CN101551945A - 高速公路交通安全预警方法 - Google Patents

Abstract

高速公路交通控制系统的交通安全预警方法，在高速公路上设置车辆检测器，将各车辆检测器与计算机连接，使计算机能周期性获取车辆检测器的输出数据，建立车辆检测器数据存储表和安全预警方案表。在收到信息包后，清除安全预警方案表内数据，根据收到的信息包内容，更新车辆检测器数据存储表，逐个搜索车辆检测器数据存储表中各数据单元，确定符合条件的关键上下游车辆检测器，并根据关键上下游检测器当前采集的数据，计算交通事故可能爆发时间和位置，写入安全预警方案表，若该周期内安全预警方案表中无数据则不发布安全预警警报，否则，依据安全预警方案表中交通事故爆发时间和位置向高速公路管理部门发出预警警报，依此进行周期性循环预警。

Description

高速公路交通安全预警方法

技术领域：

本发明涉及一种高速公路交通控制系统中应用的交通安全预警方法，用以预测高速公路上交通事故可能爆发的时间和地点，以达到在事故发生之前提前向高速公路交通管理与控制中心发出警报的效果。

背景技术：

在现代化的高速公路交通管理中，遍布在高速公路沿线的车辆检测器已被作为交通检测手段，广泛用于高速公路交通流量和交通拥挤的检测。

目前国内外广泛应用的高速公路交通管理控制系统都具有通过车辆检测器检测特定路段位置交通流的速度、流量的功能，并据此判断路段上的交通状况，及时发现交通事件的发生地段，向控制中心发出交通事件警报。对于高速公路上交通事件的检测与识别目前国内外已有很多的方法。交通事故是一类重要的交通事件，交通事故对人们的生命财产以及社会经济所造成的危害和损失远大于诸如交通堵塞等其他类型的交通事件所带来的影响。如果对于高速公路交通事故的爆发时间和地点能够提前预知，则一方面能够为交通事故的及时处理赢得更多的时间，另一方面也使得对交通事故的预警和早期干预成为可能。因此，在高速公路交通事件管理中应对交通事故的预防和处理给予高度的重视。

现有的高速公路交通事件检测系统和检测方法只能利用车辆检测器检测的数据及时发现已发生的交通事件，无法对未来时间内交通事故可能爆发的时间和地点进行预测。现有的交通安全预警系统主要为车辆驾驶者设计，通常集成于车载设备中，通过对当前行车状况以及行车环境的分析告知驾驶者是否存在交通安全隐患，而无法起到向高速公路管理与控制部门提供交通安全预警的作用。现有的交通事故预测方法主要是基于当地的历史交通事故数据预测未来交通事故的发展趋势，不能精确预测未来交通事故可能的爆发时间和地点，不适合用于在线的实时的高速公路交通事故预警。

经发明人长期研究发现，高速公路交通事故主要发生在上游运行速度相对较高的不稳定交通流遭遇到从下游传来的减速交通波的情形下，此时由于不稳定的交通流中车辆行驶间距过小，驾驶者来不及对前方车辆的减速做出反应，从而造成追尾、刮擦等交通事故。因此，可基于高速公路沿线的车辆检测器检测的交通流数据对交通事故可能的爆发时间和地点进行预测。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种建立在现有车辆检测器基础上的高速公路交通安全预警方法，旨在快速发现高速公路上存在的交通安全隐患并预测交通事故可能爆发的时间和地点，做到快速发现、快速预警。

本发明提供的高速公路交通安全预警方法是这样实现的：

步骤1：在高速公路上设置车辆检测器，并记录所设的各个车辆检测器距高速公路起点的里程，再将各个车辆检测器与计算机连接，使计算机能够获取各个车辆检测器的输出数据，同时，按照各个车辆检测器里程由小到大的顺序，依次对车辆检测器进行序号编制，所述序号为：1、2、3、……、n，n为车辆检测器的序号且为自然数，所述的车辆检测器用于采集并定时发送包括车流量及车流速度数据的信息包，

步骤2：建立车辆检测器数据存储表，该存储表包含第1、第2、第3、……、第l-1、第l数据单元，l＝n，第1、第2、第3、……、第l-1、第l数据单元分别存储有来自序号为1、2、3、……、n-1、n车辆检测器的数据，每个数据单元包括检测器数据单元序号、车辆检测器距离高速公路起点的里程、车辆检测器当前检测到的车流量、车辆检测器当前检测到的车流速度、车辆检测器所在位置当前的车流密度、当前的安全临界密度、当前的稳定性状态标识；

再建立安全预警方案表，所述安全预警方案表包含数据单元，每个数据单元包括关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度、关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故的爆发时间及交通事故的爆发位置，

步骤3：对车辆检测器数据存储表进行初始化，并对安全预警方案表进行清零处理，

步骤4：在收到信息包后，清除安全预警方案表内数据，同时，根据收到的信息包内容，更新车辆检测器数据存储表，

步骤5：从第l数据单元逐个向上游搜索，直至搜索到稳定性状态标识为1的第一上游数据单元，并以与此第一上游数据单元相对应的车辆检测器为第一关键上游检测器，同时记录该第一关键上游检测器的序号i，所述的稳定性状态标识为1是指当前车流密度大于安全临界密度；

如果从第l数据单元搜索到第1数据单元都未搜索到稳定性状态标识为1的第一上游数据单元，等待接收下一个信息包，

接着，从第一上游数据单元逐个向下游搜索，直至搜索到符合第一下游预警条件的第一下游数据单元，并以与此第一下游数据单元相对应的车辆检测器为第一关键下游检测器，同时记录该第一关键下游检测器的序号r，所述的第一下游预警条件为：第r个数据单元的当前车流速度小于第i个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值，且第r个数据单元的当前车流密度大于30辆每千米；

此后，将第一上游数据单元中的第一关键上游检测器的编号、第一关键上游检测器里程、第一关键上游检测器采集的车流速度及第一下游数据单元中的第一关键下游检测器的编号、第一关键下游检测器里程写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的数据计算第一交通事故爆发时间和位置：

其中，t₁为第一交通事故爆发时间，单位为秒，d_下游1为第一关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游1为第一关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游1为第一关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h₁为第一交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游1为第一关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t₁为第一交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游1为第一关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

将上述第一交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，并进入步骤6，

如果从第一关键上游检测器所对应的数据单元逐个向下游搜索至第l数据单元，都没有搜索到符合第一下游预警条件的第一下游数据单元，则进入步骤6，

步骤6：从第i-1数据单元逐个向上游搜索，直至搜索到稳定性状态标识为1的第二上游数据单元，并以与此第二上游数据单元相对应的车辆检测器为第二关键上游检测器，同时记录该第二关键上游检测器的序号j，所述的稳定性状态标识为1是指当前车流密度大于安全临界密度；

如果从第i-1数据单元搜索到第1数据单元都未搜索到稳定性状态标识为1的第二上游数据单元，等待接收下一个信息包，

接着，从第二上游数据单元逐个向下游搜索，直至搜索到符合第二下游预警条件的第二下游数据单元，并以与此第二下游数据单元相对应的车辆检测器为第二关键下游检测器，同时记录该第二关键下游检测器的序号p，所述的第二下游预警条件为：第p个数据单元的当前车流速度小于第j个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值，且第p个数据单元的当前车流密度大于30辆每千米；

此后，将第二上游数据单元中的第二关键上游检测器的编号、第二关键上游检测器里程、第二关键上游检测器采集的车流速度及第二下游数据单元中的第二关键下游检测器的编号、第二关键下游检测器里程写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的数据计算第二交通事故爆发时间和位置：

其中，t₂为第二交通事故爆发时间，单位为秒，d_下游2为第二关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游2为第二关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游2为第二关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h₂为第二交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游2为第二关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t₂为第二交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游2为第二关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时，

将上述第二交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，并进入步骤7，

如果从第二关键上游检测器所对应的数据单元逐个向下游搜索至第l数据单元，都没有搜索到符合第二下游预警条件的第二下游数据单元，则进入步骤7，

步骤7：以第二关键上游检测器所对应的第二上游数据单元的前一个数据单元为起点，重复步骤6，确定第三关键上游检测器编号、第三关键上游检测器里程、第三关键上游检测器采集的车流速度及第三关键下游检测器编号、第三关键下游检测器里程，并写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的内容确定第三交通事故爆发时间和位置并写入安全预警方案表；此后，第四、第五、……、第M关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度及关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故爆发时间和位置的确定是分别以所确定的前一个交通事故爆发时间和位置所使用的关键上游检测器所对应的上游数据单元的前一个数据单元为起点，依据步骤6进行类推确定，并将第四、第五、……、第M关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度及关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，M为自然数且M＜n；

步骤8：查看安全预警方案表，如果安全预警方案表中记载有交通事故爆发时间和位置的数据，则预报交通事故爆发时间和位置；如果安全预警方案表中没有数据记载，则不进行预报；

步骤9：等待接收下一个信息包，再返回步骤4。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本项发明所涉及的高速公路交通安全预警方法是建立在高速公路现有车辆检测器的基础上的。该预警方法基于对不同位置车辆检测器当前检测到的交通流速度与流量数据的分析，搜寻上游运行速度相对较高且状态不稳定的局部交通流以及下游运行速度相对较低且交通密度较大的局部交通流，通过计算上游不稳定的局部交通流遭遇到来自下游交通减速波的时间和地点，预测未来时间段交通事故可能爆发的具体时间与地点，从而进行交通安全预警。该发明具有以下优点：第一，利用现有车辆检测器设备即可实现，投资规模小；第二，该预警方法基于车辆检测器实时检测到的交通流数据进行定期的交通安全预警，并能够定期地更新预警方案，保证交通安全预警的实时有效性；第三，该预警方法基于车辆检测器采集的数据对所有车辆检测器覆盖范围内的高速公路交通流运行状况进行分析，能够预测高速公路车辆检测器覆盖范围内的所有交通安全隐患点和交通事故爆发时间，预警范围广；第四，该预警方法是基于交通流理论设计的，预警仅需要车辆检测器提供车流量和车流速度这两个数据，预警所需的基础数据少，操作简单便捷。

附图说明：

图1是高速公路交通安全预警方法流程图。

图2是交通安全隐患识别与预警方案生成流程图。

图3是交通安全隐患识别与预警方案生成软件流程图。

图4是高速公路路段及车辆检测器布设示例图。

具体实施方式：

实施例1

参照图1和图2，本发明提供的高速公路交通安全预警方法是这样实现的：

步骤1：在高速公路上每隔1千米左右设置车辆检测器，并记录所设的各个车辆检测器距高速公路起点的里程，再将各个车辆检测器与计算机连接，使计算机能够获取各个车辆检测器的输出数据，同时，按照各个车辆检测器里程由小到大的顺序，依次对车辆检测器进行序号编制，所述序号为：1、2、3、……、n，n为车辆检测器的序号且为自然数，所述的车辆检测器用于采集车流量及车流速度数据，并每隔30秒向计算机发送包括车流量及车流速度数据的信息包，

步骤2：建立车辆检测器数据存储表，该存储表包含第1、第2、第3、……、第l-1、第l检测器数据单元，l＝n，所述的1、2、3、……、l-1、l为检测器数据单元序号，第1、第2、第3、……、第l-1、第l检测器数据单元分别存储有来自序号为1、2、3、……、n-1、n车辆检测器的数据，每个数据单元包括检测器数据单元序号、车辆检测器距离高速公路起点的里程、车辆检测器当前检测到的车流量、车辆检测器当前检测到的车流速度、车辆检测器所在位置当前的车流密度、当前的安全临界密度、当前的稳定性状态标识；

再建立安全预警方案表，所述安全预警方案表包含数据单元，每个数据单元包括关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度、关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故的爆发时间及交通事故的爆发位置，

步骤3：对车辆检测器数据存储表进行初始化，初始化内容包括按照车辆检测器数据存储表数据单元序号与车辆检测器序号相一致的原则，将车辆检测器编号、车辆检测器距离高速公路起点的里程写入车辆检测器数据存储表中相应的数据单元，将数据单元中车辆检测器当前检测到的车流量、车辆检测器当前检测到的车流速度、车辆检测器所在位置当前的车流密度、当前的安全临界密度、当前的稳定性状态标识设置为0，并对安全预警方案表进行清零处理，

步骤4：如图2所示，在收到信息包后，清除安全预警方案表内数据，同时，根据收到的信息包内容，更新车辆检测器数据存储表，包括更新各数据单元中车辆检测器当前检测到的车流量、车辆检测器当前检测到的车流速度、并依据新的车辆检测器当前检测到的车流量和车辆检测器当前检测到的车流速度更新车辆检测器所在位置当前的车流密度、当前的安全临界密度、当前的稳定性状态标识，

步骤5：从第l数据单元逐个向上游搜索，直至搜索到稳定性状态标识为1的第一上游数据单元，并以与此第一上游数据单元相对应的车辆检测器为第一关键上游检测器，同时记录该第一关键上游检测器的序号i，

如果从第l数据单元搜索到第1数据单元都未搜索到稳定性状态标识为1的第一上游数据单元，等待接收下一个信息包，

接着，从第一关键上游检测器所对应的第一上游数据单元逐个向下游搜索，直至搜索到符合第一下游预警条件的第一下游数据单元，并以与此第一下游数据单元相对应的车辆检测器为第一关键下游检测器，同时记录该第一关键下游检测器的序号r，所述的第一下游预警条件为：第r个数据单元的当前车流速度小于第i个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值，且第r个数据单元的当前车流密度大于30辆每千米；

此后，将第一上游数据单元中的第一关键上游检测器的编号、第一关键上游检测器里程、第一关键上游检测器采集的车流速度及第一下游数据单元中的第一关键下游检测器的编号、第一关键下游检测器里程写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的数据计算第一交通事故爆发时间和位置：

其中，t₁为第一交通事故爆发时间，单位为秒，d_下游1为第一关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游1为第一关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游1为第一关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h₁为第一交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游1为第一关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t₁为第一交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游1为第一关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

将上述第一交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，并进入步骤6，

如果从第一关键上游检测器所对应的数据单元逐个向下游搜索至第l数据单元，都没有搜索到符合第一下游预警条件的第一下游数据单元，则进入步骤6，

步骤6：从第i-1数据单元逐个向上游搜索，直至搜索到稳定性状态标识为1的第二上游数据单元，并以与此第二上游数据单元相对应的车辆检测器为第二关键上游检测器，同时记录该第二关键上游检测器的序号j，所述的稳定性状态标识为1是指当前车流密度大于安全临界密度；

如果从第i-1数据单元搜索到第1数据单元都未搜索到稳定性状态标识为1的第二上游数据单元，等待接收下一个信息包，

接着，从第二关键上游检测器所对应的第二上游数据单元逐个向下游搜索，直至搜索到符合第二下游预警条件的第二下游数据单元，并以与此第二下游数据单元相对应的车辆检测器为第二关键下游检测器，同时记录该第二关键下游检测器的序号p，所述的第二下游预警条件为：第p个数据单元的当前车流速度小于第j个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值，且第p个数据单元的当前车流密度大于30辆每千米；

此后，将第二上游数据单元中的第二关键上游检测器的编号、第二关键上游检测器里程、第二关键上游检测器采集的车流速度及第二下游数据单元中的第二关键下游检测器的编号、第二关键下游检测器里程写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的数据计算第二交通事故爆发时间和位置：

其中，t₂为第二交通事故爆发时间，单位为秒，d_下游2为第二关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游2为第二关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游2为第二关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h₂为第二交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游2为第二关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t₂为第二交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游2为第二关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时，

将上述第二交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，并进入步骤7，

如果从第二关键上游检测器所对应的数据单元逐个向下游搜索至第l数据单元，都没有搜索到符合第二下游预警条件的第二下游数据单元，则进入步骤7，

步骤7：以第二关键上游检测器所对应的第二上游数据单元的前一个数据单元为起点，重复步骤6，确定第三关键上游检测器编号、第三关键上游检测器里程、第三关键上游检测器采集的车流速度及第三关键下游检测器编号、第三关键下游检测器里程，并写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的内容确定第三交通事故爆发时间和位置并写入安全预警方案表；此后，第四、第五、……、第M关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度及关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故爆发时间和位置的确定是分别以所确定的前一个交通事故爆发时间和位置所使用的关键上游检测器所对应的上游数据单元的前一个数据单元为起点，依据步骤6进行类推确定，并将第四、第五、……、第M关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度及关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，M为自然数且M＜n；

步骤8：查看安全预警方案表，如果安全预警方案表中记载有交通事故爆发时间和位置的数据，则预报交通事故爆发时间和位置；如果安全预警方案表中没有数据记载，则不进行预报；

步骤9：等待接收下一个信息包，再返回步骤4。

其中，以上步骤4所述的当前车流密度的计算方法为：

$k=\frac{120\·q}{v},$ 其中，k为车辆检测器所在位置当前的车流密度，单位为辆每千米，q为车辆检测器当前检测到的车流量，单位为辆，v为车辆检测器当前检测到的车流速度，单位为千米每小时；

步骤4中所述的安全临界密度的计算方法为：

其中，k_临界为当前安全临界密度，单位为辆每千米，v为车辆检测器当前检测到的车流速度，单位为千米每小时。

步骤4中所述的稳定性状态标识的确定方法为：

若当前车流密度大于安全临界密度则将稳定性状态标识设置为1，否则将稳定性状态标识设置为0。

实施例2

如图1所示，在进行高速公路交通安全预警之前，首先在高速公路上布设车辆检测器，并记录各车辆检测器距高速公路起点的里程，同时，按照各个车辆检测器里程由小到大的顺序，依次对车辆检测器进行序号编制，其序号为：1、2、3、……、n，n为自然数。然后，将各车辆检测器与计算机连接，使计算机能够接收到由车辆检测器定期发出的交通流检测数据。接下来，在计算机内部建立一个车辆检测器数据存储表和一个安全预警方案表，并进行初始化。安全预警方案表由若干个数据单元组成，每个数据单元包含关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度、关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故的爆发时间、交通事故的爆发位置共7个字段，初始化时安全预警方案表的内容为空。车辆检测器数据存储表中建有l个检测器数据单元，l等于n，每个检测器数据单元都与一个车辆检测器相对应，且检测器数据单元的序号与相对应的车辆检测器序号一致。每个检测器数据单元内存储其相对应的车辆检测器的编号、车辆检测器距离高速公路起点的里程，以及与该车辆检测器相关的数据，这些数据包括车辆检测器当前检测到的车流量、车辆检测器当前检测到的车流速度、车辆检测器所在位置当前的车流密度、安全临界密度、当前稳定性状态标识。在车辆检测器数据存储表中，排在第1位的检测器数据单元对应的车辆检测器序号为1，排在第2位的检测器数据单元对应的车辆检测器序号为2，以此类推，排在第l位的检测器数据单元对应的车辆检测器序号为l。将车辆检测器数据存储表中各检测器数据单元除检测器数据单元序号、车辆检测器编号、车辆检测器距离高速公路起点的里程之外的其他字段设置为0，初始化步骤完成。

系统完成初始化后，即可开始运行交通安全预警功能。计算机每30秒接收一次来自高速公路车辆检测器发送的数据信息包，并根据安全预警方案表发布一次交通安全预警方案。高速公路车辆检测器发送的数据信息包由若干组车辆检测器当前检测的交通流数据信息组成，每组信息包含三个字符串，第一个字符串为车辆检测器编号，第二个字符串为当前检测到的车流量值，第三个字符串为当前检测到的车流速度值，其中，当前检测到的车流量为截至当前时刻止前30秒内通过检测器的车辆数，车辆检测器当前检测到的车流速度为截至当前时刻止前30秒内通过检测器的所有车辆速度的算术平均值，单位为千米每小时。计算机在车辆检测器数据存储表中寻找与接收到的数据信息包内每组数据信息相匹配的检测器数据单元，匹配的原则是保证检测器数据单元的车辆检测器编号与所对应的数据信息的第一个字符串相一致。数据信息包内的每组数据信息与车辆检测器数据存储表中的检测器数据单元一一匹配完成后，用数据信息包内每组数据信息的第二和第三个字符串更新相应的检测器数据单元中“车辆检测器当前检测到的车流量”、“车辆检测器当前检测到的车流速度”这两个字段的内容。

接下来，基于车辆检测器数据存储表中各检测器数据单元的“车辆检测器当前检测到的车流量”及“车辆检测器当前检测到的车流速度”计算相应的“车辆检测器所在位置当前的车流密度”以及“安全临界密度”，计算方法如下：

$k=\frac{120\·q}{v},$ 其中，k为车辆检测器所在位置当前的车流密度，单位为辆每千米，q为车辆检测器当前检测到的车流量，单位为辆，v为车辆检测器当前检测到的车流速度，单位为千米每小时；

其中，k_临界为当前安全临界密度，单位为辆每千米，v为车辆检测器当前检测到的车流速度，单位为千米每小时。

用上述计算结果更新各检测器数据单元的“车辆检测器所在位置当前的车流密度”以及“安全临界密度”这两个字段的内容，并比较这两个值的大小，若车辆检测器所在位置当前的车流密度大于安全临界密度，则将该检测器数据单元的“当前稳定性状态标识”字段设置为1，否则设置为0，并参照图3中所示流程，进入下面的步骤：

(1)清除上一个30秒末安全预警方案表中的数据，转入步骤(2)；

(2)设置a＝车辆检测器存储表末端的检测器数据单元序号l，转入步骤(3)；

(3)设置a＝a-1，若a大于0，则转入步骤(4)，否则表示高速公路交通安全预警系统对当前车辆检测器数据存储表中的数据分析处理完毕，等待接收来自车辆检测器发送的下一个数据信息包，同时按照当前安全预警方案表中交通事故爆发的时间和位置即时向高速公路交通管理与控制中心发出警报，若当前安全预警方案表中无数据则不发布警报；

(4)检查当前车辆检测器数据存储表中第a个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，若该字段为1，则置b＝a+1，然后转入步骤(5)，否则转入步骤(3)；

(5)检查当前车辆检测器数据存储表中第b个检测器数据单元，若该数据单元的当前车流速度小于第a个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值且第b个检测器数据单元的当前车流密度大于30辆每千米，则在安全预警方案表中添加一个数据单元，并将该数据单元的关键上游检测器编号设为第a个检测器数据单元的检测器编号，关键上游检测器里程设为第a个检测器数据单元的检测器里程，关键上游检测器采集的车流速度设为第a个检测器数据单元的车流速度，关键下游检测器编号设为第b个检测器数据单元的检测器编号，关键下游检测器里程设为第b个检测器数据单元的检测器里程，并转入步骤(6)，否则转入步骤(7)；

(6)基于步骤(5)中在安全预警方案表中添加的数据单元的数据按照下述方法计算交通事故爆发的时间和位置，写入安全预警方案表中该数据单元内相应的字段，计算方法如下：

其中，t为交通事故爆发时间，单位为秒，d_{下 游}为关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游为关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游为关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h为交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游为关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t为交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游为关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；然后转入步骤(3)；

(7)设置b＝b+1，若b大于l，则转入步骤(3)，否则转入步骤(5)。

计算机以30秒为时间间隔更新交通安全预警方案，并向高速公路交通管理与控制中心发布警报，如此周而复始地循环运作，确保交通安全预警方案的时效性。下面对本发明做进一步说明：

假定存在如图4所示的高速公路路段，路段上沿线共设置有8个车辆检测器，如下表所示：

车辆检测器的编号	D004	D002	D003	D001	D007	D006	D005	D008
									车辆检测器距离高速公路起点的里程(单位：千米)	6.5	2.7	4.7	1.2	12.6	10.4	8.6	14.2

在进行交通安全预警之前，首先建立一个包含8个检测器数据单元的车辆检测器数据存储表并对其进行初始化，结果如下所示：

检测器数据单元序

车辆检测器的编号

车辆检测器距离高速公路起点的里程(单位：千米)

车辆检测器当前检测到的车流量(单位：辆)

车辆检测器当前检测到的车流速度(单位：千米每小时)

车辆检测器所在位置当前的车流密度(单位：辆每千米)

安全临界密度(单位：辆每千米)

当前稳定性状态标

号							识
								1	D001	1.2	0	0	0	0	0
2	D002	2.7	0	0	0	0	0
								3	D003	4.7	0	0	0	0	0
4	D004	6.5	0	0	0	0	0
								5	D005	8.6	0	0	0	0	0
6	D006	10.4	0	0	0	0	0
								7	D007	12.6	0	0	0	0	0
8	D008	14.2	0	0	0	0	0

计算机完成车辆检测器数据存储表的初始化后，处于数据信息包接收等待状态。与此同时，计算机在其内部建立安全预警方案表，包含关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度、关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故的爆发时间、交通事故的爆发位置共7个字段，初始化时安全预警方案表的内容为空，如下所示：

关键上游检测器编号	关键上游检测器里程(单位：千米)	关键上游检测器采集的车流速度(单位：千米每小时)	关键下游检测器编号	关键下游检测器里程(单位：千米)	交通事故的爆发时间(单位：秒)	交通事故的爆发位置(单位：千米)
							NULL	NULL	NULL	NULL	NULL	NULL	NULL

假定计算机接收到来自车辆检测器的一个数据信息包：“D001 25 115 D00221 100 D003 22 80 D004 25 110 D005 22 90 D006 25 75 D007 24 70D008 8 38”，该数据信息包含有8组车辆检测器当前检测的交通流数据信息，每组数据信息包含三个字符串。首先将该数据信息包内的每组数据信息按照第一个字符串与车辆检测器数据存储表中车辆检测器编号相匹配的原则，逐一写入车辆检测器数据存储表的各数据单元，结果如下所示：

检测器数据单元序号	车辆检测器的编号	车辆检测器距离高速公路起点的里程(单位：千米)	车辆检测器当前检测到的车流量(单位：辆)	车辆检测器当前检测到的车流速度(单位：千米每小时)	车辆检测器所在位置当前的车流密度(单位：辆每千米)	安全临界密度(单位：辆每千米)	当前稳定性状态标识
								1	D001	1.2	25	115	0	0	0
2	D002	2.7	21	100	0	0	0
								3	D003	4.7	22	80	0	0	0
4	D004	6.5	25	110	0	0	0
								5	D005	8.6	22	90	0	0	0
6	D006	10.4	25	75	0	0	0
								7	D007	12.6	24	70	0	0	0
8	D008	14.2	8	38	0	0	0

接下来，计算车辆检测器数据存储表中各数据单元的“车辆检测器所在位置当前的车流密度”、“安全临界密度”并将计算结果写入表中相应的字段，同时判断各数据单元的“当前稳定性状态标识”并将判断结果写入表中相应的字段，结果如下所示：

检测器数据单元序号	车辆检测器的编号	车辆检测器距离高速公路起点的里程(单位：千米)	车辆检测器当前检测到的车流量(单位：辆)	车辆检测器 当前检测到的 车流速度(单位：千米每小时)	车辆检测器所在位置当前的车流密度(单位：辆每千米)	安全临界密度(单位：辆每千米)	当前稳定性状态标识
								1	D001	1.2	25	115	26.09	25.51	1
2	D002	2.7	21	100	25.20	28.57	0
								3	D003	4.7	22	80	33.00	34.01	0
4	D004	6.5	25	110	27.27	24.26	1
								5	D005	8.6	22	90	29.33	31.06	0
6	D006	10.4	25	75	40.00	35.71	1
								7	D007	12.6	24	70	41.14	37.59	1
8	D008	14.2	8	38	25.26	56.69	0

完成对车辆检测器数据存储表的更新以后，参照图3中所示流程做进一步分析。首先清除上一个30秒末安全预警方案表中的数据，然后，设置l＝车辆检测器存储表末端的检测器数据单元序号，即l＝8。设置a＝l＝8。设置a＝a-1＝7，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝7个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为1，则置b＝a+1＝8，并检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝8个检测器数据单元，发现该数据单元中的车辆检测器所在位置当前的车流密度为25.26辆每千米＜30辆每千米，根据判断准则，设置b＝b+1＝9，此时b＞l，则设置a＝a-1＝6，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝6个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为1，则置b＝a+1＝7，并检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝7个检测器数据单元，该数据单元的当前车流速度为70千米每小时，大于第a＝6个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值45千米每小时，根据判断准则，设置b＝b+1＝8，此时b＝l，则检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝8个检测器数据单元，发现该数据单元中的车辆检测器所在位置当前的车流密度为25.26辆每千米＜30辆每千米，根据判断准则，设置b＝b+1＝9，此时b＞l，则设置a＝a-1＝5，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝5个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为0，则设置a＝a-1＝4，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝4个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为1，则置b＝a+1＝5，并检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝5个检测器数据单元，该数据单元的当前车流速度为90千米每小时，大于第a＝4个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值80千米每小时，根据判断准则，设置b＝b+1＝6，此时b＜l，检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝6个检测器数据单元，发现该数据单元的当前车流速度为75千米每小时，小于第a＝4个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值80千米每小时，并且该数据单元中的车辆检测器所在位置当前的车流密度为40辆每千米＞30辆每千米，根据判断准则，在安全预警方案表中添加一个数据单元，并将该数据单元的关键上游检测器编号设为第a＝4个检测器数据单元的检测器编号，关键上游检测器里程设为第a＝4个检测器数据单元的检测器里程，关键上游检测器采集的车流速度设为第a＝4个检测器数据单元的车流速度，关键下游检测器编号设为第b＝6个检测器数据单元的检测器编号，关键下游检测器里程设为第b＝6个检测器数据单元的检测器里程，基于这些数据计算出交通事故爆发的时间为108秒、交通事故爆发的位置为9.8千米，并写入安全预警方案表，如下所示：

关键上游检测器编号	关键上游检测器里程(单位：千米)	关键上游检测器采集的车流速度(单位：千米每小时)	关键下游检测器编号	关键下游检测器里程(单位：千米)	交通事故的爆发时间(单位：秒)	交通事故的爆发位置(单位：千米)
							D004	6.5	110	D006	10.4	108	9.8

完成上述对安全预警方案表的数据添加后，设置a＝a-1＝3，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝3个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为0，设置a＝a-1＝2，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝2个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为0，设置a＝a-1＝1，判断a＞0，则检查当前车辆检测器数据存储表中第a＝1个检测器数据单元的稳定性状态标识字段，发现该字段为1，则置b＝a+1＝2，并检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝2个检测器数据单元，发现该数据单元中的车辆检测器所在位置当前的车流密度为25.20辆每千米＜30辆每千米，根据判断准则，设置b＝b+1＝3，此时b＜l，则检查当前车辆检测器数据存储表中第b＝3个检测器数据单元，发现该数据单元的当前车流速度为80千米每小时，小于第a＝1个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值85千米每小时，并且该数据单元中的车辆检测器所在位置当前的车流密度为40辆每千米＞30辆每千米，根据判断准则，在安全预警方案表中添加一个数据单元，并将该数据单元的关键上游检测器编号设为第a＝1个检测器数据单元的检测器编号，关键上游检测器里程设为第a＝1个检测器数据单元的检测器里程，关键上游检测器采集的车流速度设为第a＝1个检测器数据单元的车流速度，关键下游检测器编号设为第b＝3个检测器数据单元的检测器编号，关键下游检测器里程设为第b＝3个检测器数据单元的检测器里程，基于这些数据计算出交通事故爆发的时间为93秒、交通事故爆发的位置为4.2千米，并写入安全预警方案表，如下所示：

关键上游检测器编号	关键上游检测器里程(单位：千米)	关键上游检测器采集的车流速度(单位：千米每小时)	关键下游检测器编号	关键下游检测器里程(单位：千米)	交通事故的爆发时间(单位：秒)	交通事故的爆发位置(单位：千米)
							D004	6.5	110	D006	10.4	108	9.8
D001	1.2	115	D003	4.7	93	4.2

完成上述对安全预警方案表的数据添加后，设置a＝a-1＝0，判断a＝0，表示高速公路交通安全预警系统对当前车辆检测器数据存储表中的数据分析处理完毕，等待来自车辆检测器发送的下一个数据信息包，同时按照当前安全预警方案表中交通事故爆发的时间和位置即时向高速公路交通管理与控制中心发出两条警报，第一条为距离当前108秒后在距离高速公路起点9.8千米处可能爆发交通事故，第二条为距离当前93秒后在距离高速公路起点4.2千米处可能爆发交通事故。

Claims (2)

1.一种高速公路交通安全预警方法，其特征在于：

步骤1：在高速公路上设置车辆检测器，并记录所设的各个车辆检测器距高速公路起点的里程，再将各个车辆检测器与计算机连接，使计算机能够获取各个车辆检测器的输出数据，同时，按照各个车辆检测器里程由小到大的顺序，依次对车辆检测器进行序号编制，所述序号为：1、2、3、……、n，n为车辆检测器的序号且为自然数，所述的车辆检测器用于采集并定时发送包括车流量及车流速度数据的信息包，

步骤2：建立车辆检测器数据存储表，该存储表包含第1、第2、第3、……、第l-1、第l数据单元，l＝n，第1、第2、第3、……、第l-1、第l数据单元分别存储有来自序号为1、2、3、……、n-1、n车辆检测器的数据，每个数据单元包括检测器数据单元序号、车辆检测器距离高速公路起点的里程、车辆检测器当前检测到的车流量、车辆检测器当前检测到的车流速度、车辆检测器所在位置当前的车流密度、当前的安全临界密度、当前的稳定性状态标识；

再建立安全预警方案表，所述安全预警方案表包含数据单元，每个数据单元包括关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度、关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故的爆发时间及交通事故的爆发位置，

步骤3：对车辆检测器数据存储表进行初始化，并对安全预警方案表进行清零处理，

步骤4：在收到信息包后，清除安全预警方案表内数据，同时，根据收到的信息包内容，更新车辆检测器数据存储表，

步骤5：从第l数据单元逐个向上游搜索，直至搜索到稳定性状态标识为1的第一上游数据单元，并以与此第一上游数据单元相对应的车辆检测器为第一关键上游检测器，同时记录该第一关键上游检测器的序号i，所述的稳定性状态标识为1是指当前车流密度大于安全临界密度；

如果从第l数据单元搜索到第1数据单元都未搜索到稳定性状态标识为1的第一上游数据单元，等待接收下一个信息包，

接着，从第一上游数据单元逐个向下游搜索，直至搜索到符合第一下游预警条件的第一下游数据单元，并以与此第一下游数据单元相对应的车辆检测器为第一关键下游检测器，同时记录该第一关键下游检测器的序号r，所述的第一下游预警条件为：第r个数据单元的当前车流速度小于第i个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值，且第r个数据单元的当前车流密度大于30辆每千米；

此后，将第一上游数据单元中的第一关键上游检测器的编号、第一关键上游检测器里程、第一关键上游检测器采集的车流速度及第一下游数据单元中的第一关键下游检测器的编号、第一关键下游检测器里程写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的数据计算第一交通事故爆发时间和位置：

其中，t₁为第一交通事故爆发时间，单位为秒，d_下游1为第一关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游1为第一关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游1为第一关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h₁为第一交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游1为第一关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t₁为第一交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游1为第一关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

将上述第一交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，并进入步骤6，

如果从第一关键上游检测器所对应的数据单元逐个向下游搜索至第l数据单元，都没有搜索到符合第一下游预警条件的第一下游数据单元，则进入步骤6，

步骤6：从第i-1数据单元逐个向上游搜索，直至搜索到稳定性状态标识为1的第二上游数据单元，并以与此第二上游数据单元相对应的车辆检测器为第二关键上游检测器，同时记录该第二关键上游检测器的序号j，所述的稳定性状态标识为1是指当前车流密度大于安全临界密度；

如果从第i-1数据单元搜索到第1数据单元都未搜索到稳定性状态标识为1的第二上游数据单元，等待接收下一个信息包，

接着，从第二上游数据单元逐个向下游搜索，直至搜索到符合第二下游预警条件的第二下游数据单元，并以与此第二下游数据单元相对应的车辆检测器为第二关键下游检测器，同时记录该第二关键下游检测器的序号p，所述的第二下游预警条件为：第p个数据单元的当前车流速度小于第j个检测器数据单元的当前车流速度减去30千米每小时的值，且第p个数据单元的当前车流密度大于30辆每千米；

此后，将第二上游数据单元中的第二关键上游检测器的编号、第二关键上游检测器里程、第二关键上游检测器采集的车流速度及第二下游数据单元中的第二关键下游检测器的编号、第二关键下游检测器里程写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的数据计算第二交通事故爆发时间和位置：

其中，t₂为第二交通事故爆发时间，单位为秒，d_下游2为第二关键下游检测器里程，单位为千米(或公里)，d_上游2为第二关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，v_上游2为第二关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时；

其中，h₂为第二交通事故爆发位置，单位为千米，d_上游2为第二关键上游检测器里程，单位为千米(或公里)，t₂为第二交通事故爆发时间，单位为秒，v_上游2为第二关键上游检测器采集的车流速度，单位为千米每小时，

将上述第二交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，并进入步骤7，

如果从第二关键上游检测器所对应的数据单元逐个向下游搜索至第l数据单元，都没有搜索到符合第二下游预警条件的第二下游数据单元，则进入步骤7，

步骤7：以第二关键上游检测器所对应的第二上游数据单元的前一个数据单元为起点，重复步骤6，确定第三关键上游检测器编号、第三关键上游检测器里程、第三关键上游检测器采集的车流速度及第三关键下游检测器编号、第三关键下游检测器里程，并写入安全预警方案表，再根据新写入安全预警方案表的内容确定第三交通事故爆发时间和位置并写入安全预警方案表；此后，第四、第五、……、第M关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度及关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故爆发时间和位置的确定是分别以所确定的前一个交通事故爆发时间和位置所使用的关键上游检测器所对应的上游数据单元的前一个数据单元为起点，依据步骤6进行类推确定，并将第四、第五、……、第M关键上游检测器编号、关键上游检测器里程、关键上游检测器采集的车流速度及关键下游检测器编号、关键下游检测器里程、交通事故爆发时间和位置写入安全预警方案表，M为自然数且M＜n；

步骤8：查看安全预警方案表，如果安全预警方案表中记载有交通事故爆发时间和位置的数据，则预报交通事故爆发时间和位置；如果安全预警方案表中没有数据记载，则不进行预报；

步骤9：等待接收下一个信息包，再返回步骤4。

2.根据权利要求1所述的高速公路交通安全预警方法，其特征在于：

当前车流密度的计算方法为：

$k=\frac{120\·q}{v},$ 其中，k为车辆检测器所在位置当前的车流密度，单位为辆每千米，q为车辆检测器当前检测到的车流量，单位为辆，v为车辆检测器当前检测到的车流速度，单位为千米每小时；

安全临界密度的计算方法为：

其中，k_临界为当前安全临界密度，单位为辆每千米，v为车辆检测器当前检测到的车流速度，单位为千米每小时。

Images