包括：

监控中心：接收道路交通流检测器传送过来的交通流数据，根据相关算法进行数据处理，得到城市道路的交通状态信息；系统管理员根据相关指令信息，通过操作工作站手动输入可发布信息；将上述两者信息进行融合，制作诱导信息发布节目单，通过交换服务器向各区段监控分中心进行发送，并传递给不同的交通诱导室外屏；

操作站工作站：系统管理员的工作平台，通过操作工作站与系统进行交互，并对系统发布信息进行管理；

交换服务器：用于将位于不同区段的监控分中心进行互联，能根据协议配置，选择要发送的区段，并通过监控分中心，选择要发送的交通诱导室外屏；

监控分中心：连接并监控区段内的交通诱导室外屏的工作状态；同时，接收监控中心传送过来的诱导信息，选择合适的室外屏进行发送；

室外屏故障信息监控与维护中心：负责室外屏故障信息的诊断、识别与传输；

分布式以太网：通过分布式以太网完成系统所有数据的传输，包括控制数据、诱导信息数据、检测数据。

所述交换服务器还用于存储所有与交通诱导室外屏的网络化控制系统相关的数据，包括交通流检测数据、电子政务数据、历史发布数据、故障数据、维护记录、操作记录。

所述监控分中心的设置方式为：系统根据室外屏所位于的行政区域划分子网，区段内的每个室外屏会被分配不同的IP地址，由室外屏所配置的单片机系统进行识别，并由该系统进行信息的接收和显示控制；监控分中心采用星型网络结构，每个监控分中心和监控中心一起构成双网冗余方式，保证操作信息、发送记录的双备份。

交通诱导室外屏的网络化控制系统的数据的处理过程可以分为三个层面，分别是数据层，处理层和显示层，具体为：

(1)数据层

该层的主要作用是其他系统传递过来的原始数据进行校验解包并进行预处理；所述原始数据来源于如下子系统：

快速路检测系统，即远程微波传感器检测系统，采集并传递断面交通流数据；

牌照识别系统，采集路段上游路口车辆牌照，下游路口的捕捉检测数据；

信号系统，即线圈检测系统，除了检测交通流量外，同时可以计算道路平均车速与占有率等数据；

122报警系统，得到某路段的报警通知；

以上系统的交通数据通过接口软件传递入系统应用服务器，一方面存储入数据库，另一方面，由处理层计算模块进行处理。

(2)处理层

在处理层中，由数据处理模块调用相应的模型，如车流状态分类计算模型，进行数据计算处理，得到交通状态信息；交通状态信息则经由人工确认，存入系统数据库；另外，有些突发交通事件需要人工信息输入并存入系统数据库；处理层过程主要集中在交换服务器和监控中心的操作管理终端中进行；

(3)显示层

显示层主要对交通状态信息进行处理，形成交通诱导信息。所述交通诱导信息的生成通过两个渠道：

一方面调用信息库中的交通状态信息，通过交通诱导相关性分析模型，得到诱导信息的发布延伸范围和时效性参数，然后通过预案库，生成诱导信息；

另一方面，如果需要人工输入的信息，如交通管制信息，勤务信息或宣传信息，则由指挥人员进行人工编辑，生成节目单以后，结合系统数据库中的预案库，与上述诱导信息一起，生成诱导信息节目单，传给监控中心及各监控分中心的控制服务器；以上流程在交换服务器和监控中心的操作管理终端中进行。

在数据层校验解包过的交通数据到达处理层以后，先进行滤波处理，剔除不在设定范围内的数据，获取有效数据；之后进行状态聚类，即作状态分级，并根据道路等级进行匹配，最后进行状态预测，得到交通状况信息；交通状况信息如需人工确认则经过人工确认以后存储到交通状态信息库当中；如果是自动发布模式，则直接存储到交通状态信息库中。

显示层从交通状态信息库调用状态信息，结合预案库中的预案，生成诱导信息，并与人工编辑信息生成的节目单一起，成为诱导信息节目单，存入交通诱导信息库。

交换服务器接收指挥中心传来的所述诱导信息节目单，对其进行合成，发送控制指令到所管辖的显示屏，实现室外屏发布信息的有效显示。

交通诱导室外屏的网络化控制系统的选址模型，通过采纳费用效益分析方法建立选址模型，通过量化交通诱导室外屏的网络化控制系统效益评价各项指标，使用各个效益模型计算出在有交通诱导室外屏的网络化控制系统信息提供下的全年全路网所期望交通系统效益和社会效益的总效益，总体效益模型为公式：

${\mathrm{MaxBCR}}_{\mathrm{network}}^{\mathrm{year}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{t_i}{(1+r)}^{-t}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{t_i}{(1+r)}^{-t}$

$s.t.\underset{a\∈F}{\mathrm{\Σ}}{C}_{t_i}\≤S$

式中：

表示一年中在所有的时段所有交通诱导室外屏的网络化控制系统安装路网效益费用比；

表示第i项效益，单位为元；

表示路网建造交通诱导室外屏的网络化控制系统第i项费用，单位为元；

r为基准折现率；

t表示年数；

n表示计算期；

S表示一年中在路网上建设和维护交通诱导室外屏的网络化控制系统的最大的成本预算，单位为元。

所述交通诱导室外屏的网络化控制系统的选址模型其求解算法采用禁忌搜索算法，求解过程如下：

1)通过明确交通诱导室外屏的网络化控制系统可选位置集，确定解空间；

2)按照一定的方向从目前的解集得出一个新的候选解集，并在新的交通诱导室外屏的网络化控制系统设置点加载足够多交通事件；交通诱导室外屏的网络化控制系统影响范围是必须考虑的，因此一定范围外的交通事件是可以不用考虑的；算法从选址初始解中开始，这种搜索方法可以更快的找到新的解集，如果这个解集是更好的可行解，将被采纳，如不是，则重新产生新解集；

3)按U(0，1)分布分配随机产生的交通事件，并在路网中标记，记录在每条路段的属性当中；

4)如果交通事故发生在交通诱导室外屏的网络化控制系统显示范围内，则改变此屏的显示状态；

5)运行基于时间的用户平衡交通分配程序，根据计算出的结果，转移交通诱导室外屏的网络化控制系统前的一定比例的车辆路径；

6)进行仿真，直到路网重新平衡为止；

7)重复第三步，直到K件交通事件，全部加载完；

8)更新目前的解集和禁忌列表；

9)重复第二步，直到迭代次数达到预先定好的次数。

与传统的交通诱导室外屏的技术方式相比，本发明具有如下优点：

本发明提出的系统架构将交通诱导系统划分为监控中心与监控分中心，各个监控分中心通过交换服务器连接，构成网络控制系统。同时，各监控分中心通过交换服务器进行逻辑隔离，区段内数据传输并不影响系统的网络负荷。当需要其他分中心数据支持时，可以通过交换服务器进行协调实现。这样既限制了分中心的工作权限，同时降低了交换服务器的网络负荷，增加了系统的灵活性。

本发明中的控制策略符合城市交通的特点，增加了预测功能，提高了出行决策的能力。

本发明中的交通诱导室外屏的网络化控制系统的选址模型具有优化布设室外屏的功能，在满足系统效率最大化的前提下，优化了系统结构，减少了系统建设的成本，与系统控制策略相结合，提高了系统的效率。

本发明的三个环节相互支持，相互补充，共同有机提高系统的效率。

附图说明

图1：基于分布式以太网的交通诱导室外屏的网络化控制系统架构；

图2：交通诱导室外屏的网络化控制系统架构拓扑结构；

图3：监控中心网络拓扑结构；

图4：监控分中心网络拓扑结构；

图5：交通诱导室外屏的网络化控制系统总体数据流图；

图6：处理层数据处理流程；

图7：显示层数据处理流程；

图8：交通诱导室外屏的网络化控制系统评价指标体系的框架示意图；

图9：交通诱导室外屏的网络化控制系统效益评价指标体系框架示意图。

具体实施方式

本发明提供了交通诱导室外屏的网络化控制系统，下面结合附图进一步详细的说明。

本发明提供的交通诱导室外屏的网络化控制系统以分布式以太网作为基础架构，如图1所示，包括：

监控中心：接收道路交通流检测器传送过来的交通流数据，根据相关算法进行数据处理，得到城市道路的交通状态信息；系统管理员根据相关指令信息，通过操作工作站手动输入可发布信息；将上述两者信息进行融合，制作诱导信息发布节目单，通过交换服务器向各区段监控分中心进行发送，并传递给不同的交通诱导室外屏。

操作站工作站：系统管理员的工作平台，通过操作工作站与系统进行交互，并对系统发布信息进行管理。

交换服务器：用于将位于不同区段的监控分中心进行互联，能根据协议配置，选择要发送的区段，并通过监控分中心，选择要发送的交通诱导室外屏。

监控分中心：连接并监控区段内的交通诱导室外屏的工作状态；同时，接收监控中心传送过来的诱导信息，选择合适的室外屏进行发送。

分布式以太网：通过分布式以太网完成系统所有数据(包括控制数据、诱导信息数据、检测数据等)的传输。

交换服务器的作用包括存储所有与交通诱导室外屏系统相关的数据，如交通流检测数据、电子政务数据、历史发布数据、故障数据、维护记录、操作记录等。

所述控制系统交通诱导室外屏的网络化控制系统还包括室外屏故障信息监控与维护中心，负责室外屏故障信息的诊断、识别与传输。

监控分中心的设置方式：系统根据室外屏所位于的行政区域划分子网，区段内的每个室外屏会被分配不同的IP地址，由室外屏所配置的单片机系统进行识别，并由该系统进行信息的接收和显示控制。监控分中心采用星型网络结构。每个监控分中心和监控中心一起构成双网冗余方式，保证操作信息、发送记录的双备份。

交通诱导室外屏的网络化控制系统的控制策略

交通诱导室外屏的网络化控制系统的控制，需要考虑系统的整体诱导效果，同时对于某个具体区域也应达到比较满意的效果，并尽可能考虑某一路段的需求，做到系统诱导、连续诱导，以发挥交通诱导室外屏系统的系统效益和整体功能，提高城市路网的运行效率。因此，交通诱导室外屏系统的信息发布可以采用三级控制模式。

第一级：是由监控中心控制的总体协调层；

第二级：是各监控分中心控制的区域诱导层；

第三级：是由现场人员完成的室外屏屏的直接发布控制层。

交通诱导室外屏的网络化控制系统、监控中心、各监控分中心的拓扑结构分别如图2、图3、图4所示。

监控中心是交通诱导室外屏的网络化控制系统的最高控制中心，控制总体协调层，它的主要功能具体如下：

(1)信息采集

从其它系统获得各种交通数据，包括自动信息(如各种检测器数据)采集和人工信息采集。

(2)数据处理和计算

通过相关软件，对采集的交通数据进行处理和计算，生成诱导信息。

(3)信息发布

监控中心可以直接向显示屏发布信息，也可以将计算结果和需要发布的信息传送给监控分中心，由监控分中心根据相关需要和实际情况进行发布。主要包括：

通用信息发布：能显示通用的交通信息，根据设定好的显示时间，多条信息轮流播放。信息内容、显示时间可通过控制系统更改。

人工诱导信息发布：将诱导信息通过控制系统人工发往室外屏显示。可设定为发送后立即显示或设定好后由控制系统定时发送显示。

自动诱导信息发布：将交通流检测信息进行计算，自动生成诱导信息，自动发往室外屏显示。

需要特别指出的是，针对嵌入式室外屏，主要采用自动采集，自动发布的模式。

(4)权限分配

监控中心可对各监控分中心进行适当的权限分配，使其实现交叉控制，满足实际情况需要。

(5)显示屏状态监控

监控显示屏的工作状态，将故障信息及时传送给维修保养部门。

(6)显示屏的维修保养

对显示屏进行及时地维修和保养。

监控分中心的主要功能具体如下：

(1)人工信息采集

通过管辖区内的交警等现场工作人员，采集实时交通信息。

(2)信息发布

监控分中心向显示屏发布来自监控中心的交通诱导信息；同时还可以发布通用信息。

(3)监视室外屏的工作状态

监控分中心监视所属区段内的室外屏的工作状态，并传送至中心。

系统总体数据处理流程如图5所示，数据的处理过程可以分为三个层面，分别是数据层，处理层和显示层。

(1)数据层

该层的主要作用是其他系统传递过来的原始数据进行校验解包并进行预处理。原始数据来源于如下子系统：快速路检测系统，即远程微波传感器检测系统，采集并传递断面交通流数据；牌照识别系统，采集路段上游路口车辆牌照，下游路口的捕捉检测数据。根据牌照识别系统传递过来的数据，可以计算出这一路段的平均旅行时间，进而得到平均车辆行驶速度；信号系统，即线圈检测系统，除了检测交通流量外，同时可以计算道路平均车速与占有率等数据；122报警系统，得到某路段的报警通知；其他系统。

以上系统的交通数据通过接口软件传递入系统应用服务器，一方面存储入数据库，另一方面，由处理层计算模块进行处理。

(2)处理层

在处理层中，由数据处理模块调用相应的模型，如车流状态分类计算模型等，进行数据计算处理，得到交通状态信息，比如，“某路段车流速度为20公里/小时，持续时间为7分钟”之类的状态描述信息；交通状态信息则经由人工确认，存入系统数据库。另外，有些突发交通事件需要人工信息输入并存入系统数据库。处理层过程主要集中在交换服务器和监控中心的操作管理终端中进行。

(3)显示层

显示层主要对交通状态信息进行处理，形成交通诱导信息。

交通诱导信息的生成通过两个渠道：一方面调用信息库中的交通状态信息，通过交通诱导相关性分析模型，得到诱导信息的发布延伸范围和时效性参数，然后通过预案库，生成诱导信息。另一方面，如果需要人工输入的信息(比如交通管制信息，勤务信息或宣传信息等)则由指挥人员进行人工编辑，生成节目单以后，结合系统数据库中的预案库，与上述诱导信息一起，生成诱导信息节目单，传给主中心及各分中心的控制服务器。

以上流程在交换服务器和监控中心的操作管理终端中进行。

交换服务器接收指挥中心传来的节目单，对其进行合成，发送控制指令到所管辖的显示屏，实现室外屏发布信息的有效显示。以上流程在监控中心和分中心的控制服务器和操作管理终端中进行。

在整个数据处理过程中，处理层和显示层流程比较复杂，采用了多种的模型运算，并多次在数据库中进行存储和运算，有必要对数据处理和各种数据库的作用进行细化。

在数据层校验解包过的交通数据到达处理层以后，先进行滤波处理，剔除不在设定范围内的数据，获取有效数据。之后进行状态聚类，即作状态分级，并根据道路等级进行匹配，最后进行状态预测，得到交通状况信息。交通状况信息如需人工确认则经过人工确认以后存储到交通状态信息库当中；如果是自动发布模式，则直接存储到交通状态信息库中。此时，显示层就可以从处理层的交通状态信息库中获得相关信息进入显示层，处理层数据处理流程如图6所示。

显示层从交通状态信息库调用状态信息，结合预案库中的预案，生成诱导信息，并与人工编辑信息生成的节目单一起，成为诱导信息节目单，存入交通诱导信息库，显示层数据处理流程如图7所示。

其中，处理层和显示层中用到多种计算模型，处理层要对交通数据进行滤波处理，涉及到滤波算法，如卡尔曼滤波，维纳滤波等；状态聚类中首先要进行状态分级，然后根据道路等级进行模糊聚类或小波分析等匹配算法，最后根据针对不同等级的道路进行状态预测，预测模型有神经网络、时间序列模型、非参数回归模型等。

基于效益评价的交通诱导室外屏的网络化控制系统选址模型

基于效益评价的室外屏选址模型，是通过分析路网安装交通诱导室外屏后的运行效率以及在此基础上带来的社会效益进行评价的。该模型的实现步骤为：首先建立交通诱导室外屏的效益分析评价指标体系；然后研究各个效益指标项的量化及标定问题；最后根据效益分析计算建立交通诱导室外屏的选址模型，并给出模型的求解算法。

1.交通诱导室外屏的网络化控制系统效益评价指标体系的建立

指标体系的构建要符合一定的原则，主要为：综合性原则、定性和定量指标相结合的原则、层次性原则。

建立交通诱导室外屏的网络化控制系统的总体评价指标：系统通过为交通参与者提供前方行驶道路的交通信息，影响改变交通参与者的路径选择行为，诱导交通参与者绕行交通拥堵路段，从而减少交通参与者在途出行时间；同时，道路网络上的交通流量得以均衡配载，综合路网负荷度降低，路网的平均行驶时间降低，路网的运行效率也得到了提高。在提高交通系统路网运行效率的基础上，室外屏的安装与实施也带来了社会效益，较高的交通系统运行效率一方面提高了交通系统的服务水平，降低了与交通相关的能源消耗，另一方面减少了机动车的尾气排放量和交通噪音，降低了交通对环境污染的负荷。对于可变信息标志的评价主要包括交通诱导室外屏的网络化控制系统的自身物理评价和运行评价两大方面。自身物理评价是从室外屏设计安装的位置、信息的可读性等人机工程的理念和信息发布的准确性出发的。而运行评价是通过信息影响驾驶员行为的有效性和在时间、安全、环境等方面的获益来评价的。图8为交通诱导室外屏的网络化控制系统评价指标体系的框架示意图，下面就针对评价指标体系中的各个指标进行详细分析。

交通诱导室外屏的网络化控制系统的效益评价指标：可以从交通系统效益评价和社会效益评价两个方面进行评价，图9为交通诱导室外屏的网络化控制系统效益评价指标体系框架示意图。

1)交通诱导室外屏的网络化控制系统为交通参与者提供行驶前方道路的交通信息，包括交通状况和紧急事件等，有效地引导交通参与者的路径选择行为，缓解局部发生交通拥挤的数量和程度，从而达到均衡路网中交通流的负荷度分布，提高路网平均出行速度，减少路网的平均出行时间，从而获得交通网络系统的整体效益。

2)交通诱导室外屏的网络化控制系统通过交通路网运行效率的提高，对社会生活和环境产生了各种直接和间接效益。社会效益的评价就是从以下不同的几个方面来评价室外屏系统所带来的效益变化：包括减少交通堵塞、提高安全性、改善环境、减少能源消耗带来的效益。

安全性：由于交通诱导室外屏的网络化控制系统的建立所避免的交通事故数；

油耗：在交通流不稳定的情况下，考虑的评价指标；

噪声和大气污染：从环境的角度出发考虑的指标。

2.交通诱导室外屏的网络化控制系统效益评价指标量化

交通诱导室外屏的网络化控制系统效益主要有交通系统效益评价和社会效益评价两个方面，在这范围内决定了它的效益构成。归纳起来它的主要效益包括降低路网平均出行时间及负荷度的增量效益B₁、提高安全性B₂、改善环境B₃、减少能源消耗B₄带来的效益B＝B₁+B₂+B₃+B₄。

1)因降低路网负荷度、节约在途时间带来的增量效益B₁：

路网负荷度，包括：

设计通行能力：设计通行能力是指在一定时段，在具体的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道或一段均匀段上或一交叉点，对应服务水平的通行能力。

路段设计通行能力计算：C_D＝C×γ×η×β×n′

其中：C为理论通行能力；C_D为设计通行能力；γ为自行车的影响系数；η为车道宽度修正系数；β为交叉口影响修正系数；n＇为车道数修正系数。

负荷度X_i：X_i＝Q/C_D

其中：Q为路段车辆交通量。

广义负荷度函数μ_i： ${\mathrm{\μ}}_i=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i\×X_i$

其中：j为路段的总数量；i＝1，2，…，j；α_i为路段i的权值，且满足α₁+α₂+…α_j＝1。

广义负荷度降低函数： ${\mathrm{\Δ\μ}}_i=\frac{{\mathrm{\μ}}_i-{\mathrm{\μ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_i}\×100\%$

其中：

为提供交通诱导室外屏的网络化控制系统对交通流进行分流后得到的新的综合负荷度，新的负荷度

由下面公式计算： $X_i^{\′}=Q^{\′}/C_D$

其中：Q′为分流后路段新的车辆交通量。

增量效益B₁

B₁分为车辆自身节约时间带来的收益B₁₁，车辆运行成本的节约收益B₁₂

其中， $B_{11}=\mathrm{Demand}\×\frac{\mathrm{TS}}{3600\×5}\×C_{\mathrm{sp}}$

式中：

B₁₁表示节约在途时间带来的收益；

TS表示行驶5min节约的时间；

C_sp表示时间节省的价值(COBA1994)，该参数根据经验数据或调研获得。

$B_{12}=\mathrm{Demand}\×\frac{\mathrm{TS}}{3600\×5}\×C_{\mathrm{vh}}$

式中：

C_vh＝(0.85×C_car+0.14×C_ocvl+0.01×C_psv)×V_D/100

B₁₂表示运行成本的节约收益；

C_vh表示节约每车辆小时平均成本；C_car＝0.854×C_non-working+0.146×C_working

被定义为工作出行和非工作出行感受成本；

C_ocvl，C_psv被定义为货车和公共服务车辆平均节省车小时成本；

V_D表示不同需求水平列队行驶运行速度；

参数0.854和0.146分别为非工作出行和工作出行车辆所占比例；0.85、0.14、0.01为轿车、货车、公交车比例。

2)提高安全性带来的增量效益B₂

B₂的计算模型为公式：B₂＝P_sh(J_w-J_y)M

式中B₂表示提高交通安全的效益；P_sh表示事件平均损失费；J_w，J_y为无交通诱导室外屏的网络化控制系统和有交通诱导室外屏的网络化控制系统时的事件发生率；M表示交通量。

事件损失费可以参照现有事故赔偿及处理情况来确定，无、有交通诱导室外屏的网络化控制系统时的事件发生率可以参考统计资料及预测数据确定。但无交通诱导室外屏的网络化控制系统时的事件发生率不应套用统计数字，而应考虑未来交通量条件下无交通诱导室外屏的网络化控制系统时的事件增长因素。

3)因减少尾气排放带来的环境改善效益B₃

交通对环境的污染不断增加，并且逐步成为城市环境质量恶化的主要污染源。交通拥挤导致车辆只能在低速状态行驶，频繁停车和启动不仅增加了汽车的能源消耗，也增加了尾气排放量，尤其在交叉口候车排队以及交通拥堵路段排队路段最为严重。在交通诱导室外屏的网络化控制系统交通信息的诱导下，交通参与者根据实际的道路条件，避开了拥堵路段，选择可替代路径，则避免了机动车处于走走停停的运行状态，在减少了不必要的能源消耗的同时，也降低了汽车尾气的排放量。

根据表1中三种主要污染物排放量同速度关系拟合速度与各种污染物的对应关系，计算交通诱导室外屏的网络化控制系统对降低交通环境负荷的效益。

表1 三种主要污染物排出量同车速关系

污染物排放量函数ω：ω＝s×β

其中：s为评价路段的路段长度，β_j为该路中当前的运行速度下所对应的污染物排放量。

污染物综合排放量函数

其中：j为路段的总数量；i＝1，2，…，j；α_i为路段i的权值，且满足α₁+α₂+…α_j＝1。

污染物综合排放量降低函数ΔE： $\mathrm{\ΔE}=\frac{E-E\′}{E}\×100\%$

其中：E＇为布设新的交通诱导室外屏的网络化控制系统后路网的污染物综合排放量。

B₃＝ΔE×P_ri

式中P_ri表示某种燃油i的平均单位价格，依据市场平均价格确定。

4)因减少能源消耗带来的增量效益B₄

B₄＝(f_e1-f_e2)×P_ri

f_e＝6.372-0.716r_g-0.193t_s-1.392g_a-1.412a+0.138V-0.001V²

式中P_ri表示第i种燃油的平均市场价格；f_e1，f_e2分别为无、有交通诱导室外屏的网络化控制系统的经济燃油消耗；沙砾路面r_g＝1，沥青路面r_g＝0；t_s为停车时间；g_a为平均坡度；打开空调a＝1，关闭空调a＝0；V代表平均行驶速度。一般条件下，最佳经济燃油消耗行驶速度为69km/h。

3.交通诱导室外屏的网络化控制系统的选址模型的建立及模型的求解算法

量化了交通诱导室外屏的网络化控制系统效益评价各项指标，使用各个效益模型可以计算出在有交通诱导室外屏的网络化控制系统信息提供下的全年全路网所期望交通系统效益和社会效益的总效益，采纳费用效益分析方法，总体效益模型为公式：

${\mathrm{MaxBCR}}_{\mathrm{network}}^{\mathrm{year}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{t_i}{(1+r)}^{-t}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{t_i}{(1+r)}^{-t}$

$s.t.\underset{a\∈F}{\mathrm{\Σ}}{C}_{t_i}\≤S$

式中：

表示一年中在所有的时段所有交通诱导室外屏的网络化控制系统安装路网效益费用比；

表示第i项效益(元)；

表示路网建造交通诱导室外屏的网络化控制系统第i项费用(元)；

r为基准折现率；

t表示年数；

n表示计算期；

S表示一年中在路网上建设和维护交通诱导室外屏的网络化控制系统的最大的成本预算(元)。

模型求解算法：

非线性规划问题的非凸性、非连续性等特点决定了用常规的优化方法不能有效地求解该问题。因而一种简单易行的算法将是评价规划模型得以成功运用的关键，在此采用禁忌搜索算法来求解。模型求解过程如下：

1)通过明确交通诱导室外屏的网络化控制系统可选位置集，确定解空间；

2)按照一定的方向从目前的解集得出一个新的候选解集，并在新的交通诱导室外屏的网络化控制系统设置点加载足够多交通事件；交通诱导室外屏的网络化控制系统影响范围是必须考虑的，因此一定范围外的交通事件是可以不用考虑的；算法从选址初始解中开始，这种搜索方法可以更快的找到新的解集，如果这个解集是更好的可行解，将被采纳，如不是，则重新产生新解集；

3)按U(0，1)分布分配随机产生的交通事件，并在路网中标记，记录在每条路段的属性中；

4)如果交通事故发生在交通诱导室外屏的网络化控制系统显示范围内，则改变此屏的显示状态；

5)运行基于时间的用户平衡交通分配程序，根据计算出的结果，转移交通诱导室外屏的网络化控制系统前的一定比例的车辆路径；

6)进行仿真，直到路网重新平衡为止；

7)重复第三步，直到K件交通事件，全部加载完；

8)更新目前的解集和禁忌列表；

9)重复第二步，直到迭代次数达到预先定好的次数。

以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的技术人员，在权力要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.交通诱导室外屏的网络化控制系统，其特征在于，系统架构组成包括：

监控中心：接收道路交通流检测器传送过来的交通流数据，根据相关算法进行数据处理，得到城市道路的交通状态信息；系统管理员根据相关指令信息，通过操作工作站手动输入可发布信息；将城市道路的交通状态信息和可发布信息进行融合，制作诱导信息发布节目单，通过交换服务器向各区段监控分中心进行发送，并传递给不同的交通诱导室外屏；

操作工作站：系统管理员的工作平台，通过操作工作站与系统进行交互，并对系统发布信息进行管理；

交换服务器：用于将位于不同区段的监控分中心进行互联，能根据协议配置，选择要发送的区段，并通过监控分中心，选择要发送的交通诱导室外屏；

监控分中心：连接并监控区段内的交通诱导室外屏的工作状态；同时，接收监控中心传送过来的诱导信息，选择合适的室外屏进行发送；

室外屏故障信息监控与维护中心：负责室外屏故障信息的诊断、识别与传输；

分布式以太网：通过分布式以太网完成系统所有数据的传输，包括控制数据、诱导信息数据、检测数据；

所述交换服务器还用于存储所有与交通诱导室外屏的网络化控制系统相关的数据，包括交通流检测数据、电子政务数据、历史发布数据、故障数据、维护记录、操作记录；

所述监控分中心的设置方式为：系统根据室外屏所位于的行政区域划分子网，区段内的每个室外屏被分配不同的IP地址，由室外屏所配置的单片机系统进行识别，并由单片机系统进行信息的接收和显示控制；监控分中心采用星型网络结构，每个监控分中心和监控中心一起构成双网冗余方式，保证操作信息、发送记录的双备份。

2.根据权利要求1所述的交通诱导室外屏的网络化控制系统，其特征在于，所述网络化控制系统的数据的处理过程可以分为三个层面，分别是数据层，处理层和显示层，具体为：

(1)数据层

该层的主要作用是对其他系统传递过来的原始数据进行校验解包并进行预处理；

(2)处理层

在处理层中，由数据处理模块调用相应的模型，进行数据计算处理，得到交通状态信息；交通状态信息则经由人工确认，存入系统数据库；另外，有些突发交通事件需要人工信息输入并存入系统数据库；处理层过程主要集中在交换服务器和监控中心的操作管理终端中进行；

(3)显示层

显示层主要对交通状态信息进行处理，形成交通诱导信息。 

3.根据权利要求2所述的交通诱导室外屏的网络化控制系统，其特征在于，所述原始数据来源于如下子系统：

快速路检测系统，即远程微波传感器检测系统，采集并传递断面交通流数据；

牌照识别系统，采集路段上游路口车辆牌照，下游路口的捕捉检测数据；

信号系统，即线圈检测系统，除了检测交通流量外，同时可以计算道路平均车速与占有率；

122报警系统，得到某路段的报警通知；

以上子系统的交通数据通过接口软件传递入系统应用服务器，一方面存储入数据库，另一方面，由处理层计算模块进行处理。

4.根据权利要求2所述的交通诱导室外屏的网络化控制系统，其特征在于，所述交通诱导信息的生成通过两个渠道：

一方面调用信息库中的交通状态信息，通过交通诱导相关性分析模型，得到诱导信息的发布延伸范围和时效性参数，然后通过预案库，生成诱导信息；

另一方面，如果需要人工输入的信息，则由指挥人员进行人工编辑，生成节目单以后，结合系统数据库中的预案库，与上述诱导信息一起，生成诱导信息节目单，传给监控中心及各监控分中心的控制服务器；以上流程在交换服务器和监控中心的操作管理终端中进行。

5.根据权利要求2所述的交通诱导室外屏的网络化控制系统，其特征在于，所述处理层的数据处理过程具体为：

在数据层校验解包过的交通数据到达处理层以后，先进行滤波处理，剔除不在设定范围内的数据，获取有效数据；之后进行状态聚类，即作状态分级，并根据道路等级进行匹配，最后进行状态预测，得到交通状况信息；交通状况信息如需人工确认则经过人工确认以后存储到交通状态信息库当中；如果是自动发布模式，则直接存储到交通状态信息库中。

6.根据权利要求2所述的交通诱导室外屏的网络化控制系统，其特征在于，所述显示层的数据处理过程具体为：

显示层从交通状态信息库调用状态信息，结合预案库中的预案，生成诱导信息，并与人工编辑信息生成的节目单一起，成为诱导信息节目单，存入交通诱导信息库。 

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