CN103337184B - 基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统及控制方法，中心控制器根据时钟装置确定各个时间段的道路初始限制速度，对照自设定的调整参数，根据交通流检测器和影像传感器提供的交通流的流量、速度和周围环境的天气数据，将实时变化的限制速度值显示于LED指示板上。本发明的优点是通过时间段、交通流状态等级和天气等级的划分，详细设计了随着时间变化，光线、交通流状态和天气对限制速度的影响，明确了初始限制速度的调整步骤，并与实际测得的交通流85分位速度进行比较，进一步调整理论的限制速度；然后考虑到相邻道路上运行车辆状态的连续性，以20km/h为调整阈值，统一协调相邻道路的限制速度；提高了安全和效率。

Description

基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统及控制 方法

技术领域

本发明属于智能交通控制领域，特别涉及一种基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统及控制方法。

背景技术

车辆运行速度对城市交通的效率、安全有深刻的影响。如果车辆运行速度过高，造成驾驶员视野变窄，停车、减速距离增长，危险性增加；而且速度过高也容易发生侧滑、翻车、追尾等多种形式的交通事故。但是如果车辆运行速度过低，则会出现交通运行效率低下、油耗和尾气陡增等资源和环境问题。因此将车辆运行的速度控制在合理的范围内，对交通流的合理运行有重要的意义。

传统的速度限速装置的指示数值往往是固定不变的，但是适宜交通流运行的速度却是时时变化的，尤其是对于城市道路，交通流运行的高效和稳定，与合理而安全的速度水平密切相关。当交通流密度增加、开始出现交通拥堵时，过高的运行速度只会使拥堵更加严重；当光线变差、可见度变低，驾驶员的视野受到影响时，由于反应时间变长，驾驶员必须通过降低车辆运行速度，才能在安全车距内实现停车或者减速；当路面附着能力变差、横向稳定性降低时，也只有通过减速、降低对路面附着力的要求，才能实现车辆的平稳运行。因此，合理安全的运行车速是随着车辆所在的具体环境不断变化的，传统的限速标志并不能满足交通流在运行中对速度的实时要求。但是如果没有限速指示牌，则车辆的驾驶速度更多带有随意性和不稳定性的特征，这也将不利于城市交通的高效运行，而且在界定事故责任的过程中，无法得到对速度的规定值。故而设计一种能够体现交通流限制速度变化的指示装置成为交通管控和交通安全的需要。

中国专利CN102542831公开了一种基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，它根据时间将控制方式分为“晚上7点后、早晨7点前”与其他时间段的两种控制模式。它与传统的技术相比，主要的优势在于：能够根据白天时间段内是否出现不良天气、交通拥挤，及时调整限制速度的数值，并通过与邻近路段的限速对比，协调得到衔接性好、适应性好的限制速度。但是这种控制方法的方案过于简单，主要体现在以下八点：一是上述专利采用的气象监测检测器只能够检测天气的变化，但却不易反应道路湿滑度等指标的情况；二是在没有不良天气、交通状态稳定的情况下，一天中的视距也会因为自然光线的变化，随能见度发生一定的变化，从而导致对限速进行调整；三是仅对快速路的限速方法提出了改进，而目前城市道路中因为没有合理的速度限定，也十分频繁地出现各种交通问题，但是上述专利的成果不能直接应用到的城市道路中；四是没有提出对晚上7点后、早晨7点前的车速限制，而许多城市在早晨5:00到7:00和晚上7:00到10:00仍然会有较多车辆，而晚上10:00到早上5:00之间运行的车辆也应当有合适的控制速度；五是对事故多发的傍晚时间段没有做重点研究，容易造成设计纰漏；六是没有考虑车辆类型对行驶速度的影响，实际上，大车的行驶速度显著低于小车的行驶速度；七是天气与交通流影响下的限速值分别控制并取其中的最小值，可能会出现相同的恶劣天气但不同的交通流状态下有相同限速的不合理情况；八是各种恶劣天气往往不是单独出现，应考虑到多种天气叠加的影响。

综上所述，虽然中国专利CN102542831对可变速度指示牌设计提出了有一定合理性的设计，但是由于该设计成果自身存在的不足，而城市道路由于面对的交通压力更大，以及城市道路与快速路存在明显差异，上述专利并不能也不适合直接移植应用到城市道路中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种提高安全和效率基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统及控制方法。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统，包括中心控制器、交通流检测器、影像传感器和LED指示板，中心控制器根据时钟装置确定各个时间段的道路初始限制速度，对照自设定的调整参数，根据交通流检测器和影像传感器提供的交通流的流量、速度和周围环境的天气数据，将实时变化的限制速度值显示于LED指示板上。

所述交通流检测器设置于道路上。

所述影像传感器设置于道路边，测量周围环境的能见度、路面状态、降水、风速、风向及路面湿滑度。

所述中心控制器设有时钟装置，根据当下时间，从既定的时间分段，根据光线的变化情况，从自设的方案中选择出对应的初始限制速度。

基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统的控制方法，将一天24小时分为若干个时段，每个时段设计不同的限速调整系数；通过中心控制器的时钟触发相应的控制策略，在实际运行道路交通流85分位速度的基础上，叠加天气状况对应的折减系数，从而形成基于时间、天气和交通流的变化，对速度限定值的相对全面的控制方案，并将这些方案集成在中心控制器，通过检测设备获得环境条件的实时变化情况，在自设定方案中选择出限速速度，显示在指示板上；包括以下的步骤：

⑴中心控制器设有时钟装置，根据当下时间，从既定的时间分段，根据光线的变化情况，从自设的方案中选择出对应的初始限制速度；

由于一天中不同时段即使天气和交通流状态相近，因为太阳光线强度的不同，安全行驶车速将有差异。故将一天24小时按照自然光线的变化分为七段：6:00—7:00、7:00—16:00、16:00—17:00、17:00—19:00、19:00—22:00和22:00—6:00。

但是由于季节和地区的不同，太阳光线变化的时间会有差异，因此，时间段的划分应视具体情况而定，或者视具体情况作出调整。

由于七个时间段内正常天气下的能见度不同，因此应分别对应不同的限制速度，记为V₁。道路初始限速记为V₀，以V₀为基础，在不同的时间段内进行折减，获得各个时间段的初始限定速度V₁。6:00—7:00一般交通量较少，交通效率良好，但是光线不够明亮，存在安全隐患，故在此时间段内，应当在初始限速的基础上折减相应的系数Y_a；7:00—16:00自然光线良好，限速主要考虑满足交通效率的要求，在此时间段内，使用初始限速值；16:00—17:00交通需求出现增加的趋势，但是由于自然光线明显减弱，潜在交通威胁加重，在此时间段内，应当在初始限速的基础上折减，相应的系数Y_b；17:00—19:00交通需求出现激增，自然光线的影响不大，不对限速折减；19:00—22:00交通量减少，而且基本上完全依靠路灯照明，光照强度稳定，但是视野光线较暗，折减限速值，系数为Y_c；22:00—6:00交通流量极少，车辆运行速度高，但是城市道路由于交叉口众多，应该对其进行严格的限制，在19:00—22:00的限速上增加10—20km/h，但是最高不超过70km/h，对应得到调整系数Y_d。从而得到各个时间段内的初始限定速度；

⑵设置于路边的影像传感器测量周围环境的能见度、路面状态、降水、风速、风向及路面湿滑度，每间隔5分钟测量一次；并根据天气类型与等级划分标准，得出天气调整系数Y1；

表1为恶劣天气的等级分类表，如下所示：

⑶设置于道路上的交通流检测器提供交通流的流量、速度，每间隔5分钟测量一次；根据交通密度等级划分标准得出交通状态调整系数Y2；

表2为交通流密度的分级情况

⑷将影像传感器和交通流监测检测器分别获得的折减系数Y1、Y2相乘，获得各个时间段内确定的限速值V₁对应的交通环境和天气环境的折减系数Y，则Y = Y₁ * Y₂；

⑸将各个时间段内内的限速值V₁与Y相乘，则可获得各个时间段内在相应的交通和天气环境下的理论限速值V₂，则V₂的计算公式为：V₂= V₁ * Y；

⑹通过交通流检测检测器获得交通流的运行速度，处理得到车流实际运行的85分位车速，记为V_3；

⑺对应比较实际测得的85分位车速V₃与所在时间段内的理论限速值V₂，对最终显示在LED指示板的限定速度V进行调整：

当V₃ - V₂＞ 5km/h时, V = V₂+ 10；

当｜V₃ - V₂ ｜≤ 5km/h时，V = V_{2 ；}

当V₃ - V₂＜－5km/h时，V = V₂- 10；

⑻为了保证车辆在连续的道路上运行时，车速能够保持比较平稳的变化，需要使得相邻道路的限制速度相差不大；从第一条路段开始，对相邻路段上的限速依次进行调整，调整方法如下：

当V_n+1 - V_n＞ 20km/h， V_n+1 = V_n + 20；

当｜V_n+1 - V_n｜≤ 20km/h， V_n+1与 V_n均不作调整；

当V_n+1 - V_n＜ -20km/h， V_n+1 = V_n– 20。

本发明的优越功效在于：

1）解决我国城市道路中由于速度不合理而存在的安全和效率方面的问题，通过时间段、交通流状态等级和天气等级的划分，详细设计了随着时间变化，光线、交通流状态和天气对限制速度的影响，明确了初始限制速度的调整步骤，并与实际测得的交通流85分位速度进行比较，进一步调整理论的限制速度；然后考虑到相邻道路上运行车辆状态的连续性，以20km/h为调整阈值，统一协调相邻道路的限制速度；

2）对城市交通的速度提出相对合理的约束，提高安全和效率；并且为城市交通管理提供明确依据，有效控制超速违章的行为。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的总体流程图；

图3为本发明计算不同时间段的初始限制速度的流程图；

图4为本发明计算雨天限制速度调整系数的流程图；

图5为本发明计算雾天限制速度调整系数的流程图；

图6为本发明计算霜冻天气限制速度调整系数的流程图；

图7为本发明计算冰雪天气限制速度调整系数的流程图；

图8为本发明计算横风天气限制速度的流程图；

图9为本发明天气折减后根据交通流状态折减限制速度v₂的流程图；

图10为本发明根据实测速度调整限制速度的流程图；

图11为本发明调整相邻的n条道路的流程图。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统，包括中心控制器、交通流检测器、影像传感器和LED指示板，中心控制器根据时钟装置确定各个时间段的道路初始限制速度，对照自设定的调整参数，根据交通流检测器和影像传感器提供的交通流的流量、速度和周围环境的天气数据，将实时变化的限制速度值显示于LED指示板上。

所述交通流检测器设置于道路上。

所述影像传感器设置于道路边，测量周围环境的能见度、路面状态、降水、风速、风向及路面湿滑度。

所述中心控制器设有时钟装置，根据当下时间，从既定的时间分段，根据光线的变化情况，从自设的方案中选择出对应的初始限制速度。

如图2-图11所示，基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统的控制方法，将一天24小时分为若干个时段，每个时段设计不同的限速调整系数；通过中心控制器的时钟触发相应的控制策略，在实际运行道路交通流85分位速度的基础上，叠加天气状况对应的折减系数，从而形成基于时间、天气和交通流的变化，对速度限定值的相对全面的控制方案，并将这些方案集成在中心控制器，通过检测设备获得环境条件的实时变化情况，在自设定方案中选择出限速速度，显示在指示板上；包括以下的步骤：

⑴根据季节和区域的不同，太阳光线变化的时间会有差异，因此，时间段的划分应视具体情况而调整。在此，以如下划分时间段为例：6:00—7:00、7:00—9:00、9:00—16:00、16:00—17:00、17:00—19:00、19:00—22:00和22:00—6:00。

⑵确定各个时间段内的限制速度应。道路初始限速记为V₀，以V₀为基础，在不同的时间段内进行折减，获得各个时间段的初始限定速度。6:00—7:00一般交通量较少，交通效率良好，但是光线不够明亮，存在安全隐患，故在此时间段内，应当在初始限速的基础上折减相应的系数Y_a；7:00—16:00自然光线良好，限速主要考虑满足交通效率的要求，在此时间段内，使用初始限速值；16:00—17:00交通需求出现增加的趋势，但是由于自然光线明显减弱，潜在交通威胁加重，在此时间段内，应当在初始限速的基础上折减相应的系数Y_b；17:00—19:00交通需求出现激增，自然光线的影响不大，不对限速折减；19:00—22:00交通量减少，而且基本上完全依靠路灯照明，光照强度稳定，限速值的折减系数为Y_c；22:00—6:00交通流量极少，车辆运行速度高，但是城市道路由于交叉口众多，应该对其进行严格的限制，在19:00—22:00的限速上增加10—20km/h，但是最高不超过70km/h，从而确定该时间段内初始限定速度的调整系数Y_d；

⑶在道路上设置交通流检测器，测定交通流的流量与速度；在路边设置影像传感器，测量周围环境的能见度、路面状态、降水和风速与风向，判断路面是否干燥或积水、积雪，甚至进一步推测路面的湿滑度。检测的时间间隔为5分钟；

⑷将交通流检测器和影像传感器检测到的参数分级，并分别设置相应的调整参数。分级情况如表1所示。当遇到多种恶劣天气同时出现的情况时，则应将对应的调整系数相乘，得到对应状态下的调整系数，记为Y₁。

表1为恶劣天气的等级分类表，如下所示：

⑸当交通流检测器检测的交通密度超过20pcu/km/lane时，根据交通流密度变化的情况调整限速。交通流密度的等级如表2所示，根据交通流密度对应的等级，确定各个时间段内设定的限速值的折减系数，记为Y₂；

表2为交通流密度的分级情况

⑹将影像传感器和交通流监测检测器分别获得的折减系数Y1、Y2相乘，获得各个时间段内确定的限速值V₁对应的交通环境和天气环境的折减系数Y，则Y = Y₁ * Y_2；

⑺将各个时间段内内的限速值V₁与Y相乘，则可获得各个时间段内在相应的交通和天气环境下的理论限速值V₂，则V₂的计算公式为：V₂= V₁ * Y；

⑻通过交通流检测检测器获得交通流的运行速度，处理得到车流实际运行的85分位车速，记为V_3；

⑼对应比较实际测得的85分位车速V₃与所在时间段内的理论限速值V₂，对最终显示在LED指示板的限定速度V进行调整：

当V₃ - V₂＞ 5km/h时, V = V₂+ 10；

当｜V₃ - V₂ ｜≤ 5km/h时，V = V_{2 ；}

当V₃ - V₂＜－5km/h时，V = V₂- 10；

⑽为了保证车辆在连续的道路上运行时，车速能够保持比较平稳的变化，需要使得相邻道路的限制速度相差不大；从第一条路段开始，对相邻路段上的限速依次进行调整，调整方法如下：

当V_n+1 - V_n＞ 20km/h， V_n+1 = V_n + 20；

当｜V_n+1 - V_n｜≤ 20km/h， V_n+1与 V_n均不作调整；

当V_n+1 - V_n＜ -20km/h， V_n+1 = V_n– 20。

Claims (2)

1.一种基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统的控制方法，将一天24小时分为若干个时段，每个时段设计不同的限速调整系数；通过中心控制器的时钟触发相应的控制策略，在实际运行道路交通流85分位速度的基础上，叠加天气状况对应的折减系数，从而形成基于时间、天气和交通流的变化，对速度限定值的相对全面的控制方案，并将这些方案集成在中心控制器，通过检测设备获得环境条件的实时变化情况，在自设定方案中选择出限速速度，显示在指示板上；包括以下的步骤：

⑴中心控制器设有时钟装置，根据当下时间，从既定的时间分段，根据光线的变化情况，从自设的方案中选择出对应的初始限制速度；

⑵设置于路边的影像传感器测量周围环境的能见度、路面状态、降水、风速、风向及路面湿滑度，每间隔5分钟测量一次；并根据天气类型与等级划分标准，得出天气调整系数Y1；

⑶设置于道路上的交通流检测器提供交通流的流量、速度，每间隔5分钟测量一次；根据交通密度等级划分标准得出交通状态调整系数Y2；

⑷将影像传感器和交通流监测检测器分别获得的折减系数Y1、Y2相乘，获得各个时间段内确定的限速值V₁对应的交通环境和天气环境的折减系数Y，则Y = Y₁ * Y_2；

⑸将各个时间段内的限速值V₁与Y相乘，则可获得各个时间段内在相应的交通和天气环境下的理论限速值V₂，则V₂的计算公式为：V₂= V₁ * Y；

⑹通过交通流检测检测器获得交通流的运行速度，处理得到车流实际运行的85分位车速，记为V_3；

⑺对应比较实际测得的85分位车速V₃与所在时间段内的理论限速值V₂，对最终显示在LED指示板的限定速度V进行调整：

当V₃ - V₂＞ 5km/h时, V = V₂+ 10；

当｜V₃ - V₂ ｜≤ 5km/h时，V = V_{2 ；}

当V₃ - V₂＜ －5km/h时，V = V₂- 10；

⑻为了保证车辆在连续的道路上运行时，车速能够保持比较平稳的变化，需要使得相邻道路的限制速度相差不大；从第一条路段开始，对相邻路段上的限速依次进行调整，调整方法如下：

当V_n+1 - V_n＞ 20km/h， V_n+1 = V_n + 20；

当｜V_n+1 - V_n｜≤ 20km/h， V_n+1 与 V_n均不作调整；

当V_n+1 - V_n ＜ -20km/h， V_n+1 = V_n– 20。

2.根据权利要求1所述的基于时间、交通流和天气的城市道路限速指示系统的控制方法，其特征在于：所述中心控制器根据时钟装置确定各个时间段的道路初始限制速度，对照自设定的调整参数，根据交通流检测器和影像传感器提供的交通流的流量、速度和周围环境的天气数据，将实时变化的限制速度值显示于LED指示板上；

所述交通流检测器设置于道路上；

所述影像传感器设置于道路边，测量周围环境的能见度、路面状态、降水、风速、风向及路面湿滑度；

所述中心控制器设有时钟装置，根据当下时间，从既定的时间分段，根据光线的变化情况，从自设的方案中选择出对应的初始限制速度；

所述交通流检测器和影像传感器设有对交通流密度和天气状况的完整的等级分类，分别对应各种环境条件下限制速度的调整参数。