CN107564313A - 高速公路交通拥堵预告系统及预告方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速公路智能交通技术领域，尤其涉及一种高速公路交通拥堵预告系统及预告方法。系统包括车载子系统和路面子系统；路面子系统包括监控中心和监测终端，监测终端包括视频采集设备、电子标签和第一无线传输模块；监控中心包括视频处理模块、行程车速计算模块、道路拥堵判断模块、数据存储模块和第二无线传输模块；车载子系统包括电子标签读写器、数据处理模块、信息输出模块。本发明利用设置在高速公路两侧的监测终端实时采集车辆视频，从视频分析获得各路段的交通状况，使得交通状况的预告具有实时性。同时将拥堵路段的情况反馈给拥堵路段来车方向的监测终端，通过射频识别将拥堵信息传输到车载设备中，在车内显示能保证信息接收的有效性。

Description

高速公路交通拥堵预告系统及预告方法

技术领域

本发明涉及高速公路智能交通技术领域，尤其涉及一种高速公路交通拥堵预告系统及预告方法。

背景技术

随着物质生活水平的提高，基本每个家庭都配备了家用汽车，并且近几年高速公路的扩建使得高速路网的覆盖范围越来越广，线路也越来越多，因此，越来越多的人选择自驾车旅行或探亲。如遇节假日，高速公路的车流量骤增，经常发生交通事故，因高速公路地形特殊，交通事故救援比较慢，后方车辆又不知前方发生事故，没有避开事故路段，继续向前方行驶，导致事故地点汇集的车辆越来越多，造成道路严重拥堵。通常需经过很长一段时间，才能缓解。如果能在高速公路上设置提示装置，能将前方道路状况提前告知后方来车的驾驶员，以便他们及早选择其它路线，避开事故路段，减少车辆向事故地点的汇集，降低拥堵的概率，也方便了事故的救援。为此，部分高速公路设置了监测设备，监测道路情况并指示给驾驶人员，但现有的交通状况指示信息是在情报板上显示。如果驾驶车速太快或天气恶劣，驾驶人员无法看清情报板上的显示内容，这种方式无法起到有效的提示作用。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于RFID近场通信和GPRS远程通信技术，设计了一种高速公路交通拥堵预告系统，能实时监测高速公路交通状况，并将拥堵信息反馈到道路两侧的监测终端上，经过的车辆采集监测终端上的拥堵信息在车内显示给驾驶人员，便于及早获知前方路段交通状况，选择合适路线行驶。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高速公路交通拥堵预告系统，包括车载子系统和路面子系统；

所述的路面子系统包括监控中心及若干间隔设置于高速公路路侧的监测终端，每个监测终端包括视频采集设备、电子标签和第一无线传输模块，视频采集设备用于拍摄车辆视频，将车辆视频及拍摄时间、路段一并通过第一无线传输模块发送给监控中心；电子标签通过第一无线传输模块从监控中心接收前方路段道路拥堵信息；所述监控中心包括视频处理模块、行程车速计算模块、道路拥堵判断模块、数据存储模块和第二无线传输模块，视频处理模块用于处理监测终端发来的车辆视频，提取车辆车牌和车型信息；行程车速计算模块用于按车牌号匹配搜集同一辆车经过相邻两监测终端的时间，结合两监测终端距离，计算该路段的平均行程车速；道路拥堵判断模块用于将各路段的平均行程车速与代表高速公路各级服务水平的速度阈值比较，判断各路段的道路交通状况；数据存储模块用于存储车辆视频以及车牌、车型、时间、平均行程车速、速度阈值；第二无线传输模块用于实现监控中心与各监测终端的通信；

所述的车载子系统包括电子标签读写器、数据处理模块、信息输出模块，电子标签读写器用于读取经过的监测终端电子标签中存储的道路拥堵信息，数据处理模块用于将道路拥堵信息处理转换为可显示给驾驶人员的格式，通过信息输出模块予以显示。

本发明在高速公路两侧按固定间隔设置监测终端，分别监测两方向的车辆运行情况，上传给监控中心，监测终端同时还要起到接收拥堵信息的功能，车辆需借助RFID(射频识别)技术获取监测终端中的拥堵信息。为避免两行车方向上的监测终端相互干扰，导致车辆采集到错误信息，建议将监测终端始终设置在车辆行驶方向的右侧。本发明将拥堵信息输送到车内进行显示，不受车速和天气的影响，驾驶员可清楚、及时地获知前方道路拥堵状况，能及早做出路线调整，避开拥堵路段。

进一步，所述的行程车速计算模块所采用的计算公式为：v_i＝S/t_i，其中v_i为第i辆车在某相邻两监测终端中间路段的行程车速，S为两相邻监测终端的间隔距离，t_i为第i辆车经过该路段的用时，即为经过前后两相邻监测终端的时间差；经过同一路段的所有车辆的行程车速取均值，得到该路段的平均行程车速。

进一步，所述的道路交通状况分为畅通、较畅通、较拥挤、拥挤和拥堵，并将高速公路各级服务水平对应的下限速度作为判定阈值，将平均行程车速与各判定阈值比较，获取对应的交通情况。

优选的，所述的视频采集设备为CCD高清相机。

优选的，所述的信息输出模块为显示屏和/或音频播放器，对应的数据处理模块应将道路拥堵信息转换为文字和/或音频。

由于高速路网分布广，数据传输距离远，并且周围分布有山、楼宇等众多障碍物，优选所述的第一无线传输模块和第二无线传输模块采用GPRS无线传输技术。

应用上述系统进行高速公路交通拥堵预告的方法，包括以下步骤：

步骤1.位于高速公路一侧的各监测终端实时拍摄经过的车辆视频并上传到监控中心；

步骤2.监控中心分析车辆视频，按监测终端分割的路段分别判断各路段的实时交通状况，若某路段判断为拥堵状态时，监控中心向该路段后方的监测终端发送拥堵信息；

步骤3.监测终端接收到拥堵信息后写入电子标签中，途经该处监测终端的车辆利用电子标签读写器获得电子标签内的拥堵信息，拥堵信息经转换后显示给驾驶人员。

进一步，步骤2中所述的实时交通状况分为畅通、较畅通、较拥挤、拥挤和拥堵。针对这几个分类，需设置四个速度阈值，将各路段的平均行程车速与四个阈值比较，根据所处的区间，判断出该路段的实时交通状况。

进一步，步骤2的详细步骤如下：

步骤2-1.视频处理模块从数据存储模块调取车辆视频，提取视频中各车辆的车牌和车型，并存入数据存储模块；

步骤2-2.行程车速计算模块将经过每个监测终端的车辆信息与其前方相邻监测终端的车辆信息比对，查找相同车辆，计算各相同车辆经过两相邻监测终端的时间差，按公式v_i＝S/t_i计算各辆车在此路段的行程车速，公式中v_i为第i辆车在某相邻两监测终端中间路段的行程车速，S为两相邻监测终端的间隔距离，t_i为第i辆车经过前后两相邻监测终端的时间差；各辆车的行程车速取均值即为该路段的平均行程车速；

步骤2-3.道路拥堵判断模块将所得的平均行程车速与预设的速度阈值比较，判断各路段的道路交通状况；

步骤2-4.对于判定为较拥挤、拥挤或拥堵状态的路段，监控中心向该路段行车方向的后方若干监测终端发送拥堵信息，拥堵信息包含拥堵路段及拥堵状态。

本发明方法选择向拥堵路段行车方向后方一段距离内的监测终端发送拥堵信息，便于来车及时调整路线，避开拥堵路段。鉴于高速公路不能随意掉头行驶的特殊情况，所选择的监测终端应尽可能远离拥堵路段，最好中间有高速枢纽立交或高速出口，便于更换行驶路线。

进一步，视频处理模块基于BP神经网络识别车型，基于字符分割和光学字符识别算法识别车牌。

本发明的有益效果：

1、本发明利用设置在高速公路两侧的监测终端实时采集车辆视频，从视频分析获得各路段的交通状况，使得交通状况的预告具有实时性，可参考价值更高。

2、本发明将拥堵路段的情况反馈给拥堵路段来车方向的监测终端，通过射频识别技术将拥堵信息传输到车载设备中，在车内显示能保证信息接收的有效性。

3、本发明能及时有效地预告道路交通状况，提高了人们的出行效率，也进一步降低了交通拥堵的程度。

附图说明

图1是本发明的系统构成示意图；

图2是监测终端的组成框图；

图3是监控中心的组成框图；

图4是车载子系统的组成框图；

图5是本发明方法的流程示意图；

图中，1、监控中心，11、视频处理模块，12、行程车速计算模块，13、道路拥堵判断模块，14、数据存储模块，15、第二GPRS无线传输模块，2、监测终端，21、CCD高清相机，22、电子标签，23、第一GPRS无线传输模块，3、车载子系统，31、电子标签读写器，32、数据处理模块，33、显示屏，34、音频播放器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

一种高速公路交通拥堵预告系统，如图1所示，包括车载子系统3和路面子系统。所述路面子系统包括监控中心1和若干监测终端2，监测终端2沿行车方向设置在道路右侧，相邻两监测终端间隔距离为S。

如图2所示，所述监测终端2包括CCD高清相机21、电子标签22和第一GPRS无线传输模块23，CCD高清相机21实时拍摄经过车辆的视频，将车辆视频及拍摄时间、所处路段一并通过第一GPRS无线传输模块23发送给监控中心1。电子标签22通过第一GPRS无线传输模块23从监控中心接收前方路段道路拥堵信息。

如图3所示，所述监控中心1包括视频处理模块11、行程车速计算模块12、道路拥堵判断模块13、数据存储模块14和第二GPRS无线传输模块15。监测终端2发来的车辆视频按终端编号存入数据存储模块14，视频处理模块11调取各监测终端的视频进行处理，从视频中提取车辆车牌和车型信息，对应各监测终端编号及采集时间存入数据存储模块14。行程车速计算模块12调取经过各监测终端的车辆信息，将前后两相邻监测终端的车辆信息进行比对，查找相同车辆及各相同车辆经过前后两监测终端的时间，结合两监测终端距离，计算两监测终端中间路段的平均行程车速。计算过程所采用的公式为：v_i＝S/t_i，其中v_i为第i辆车在某相邻两监测终端中间路段的行程车速，S为两相邻监测终端的间隔距离，t_i为第i辆车经过该路段的用时，即为经过前后两相邻监测终端的时间差。对经过同一路段的所有车辆的行程车速取均值，即得到该路段的平均行程车速。道路拥堵判断模块13将各路段的平均行程车速与代表高速公路各级服务水平的速度阈值比较，判断各路段的道路交通状况。监控中心1通过第二GPRS无线传输模块15将判断为拥堵状态的路段信息发送到拥堵路段后方的监测终端2。

如图4所示，所述的车载子系统3包括电子标签读写器31、数据处理模块32、显示屏33和音频播放器34。电子标签读写器31读取所经过的监测终端电子标签中存储的信息，若能读到道路拥堵信息，由数据处理模块32将道路拥堵信息处理转换为文字字符和/或音频格式，通过显示屏33和音频播放器34显示给驾驶人员。

为应用上述系统进行高速公路交通拥堵预告，驾驶人员需在车上事先安装车载子系统，并进行调试。监控中心需根据高速公路各级服务水平设定各级速度阈值，通常将实时交通状况分为畅通、较畅通、较拥挤、拥挤和拥堵五种状态，因此需对应设置四个速度阈值，各阈值的关系为V1>V2>V3>V4。如图5所示，预告方法包括以下步骤：

步骤1.位于高速公路一侧的各监测终端实时拍摄经过的车辆视频，与监测终端编号、拍摄时间、拍摄路段一起打包上传到监控中心，存入数据存储模块。

步骤2.监控中心分析车辆视频，按监测终端分割的路段分别判断各路段的实时交通状况，若某路段判断为拥堵状态时，监控中心向该路段后方的监测终端发送拥堵信息；具体过程如下：

步骤2-1.视频处理模块按监测终端编号从数据存储模块调取各监测终端拍摄的车辆视频，提取视频中各车辆的车牌和车型，并对应各监测终端编号存入数据存储模块。

步骤2-2.行程车速计算模块将经过每个监测终端的车辆信息与其前方相邻监测终端的车辆信息比对，查找相同车辆及经过时间，计算各相同车辆经过两相邻监测终端的时间差，按公式v_i＝S/t_i计算各辆车在此路段的行程车速，公式中v_i为第i辆车在某相邻两监测终端中间路段的行程车速，S为两相邻监测终端的间隔距离，t_i为第i辆车经过前后两相邻监测终端的时间差；各辆车的行程车速取均值即为该路段的平均行程车速。

步骤2-3.道路拥堵判断模块将所得的各路段的平均行程车速与预设的速度阈值比较，若大于等于V1，则判定该路段为畅通状态；若大于等于V2、小于V1，则判定该路段为较畅通；若大于等于V3、小于V2，则判定该路段为较拥挤；若大于等于V4、小于V3，则判定该路段为拥挤；若小于V4，则判定该路段为拥堵。

步骤2-4.对于判定为较拥挤、拥挤或拥堵状态的路段，监控中心向该路段行车方向的后方若干监测终端(所选择监测终端与拥堵路段之间应有高速枢纽立交或高速出口)发送拥堵信息，拥堵信息包含拥堵路段及拥堵状态。

步骤3.监测终端接收到拥堵信息后写入电子标签中，途经该处监测终端的车辆利用电子标签读写器获得电子标签内的拥堵信息，将拥堵信息转换为文字字符和音频格式，通过显示屏和音频播放器显示给驾驶人员。驾驶人员获知前方发生拥堵，根据情况决定是否调整行驶路线，以便避开拥堵路段。

Claims (10)

1.一种高速公路交通拥堵预告系统，其特征在于：包括车载子系统和路面子系统；所述的路面子系统包括监控中心及若干间隔设置于高速公路路侧的监测终端，每个监测终端包括视频采集设备、电子标签和第一无线传输模块，视频采集设备用于拍摄车辆视频，将车辆视频及拍摄时间、路段一并通过第一无线传输模块发送给监控中心；电子标签通过第一无线传输模块从监控中心接收前方路段道路拥堵信息；所述监控中心包括视频处理模块、行程车速计算模块、道路拥堵判断模块、数据存储模块和第二无线传输模块，视频处理模块用于处理监测终端发来的车辆视频，提取车辆车牌和车型信息；行程车速计算模块用于按车牌号匹配搜集同一辆车经过相邻两监测终端的时间，结合两监测终端距离，计算该路段的平均行程车速；道路拥堵判断模块用于将各路段的平均行程车速与代表高速公路各级服务水平的速度阈值比较，判断各路段的道路交通状况；数据存储模块用于存储车辆视频以及车牌、车型、时间、平均行程车速、速度阈值；第二无线传输模块用于实现监控中心与各监测终端的通信；

所述的车载子系统包括电子标签读写器、数据处理模块、信息输出模块，电子标签读写器用于读取经过的监测终端电子标签中存储的道路拥堵信息，数据处理模块用于将道路拥堵信息处理转换为可显示给驾驶人员的格式，通过信息输出模块予以显示。

2.根据权利要求1所述的高速公路交通拥堵预告系统，其特征在于：所述的行程车速计算模块所采用的计算公式为：v_i＝S/t_i，其中v_i为第i辆车在某相邻两监测终端中间路段的行程车速，S为两相邻监测终端的间隔距离，t_i为第i辆车经过该路段的用时，即为经过前后两相邻监测终端的时间差；经过同一路段的所有车辆的行程车速取均值，得到该路段的平均行程车速。

3.根据权利要求1所述的高速公路交通拥堵预告系统，其特征在于：所述的道路交通情况分为畅通、较畅通、较拥挤、拥挤和拥堵，并将高速公路各级服务水平对应的下限速度作为判定阈值，将平均行程车速与各判定阈值比较，获取对应的交通情况。

4.根据权利要求1所述的高速公路交通拥堵预告系统，其特征在于：所述的视频采集设备为CCD高清相机。

5.根据权利要求1所述的高速公路交通拥堵预告系统，其特征在于：所述的信息输出模块为显示屏和/或音频播放器，对应的数据处理模块应将道路拥堵信息转换为文字和/或音频。

6.根据权利要求1所述的高速公路交通拥堵预告系统，其特征在于：所述的第一无线传输模块和第二无线传输模块采用GPRS无线传输技术。

7.应用上述系统进行高速公路交通拥堵预告的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1.位于高速公路一侧的各监测终端实时拍摄经过的车辆视频并上传到监控中心；

步骤2.监控中心分析车辆视频，按监测终端分割的路段分别判断各路段的实时交通状况，若某路段判断为拥堵状态时，监控中心向该路段后方的监测终端发送拥堵信息；

步骤3.监测终端接收到拥堵信息后写入电子标签中，途经该处监测终端的车辆利用电子标签读写器获得电子标签内的拥堵信息，拥堵信息经转换后显示给驾驶人员。

8.根据权利要求7所述的高速公路交通拥堵预告方法，其特征在于：步骤2中所述的实时交通状况分为畅通、较畅通、较拥挤、拥挤和拥堵。

9.根据权利要求8所述的高速公路交通拥堵预告方法，其特征在于：步骤2的详细步骤如下：

步骤2-1.视频处理模块从数据存储模块调取车辆视频，提取视频中各车辆的车牌和车型，并存入数据存储模块；

步骤2-2.行程车速计算模块将经过每个监测终端的车辆信息与其前方相邻监测终端的车辆信息比对，查找相同车辆，计算各相同车辆经过两相邻监测终端的时间差，按公式v_i＝S/t_i计算各辆车在此路段的行程车速，公式中v_i为第i辆车在某相邻两监测终端中间路段的行程车速，S为两相邻监测终端的间隔距离，t_i为第i辆车经过前后两相邻监测终端的时间差；各辆车的行程车速取均值即为该路段的平均行程车速；

步骤2-3.道路拥堵判断模块将所得的平均行程车速与预设的速度阈值比较，判断各路段的道路交通状况；

步骤2-4.对于判定为较拥挤、拥挤或拥堵状态的路段，监控中心向该路段行车方向的后方若干监测终端发送拥堵信息，拥堵信息包含拥堵路段及拥堵状态。

10.根据权利要求9所述的高速公路交通拥堵预告方法，其特征在于：视频处理模块基于BP神经网络识别车型，基于字符分割和光学字符识别算法识别车牌。