CN110363988B - 一种交叉口车辆通行效率的计算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉口车辆通行效率的计算系统，包括：数据采集单元和数据处理平台；所述数据采集单元包括微波检测器，微波检测器实时采集交叉口过车信息发送至数据处理平台，同时将相对位置信息发送至数据处理平台，所述的相对位置信息为道路两端顶点与微波检测器之间的距离信息；所述数据处理平台接收微波检测器传来的交叉口过车信息和相对位置信息，并根据过车信息和相对位置信息计算当前交叉口车辆的通行效率。本发明可以定时自动计算指定交叉口机动车的通行效率，较为全面、准确的反映出交叉口机动车的实际运行状态和对交叉口时空资源的占用程度，为城市路网规划设计及信号评价提供依据。

Description

一种交叉口车辆通行效率的计算系统及方法

技术领域

本发明公开了一种交叉口车辆通行效率的计算系统及方法，涉及智能交通管理技术领域。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，城市已经成为经济增长的重要区域。人口数量不断增加，城市规模日益扩大，随之而来的是机动车保有量的迅猛增长。机动车数量增多使得城市道路日趋拥挤，交通阻塞现象时常发生，这导致了城市道路的使用效率降低，通行能力受到了很大的限制。

道路通行效率与通行能力相似，也是衡量道路疏导车辆的一个非常重要的性能和指标，同时也是道路设计的一项重要指标。通行能力是指在一定的道路、交通和环境条件下，道路上某一断面在单位时间内通过的最大车辆数，单位是pcu/h。

为了较为全面地分析交叉口的运行状态，提出了通行效率这一指标，通行效率指标反映的是道路上各类交通方式对道路资源的占用情况。通行效率的定义一般为某一道路断面上，特定时间内单位宽度的路面所能通过的最大个体数，即每米宽度的路面上单位时间通过的人数，单位是P/(h·m)。这一概念可以将机动车道、非机动车道及行人车道三种交通方式的通行效率进行综合对比分析，但是机动车和非机动车类型复杂，对于人数的取值往往误差较大，而且交叉口并非所有路面都能有效行车，行车面积未能精确测算，导致对比分析结果的严重失真。鉴于此，在通行能力的基础上，以车辆为目标，本专利对通行效率提出一种新的定义，即在交叉口区域内，单位时间内单位面积所能通过的车辆数，单位是pcu/(h·㎡)，能准确得到机动车对交叉口时空资源的占用程度。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种全新表征机动车对交叉口时空资源占用程度的指标。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种交叉口车辆通行效率的计算系统，包括：数据采集单元和数据处理平台；

所述数据采集单元包括微波检测器，微波检测器实时采集交叉口过车信息发送至数据处理平台，同时将相对位置信息发送至数据处理平台，所述的相对位置信息为道路两端顶点与微波检测器之间的距离信息；

所述数据处理平台接收微波检测器传来的交叉口过车信息和相对位置信息，并根据过车信息和相对位置信息计算当前交叉口车辆的通行效率。

进一步的，所述过车信息包括车辆进入交叉口的时间、位置及车型。

进一步的，所述微波检测器分别设置于各路口的杆件上，微波检测器正对要检测的道路。

一种交叉口车辆通行效率的计算方法，包括以下步骤：

步骤一：在交叉口车道上方安装微波检测器并校准调试，微波检测器安装于对面路口中央，以每个微波检测器的所在的位置为原点，以平行于车道且微波发射的方向为Z轴(微波发射的方向为Z轴的正方向)，以垂直于车道的方向为X轴(面向道路微波发射方向的右侧为X轴的正方向)，分别建立各微波检测器的基准坐标系；在各自基准坐标系下，定义各车道的两端顶点的基准坐标(X_j，Z_j)，j为顶点数量；并将各车道的两端顶点依次相连成多边形；

步骤二：以其中任意一个微波检测器为标定检测器，标定检测器检测的道路为标定道路，标定道路上的基准坐标系为标定坐标系，将其他三条道路基准坐标系下顶点的基准坐标转化到标定坐标系下的标定坐标；

步骤三：获取标定坐标系下交叉口多边形的有效面积S；

步骤四：获取交叉口有效面积内采样周期T的当量交通量V，获得周期T内交叉口的通行效率为：

进一步的，步骤一中：获取每个车道两端顶点的标定坐标包括以下步骤：

S1；定义基准坐标系下的各微波检测器i的正北偏转角；

θ_i，i＝[1，8]，i为微波检测器个数；

S2：定义各微波检测器i所正对车道两端顶点的基准坐标值分别为：

(X_j，Z_j)＝(X_Li，Z_Li)，j＝2i-1，i＝[1，8]；

(X_j，Z_j)＝(X_Ri，Z_Ri)，j＝2i，i＝[1，8]；

S3：以微波检测器1为标定检测器，微波检测器1的正北偏转角为θ₁，微波检测器1所在的坐标系为标定坐标系XOZ，则微波检测器1照射方向左右两侧道路顶点一(X₁，Z₁)、顶点二(X₂，Z₂))的基准坐标值不变，分别仍为(X_L1，Z_L1)、(X_R1，Z_R1)；

S4：将其他微波检测器的基准坐标系XO′Z分别以各自原点O′为中心旋转一定角度θ，直到转至与标定坐标系XOZ的方向一致，形成新的坐标系为X′O′Z′，其中θ＝θ_i-θ₁，i＝[1，8]，并计算两侧道路顶点基准坐标值在标定坐标系的标定坐标值；

其中，a为转换前后坐标系X方向上的平移量，b为转换前后坐标系Z方向上的平移量，X′_j为转换后顶点在X′O′Z′坐标系下X′方向的坐标值，Z′_j为转换后顶点在X′O′Z′坐标系下Z′方向的坐标值；

获取交叉口多边形的有效面积为：

进一步的，步骤四中，当量交通量V，公式如下：V＝∑N_qE_q

其中：

V是各车道采样周期T的当量交通量；

N_q是各车道采样周期T内第q种车型的车辆数；

E_q是各车道采样周期T内第q种车型的换算系数。

工作过程：首先在路口的杆件上布设好微波检测器，微波检测器正对要检测的道路，调整微波检测器的俯仰角、偏转角及在杆件上的水平位置，直到微波检测器的波束能够完全覆盖要检测的道路，有效径向长度范围是0米～200米，即为检测区域；

微波检测器连续发射调频微波波束，探测道路上的车辆信息，在一个扫描周期内，当车辆进入检测区域时，微波检测器通过反射回来的回波判定车辆的位置、速度、车型信息(具体从回波信号中提取位置、速度、车型信息属于现有技术中微波检测的常规技术，具体可参见现有技术，此处不再赘述)，根据这些信息来区分、识别和确定每一台车辆，并给每一台车辆设置标识符ID，实现多目标检测。

在下一个扫描周期内，微波检测器根据车辆ID实时采集与该车辆相匹配的位置信息，并通过实时定位车辆位置的变化来跟踪车辆，进而通过每个车辆的位置信息判断是否进入交叉口内，并将进入交叉口内的车辆信息发送至数据处理平台，该信息包括车辆ID、过车记录、车型，其中过车记录包括进入交叉口的时间、位置、速度。

数据处理平台接收微波检测器发送的车辆信息后，可根据需要提取某段时间内的车辆信息，根据过车记录(或车辆ID)和车型实现对进入交叉口内不同车型数量的统计，并对小型车以外的车型进行当量计算，即可获得该时间段内的当量交通量。当量(pcu)计算即车辆换算，就是一辆大客车在道路上行驶对道路的占用，可以等价看做2～3 辆小汽车在同等道路上行驶，现在国际上通用的是以小汽车为标准，称为“当量小汽车单位(pcu)”，大型车按2倍、中型车按1.5倍进行当量计算。

同时根据微波检测器测算的交叉口路面有效面积，以及测算的周期，计算交叉口的通行效率。

有益效果:本发明可以通过微波检测器采集到的道路信息，自动计算指定交叉口的面积，从而计算出机动车的通行效率，较为全面、准确的反映出交叉口机动车的实际运行状态和对交叉口时空资源的占用程度，采用该方式计算得出的通行效率为城市路网规划设计及信号评价提供更加有效的依据。

附图说明

图1本发明的安装位置示意图；

图2本发明的标定坐标系下的顶点坐标示意图；

图3本发明基准坐标系转化图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供的一种实施例：一种交叉口车辆通行效率的计算系统，包括：数据采集单元和数据处理平台，二者之间采用网络通讯方式进行数据传输；

所述数据采集单元包括微波检测器，微波检测器实时采集交叉口过车信息发送至数据处理平台，同时将相对位置信息发送至数据处理平台，所述的相对位置信息为道路两端顶点与微波检测器之间的距离信息；所述微波检测器分别设置于各路口的杆件上，微波检测器正对要检测的道路

所述数据处理平台接收微波检测器传来的交叉口过车信息和相对位置信息，并根据过车信息和相对位置信息计算当前交叉口车辆的通行效率。

所述过车信息包括车辆进入交叉口的时间、位置、速度及车型。

如图1～3所示，一种交叉口车辆通行效率的计算方法，在交叉口有4条道路的情况下，各方向安装4个微波检测器。微波检测器1坐标为(30，20)，正北偏转角为0°，以微波检测器1建立基准坐标系，对应的两个道路顶点坐标为：(X_L1，Z_L1)＝(-10，40)、(X_R1，Z_R1) ＝(10，40)。微波检测器2坐标为(20，30)，正北偏转角为90°，以微波检测器2建立基准坐标系，对应的两个道路顶点坐标为：(X_L2， Z_L2)＝(-10，40)、(X_R2，Z_R2)＝(10，40)。微波检测器3坐标为(30，40)，正北偏转角为180°，以微波检测器3建立基准坐标系，对应的两个道路顶点坐标为：(X_L3，Z_L3)＝(-10，40)、(X_R3，Z_R3)＝(10，40)。微波检测器4坐标为(40，30)，正北偏转角为270°，以微波检测器 4建立基准坐标系，对应的两个道路顶点坐标为：(X_L4，Z_L4)＝(-10，40)、顶点二(X_R4，Z_R4)＝(10，40)。

以微波检测器1为标定检测器，该检测器对应的道路为标定道路，该标定检测器的基准坐标系作为标定坐标系，将其他三条道路基准坐标系下顶点的基准坐标转化到标定坐标系下的标定坐标：

微波检测器2对应的道路顶点(X_L2，Z_L2)转换：

X₃′＝-10×cos(90°-0°)+40×sin(90°-0°)+(20-30)＝30

Z₃′＝40×cos(90°-0°)-(-10)×sin(90°-0°)+(30-20)＝20

即(X_L2，Z_L2)转换后的坐标值为(X₃′，Z₃′)＝(30，20)

微波检测器2对应的道路顶点(X_R2，Z_R2)转换：

X₄′＝10×cos(90°-0°)+40×sin(90°-0°)+(20-30)＝30

Z₄′＝40×cos(90°-0°)-10×sin(90°-0°)+(30-20)＝0

即(X_R2，Z_R2)转换后的坐标值为(X₄′，Z₄′)＝(30，0)

微波检测器3对应的道路顶点(X_L3，Z_L3)转换：

X₅′＝-10×cos(180°-0°)+40×sin(180°-0°)+(30-30)＝10

Z₅′＝40×cos(180°-0°)-(-10)×sin(180°-0°)+(40-20) ＝-20

即(X_L3，Z_L3)转换后的坐标值为(X₅′，Z₅′)＝(10，-20)

微波检测器3对应的道路顶点(X_R3，Z_R3)转换：

X₆′＝10×cos(180°-0°)+40×sin(180°-0°)+(30-30)＝-10

Z₆′＝40×cos(180°-0°)-10×sin(180°-0°)+(40-20)＝-20

即(X_R3，Z_R3)转换后的坐标值为(X₆′，Z₆′)＝(-10，-20)

微波检测器4对应的道路顶点(X_L4，Z_L4)转换：

X₇′＝-10×cos(270°-0°)+40×sin(270°-0°)+(40-30) ＝-30

Z₇′＝40×cos(270°-0°)-(-10)×sin(270°-0°)+(30-20) ＝0

即(X_L4，Z_L4)转换后的坐标值为(X₇′，Z₇′)＝(-30，0)

微波检测器4对应的道路顶点(X_R4，Z_R4)转换：

X₈′＝10×cos(270°-0°)+40×sin(270°-0°)+(40-30)＝-30

Z₈′＝40×cos(270°-0°)-10×sin(270°-0°)+(30-20)＝20

即(X_R4，Z_R4)转换后的坐标值为(X₈′，Z₈′)＝(-30，20)

可求得交叉口边形的有效面积为：

采集周期T为0.5h，该周期内4个微波检测器累计统计了140辆小车通过该交叉口，小车车型换算系数为1，交通当量V＝140×1＝140 由此求得通行效率为：

本发明自动计算指定交叉口机动车的通行效率，获取道路上不同车辆的信息，经过当量换算，获取道路上全面车辆流量，并根据微波检测器的对于路面行车的有效面积的测算，较为全面、准确的反映出交叉口机动车的实际运行状态和对交叉口时空资源的占用程度，为城市路网规划设计及信号评价提供依据。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种交叉口车辆通行效率的计算系统，其特征在于，包括：数据采集单元和数据处理平台；

所述数据采集单元包括微波检测器，微波检测器实时采集交叉口过车信息发送至数据处理平台，同时将相对位置信息发送至数据处理平台，所述的相对位置信息为道路两端顶点与微波检测器之间的距离信息；

所述数据处理平台接收微波检测器传来的交叉口过车信息和相对位置信息，并根据过车信息和相对位置信息计算当前交叉口车辆的通行效率，

所述的交叉口车辆通行效率的计算系统的计算方法，包括以下步骤：

步骤一：在交叉口车道上方安装微波检测器并校准调试；以每个微波检测器的所在的位置为原点，以平行于车道且微波发射的方向为Z轴，以垂直于车道的方向为X轴，以平行于车道的方向为Z轴，分别建立各微波检测器的基准坐标系；在各自基准坐标系下，定义各车道的两端顶点的基准坐标(X_j，Z_j)，j为顶点数量；并将各车道的两端顶点依次相连成多边形；

步骤二：以其中任意一个微波检测器为标定检测器，标定检测器检测的道路为标定道路，标定道路上的基准坐标系为标定坐标系，将其他三条道路基准坐标系下顶点的基准坐标转化到标定坐标系下的标定坐标；

步骤三：获取标定坐标系下交叉口多边形的有效面积S；

步骤四：获取交叉口有效面积内采样周期T的当量交通量V，获得周期T内交叉口的通行效率为：

2.根据权利要求1所述的一种交叉口车辆通行效率的计算系统，其特征在于，所述过车信息包括车辆进入交叉口的时间、位置及车型。

3.根据权利要求1所述的一种交叉口车辆通行效率的计算系统，其特征在于，所述微波检测器分别设置于各路口的杆件上，微波检测器正对要检测的道路。

4.根据权利要求1所述的一种交叉口车辆通行效率的计算系统，其特征在于，步骤一中：获取每个车道两端顶点的标定坐标包括以下步骤：

S1；定义基准坐标系下的各微波检测器i的正北偏转角；

θ_i，i＝[1，8]，i为微波检测器个数；

S2：定义各微波检测器i所正对车道两端顶点的基准坐标值分别为：

(X_j，Z_j)＝(X_Li，Z_Li)，j＝2i-1，i＝[1，8]；

(X_j，Z_j)＝(X_Ri，Z_Ri)，j＝2i，i＝[1，8]；

S3：以微波检测器1为标定检测器，微波检测器1的正北偏转角为θ₁，微波检测器1所在的坐标系为标定坐标系XOZ，则微波检测器1照射方向左右两侧道路顶点一(X₁，Z₁)、顶点二(X₂，Z₂))的基准坐标值不变，分别仍为(X_L1，Z_L1)、(X_R1，Z_R1)；

S4：将其他微波检测器的基准坐标系X’O’Z’分别以各自原点O’为中心旋转一定角度θ，直到转至与标定坐标系XOZ的方向一致，形成新的坐标系为XO’Z，其中θ＝θ_i-θ₁，i＝[1，8]，并计算两侧道路顶点基准坐标值在标定坐标系的标定坐标值；

其中，a为转换前后坐标系X方向上的平移量，b为转换前后坐标系Z方向上的平移量，X_j′为转换后顶点在X’O’Z’坐标系下X’方向的坐标值，Z_j′为转换后顶点在X’O’Z’坐标系下Z’方向的坐标值；

获取交叉口多边形的有效面积为：

5.根据权利要求1所述的一种交叉口车辆通行效率的计算系统，其特征在于，步骤四中，当量交通量V，

公式如下：V＝∑N_qE_q

其中：

V是各车道采样周期T的当量交通量；

N_q是各车道采样周期T内第q种车型的车辆数；

E_q是各车道采样周期T内第q种车型的换算系数。

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