CN113990074B - 一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通管控技术领域，尤其涉及一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统，包括：噪声数据采集端，埋设于道路结构内；数据处理单元，接收采集的数据，进行以下处理：建立以时间为横轴，噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；确定时间长度，在时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内水平标准线与曲线的交点横坐标及交点数；确定各相邻交点之间的距离值，以各距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差；交通管控单元，综合判断路面情况，且执行相应管控。本发明中提供了基于噪音数据采集处理的交通管控系统和方法，通过噪音数据的采集及处理降低城市交通管控的成本。

Description

一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统及方法

技术领域

本发明涉及交通管控技术领域，尤其涉及一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统及方法。

背景技术

随着城市的发展，交通的拥堵情况日益严重。当今社会随着交通工具的不断完善，越来越多的问题也随之产生，汽车作为必不可少的交通工具，也成为了城市交通拥堵的源头。交通拥堵问题日渐突出，在一定程度上会阻碍经济的发展，所以解决交通拥堵问题对于当今社会具有重大的现实意义。

目前，针对交通拥堵情况可通过视频监控的方式而及时发现及处理，此处方式可通过人工观察的方式而获得道路情况的结果，或者可进一步的通过对所采集图像的处理而获得道路情况的结果；但是从成本角度而言，视频监控系统的布置难度较大，包括路面架设结构和高清摄像头等，难以高密度大规模的应用。

发明内容

本发明中提供了一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统，可有效解决背景技术中的问题，辅助或替代视频监控的方式，而通过噪音数据的采集及处理降低城市交通管控的成本。同时，本发明中还提供了一种基于噪音数据采集处理的交通管控方法，具有同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统，包括：

噪声数据采集端，埋设于道路结构内，对路面噪声数据进行采集；

数据处理单元，接收所采集的数据，且进行以下处理：

建立以时间为横轴，噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；确定时间长度，在所述时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内所述水平标准线与所述曲线的交点横坐标及交点数；以及，确定各相邻交点之间的距离值，以各所述距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差；

交通管控单元，根据所述平均值、交点数和标准差综合判断路面情况，且执行相应管控；

数据传输单元，在所述噪声数据采集端和数据处理单元之间，以及，所述数据处理单元和交通管控单元之间进行数据传输。

进一步地，在设定范围的道路结构内，设置若干所述噪声数据采集端，且每次仅其中一个进行噪声采集，其余所述噪声数据采集端备用。

进一步地，在设定范围的道路结构内，设置若干所述噪声数据采集端，通过同一时间各个所述噪声数据采集端所采集的噪声数据的平均值作为纵坐标，绘制所述曲线。

进一步地，同一坐标系中每次确定的时间长度相等。

进一步地，根据以下公式对路面情况进行综合判断：

S为综合评价值，为判断路面情况的综合参数；

a₁第一调整常数，与所述交点数成正方向变化，a₂为第二调整常数，与所述交点数成反方向变化；

为噪声的平均值，单位为dB；

Xmin为噪声的最小值，单位为dB；

为所述标准差，单位为min；

T为时间长度，单位min。

一种基于噪音数据采集处理的交通管控方法，包括：

在路面下方的设定位置对路面噪声数据进行采集；

建立以时间为横轴，以所采集的噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；

确定时间长度，在所述时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内所述水平标准线与所述曲线的交点横坐标及交点数；

确定各相邻交点之间的距离值，以各所述距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差；

根据所述平均值、交点数和标准差综合判断路面情况，且执行相应管控。

进一步地，作为纵坐标的噪声为，同一时间所采集的若干噪声数据的平均值。

进一步地，同一坐标系中确定若干次时间长度，且各次时间长度的间隔相等。

进一步地，所述时间长度等于所述时间间隔。

进一步地，根据以下公式对路面情况进行综合判断：

S为综合评价值，为判断路面情况的综合参数；

a₁第一调整常数，与所述交点数成正方向变化，a₂为第二调整常数，与所述交点数成反方向变化；

为噪声的平均值，单位为dB；

Xmin为噪声的最小值，单位为dB；

为所述标准差，单位为min；

T为时间长度，单位min。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本发明中提供了基于噪音数据采集处理的交通管控系统和方法，通过噪音数据的采集及处理可有效降低城市交通管控的成本；另外，本发明中噪音数据的采集还可为路面的基础设施建设提供指导，例如声屏障的建设或者新的道路规划等，均可通过噪声数据的采集而提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中基于噪音数据采集处理的交通管控系统的框架图；

图2为数据处理单元对所采集的数据进行处理的流程图；

图3~图6为坐标中四种不同形式曲线的示意图；

图7为一种具体的用于噪声数据采集端的壳体结构示意图；

图8为结构单元的示意图；

图9为图8中A处的局部放大图；

附图标记：1、结构单元；11、底面；12、棱台面；13、贯通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统，包括：噪声数据采集端，埋设于道路结构内，对路面噪声数据进行采集；数据处理单元，接收所采集的数据，且进行以下处理，如图2所示：

S1：建立以时间为横轴，噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；

S2：确定时间长度，在时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内水平标准线与曲线的交点横坐标及交点数；

S3：确定各相邻交点之间的距离值，以各距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差。

交通管控系统还包括交通管控单元，根据平均值、交点数和标准差综合判断路面情况，且执行相应管控；以及，数据传输单元，在噪声数据采集端和数据处理单元之间，以及，数据处理单元和交通管控单元之间进行数据传输。

其中，埋设于路面铺层材料中的噪声数据采集端优选设置于基层中，可有效的感知路面的噪声，且安装位置相对稳定，可有效的延长使用寿命。具体地，可采用噪音检测仪，但由于其应用环境不必设置显示屏等供操作人员查看的可视化单元，因此可对结构进行简化，而仅保留必要的电子元件，省略显示屏等结构；采用更加适于其安装位置的外壳形式而对上述必要的电子元件进行保护，即，本发明中所采用的噪音检测仪可通过现有仪器设备去除显示屏和外壳，而安装于特制的外壳中使用，至于电力和控制的线路可与路灯或者交通信号灯等共同铺设；其中，特制的外壳主要以抗压和防水为基本要求。

需要说明的是，由于噪声数据采集端位于地面以下，因此路面由于行人、非机动车辆或商铺等所产生的噪音影响对于噪声数据采集端可忽略，或者仅仅影响本发明中的噪声最小值的程度，而能够影响本发明中噪声峰值的发生及大小的因素主要包括车辆在噪声数据采集端埋设位置顶部路面的经过，以及汽车喇叭所发出的声响，而其中车辆的行驶速度越快，则会产生更大的胎噪，从而获得数值更大的噪声峰值。

基于上述说明，本发明中整个的数据处理过程以获得可对车辆行驶带来的交通情况进行管控的参量为最终目的，其中，以以下四种坐标对本发明中所指的平均值、交点数和标准差进行说明和比对，以便本领域技术人员更好的对本申请进行理解：

坐标一和坐标二：

分别如图3和图4所示，图中曲线为根据噪声数据采集端按照设定频率所采集的数据所绘制的，横坐标T1和T2之间即为本发明中的时间长度，在该时间长度内，在两坐标中可直观的观察到均存在三处噪音峰值，其中噪声的最大值和最小值分别为图中展示的Xmax和Xmin，二者的平均值为

，以该平均值建立水平标准线，两坐标中均获得与曲线的六个交点，六个交点之间分别确定各相邻交点之间的五个距离值，分别为X1、X2、X3、X4和X5，以各距离值建立样本总体，根据标准的公式形式可计算样本总体的标准差

。

通过比对可知在上述两个坐标中，交点数一致，而通过平均值的比对可知，坐标一中的平均值大于坐标二中的平均值，且坐标一中X1、X2、X3、X4和X5的数据离散程度更大，即样本总体的标准差较坐标二中大，通过二者的比对可推测坐标一中与坐标二中的曲线在时间长度内经过了近似的车辆数量，但是坐标一中对应的车辆具有比坐标二中对应的车辆更大的车速，因为噪音提高和减弱的速率均较大，因此坐标一中对应的路面情况较为顺畅。

坐标三：

如图5所示，在T1和T2之间的时间长度内获得四个交点，四个交点之间分别确定各相邻交点之间的三个距离值，分别为X1、X2和X3；假设坐标三中Xmax、Xmin和平均值均与坐标一中相同，而不同的是交点数减小，以及数据离散程度较坐标一中更大；通过二者的比对可推测坐标三中较坐标一中的曲线，在时间长度内经过了更少的车辆数量，但经过的车辆的车速较为平均，因此坐标三中对应的路面情况较坐标一中更为顺畅，车辆间距更大。

坐标四：

如图6所示，与坐标三相比，在T1和T2之间的时间长度内同样获得四个交点，且四个交点之间分别确定各相邻交点之间的三个距离值，分别为X1、X2和X3；假设坐标四中Xmax、Xmin和平均值均与坐标三相同，而不同的是X1、X2和X3的数据离散程度更大；通过二者的比对可推测坐标四中峰值的产生并不是因为车辆的经过，而是由于车辆喇叭而发出的声音，持续的时间更短，因此获得数值更小的X1和X3而使得数据的离散程度进一步提升；因此坐标四可能由于较为拥堵的路面情况以及较低的路面车速而产生，在此种情况下车辆因催促前车而按喇叭的几率极高，所以产生对应的峰值；当然，此种情况下曲线还会由于较低车速而产生的胎噪而存在较小的峰值，但是根据经验而言，此种峰值并不会超过Xmax和Xmin之间的平均值。

通过上述列举的四种坐标以及对应比较可说明，通过本发明中的平均值、交点数和标准差可实现路面情况的综合判断，从而作为交通管路的参考值，当然，上述情况仅仅列举了其中的一部分，以用于对本发明的理解，且上述实施例中所获得结果仅作为管控的依据，可以反映出路面拥堵和顺畅的情况，以及在一定范围内反应两种情况的程度，实施成本较低，可在设置有路灯等基础设施的路面范围内广泛使用。

而具体到实际的交通管控过程中，可实现的管控方式包括但不限于：临时车道的开放、红绿灯时间的调整、匝道的临时封闭或者现场指挥人员的调配等，具体以时间、路段和路面情况等具体设定。

本发明中的噪声数据采集端因为为预埋结构，因此为了损坏后维修所带来的繁琐性，在设定范围的道路结构内，设置若干噪声数据采集端，且每次仅其中一个进行噪声采集，其余噪声数据采集端备用。或者，在设定范围的道路结构内，设置若干噪声数据采集端，通过同一时间各个噪声数据采集端所采集的噪声数据的平均值作为纵坐标，绘制曲线。

另外，本发明中噪音数据的采集还可为路面的基础设施建设提供指导，例如声屏障的建设或者新的道路规划等，均可通过噪声数据的采集而提供参考。

其中，为了实现持续的管控，时间长度需要按照间隔进行选取，以进行数据的持续处理，而选取则优选以当前时间为起始向前推算设定时间，从而保证实时性；作为上述实施例的优选，同一坐标系中每次确定的时间长度相等；较佳的方式是各次的时间长度首尾连接，此种方式可在数据处理量和管控精准度之间建立平衡；而相对于上述方式可获得更高精准度的方式是使得相邻的时间长度存在重叠，即使得时间长度大于相邻两次时间长度起点之间的时间间隔，但是此种方式会增大数据的处理量；而相对于上述方式可降低数据处理量的方式是使得相邻的时间长度间隔设置，即使得时间长度小于相邻两次时间长度起点之间的时间间隔，但是此种方式会使得管控的精度降低；当然上述方式均在本发明的保护范围内，具体以实际的需要进行选择即可。

为了使得路面情况获得更为具体的体现，实现更加便捷的管控，作为上述实施例的优选，根据以下公式对路面情况进行综合判断：

S为综合评价值，为判断路面情况的综合参数；

a₁第一调整常数，与所述交点数成正方向变化，a₂为第二调整常数，与所述交点数成反方向变化；

为噪声的平均值，单位为dB；

Xmin为噪声的最小值，单位为dB；

为所述标准差，单位为min；

T为时间长度，单位min。

通过上述综合评价值S的确定，可提供对于路面情况进行判断的确定参数，从而使得道路的管控更加容易，降低人员的判断难度；其中，第一调整常数a₁和第二调整常数a₂用于调整平均值和标准差在整个路面情况判断过程中的权重，从而在不同的情况下提高不同类数据的敏感程度。而上述权重的调整通过交点数的变化而实现，其中，当交点数更多时，倾向于道路车辆更多的判断，例如坐标一和坐标二，此时由于车辆的密集性会使得数据的离散程度降低，因此噪声的平均值对于道路情况的判断应获得更大的权重，甚至当交点数足够多时，可将标准差的影响降低至近似可忽略的程度；当然，除了上述两种坐标形式外，频繁的喇叭声同样可获得更多的交点数，而此种情况一般也是由于车辆数量较多而产生的，因此，此种方式下一般由于平均值的增大可获得更大的综合评价值S。

而当交点数减少时，倾向于道路车辆较少的判断，例如坐标三，此时由于车辆的稀疏，会使得数据的离散程度提高，而由于车速较快，因此会使得胎噪产生的噪音增加而逼近喇叭的声音，使得综合评价值S相对于平均值的敏感程度降低，而喇叭声的持续时间较短，因此离散程度对于道路情况的影响权重应提高，需要适当降低平均值的影响权重。

在实际的判断过程中，综合评价值S的值需要与根据路面测试或者试验获得的数据进行比对，而与实际的路面情况建立对应关系，从而在计算获得S值后，快速的与设定的路面情况进行对应而实现相应的管控，在此过程中，也可确定第一调整常数a₁和第二调整常数a₂具体随交点数的变化比例。

为了进一步说明本发明中的噪声数据采集端的具体形式，如图7~9所示，展示了一种具体的用于噪声数据采集端的壳体结构形式，包括六个结构单元1，各结构单元1按照正六边形六个面的分布方式布置，而围设成对电子元件进行容纳的空间，其中，结构单元包括正方形底面11以及四个棱台面12，四个棱台面12与底面11的四个边密封连接，且共同围设成棱台状的敞口端，敞口端朝向壳体结构外部。其中六个结构单元1可通过焊接或粘接的方式密封连接，此种结构方式更加有利于各个方向上噪声的收集，且获得相对稳定的结构形式，尤其是在相邻的结构单元1之间的棱台面12贴合时。

为了进一步的提高噪声的采集效率，底面上分布有若干贯通孔，且通过防水薄膜封堵，从而保证电子元件的有效性。在对噪声数据采集端进行安装时，可尽可能的靠近路边，从而减少布线长度。

实施例二

一种基于噪音数据采集处理的交通管控方法，包括：

A1：在路面下方的设定位置对路面噪声数据进行采集；

A2：建立以时间为横轴，以所采集的噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；

A3：确定时间长度，在时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内水平标准线与曲线的交点横坐标及交点数；

A4：确定各相邻交点之间的距离值，以各距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差；

A5：根据平均值、交点数和标准差综合判断路面情况，且执行相应管控。

本实施例中提供的基于噪音数据采集处理的交通管控方法，通过噪音数据的采集及处理可有效降低城市交通管控的成本，起到了与实施例一中相同的技术效果，此处不再赘述。

其中，作为一种优选，作为纵坐标的噪声为，同一时间所采集的若干噪声数据的平均值，此种方式一方面可提高管控的精度，另一方面可在其中一个采集端发生故障时，仍保证有效的工作。

同样出于持续管控的目的，同一坐标系中确定若干次时间长度，且各次时间长度的间隔相等，而优选地，时间长度等于时间间隔，即各次的时间长度首尾连接，此种方式可在数据处理量和管控精准度之间建立平衡。

作为本实施例的优选，根据以下公式对路面情况进行综合判断：

S为综合评价值，为判断路面情况的综合参数；

a₁第一调整常数，与所述交点数成正方向变化，a₂为第二调整常数，与所述交点数成反方向变化；

为噪声的平均值，单位为dB；

Xmin为噪声的最小值，单位为dB；

为所述标准差，单位为min；

T为时间长度，单位min。

本优选方案中的技术效果与实施例一中对应相同，此处不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于噪音数据采集处理的交通管控系统，其特征在于，包括：

噪声数据采集端，埋设于道路结构内，对路面噪声数据进行采集；

数据处理单元，接收所采集的数据，且进行以下处理：

建立以时间为横轴，噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；确定时间长度，在所述时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内所述水平标准线与所述曲线的交点横坐标及交点数；以及，确定各相邻交点之间的距离值，以各所述距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差；

交通管控单元，根据所述平均值、交点数和标准差综合判断路面情况，且执行相应管控；

数据传输单元，在所述噪声数据采集端和数据处理单元之间，以及，所述数据处理单元和交通管控单元之间进行数据传输；

根据以下公式对路面情况进行综合判断：

S为综合评价值，为判断路面情况的综合参数；

a₁第一调整常数，与所述交点数成正方向变化，a₂为第二调整常数，与所述交点数成反方向变化；

为噪声的平均值，单位为dB；

Xmin为噪声的最小值，单位为dB；

为所述标准差，单位为min；

T为时间长度，单位min。

2.根据权利要求1所述的基于噪音数据采集处理的交通管控系统，其特征在于，在设定范围的道路结构内，设置若干所述噪声数据采集端，且每次仅其中一个进行噪声采集，其余所述噪声数据采集端备用。

3.根据权利要求1所述的基于噪音数据采集处理的交通管控系统，其特征在于，在设定范围的道路结构内，设置若干所述噪声数据采集端，通过同一时间各个所述噪声数据采集端所采集的噪声数据的平均值作为纵坐标，绘制所述曲线。

4.根据权利要求1所述的基于噪音数据采集处理的交通管控系统，其特征在于，同一坐标系中每次确定的时间长度相等。

5.一种基于噪音数据采集处理的交通管控方法，其特征在于，包括：

在路面下方的设定位置对路面噪声数据进行采集；

建立以时间为横轴，以所采集的噪声为纵轴的坐标系，绘制噪声随时间变化的曲线；

确定时间长度，在所述时间长度内确定噪声的最大值和最小值，且以二者的平均值在坐标系中建立水平标准线，确定时间长度内所述水平标准线与所述曲线的交点横坐标及交点数；

确定各相邻交点之间的距离值，以各所述距离值建立样本总体，且计算样本总体的标准差；

根据所述平均值、交点数和标准差综合判断路面情况，且执行相应管控；

根据以下公式对路面情况进行综合判断：

S为综合评价值，为判断路面情况的综合参数；

a₁第一调整常数，与所述交点数成正方向变化，a₂为第二调整常数，与所述交点数成反方向变化；

为噪声的平均值，单位为dB；

Xmin为噪声的最小值，单位为dB；

为所述标准差，单位为min；

T为时间长度，单位min。

6.根据权利要求5所述的基于噪音数据采集处理的交通管控方法，其特征在于，作为纵坐标的噪声为，同一时间所采集的若干噪声数据的平均值。

7.根据权利要求5所述的基于噪音数据采集处理的交通管控方法，其特征在于，同一坐标系中确定若干次时间长度，且各次时间长度的间隔相等。

8.根据权利要求7所述的基于噪音数据采集处理的交通管控方法，其特征在于，所述时间长度等于所述间隔。

Images