CN109920244A - 可变车道实时控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可变车道实时控制系统及方法，其中该系统包括设备监测子系统、车道状态研判子系统、方案研判子系统和方案决策子系统。采用该发明中的可变车道实时控制系统及方法，不仅解决了市场传统可变车道信号灯/车道诱导板的定时切换控制方式，在实现了依据路口实时交通流量情况进行自适应变化的同时，使得实时路权分配更为合理，道路资源利用率显著提高，路口通行能力提升明显，相比老式定时切换方式能更好的改善城市交通拥堵状况，具有更广泛的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及信号控制技术领域，具体是指一种可变车道实时控制系统及方法。
背景技术
随着城市机动车的高速发展，在依靠科技管理从而缓解道路拥堵状态情况下，全国多个城市相继推出了可变车道、潮汐车道控制系统。其中，可变车道是根据不同车辆流量流向和交通控制需求，可以变换导向方向的交叉口进口车道。它是一种城市道路交叉口的交通组织优化方式。可变车道能够有效的利用现有道路资源、提高道路的通行效率。在交通拥堵日益严重的今天，可变车道作为有效缓解交通拥堵的主要手段之一，在保证交通畅通方面起着重要的作用。
目前市场上很大一部分的传统的可变车道控制系统，依然按照固定时间的设置，从而进行车道切换，往往无法满足道路实际交通流的运行需求；自动控制的可变导向车道是目前最为灵活的控制模式，它是通过交通流检测器对进口流量流向的实时变化情况进行统计分析，判别相应切换方向和顺序，从而自动变换可变导向车道的导向方向，有效提升可变导向车道的控制效率。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够自适应变化的可变车道实时控制系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的可变车道实时控制系统及方法具有如下构成：
该可变车道实时控制系统，其主要特点是，所述的系统包括：
设备监测子系统，用于监测路口车道实时状态是否正常；
车道状态研判子系统，用于根据路口车道实时数据计算路口车道预测拥堵值；
方案研判子系统，用于根据所述的路口车道预测拥堵值对车道的拥堵状态进行提前研判，并设置相应的研判方案来避免车道拥堵状态的形成；
方案决策子系统，用于根据不同的决策方式，执行所述的研判方案。
该可变车道实时控制系统的可变车道实时系统通过后台服务器与一设备管理系统相连接，所述的设备管理系统包括可变车道指示牌和车道流量采集器。
该基于上述系统实现可变车道实时控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的设备监测子系统监测所述的路口设备实时状态是否正常，若所述的路口设备实时状态正常，则进入步骤(2)，否则进行报警输出并进入步骤(3)；
(2)获取路口车道的实时数据；
(3)获取路口车道的历史数据；
(4)所述的车道状态研判子系统根据所述的实时数据或历史数据来计算路口车道预测拥堵值；
(5)所述的方案研判子系统根据所述的路口车道预测拥堵值对车道的拥堵状态进行提前研判，并设置相应的研判方案来避免车道拥堵状态的形成；
(6)所述的方案决策子系统用于根据不同的决策方式，执行所述的研判方案。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(1)之前还包括以下步骤：
(0)获取路口车道参数、可变车道参数以及所述的设备管理系统的参数。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(4)中，当所述的车道状态研判子系统根据所述的实时数据来计算路口车道预测拥堵值时，所述的车道状态研判子系统还根据所述的实时数据计算路口车道实时拥堵值。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(4)中，所述的路口车道实时拥堵值计算过程如下：
其中，所述的a1、a2为权值系数，flow为一个周期内的流量，occup为一个周期内的每个车道的平均占有率，TPIindex为路口车道实时拥堵值；
所述的路口车道预测拥堵值计算过程如下：
TPI(i+n)＝w1TPI(i)+w2TPI(i-1)+TPIhis(i+n)-TPIhis(i)
其中，所述的w1、w2为权重，TPI(i)为当前时刻的车道拥堵值，TPI(i-1)为当前的前一时刻的车道拥堵值，TPIhis(i+n)为每个路段指数库中与预测时刻相对应的历史平均指数值，TPIhis(i)为每个路段指数库中与当前时刻相对应的历史平均指数值，n为交通指数，TPI(i+n)为路口车道预测拥堵值。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(5)中，所述的研判方案设置过程具体为：
若当前路口可变车道为直行车道，则判断直行拥堵条件是否成立，若所述的直行拥堵条件成立，则将当前路口可变车道设置为左转车道，否则继续保持当前路口可变车道为直行车道；
若当前路口可变车道为左转车道，则判断左转拥堵条件是否成立，若所述的左转拥堵条件成立，则将当前路口可变车道设置为直行车道，否则继续保持当前路口可变车道为左转车道。
该实现可变车道实时控制的方法的直行拥堵条件为：
其中，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值，TPI(i+1)sl为可变车道的预测拥堵值，TPI(i+1)li为左转车道的预测拥堵值，m为左转车道数，k为直行车道数；
当C1＝1时，所述的直行拥堵条件成立；
当C1＝0时，所述的直行拥堵条件不成立。
该实现可变车道实时控制的方法的左转拥堵条件为：
其中，k为直行车道数，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值；
当C2＝1时，所述的左转拥堵条件成立；
当C2＝0时，所述的左转拥堵条件不成立。
该实现可变车道实时控制的方法的左转拥堵条件为：
其中，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值，TPI(i+1)sl为可变车道的预测拥堵值，TPI(i+1)li为左转车道的预测拥堵值，m为左转车道数，k为直行车道数；
当C3＝1时，所述的左转拥堵条件成立；
当C3＝0时，所述的左转拥堵条件不成立。
采用该发明中的可变车道实时控制系统及方法，具有以下有益效果：
(1)实现可变车道信号灯、诱导板实时变换，合理分配路权；
(2)高度智能化的控制系统，减少人员投入。依据实时/历史交通流数据，通过综合研判系统自动生成方案，完成可变车道切换；
(3)提供高效安全的数据质量监管系统，系统通过对前端设备数据进行研判，提高数据可靠性，使得可变车道实时控制更加合理；
(4)运行设备监管子系统，实时监控系统设备运行状态，保证前端设备运行稳定；
(5)多种高效安全的方案下发系统，系统提供全智能+人工确认干预+临时干预三重控制方式，三种方式可以由用户定义组合方式，保证方案运行安全；系统同时提高高效的个人验证系统，对登录用户进行多重审核。
采用了该发明中的可变车道实时控制系统及方法，不仅解决了市场传统可变车道信号灯/车道诱导板的定时切换控制方式，在实现了依据路口实时交通流量情况进行自适应变化的同时，使得实时路权分配更为合理，道路资源利用率显著提高，路口通行能力提升明显，相比老式定时切换方式能更好的改善城市交通拥堵状况，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的可变车道实时控制系统及方法的架构图。
图2为本发明的可变车道实时控制方法的流程示意图。
图3为本发明的设备监测子系统工作时的流程示意图。
图4为本发明的车道状态研判子系统工作时的流程示意图。
图5为本发明的方案研判子系统工作时的流程示意图。
图6为本发明的方案决策子系统工作时的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅如图1所示，其为本发明的可变车道实时控制系统及方法的架构图。该可变车道实时控制系统，其主要特点是，所述的系统包括：
设备监测子系统，用于监测路口车道实时状态是否正常；
车道状态研判子系统，用于根据路口车道实时数据计算路口车道预测拥堵值；
方案研判子系统，用于根据所述的路口车道预测拥堵值对车道的拥堵状态进行提前研判，并设置相应的研判方案来避免车道拥堵状态的形成；
方案决策子系统，用于根据不同的决策方式，执行所述的研判方案。
该可变车道实时控制系统的可变车道实时系统通过后台服务器与一设备管理系统相连接，所述的设备管理系统包括可变车道指示牌和车道流量采集器。
请参阅图2所示，其为本发明的可变车道实时控制方法的流程示意图。该基于上述系统实现可变车道实时控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的设备监测子系统监测所述的路口设备实时状态是否正常，若所述的路口设备实时状态正常，则进入步骤(2)，否则进行报警输出并进入步骤(3)；
(2)获取路口车道的实时数据；
(3)获取路口车道的历史数据；
(4)所述的车道状态研判子系统根据所述的实时数据或历史数据来计算路口车道预测拥堵值；
(5)所述的方案研判子系统根据所述的路口车道预测拥堵值对车道的拥堵状态进行提前研判，并设置相应的研判方案来避免车道拥堵状态的形成；
(6)所述的方案决策子系统用于根据不同的决策方式，执行所述的研判方案。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(1)之前还包括以下步骤：
(0)获取路口车道参数、可变车道参数以及所述的设备管理系统的参数。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(4)中，当所述的车道状态研判子系统根据所述的实时数据来计算路口车道预测拥堵值时，所述的车道状态研判子系统还根据所述的实时数据计算路口车道实时拥堵值。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(4)中，所述的路口车道实时拥堵值计算过程如下：
其中，所述的a1、a2为权值系数，flow为一个周期内的流量，occup为一个周期内的每个车道的平均占有率，TPIindex为路口车道实时拥堵值；
所述的路口车道预测拥堵值计算过程如下：
TPI(i+n)＝w1TPI(i)+w2TPI(i-1)+TPIhis(i+n)-TPIhis(i)
其中，所述的w1、w2为权重，TPI(i)为当前时刻的车道拥堵值，TPI(i-1)为当前的前一时刻的车道拥堵值，TPIhis(i+n)为每个路段指数库中与预测时刻相对应的历史平均指数值，TPIhis(i)为每个路段指数库中与当前时刻相对应的历史平均指数值，n为交通指数，TPI(i+n)为路口车道预测拥堵值。
在实际应用中，n随着不同的预测时刻变化；例如：如果是每T分钟取一次数据，那么预测T分钟(下一周期)的交通指数n＝1，预测2T分钟(下一周期)的交通指数n＝2等以此类推。
在实际应用中，TPIhis(i+n)的取值为前一个月的与所求当天相对应的星期几的平均数值，例如所求的是星期四的数据，那么就取上个星期的周四的数据还有倒数第二第三第四个星期的周四的数据的平均值。TPIhis(i)的取值同TPIhis(i+n)。
该实现可变车道实时控制的方法的步骤(4)中，所述的研判方案设置过程具体为：
若当前路口可变车道为直行车道，则判断直行拥堵条件是否成立，若所述的直行拥堵条件成立，则将当前路口可变车道设置为左转车道，否则继续保持当前路口可变车道为直行车道；
若当前路口可变车道为左转车道，则判断左转拥堵条件是否成立，若所述的左转拥堵条件成立，则将当前路口可变车道设置为直行车道，否则继续保持当前路口可变车道为左转车道。
该实现可变车道实时控制的方法的直行拥堵条件为：
其中，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值，TPI(i+1)sl为可变车道的预测拥堵值，TPI(i+1)li为左转车道的预测拥堵值，m为左转车道数，k为直行车道数；
当C1＝1时，所述的直行拥堵条件成立；
当C1＝0时，所述的直行拥堵条件不成立。
该实现可变车道实时控制的方法的左转拥堵条件为：
其中，k为直行车道数，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值；
当C2＝1时，所述的左转拥堵条件成立；
当C2＝0时，所述的左转拥堵条件不成立。
该实现可变车道实时控制的方法的左转拥堵条件为：
其中，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值，TPI(i+1)sl为可变车道的预测拥堵值，TPI(i+1)li为左转车道的预测拥堵值，m为左转车道数，k为直行车道数；
当C3＝1时，所述的左转拥堵条件成立；
当C3＝0时，所述的左转拥堵条件不成立。
在实际应用中，可变车道主要设备为：可变交通分道指示牌、车道流量检测器(视频/地磁)
设备布设位置：
①可变交通分道指示牌宜布设在车道渐变段前20米左右，根据布设道路设计等级以及设计车速，布设距离可做调整；
②车道流量采集器：主要分为地磁和视频流量采集器；视频流量采集器虚拟线圈(设备焦点)宜正对路口实线段开始处，增加检测器数据可靠性。在一般路口可依靠电子警察F杆加装反向视频流量采集器。
在实际应用中，请参阅图3～图6所示，其分别为本发明的可变车道实时控制系统中各个子系统的工作流程示意图。该可变车道实时控制系统包括设备监测子系统、车道状态研判子系统、方案研判子系统和方案决策子系统。
在实际应用中，请参阅图6所示，其为本发明的方案决策子系统工作时的流程示意图。当决策方式为强制干预时，所述的方案决策子系统在获取当前方案后只需判断当前方案是否和指定方案一致即可。
在实际应用中，在实时数据缺失条件下，依据大量的历史数据可研判当日任一时刻的路口车道拥堵值。
采用该发明中的可变车道实时控制系统及方法，具有以下有益效果：
(1)实现可变车道信号灯、诱导板实时变换，合理分配路权；
(2)高度智能化的控制系统，减少人员投入。依据实时/历史交通流数据，通过综合研判系统自动生成方案，完成可变车道切换；
(3)提供高效安全的数据质量监管系统，系统通过对前端设备数据进行研判，提高数据可靠性，使得可变车道实时控制更加合理；
(4)运行设备监管子系统，实时监控系统设备运行状态，保证前端设备运行稳定；
(5)多种高效安全的方案下发系统，系统提供全智能+人工确认干预+临时干预三重控制方式，三种方式可以由用户定义组合方式，保证方案运行安全；系统同时提高高效的个人验证系统，对登录用户进行多重审核。
采用了该发明中的可变车道实时控制系统及方法，不仅解决了市场传统可变车道信号灯/车道诱导板的定时切换控制方式，在实现了依据路口实时交通流量情况进行自适应变化的同时，使得实时路权分配更为合理，道路资源利用率显著提高，路口通行能力提升明显，相比老式定时切换方式能更好的改善城市交通拥堵状况，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种可变车道实时控制系统，其特征在于，所述的系统包括：
设备监测子系统，用于监测路口车道实时状态是否正常；
车道状态研判子系统，用于根据路口车道实时数据计算路口车道预测拥堵值；
方案研判子系统，用于根据所述的路口车道预测拥堵值对车道的拥堵状态进行提前研判，并设置相应的研判方案来避免车道拥堵状态的形成；
方案决策子系统，用于根据不同的决策方式，执行所述的研判方案。
2.根据权利要求1所述的可变车道实时控制系统，其特征在于，所述的可变车道实时系统通过后台服务器与一设备管理系统相连接，所述的设备管理系统包括可变车道指示牌和车道流量采集器。
3.一种基于权利要求1～2任一项所述的系统实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的设备监测子系统监测所述的路口设备实时状态是否正常，若所述的路口设备实时状态正常，则进入步骤(2)，否则进行报警输出并进入步骤(3)；
(2)获取路口车道的实时数据；
(3)获取路口车道的历史数据；
(4)所述的车道状态研判子系统根据所述的实时数据或历史数据来计算路口车道预测拥堵值；
(5)所述的方案研判子系统根据所述的路口车道预测拥堵值对车道的拥堵状态进行提前研判，并设置相应的研判方案来避免车道拥堵状态的形成；
(6)所述的方案决策子系统用于根据不同的决策方式，执行所述的研判方案。
4.根据权利要求3所述的实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前还包括以下步骤：
(0)获取路口车道参数、可变车道参数以及所述的设备管理系统的参数。
5.根据权利要求3所述的实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，当所述的车道状态研判子系统根据所述的实时数据来计算路口车道预测拥堵值时，所述的车道状态研判子系统还根据所述的实时数据计算路口车道实时拥堵值。
6.根据权利要求5所述的实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，所述的路口车道实时拥堵值计算过程如下：
其中，所述的a1、a2为权值系数，flow为一个周期内的流量，occup为一个周期内的每个车道的平均占有率，TPIindex为路口车道实时拥堵值；
所述的路口车道预测拥堵值计算过程如下：
TPI(i+n)＝w1TPI(i)+w2TPI(i-1)+TPIhis(i+n)-TPIhis(i)
其中，所述的w1、w2为权重，TPI(i)为当前时刻的车道拥堵值，TPI(i-1)为当前的前一时刻的车道拥堵值，TPIhis(i+n)为每个路段指数库中与预测时刻相对应的历史平均指数值，TPIhis(i)为每个路段指数库中与当前时刻相对应的历史平均指数值，n为交通指数，TPI(i+n)为路口车道预测拥堵值。
7.根据权利要求3所述的实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，所述的研判方案设置过程具体为：
若当前路口可变车道为直行车道，则判断直行拥堵条件是否成立，若所述的直行拥堵条件成立，则将当前路口可变车道设置为左转车道，否则继续保持当前路口可变车道为直行车道；
若当前路口可变车道为左转车道，则判断左转拥堵条件是否成立，若所述的左转拥堵条件成立，则将当前路口可变车道设置为直行车道，否则继续保持当前路口可变车道为左转车道。
8.根据权利要求7所述的实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的直行拥堵条件为：
其中，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值，TPI(i+1)sl为可变车道的预测拥堵值，TPI(i+1)li为左转车道的预测拥堵值，m为左转车道数，k为直行车道数；
当C1＝1时，所述的直行拥堵条件成立；
当C1＝0时，所述的直行拥堵条件不成立。
9.根据权利要求7所述的实现可变车道实时控制的方法，其特诊在于，所述的左转拥堵条件为：
其中，k为直行车道数，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值；
当C2＝1时，所述的左转拥堵条件成立；
当C2＝0时，所述的左转拥堵条件不成立。
10.根据权利要求7所述的实现可变车道实时控制的方法，其特征在于，所述的左转拥堵条件为：
其中，TPI(i+1)si为直行车道的预测拥堵值，TPI(i+1)sl为可变车道的预测拥堵值，TPI(i+1)li为左转车道的预测拥堵值，m为左转车道数，k为直行车道数；
当C3＝1时，所述的左转拥堵条件成立；
当C3＝0时，所述的左转拥堵条件不成立。
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