CN109300301A - 一种用于收费站的限速系统及其控制方法 - Google Patents

一种用于收费站的限速系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于收费站的限速系统，包括控制器和设置在一股车道内的车型识别器，多个队列侦测器和多个阻车装置，其中，车型识别器设置在一股车道的入口处，用于识别进入的车辆的车型；一个队列侦测器和一个阻车装置为一组，设置在车道旁；在车道行进方向依次设置多组车辆队列侦测器和阻车装置；队列侦测器用于检测车道内车辆的数量、车辆通过的速度和时间以及每辆车的位置和顺序；阻车装置根据控制器发送的指令依次开启或关闭；控制器用于接收车型识别器和每个队列侦测器发送来的信息，并根据接收到的信息给阻车装置发送控制指令。本发明还提供一种用于收费站的限速系统的控制方法。本发明保证收费站的安全；整个系统结构简单，安全性能高。

Description

一种用于收费站的限速系统及其控制方法
技术领域
本发明属于限速系统领域，特别涉及一种用于收费站的限速系统及其控制方法。
背景技术
随着我国交通运输业的迅猛发展，尤其是高速公路里程的快速增加和高速网络的形成，给运输物流带了极大的便利。但是随着高速公路通行车辆的不断增加，高速公路收费站通行效率与收费安全之间的矛盾日益突出，导致收费广场上交通事故时有发生。
目前，高速公路收费广场及收费站的安全隐患主要来源于司机的不规范行驶，虽然高速收费站都制定了相应的安全管理制度及限速标志、限速装置，但车辆的通行速度常常没有降低到安全车速以下，闯岗、冲磅、撞坏机电设备的情况屡见不鲜。
当前高速收费站的限速措施主要有焊接铁销、铁块及减速带，设置醒目的限速标志等，但是以上措施限速效果并不明显，特别是对货车动态称重、客车ETC车道等对车辆要求严格限速的情况没有起到很好的限速效果。传统减速带的凸起引起车辆货物散落的情况也加重了收费广场的安全隐患。
因此，设计一种高速收费站自动限速装置，真正提高限速效果，是非常必要的。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种有效保证收费站安全，提升高速公路通行效率的用于收费站的限速系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种用于收费站的限速系统，包括控制器和设置在一股车道内的车型识别器，多个队列侦测器和多个阻车装置，其中，所述车型识别器设置在一股车道的入口处，用于识别进入的车辆的车型；一个队列侦测器和一个阻车装置为一组，设置在车道旁；在车道行进方向依次设置多组车辆队列侦测器和阻车装置；所述队列侦测器用于检测车道内车辆的数量、车辆通过的速度和时间以及每辆车的位置和顺序；所述阻车装置根据控制器发送的指令依次开启或关闭；控制器用于接收车型识别器和每个队列侦测器发送来的信息，并根据接收到的信息给阻车装置发送控制指令。
其中，所述车型识别器通过光电开关计算车辆的长度和高度，结合激光器采集车辆的宽度信息，通过计算车辆的长度、高度以及宽度信息对车辆进行车型分析。从而实现对车型的自动检测，无需人工操作。
进一步，所述阻车装置采用沿车辆行进方向水平打开的栏杆。这样有效避免了车辆撞杆风险。
本发明还提供了一种基于上述用于收费站的限速系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：车型识别器对驶入车道的车型进行识别，并将识别的结果发送到控制器中；
步骤2：控制器控制第一组队列侦测器和阻车装置工作，其中，第一阻车装置开启；
步骤3：控制器根据每个阻车装置开启的时间依次打开阻车装置；同时，每个队列侦测器依次采集每个通过车辆的信息，并交采集到的信息发送给控制器；其中，相邻两组队列侦测器和阻车装置之间形成路段；
步骤4：控制器根据队列侦测器采集到的车辆信息周期性的更新每个路段的阻车装置的开启时间；
其中，每个路段的阻车装置的开启时间的更新方法为：首先设置周期的长度和每个路段通过时间的方差限差，然后计算每个周期每个路段初始通过时间和通过时间的方差，并将计算获得每个周期每个路段的通过时间的方差与设置的每个路段通过时间的方差限差进行比较，如果计算出的通过时间的方差大于等于设置的每个路段通过时间的方差限差，则不更新当前的阻车装置的开启时间；如果计算出的通过时间的方差小于设置的每个路段通过时间的方差限差，则对同路段相邻两个周期的通过时间的方差进行统计学F检验，并根据检验结果，对同路段相邻两个周期的平均通过时间进行统计学t检验，如果同路段相邻两个周期的平均通过时间在统计学意义上相等，则放弃调整，反之则用计算出的阻车装置的开启时间更新原来的阻车装置的开启时间。
进一步，所述步骤4中周期的设置方法为：固定时间为一个周期，对车辆信息进行统计或者以固定通行的车辆数量为一个周期，对车辆信息进行统计。
所述步骤4中根据不同的车型来计算每个路段的阻车装置的开启时间。这样可以更加精确的开启阻车装置，从而每个类型的车辆在规定的限速通行，就可以安全平稳的通过该路段。
进一步，还包括对路段中是否有车辆进行判断，如果在路段中已有车辆，则该路段始端的阻车装置直到车辆驶过该路段末端的阻车装置后才开启；其中判断路段中是否有车辆的方法为：设置所有队列侦测器输出的状态初始值为相同值；当有车辆进过队列侦测器后，队列侦测器输出的状态值则发生一次0-1或者1-0的变化，比较同一时刻，相邻两个队列侦测器输出的状态值，如果相邻两个队列侦测器的状态值相同，则表示这两个队列侦测器之间的路段没有车；如果相邻两个队列侦测器的状态值不相同，则表示这两个队列侦测器之间的路段有车。这样更加的安全，有效的保证每个路段中只有一辆车通行。
工作原理：本发明采用分段的队列侦测一个固定周期内的车辆通过速度的统计和计算，获得了每个路段阻车装置开启的时间，由此来控制每个路段阻车装置的开启和关闭从而限制车辆在收费车道内的通行速度。本发明还针对不同类型的车辆的通行时间进行了优化，从而可以针对不同类型的车辆，阻车装置有更加精确的开启时间，从而使整个系统的安全性更强，同时也增加通行的效率。
有益效果：与现有技术相比，本发明能够保证车辆在整个车道行驶范围内在限速范围内行驶，避免了车道内加速、冲磅、闯岗等异常行驶的发生，有效保证了收费站的安全；同时整个系统结构简单，安全性能高。本发明可分别针对各种车型实施精确车速上限控制。
附图说明
图1为本发明提供的系统的结构示意图；
图2为实施例1的工作流程图；
图3为实施例2的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明提供了一种用于收费站的限速系统，包括控制器1和设置在一股车道内的车型识别器2，多个队列侦测器3和多个阻车装置4，其中，车型识别器2设置在一股车道的入口处，主要用于识别进入的车辆的车型；一个队列侦测器3和一个阻车装置4为一组，设置在车道旁；在车道行进方向依次设置多组队列侦测器3和阻车装置4；队列侦测器3用于检测车道内车辆的数量、车辆通过的速度和时间以及每辆车的位置及顺序；阻车装置4根据设定的限速要求按照相应的时间依次开闭；控制器1用于接收车型识别器2和车辆队列侦测器3发送来的信息，并根据接收到的信息调整阻车装置4开闭的时间，同时给阻车装置4发送控制指令。
其中，车道为两侧有阻挡的单车道，车辆只能排队行驶，不可超车。
车型识别器通过光电开关计算车辆的长度和高度，同时结合激光器采集车辆的宽度信息，通过计算车辆的长度、高度以及宽度信息对车辆进行车型分析，实现对车型的自动检测，无需人工操作。如对小客车、大客车、小货车、大货车等车型的辨别。
队列侦测器通过逻辑线圈、光栅和视频设备等侦测车道内的车辆数、车辆通过的速度和时间、车辆位置及顺序。
阻车装置将根据通过车辆的限速要求按相应的时间依次开闭，其采用沿车辆行进方向水平打开的方式开启，这样有效避免了车辆撞到阻车装置的风险。
控制器通过电脑服务器提供各种相应的计算并给阻车装置发布指令。
沿车辆行驶方向，在车道旁依次设置车型识别器、第一组队列侦测器和阻车装置、第二组队列侦测器和阻车装置、第三组队列侦测器和阻车装置……第n组队列侦测器和阻车装置，其中，n表示设置的队列侦测器和阻车装置的总组数。根据车道长度和实际需要设置多组队列侦测器和阻车装置组合，其中每组队列侦测器和阻车装置之间的间距相同。车型识别器、每个队列侦测器和阻车装置均与控制器连接。
实施例1：
如图2所示，本实施例中提供的用于收费站的限速系统的控制方法包括以下步骤：
步骤1：车型识别器对驶入车道的车型进行识别，并将识别的结果发送到控制器中。
步骤2：控制器控制第一组队列侦测器和阻车装置工作，其中，第一阻车装置开启。
步骤3：车辆通第a阻车装置时，第a队列侦测器对进入车辆的通过速度、时间，车辆的位置等信息进行采集，并将采集到的数据发送到控制器中；控制器将接收到的数据进行储存，周期性的更新第a+1阻车装置开启的时间Tij；其中，Tij表示第i路段第j个周期调整后的时间，即第a+1阻车装置的开启时间；其中，a表示队列侦测器和阻车装置的编号，a＝1、2、3....n；相邻的两组队列侦测器和阻车装置之间形成路段，i表示路段的编号，i＝1、2、3....n-1。
步骤4：第a队列侦测器在侦测到第一辆车车身完全进入第i路段后，第a阻车装置关闭，防止第二辆车进入第i路段；同时，控制发送指令给第a+1组队列侦测器和阻车装置进入工作状态。
步骤5：控制器判断第i+1路段中是否有车，如果第i+1路段中没有车，则第a+1阻车装置在Tij时间后自动开启；如果第i+1路段中有车；则直到第i+1路段中没有车之后，开始计时，在Tij时间后自动开启第a+1阻车装置。
步骤6：车辆依次通过每组队列侦测器和阻车装置，系统重复步骤3～步骤5，直到车辆驶出限速车道。
其中，步骤3中周期性的更新第a+1阻车装置开启的时间Tij的方法包括以下步骤：
步骤301：设定周期长度和方差限差mx；可以固定时间为一个周期，对车辆信息进行统计或者以固定通行的车辆数量为一个周期，对车辆信息进行统计；
步骤302：根据公式Ti0＝di/S计算Tij的初始值Ti0；式中，di表示第i路段的长度，s表示车道通行速度的设定值，j表示调整次数的编号，j＝1、2、3....m；m是调整总次数,m视调整的收敛速度而定。同时Ti0也是各路段在对应的控制速度下的通行时间理论值。
步骤303：利用侦测器采集到的数据获得第k辆车通过第i个路段的时间tk；其中，k＝1，2，…p，p为本周期内参加统计的车辆总数。
步骤304：根据公式获得平均通过时间TPij；TPij表示第j个调整周期内第i路段的平均通过时间；
步骤305：根据公式获得第j个调整周期内第i路段通过时间的方差mij；
步骤306：将步骤305中获得的第j个调整周期内第i路段通过时间的方差mij与步骤301中设定的方差限差mx进行比较，如果|mi1|≥mx说明方差超限，采集的统计样本数据离散度过大，则放弃第i个路段第j次的调整，并取Tij＝Ti(j-1)；若方差满足精度要求，即|mi1|＜mx，则根据公式Tij＝Ti(j-1)+Ti0-TPij获得第i路段第j个周期调整后的时间Tij。
为了使获得的阻车装置的开启时间更加合理，本实施例中还对同路段相邻两个周期的通过时间的方差mij和mi(j+1)进行统计学F检验，并根据检验结果，对TPij、TPi(j+1)进行统计学t检验。如果TPi(j+1)＝TPij成立，表明从统计学的角度看，两者是相等的，不必调整，维持原Tij不变，即：
TPi(j+1)＝TPij
若TPi(j+1)≠成立，则按公式Tij＝Ti(j-1)+Ti0-获得第i路段第j个周期调整后的时间
不断地重复上述相关步骤，计算新的，即可不断地获取最适合当前车流组成的速度控制参数，使得本控制系统始终处于最精准速度控制工作状态下。
步骤5中对第i个路段内是否有车的判断方法为：
步骤501：设置所有队列侦测器输出的状态初始值为0；
步骤502：有车辆进过队列侦测器后，队列侦测器输出的状态值则发生一次变化，即如果当前队列侦测器输出的状态值为0的话，当有车辆经过后，当前队列侦测器输出的状态值变为1；如果当前队列侦测器输出的状态值为1的话，当有车辆经过后，当前队列侦测器输出的状态值变为0；
步骤503：比较同一时刻，相邻两个队列侦测器输出的状态值，如果相邻两个队列侦测器的状态值相同，即同为1或同为0，则表示这两个队列侦测器之间的路段没有车；如果相邻两个队列侦测器的状态值不相同，即一个为1同时一个为0，则表示这两个队列侦测器之间的路段有车。
实施例2：
如图3所示，本实施例中提供的用于收费站的限速系统的控制方法包括以下步骤：
步骤1：车型识别器对驶入车道的车型进行识别，并将识别的结果发送到控制器中。
步骤2：控制器控制第一组队列侦测器和阻车装置工作，同时根据识别的车型调出每个阻车装置开启的时间，其中，第一阻车装置开启。
步骤3：车辆通第a阻车装置时，第a队列侦测器对进入车辆的通过速度、时间，车辆的位置等信息进行采集，并将采集到的数据发送到控制器中；控制器将接收到的数据根据车型进行分类储存，周期性的更新第a+1阻车装置开启的时间Tij；其中，Tij表示第i路段第j个周期调整后的时间，即第a+1阻车装置的开启时间；其中，a表示队列侦测器和阻车装置的编号，a＝1、2、3....n；相邻的两组队列侦测器和阻车装置之间形成路段，i表示路段的编号，i＝1、2、3....n-1。
步骤4：第a队列侦测器在侦测到第一辆车车身完全进入第i路段后，第a阻车装置关闭，防止第二辆车进入第i路段；同时，控制发送指令给第a+1组队列侦测器和阻车装置进入工作状态。
步骤5：控制器判断第i+1路段中是否有车，如果第i+1路段中没有车，则第a+1阻车装置在Tij时间后自动开启；如果第i+1路段中有车；则直到第i+1路段中没有车之后，开始计时，在Tij时间后自动开启第a+1阻车装置。
步骤6：车辆依次通过每组队列侦测器和阻车装置，系统重复步骤3～步骤5，直到车辆驶出限速车道。
其中，步骤3中周期性的更新第a+1阻车装置开启的时间Tij的方法包括以下步骤：
步骤301：设定周期长度和方差限差mx；可以固定时间为一个周期，对同一类型车辆信息进行统计或者以固定通行的同一类型车辆的数量为一个周期，对车辆信息进行统计；
步骤302：根据公式Ti0＝di/S计算Tij的初始值Ti0；式中，di表示第i路段的长度，s表示车道通行速度的设定值，j表示调整次数的编号，j＝1、2、3....m；m是调整总次数,m视调整的收敛速度而定。同时Ti0也是各路段在对应的控制速度下的通行时间理论值。
步骤303：利用侦测器采集到的数据获得第k辆车通过第i个路段的时间tk；其中，k＝1,2,…p，p为本周期内参加统计的同一类型车辆总数。
步骤304：根据公式获得平均通过时间TPij；TPij表示第j个调整周期内第i路段的平均通过时间；
步骤305：根据公式获得第j个调整周期内第i路段通过时间的方差mij；
步骤306：将步骤305中获得的第j个调整周期内第i路段通过时间的方差mij与步骤301中设定的方差限差mx进行比较，如果|mi1|≥mx说明方差超限，采集的统计样本数据离散度过大，则放弃第i个路段第j次的调整，并取Tij＝Ti(j-1)；若方差满足精度要求，即|mi1|＜mx，则根据公式Tij＝Ti(j-1)+Ti0-TPij获得第i路段第j个周期调整后的时间Tij。
为了使获得的阻车装置的开启时间更加合理，本实施例中还对同路段相邻两个周期的通过时间的方差mij和mi(j+1)进行统计学F检验，并根据检验结果，对TPij、TPi(j+1)进行统计学t检验。如果TPi(j+1)＝TPij成立，表明从统计学的角度看，两者是相等的，不必调整，维持原Tij不变，即：
TPi·(j+1)＝TPU
若TPi(j+1)≠成立，则按公式Tij＝Ti(j-1)+Ti0-获得第i路段第j个周期调整后的时间
不断地重复上述相关步骤，计算新的，即可不断地获取最适合当前车流组成的速度控制参数，使得本控制系统始终处于最精准速度控制工作状态下。
步骤5中对第i个路段内是否有车的判断方法为：
步骤501：设置所有队列侦测器输出的状态初始值为0；
步骤502：有车辆进过队列侦测器后，队列侦测器输出的状态值则发生一次变化，即如果当前队列侦测器输出的状态值为0的话，当有车辆经过后，当前队列侦测器输出的状态值变为1；如果当前队列侦测器输出的状态值为1的话，当有车辆经过后，当前队列侦测器输出的状态值变为0；
步骤503：比较同一时刻，相邻两个队列侦测器输出的状态值，如果相邻两个队列侦测器的状态值相同，即同为1或同为0，则表示这两个队列侦测器之间的路段没有车；如果相邻两个队列侦测器的状态值不相同，即一个为1同时一个为0，则表示这两个队列侦测器之间的路段有车。
不同车型由于车辆长度、大小不同，或有无称重需求、ETC识别需求等需要设定不同的限制车速。根据不同需求设置不同车辆通过相邻队列侦测器和阻车装置组合的时间不同。根据不同用途的车辆类型，通过系统程序设置不同的相邻阻车装置依次开启的时间，以保证通过车道的车辆在限制车速下匀速行驶。如果车辆在限制车速下，匀速通过相邻队列侦测器和阻车装置组合，下一组阻车装置组合将可在车辆到达该组阻车器前开启，车辆顺利通过。如果车速超过限制车速，阻车装置将无法开启，车辆无法通过。有效限制车辆超速；实现了车辆控速的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于收费站的限速系统，其特征在于：包括控制器和设置在一股车道内的车型识别器，多个队列侦测器和多个阻车装置，其中，所述车型识别器设置在一股车道的入口处，用于识别进入的车辆的车型；一个队列侦测器和一个阻车装置为一组，设置在车道旁；在车道行进方向依次设置多组车辆队列侦测器和阻车装置；所述队列侦测器用于检测车道内车辆的数量、车辆通过的速度和时间以及每辆车的位置和顺序；所述阻车装置根据控制器发送的指令依次开启或关闭；控制器用于接收车型识别器和每个队列侦测器发送来的信息，并根据接收到的信息给阻车装置发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的用于收费站的限速系统，其特征在于：所述车型识别器通过光电开关计算车辆的长度和高度，结合激光器采集车辆的宽度信息，通过计算车辆的长度、高度以及宽度信息对车辆进行车型分析。
3.根据权利要求1所述的用于收费站的限速系统，其特征在于：所述阻车装置采用沿车辆行进方向水平打开的栏杆。
4.一种基于权利要求1所述的用于收费站的限速系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：车型识别器对驶入车道的车型进行识别，并将识别的结果发送到控制器中；
步骤2：控制器控制第一组队列侦测器和阻车装置工作，其中，第一阻车装置开启；
步骤3：控制器根据每个阻车装置开启的时间依次打开阻车装置；同时，每个队列侦测器依次采集每个通过车辆的信息，并交采集到的信息发送给控制器；其中，相邻两组队列侦测器和阻车装置之间形成路段；
步骤4：控制器根据队列侦测器采集到的车辆信息周期性的更新每个路段的阻车装置的开启时间；
其中，每个路段的阻车装置的开启时间的更新方法为：首先设置周期的长度和每个路段通过时间的方差限差，然后计算每个周期每个路段初始通过时间和通过时间的方差，并将计算获得每个周期每个路段的通过时间的方差与设置的每个路段通过时间的方差限差进行比较，如果计算出的通过时间的方差大于等于设置的每个路段通过时间的方差限差，则不更新当前的阻车装置的开启时间；如果计算出的通过时间的方差小于设置的每个路段通过时间的方差限差，则对同路段相邻两个周期的通过时间的方差进行统计学F检验，并根据检验结果，对同路段相邻两个周期的平均通过时间进行统计学t检验，如果同路段相邻两个周期的平均通过时间在统计学意义上相等，则放弃调整，反之则用计算出的阻车装置的开启时间更新原来的阻车装置的开启时间。
5.根据权利要求4所述的用于收费站的限速系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4中周期的设置方法为：固定时间为一个周期，对车辆信息进行统计或者以固定通行的车辆数量为一个周期，对车辆信息进行统计。
6.根据权利要求4所述的用于收费站的限速系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4中根据不同的车型来计算每个路段的阻车装置的开启时间。
7.根据权利要求4所述的用于收费站的限速系统的控制方法，其特征在于：还包括对路段中是否有车辆进行判断，如果在路段中已有车辆，则该路段始端的阻车装置直到车辆驶过该路段末端的阻车装置后才开启；其中判断路段中是否有车辆的方法为：设置所有队列侦测器输出的状态初始值为相同值；当有车辆进过队列侦测器后，队列侦测器输出的状态值则发生一次0-1或者1-0的变化，比较同一时刻，相邻两个队列侦测器输出的状态值，如果相邻两个队列侦测器的状态值相同，则表示这两个队列侦测器之间的路段没有车；如果相邻两个队列侦测器的状态值不相同，则表示这两个队列侦测器之间的路段有车。
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