CN101763725B - 交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明系一种交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察及运行方法，由闯红灯检测器和闯红灯自动拍照装置、车辆检测器及分析处理单元构成，分析处理单元具有一个绿灯信号输入接口、一个车辆检测器检测信号输入接口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阈值Ta及绿灯行驶期报警阈值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起对车辆检测器的被占用情况监测至绿灯灭，若出现车辆检测器被连续占用≥Tb即发出交通拥堵报警信号；从绿灯启亮起对闯红灯检测器的被占用情况监测至绿灯灭，若出现闯红灯车辆检测器被连续占用≥Tb即发出交通拥堵报警信号。

Description

交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察及运行方法

技术领域

本发明涉及城市交通管理中一种交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察及其运行方法。

背景技术

在现代化的城市道路交通管理中，电子警察做为一种辅助执法手段已经被广泛应用。目前通用的具有自动拍照功能的电子警察通常包括闯红灯自动拍照电子警察和应用于无信号灯控制的路段超速自动拍照电子警察。

闯红灯自动拍照电子警察，通常由闯红灯检测器、具有信号灯红灯信号输入接口的分析处理模块、图像采集设备、通讯线路等部分组成，用于对有信号灯控制的路口在红灯期间的穿越停车线的闯红灯车辆进行自动拍照。从城市道路交通管理的角度讲，这种已经在全国范围内大量广泛应用的电子警察存在着功能单一和资源巨大浪费的不足。

一方面，路面执勤的交通警察的工作职责不仅仅是执法，还肩负着快速发现和处理道路交通拥堵的重要职责。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，道路上的交通拥挤如果得不到及时发现和处理，会导致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。而现有的闯红灯电子警察却功能单一，虽然广泛分布于城市道路路面上但却没有道路拥堵快速检测报警功能，无法辅助交通民警承担快速发现道路交通拥堵的重任。

另一方面，虽然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，但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SCOOT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。

而且，由于路面交通的复杂性，任何交通拥堵检测报警系统都存在着灵敏度与准确度之间的相互取舍问题，高的灵敏度要求短的检测确认周期从而导致准确率降低，而要提高准确度则必然需要较长的检测确认周期从而导致灵敏度降低。也就是说，不论何种交通拥堵快速检测报警系统不可能达到100％的准确率。因此，从交通管理实际的角度讲，通过图像采集设备采集现场图像以进行拥堵确认及查看拥堵原因是非常有必要的。目前这项确认工作通常只能是通过电视监控摄像头来完成，数量和覆盖范围有限，而大量的、遍布于城市道路上的闯红灯自动拍照电子警察，虽然有着图像采集设备的巨大资源却由于没有交通拥堵快速检测报警功能而被浪费。

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、可以对交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察。该系统不仅包括电子警察通常所具有的闯红灯自动拍照装置及闯红灯检测器，还包括一个设置于停车线后本车道上的用于检测交通拥堵的车辆检测器，同时分析处理模块上增加一个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和一个交通拥堵报警信号输出接口，以及一个运行于分析处理模块上的用于计算道路拥挤程度的检测信号分析处理单元。

该系统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，以启动图像采集设备对现场进行拍照，而在每个红灯期内对闯红灯车辆进行自动拍照。

本发明提供的交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察是这样实现的：

交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察，在绿灯期内可以根据检测绿灯期间闯红灯检测器是否出现被连续占用的情况、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三种情况中任意之一进行报警，而在每个红灯期内对闯红灯车辆进行自动拍照。其在闯红灯自动拍照电子警察的闯红灯车辆检测器、具有信号灯红灯信号输入接口的分析处理模块、图像采集设备、通讯线路等设备基础上，增加一个设置于车道上的用于检测交通拥堵的车辆检测器、分析处理模块上增加一个信号灯绿灯信号输入接口和一个交通拥堵报警信号输出接口，以及一个运行于分析处理模块上的检测信号分析处理单元。

在每个红灯期内对闯红灯车辆进行自动拍照的功能由于技术成熟，此处不再详述，以下重点叙述在每个绿灯期内的交通拥堵快速检测报警方法。

车辆检测器通常可设置在停车线后若干米处；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阈值Ta，还预设了一个绿灯行驶期报警阈值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用于启动图像采集设备，所采集的图像可以通过原有通讯方式传送至控制中心。

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，是为了缩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阈值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阈值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阈值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阈值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阈值Tb；交通拥堵分析程序在排队清除期报警阈值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阈值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阈值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。③在绿灯期间，即使车辆较多也都应该顺次前行，闯红灯检测器也始终应是被间歇性占用，而一旦在绿灯期间出现了本不应该出现的某一辆车长时间连续占用闯红灯检测器的情况，即说明此时发生了交通异常。依据这一原理，使用前面所述的绿灯行驶期报警阈值Tb，交通拥堵分析程序在绿灯期间对闯红灯检测器的占用情况进行监测，一旦出现闯红灯检测器被连续占用达到或超过设定的绿灯行驶期报警阈值Tb，亦立即发出该流向发生交通拥堵的报警信息。

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，则排队清除期报警阈值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。而绿灯行驶期报警阈值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阈值Ta和绿灯行驶期报警阈值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阈值Ta和绿灯行驶期报警阈值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、闯红灯检测器连续占用计时器tr、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，首先检查闯红灯检测器的占用状态，若此时闯红灯检测器被占用则将闯红灯检测器连续占用计时器tr加1，若此时闯红灯检测器空闲则将闯红灯检测器连续占用计时器tr置为0；然后判断闯红灯检测器连续占用计时器tr是否大于或等于4*绿灯行驶期报警阈值Tb，是则说明在绿灯期间出现了闯红灯检测器被连续占用超过绿灯行驶期报警阈值的情况，将当前拥堵报警状态ca置为1并转到(8)向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态ca，否则

(4)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1，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，

(5)判断报警检测时间窗口计时器tq是否小于4*排队清除期报警阈值Ta，是则转到(9)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*排队清除期报警阈值Ta，是则说明已经到达排队清除期报警检测决策时刻，转到(6)，否则说明已过了排队清除期正处于绿灯行驶期，转到(7)，

(6)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1，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0，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(8)向交通拥堵报警信号输出接口发送当前拥堵报警状态ca，

(7)判断tc是否大于或等于4*绿灯行驶期报警阈值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阈值的情况，转到(9)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阈值的情况，将当前拥堵报警状态ca置为1，然后

(8)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

(9)退出本次交通拥堵分析程序的运行。

附图说明

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阈值Ta＝15秒，绿灯行驶期报警阈值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。

假定现在绿灯的第9秒闯红灯检测器未被占用(tr＝0)，而从第10秒至第18秒这9秒期间闯红灯车辆检测器被连续占用，则tr＝4*9＝36，然后判断tr(＝36)是否大于或等于4*Tb＝4*9＝36，是，说明在绿灯期间出现了闯红灯检测器被连续占用达到或超过绿灯行驶期报警阈值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)，即可用于启动图像采集设备，所采集的图像可以通过原有通讯方式传送至控制中心。

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4*排队清除期报警阈值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1，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(＝1)，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)，即可用于启动图像采集设备，所采集的图像可以通过原有通讯方式传送至控制中心。

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*排队清除期报警阈值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0，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(＝0)，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4*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阈值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。

Claims (5)

1.交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察，具有闯红灯自动拍照装置及设置在停车线前方的闯红灯检测器，其特征是：

(1)还包括车辆检测器及与之相连接的检测信号分析处理单元，

(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阈值Ta及绿灯行驶期报警阈值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、从绿灯启亮到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，

c、从绿灯启亮起对闯红灯检测器的被占用情况监测至绿灯灭，若此段时间隔内闯红灯检测器出现被连续占用时间≥Tb，即发出交通拥堵报警信号，

(4)交通拥堵报警信号输出端与闯红灯自动拍照装置的图像采集设备触发启动端相接。

2.根据权利要求1所述的交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察，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及对闯红灯拍照的电子警察，其特征是：车辆检测器设置在停车线后若干米处。

4.交通拥堵精准报警及对闯红灯拍照的电子警察运行方法，其特征是：

(1)预设一个排队清除期报警阈值Ta和一个绿灯行驶期报警阈值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、闯红灯检测器连续占用计时器tr、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0，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：首先检查闯红灯检测器的占用状态，若此时被占用则将tr加1、若此时未被占用则将tr置为0，然后判断tr是否大于或等于Tb，是则将ca置为1并转到(8)，否则

(4)将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，若此时被占用则将tc加1、若此时未被占用则将tc置为0，

(5)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，是则转到(9)，否则继续判断tq是否等于Ta，是则转到(6)、否则转到(7)，

(6)检查tc是否等于Ta，是则将ca置为1、否则将ca置为0，然后将tc置为0并转到(8)，

(7)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阈值情况：判断tc是否大于或等于Tb，否则转到(9)，是则将ca置为1，然后

(8)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

(9)退出本次交通拥堵分析程序，

(10)当ca＝1时，闯红灯自动拍照电子警察装置的图像采集设备即被启动拍照。

5.根据权利要求4所述的电子警察运行方法，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4*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阈值情况步骤中，以tc与4*Tb进行比较、判断，

(4)在分析是否出现闯红灯检测器被连续占用超过绿灯行驶期报警阈值情况步骤中，以tr与4*Tb进行比较、判断；

(5)在所述步骤(6)中，以tc与4*Ta进行比较、判断。

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