CN114550327B - 一种单人多车道态势感知集中控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单人多车道态势感知集中控制系统及方法，涉及收费站车道控制技术领域，其中，控制方法包括：获取无人值守车道的状态数据；对所述状态数据进行处理，并基于对所述状态数据的处理结果输出控制信号；获取对收费站场内设备进行控制的控制信号；基于包含有车辆身份信息的所述状态数据确定预设时间内收费站内待开通收费车道的类型；基于位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量；在所述待开通收费车道的类型和数量确定之时，发送所述控制信号至相应收费站场内设备以开通所述收费车道。本发明还涉及一种基于单人多车道态势感知集中控制方法的控制系统。

Description

一种单人多车道态势感知集中控制系统及方法

技术领域

本发明涉及收费站车道控制技术领域，尤其涉及一种单人多车道态势感知集中控制系统及方法。

背景技术

在交通部“改革撤站”工作完成后，智能交通得到大力发展，无人值守车道取得大规模应用。无人值守车道可以分成检测和运行两类模式。其中检测模式类主要包括入口无人值守治超站等，通过判断通行货车是否超限（超高、超宽或超重），如果存在超限，超限站本地告警并由入口工作人员人工劝返。运行模式主要包括ETC车道、自助发卡机、收费机器人等，具备高自动化程度，能够结合车辆相应信息，部分或完全替代人工完成收发卡、计算及收费等功能，具有节约人力、降低劳动强度等优势。

CN113436431A公开了一种高速公路收费站ETC车道智能安全通道系统，包括分别设于高速收费站ETC车道两旁的微波雷达车辆与行人检测装置、安全门禁系统和智能控制系统；所述微波雷达车辆与行人检测装置包括微波雷达车辆检测装置、行人红外检测装置、通讯串口服务器；所述安全门禁系统包括紧急开门按钮、若干个自动闸门、若干个紧凑型闸门机柜、安全护栏、执行电机；所述智能控制系统包括信号处理器、输出单元、继电器、浪涌保护器、声光报警系统。

然而收费站通常由多条收费车道构成，且其中大部分车道为无人值守车道，而人工车道多集中于收费站出入口两侧。当入口无人值守车道在检测模式下对来方车辆进行超限判断后，通常只在本车道发出警告，而不会将超限警示信息反馈至人工车道。由于无人值守车道和人工车道存在一定距离，因此工作人员无法及时准确地获取车辆信息，极易导致工作人员判断失误进而实施错误操作，譬如将超限车辆放行，这将对高速公路的安全运行造成巨大隐患。

此外，当非ETC、ETC黑名单或OBU损坏等车辆通行ETC车道时，由于无人值守车道的识别控制单元无法识别或读取车辆的身份信息并生成相应操作指令，一旦出现车道告警，都需要工作人员进入告警车道车站进行人为干预，这将严重影响后续车辆的通行效率，并且当班工作人员需横穿车道进入故障车道车站进行人工处理，由此一来，还极易造成人身安全事故。为此，急需提出一种单人多车道监测控制系统来解决上述存在的至少一个或多个技术问题。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种单人多车道态势感知集中控制系统及方法，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种单人多车道态势感知集中控制方法，包括：

获取无人值守车道的状态数据；

对状态数据进行处理，并基于对状态数据的处理结果输出控制信号；

获取对收费站场内设备进行控制的控制信号；

基于包含有车辆身份信息的状态数据确定预设时间内收费站内待开通收费车道的类型；

基于位于收费站上游第一距离处预设区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量；

在待开通收费车道的类型和数量确定之时，发送控制信号至相应收费站场内设备以开通收费车道。

优选地，基于位于收费站上游第一距离处预设区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量还包括：

基于预设时间内收费车道对应的历史缴费频率选择其中历史缴费频率处于低序列的至少一个收费车道作为待开通收费车道。

优选地，本发明的单人多车道态势感知集中控制方法还包括：

根据收费站上游第一距离处预设区域内的待通行车辆的平均车长和平均通行时间确定进入各个收费车道的车辆数量，并根据收费车道的实时通行队列长度确定后来至少一个待通行车辆的车长区间，

其中，

收费车道每添加至少一个待通行车辆，该收费车道内的当前平均车长处于根据收费站上游第一距离处预设区域内的若干待通行车辆的车长所确定的平均车长幅值区间之内。

优选地，本发明的单人多车道态势感知集中控制方法还包括：

获取待通行车辆的包含有驾驶员行为的驾驶员状态信息；

根据驾驶员状态信息确定驾驶员的实时驾驶状态；

基于实时驾驶状态与基准驾驶状态的差异结果确定是否执行针对待通行车辆放行之操作。

优选地，本发明的单人多车道态势感知集中控制方法还包括：

根据预定时间周期生成针对于收费车道的第一检修维护计划；

根据预设缴费频率阈值生成针对于收费车道的第二检修维护计划；

以及根据收费车道的历史缴费记录的变化更正预定时间周期和预设缴费频率阈值。

优选地，根据收费车道的历史缴费记录的变化更正预定时间周期和预设缴费频率阈值包括：

获取收费车道的历史缴费记录值；

历史缴费记录每增加预设次数，缩短预定时间周期和减小预设缴费频率阈值。

优选地，本发明的单人多车道态势感知集中控制方法还包括：

当待通行车辆位于距收费站第二距离处，且基于状态数据被确认驶入收费站时，生成包含有车道信息的引导指令并将该引导指令以可视和可听的方式输出以指引待通行车辆进入对应的收费车道。

优选地，本发明还涉及一种单人多车道态势感知集中控制系统，其包括：

获取单元，其用于获取无人值守车道的状态数据；

分析处理单元，其用于分析处理状态数据；

控制单元，其用于获取对收费站场内设备进行控制的控制信号，

其中，

分析处理单元能够基于包含有车辆身份信息的状态数据确定预设时间内收费站内待开通收费车道的类型，和基于位于收费站上游第一距离处预设区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量，以在待开通收费车道的类型和数量确定之时，发送控制信号至控制单元以控制收费站场内设备运行。

优选地，本发明的单人多车道态势感知集中控制系统还包括：

传输单元，其用于将状态数据传输至分析处理单元；

显示输出单元，其用于展示对状态数据的处理结果。

优选地，分析处理单元包括解码控制器，控制单元包括收费站场内设备控制装置和输入装置，并且收费站场内设备控制装置和输入装置分别连接于解码控制器。

本发明的有益技术效果包括：通过本发明的集中控制系统，实现了对无人值守车道的远程控制，有利于降低工作人员劳动强度，减少穿越收费站的安全风险，提升收费站通行效率；本发明基于实时传输及控制机制，提高了无人值守车道故障的处理速度，有效维持收费站的正常工作秩序；本发明集成度高、可操作性强，能方便嵌入目前运行的收费系统，无网络安全隐患和接入风险，运行稳定可靠。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的单人多车道态势感知集中控制系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的单人多车道态势感知集中控制系统的结构原理图。

附图标记列表

10：获取单元；20：传输单元；30：分析处理单元；40：显示输出单元；50：控制单元。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供了一种单人多车道态势感知集中控制系统，该系统通过软件和硬件结合的方式实施。特别优选地，该系统具备的硬件和/或软件可直接嵌入或结合至现有收费站的收费管理系统之中，不需要重新构建原有系统的架构。进一步地，该系统的软件平台可优选集成于任意车道操作室的个人计算机设备上，由此，处于该车道操作室内的工作人员可以对其余无人值守车道进行远程监视及管控，无需频繁穿越车道，从而避免事故发生，并提高车道管理效率。

具体地，如图1所示，本发明的单人多车道态势感知集中控制系统可以包括：

获取单元10，其用于实时获取无人值守车道的状态数据；

传输单元20，其用于接收由获取单元10发送的与无人值守车道相关的状态数据，并将该状态数据发送至分析处理单元30；

分析处理单元30，其用于对传输单元20发送的状态数据执行数据处理操作；

显示输出单元40，其用于接收经分析处理单元30处理后的状态数据，并以可视和/或可听的方式展示该状态数据；以及

控制单元50，其用于接收用于控制无人值守车道的收费站场内设备运行的控制信号。

根据一种优选实施方式，控制单元50获取的控制信号可以是站内工作人员操作收费站场内设备时产生的控制信号，也可以是分析处理单元30基于对无人值守车道的状态数据的处理结果而生成的控制信号。

根据一种优选实施方式，显示输出单元40还可用于展示针对收费站场内设备的控制结果。

根据一种优选实施方式，获取单元10、传输单元20、分析处理单元30、显示输出单元40和控制单元50彼此电连接和/或通信连接。优选地，获取单元10、传输单元20、分析处理单元30、显示输出单元40和控制单元50的配置数量可以根据无人值守车道的数量来确定。特别优选地，获取单元10、传输单元20以及控制单元50的数量不低于无人值守车道的数量。

根据一种优选实施方式，获取单元10包括但不限于视频采集模块、音频采集模块、重量采集模块以及尺寸采集模块等。

根据一种优选实施方式，视频采集模块例如可以是摄像机、视频记录设备或能够捕获和存储图像的任何其他设备，其可用于获取车道图像视频信息、车辆图像视频信息、驾驶员图像视频信息以及周边环境图像视频信息等。

优选地，本发明的系统可以配备多个视频采集模块，以分别从不同方位获取车道图像视频信息、车辆图像视频信息、驾驶员图像视频信息以及周边环境图像视频信息等，使得无人值守车道的状态数据来源更加充分可靠。

根据一种优选实施方式，音频采集模块例如可以是对讲机、录音机等，其至少可用于接收和传达工作人员和司机的语音信息。优选地，本发明的系统可以配备多个音频采集模块，以分别获取站内工作人员和站外驾驶员的语音信息等。

根据一种优选实施方式，重量采集模块例如可以是收费站场地常用的地磅，其用于获取通行车辆的总重量。

根据一种优选实施方式，尺寸采集模块用于获取通行车辆的尺寸信息，例如车辆的长、宽和高信息。特别地，在采集通行车辆的尺寸信息时，例如可采用收费站常用的基于红外原理的车辆分离器，即通过计算车辆经过时被遮挡扫描区域的面积来确定车辆的尺寸信息。

根据一种优选实施方式，传输单元20可以包括视频传输线、音频传输线以及串行通行线等。

根据一种优选实施方式，分析处理单元30优选为解码控制器，其用于对音视频信号进行解码转换及显示编码。

根据一种优选实施方式，视频传输线分别连接视频采集模块和解码控制器。音频传输线分别连接音频采集模块和解码控制器。串行通行线分别用于重量采集模块与解码控制器以及尺寸采集模块与解码控制器间的连接。

根据一种优选实施方式，显示输出单元40可以包括显示器、LED显示屏、音响及警报装置等音视频输出设备。进一步地，显示器、LED显示屏、音响、音响及警报器等均与解码控制器连接。

根据一种优选实施方式，控制单元50可以包括收费站场内设备控制装置和输入装置，且收费站场内设备控制装置和输入装置分别与解码控制器连接。具体地，收费站场内设备控制装置主要用于收费站场内设备的控制。收费站场内设备包括但不限于栏杆机、费额显示器、发卡机、工控机、车道警示器以及其它视听设备等。

进一步地，控制单元50或收费站场内设备控制装置生成的针对于收费站场内设备的控制信号包括针对栏杆机、费额显示器及车道警示器的控制信号。具体地，针对于栏杆机的控制主要是操纵栏杆的升降。针对于费额显示器的控制主要是变更相应的费额信息。针对车道警示器的控制主要是控制告警信号的表现形式和/或表现内容。

根据一种优选实施方式，输入装置例如包括鼠标、键盘、手写板、手柄、操作杆及对讲机等，其主要用于信息或指令的录入修正，例如在系统无法自动识别车辆信息或自动生成指令的情况下，通过键盘、手写板等输入装置来手动录入或更正车辆信息，以及编辑下达相应的控制指令至收费站场内设备，或是可通过对讲机等声音输入装置将工作人员及驾驶员的语音信息进行录入及播放。

优选地，本发明的声音输入装置可以包括多个对讲机，其中，至少一个对讲机可用于站内工作人员与无人值守车道内的驾驶员间的沟通，至少另一个对讲机器则可用于录入工作人员的语音信息并将其在收费站场内播放。

根据一种优选实施方式，获取单元10可用于获取无人值守车道的状态数据，该状态数据可以包括车辆状态数据和车道状态数据。具体地，车辆状态数据包括但不限于车辆类型、车辆尺寸、车辆重量和车牌号等。车道状态数据可以包括车道通行状态数据以及车道设备状态数据等。

根据一种优选实施方式，获取单元10可以获取车辆状态数据和/或车道状态数据，并将车辆状态数据和/或车道状态数据通过传输单元20发送至分析处理单元30以执行数据处理操作，经由数据处理后的车辆状态数据和/或车道状态数据被进一步发送至显示输出单元40和/或控制单元50，其中，分析处理单元30能够根据车辆状态数据和/或车道状态数据来判断相应车辆和/或车道的异常状态，并依据车辆和/或车道的异常状态有选择地生成并发送用于控制车道通行的控制信号，和用于警示提醒的告警信号至相应的收费站场内设备。

根据一种优选实施方式，获取单元10可与天线控制器、栏杆机以及车道控制器等收费站场内设备电性连接以获取天线控制器及栏杆机的状态数据，以进一步确定车辆和/或车道的异常状态。具体地，车辆和/或车道的异常状态例如可包括车辆超限（超重或超尺寸）、车辆无OBU、RSU读卡失败、车辆身份信息缺失或不符、车辆黑名单、栏杆未升起但天线控制器示意正常等。优选地，当存在上述任意车辆和/或车道异常状态时，警报装置将被触发并发出警报。

根据一种优选实施方式，当获取单元10中的例如地磅传感器、车辆分离器分别对驶向收费站的待通行车辆的尺寸及重量数据进行采集后，若待通行车辆的尺寸和/或重量数据超出规定阈值，则当前待通行车辆将被判定为超限车辆，且针对于超限车辆，本发明的分析处理单元30可基于超限信息生成相应的控制信号，并通过该控制信号驱动相应的音视频展示设备工作以引导超限车辆（例如货车）至对应的超限车道，并且通过控制单元50可控制相应超限车道内的收费站场内设备的运行。

根据一种优选实施方式，获取单元10的视频采集模块还可以获取与驾驶员有关的驾驶员状态信息，该驾驶员状态信息可包括驾驶员外形特征信息和动作行为信息等。特别地，在车辆和/或车道状态已知并且满足相应放行条件的情况下，基于获取单元10采集的驾驶员状态信息，站内工作人员也可以决定是否对当前车道内的车辆采取放行操作，以及对其传达相应的警示指令，例如当通过显示屏观察并确认当前待通行车辆内的驾驶员存在异常驾驶行为状态（例如驾驶员因酒驾、疲劳驾驶而于车内做出异常举动）或是存在危险驾驶因素（例如驾驶员未系安全带或车内存在遮挡行车视野的干扰物）时，站内工作人员可根据驾驶员状态来控制收费站场地设备的运行，以控制车辆的通行，并且在上述情况发生时，站内工作人员可通过音频、视频或其结合的方式来警告提醒相应的车辆驾驶员，譬如通知其下车并移步至其它受检地点以配合相关管理人员的问询工作，或是提醒其纠正当前驾驶操作以在满足相应安全驾驶行为后方可通行。

优选地，在通过获取单元10的视频采集模块获取相应的驾驶员状态信息时，分析处理单元30可针对包含有驾驶员状态信息的视频图像数据进行分析比对，以确定当前待通行车辆内的驾驶员状态，从而决定是否生成并下发相应的控制信号和/或警示信号至相应的收费站场内设备。

具体地，本发明中，在分析处理单元30解析包含有驾驶员的视频图像数据以确定驾驶员状态时，可采用与系统数据库或云端服务器内的参考视频图像数据进行比对的方式进行，例如，针对于各类危险驾驶行为或危险驾驶因素，通常网络大数据平台内都有详尽的资料信息，而该资料信息通常是由当地的交通管理系统记录整理的（例如高速公路测速抓拍，包含有驾驶员的视频图像信息将被上传至交通管理系统），并且针对于不同的驾驶状态，一般交通管理部门都会依照相关的交通安全法将各驾驶状态作定性分析，例如影响交通安全的各种驾驶状态，可包括未依规定佩戴安全带的各种可能状态或中控台上方存在驾驶视野干扰因素的各种可能状态等等，并且各种驾驶状态通常将被交通管理部门标注不同的标签说明以示意相应的风险驾驶等级，例如未依规定佩戴安全带可视为一级风险驾驶等级，中控台上方存在驾驶视野干扰因素可视为二级风险驾驶等级等。

根据一种优选实施方式，本发明的系统优选可与交通管理系统结合使用，即，可在本发明的系统中接入用于实时获取交通管理系统中的与驾驶员状态信息相关的历史视频图像信息的查询通道，或是将交通管理系统中的与驾驶员状态信息相关的历史视频图像信息预下载至本发明的软件平台数据库中。进一步地，针对可能存在危险驾驶行为或危险驾驶因素的情况，当涉及到是否对当前无人值守车道执行放行操作时，分析处理单元30可将获取单元10的视频采集模块所上传的位于当前无人值守车道的待通行车辆内的驾驶员状态信息与云服务器或平台数据库内储存的与驾驶员状态信息相关的历史视频图像信息进行对比分析，以确认当前无人值守车道的待通行车辆内的驾驶员是否存在危险驾驶行为或危险驾驶因素。

根据一种优选实施方式，当分析处理单元30基于对当前无人值守车道的待通行车辆内的驾驶员状态信息的对比分析确认驾驶员可能存在危险驾驶行为或危险驾驶因素之时，分析处理单元30可生成相应的控制信号至控制单元50，控制单元50获取该控制信号并可通过警示装置提醒当前无人值守车道的待通行车辆内的驾驶员，并同时提醒站内工作人员执行相关操作。该方案的优点在于：即便是在分析处理单元30或是系统处理器根据获取单元10所获取的车辆状态数据和车道状态数据确定当前无人值守车道满足相应通行条件的情况下，仍然可能存在影响交通安全的潜在因素，例如本发明实施例所述的驾驶员状态，当驾驶员存在危险驾驶行为或危险驾驶因素时，如若直接升起栏杆将车辆放行，则极有可能造成交通事故，尤其是对于ETC无人值守车道而言，整个ETC车道的收费及通行过程通常在短短几秒内就完成，当车辆通行后才人为地通过音视频图像发现可能存在的风险则为时已晚，相应的补救措施也收效甚微。

作为一种更优选的实施方式，在本发明中，在系统确认车辆状态和车道状态的同时，也可根据驾驶员图像视频信息同步确认驾驶员状态，以在车辆状态、车道状态以及驾驶员状态均满足相应通行条件的状态下将当前无人值守车道的待通行车辆放行，从而在稳定车辆通行效率的同时最大程度确保行车安全。

根据一种优选实施方式，警报装置可以是声光警报器，即可通过可视的灯光或是可听的音频、语音的形式进行提醒。优选地，在通过警报装置进行警示提醒时，警报装置的警报形式、警报内容、警报频率或警报时长等信息都可以根据具体需要进行编辑修改，譬如具有不同风险驾驶等级的驾驶员状态信息所对应的警报形式、警报内容、警报频率或警报时长等可以是彼此不同的。

进一步地，为了确保分析处理单元30所生成的控制信号的准确性，从而确保行车安全，在分析处理单元30生成控制信号并将该控制信号通过控制单元50传达至相应的收费站场内设备以驱动其执行相应操作之前，分析处理单元30可同步生成待确认指令并通过本发明系统的软件平台展示给站内工作人员，即，在本系统的分析处理单元30将控制信号发送至对应的收费站场地设备之前，需要站内工作人员进行校验确认再执行，这是考虑到：驾驶员视频图像信息中所包含的信息较多，仅针对驾驶员本人的动作行为信息而言，就有各种可能的甚至难以预见的情况产生，因此，在系统基于云服务器或数据库中的参考视频图像数据确认驾驶员的驾驶状态时，分析处理单元30所生成的控制信号的准确性往往与驾驶状态的判断结果直接关联，然而鉴于驾驶员动作行为的千差万别，系统针对实时驾驶员视频图像数据和参考视频图像数据之间的对比分析结果难免存在误差，尤其是对于相似度难以界定的某些动作行为而言，在准确得出驾驶员存在危险驾驶行为或危险驾驶因素，以及对应的风险驾驶等级方面具有一定难度，因此，当系统无法确认驾驶员状态或是分析处理单元30根据驾驶员状态生成相应的控制信号之时，相应的警示信号或控制信号将同步展示至工作人员处，由工作人员再次核实驾驶员状态，并决定是否通过输入装置编辑修改相应的警示信号或控制信号，以在得到确认后执行相应的警示信号或控制信号，从而最大程度确保警示信号或控制信号的准确性，以免错误指令影响通行效率并同时确保行车安全。

根据一种优选实施方式，如图2所示，示出了本发明的单人多车道态势感知集中控制系统的框架原理图。优选地，本发明通过前端分别采集检测输入信号和控制信号，模数转换后经过光传输至单人多车道态势感知解码控制器，各类检测信号在控制器底层实现混合后，组合成数字矩阵。进一步地，数字矩阵的任一窗体均为控制信号与矩阵信号混合构建的新窗体，在本发明的集中显示平台上显示控制信号状态和交互控件。集中显示平台主体为任意接口的显示器，可同时集成多媒体智能告警子系统，集中显示平台上可对数字矩阵显示方式自由组合，可直接控制无人值守车道系统及相关外场设备（如车道控制器、天线控制器、摄像头等），实现减少人工成本，提高收费站通行效率。

根据一种优选实施方式，在本发明中，人工车道及无人值守车道的信息能够同屏显示，可对所有信息同时关注，也可根据需要显示重点关注信息，各类车道信息显示界面可按需要进行分屏组合。

根据一种优选实施方式，为了维持收费站的工作秩序以确保收费通行效率，在车辆进入收费站的人工车道或无人值守车道，并由收费站的操作系统执行相应的识别缴费任务之前，通常需要收费站的工作人员对即将进入收费站或收费车道的车辆进行引导分流，以充分提高各个收费车道的利用效率，为了改善人工引流的不便，现有技术提供了大量基于收费站操作系统的车辆分流引导方法，然而对于现有部分的车辆引导方法而言，其通常是根据当前车道的通行状态（例如车道是否闲置、车道现有排队数量以及预计排队时间等）来确定进入每一车道的车辆数量，但此类方法普遍存在以下问题：参考的影响因素类型有限且多为一些常见的衡量指标，在提高收费站的通行效率方面有所局限，尤其对于具有人工车道和ETC车道的复合型收费站而言，车辆的引导分配模式存在需要优化的方面，例如，在仅根据现有车道当前的通行状态来确定车辆引导分配模式时，往往只能确保某一时间段内的通行效率，然而随着后来车辆的持续驶入，在目前待处理车辆的缴费状态未知的情况下，仍然根据现有车道当前的通行状态来对后来车辆进行车道分配可能是不合理的，这甚至会加重收费站车道的拥堵情况，更有可能导致通过收费站的车辆在后续道路上造成持续拥堵；其次，更为重要的一点是，在一定时间内根据现有车道当前的通行状态来对车辆进行车道分配将很有可能造成的后果是，若干车道之中仅有部分车道及相关的检测操作装置处于长时间和/或高频率的运行工作之中，而其余部分车道及相关的检测操作装置的使用周期和频率则相对较少，长此以往，将导致长期处于高频使用的车道及相关的检测操作装置出现故障损坏的概率大幅提升，这不仅未能充分发挥各个收费车道的作用，同时也给收费站场内设备和车道路面保养维护增加了负担，且一旦收费站场内设备和车道路面出现问题，就需要耗费时间进行维护检修，因此也会影响收费站的整体通行效率。

特别地，当收费站各个车道之内均有一定数量的车辆处于待通行队列中时，后续即将驶入的车辆的驾驶员通常会根据个人零点几秒内的主观感受挑选其中一条车道作为其个人的通行队列，例如排队车辆相对较少的队列可能更倾向于被驾驶员选择，因为通常认为短队列耗时较小，便于其更快地前往目的地，然而驾驶员的主观感受是存在较大误差的，尤其是在前方有若干车辆正处于各通行队列，而后方又不断有车辆陆续靠近收费站的情况下，前往排队车辆相对较少的队列并不一定意味着收费站整体通行效率的提高，因此，若不对其进行预先引导，很有可能进一步增加收费站的拥堵情况，更甚至，待驾驶员进入车道后才引导其变道或返回，则意味着驾驶员需要倒车或转向，此时存在着其后方车辆不得不顺势让路或随之倒车的问题，由此，通行效率将被显著降低，并且在短短几秒内需要多数车辆一同做出移动操作，很有可能产生预期外的车辆碰撞甚至是驾驶事故。

根据一种优选实施方式，在本发明中，分析处理单元30可以根据来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处（例如进入收费站前500m处）部分区域内的交通流量数据（例如单位时间内的车辆通过数）和/或交通密度数据（例如每单位车道长度排列的车辆数）来有选择地确定收费站内至少部分时间内需要开通的收费车道的类型及数量。

具体地，在通向收费站的各向行驶道路上通常都设置有用于监控车辆行驶状态以及道路状态的第三方监测装置（例如环形线圈车辆检测器、高速公路监控等），这些第三方监测装置能够实时获取各车辆的身份信息（例如车牌号）及车速等行驶状态信息，且这些数据将同时被上传至系统或云端服务器进行处理计算以获得包括但不限于交通流量、交通密度、平均车速、时间占有率、平均车长、平均车间距等信息。进一步地，可将收费站上游第一距离处的第三方监测装置与本发明的控制系统建立通讯连接关系，且具体可与传输单元20信号连接，以使分析处理单元30能够根据来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处的车辆行驶参数信息来计算有关的交通流量、交通密度、平均车速、时间占有率、平均车长、平均车间距等信息。

作为一种更优选的实施方式，上述的车辆身份信息及车速等行驶状态信息通常由当地交通管理部门和/或交通管理系统负责存储调用，因此优选地，可在本发明的系统中接入用于实时获取交通管理系统中的与车辆身份信息及车速等行驶状态信息相关的查询通道，以减小本发明的控制系统，尤其是分析处理单元30的运算处理消耗，提高处理效率，由此，针对来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据一般是已知的，而分析处理单元30只需要根据已知的交通流量数据和/或交通密度数据来控制收费车道及有关收费站场内设备的运行即可。

根据一种优选实施方式，分析处理单元30根据来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据有选择地确定至少部分时间内需要开通的收费车道的类型及数量包括：

分析处理单元30根据车辆的身份信息确定驶入车辆的缴费车型，以基于驶入车辆的缴费车型来确定至少部分时间内需要开通的收费车道的类型；

分析处理单元30根据来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据来确定至少部分时间内需要开通的收费车道的数量。

根据一种优选实施方式，驶入车辆的身份信息例如为车牌号，车牌号通常与车辆是否具备OBU等信息是彼此对应的，因此分析处理单元30可根据例如为车牌号等信息来确定驶入车辆为无OBU车辆或是OBU车辆。

根据一种优选实施方式，待驶入车辆的缴费车型被确定后，分析处理单元30可以确定至少部分时间内收费站需要开通的收费车道的类型，即人工车道和无人值守车道。

根据一种优选实施方式，在确认至少部分时间内收费站需要开通的收费车道的类型后，分析处理单元30根据来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据来确定至少部分内需要开通的收费车道的数量，即，确定人工车道和/或无人值守车道的开通数量。具体地，针对不同交通流量数据和/或交通密度数据，可预先设置不同的交通流量或交通密度阈值，各交通流量或交通密度阈值对应不同的车道开通状态，在位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据达到相应的交通流量或交通密度阈值之时，分析处理单元30确定与该交通流量或交通密度阈值对应的车道开启状态，即，至少包括需要开通车道的数量，由此，分析处理单元30可以根据来向道路的实时流量来确定待开通车道的数量，以满足不同交通流量对应的通行需求，避免开通车道过多使设备仪器消耗过多能源，以及防止开通车道过少无法满足部分时段内的通行需求，从而造成收费站拥堵。

根据一种优选实施方式，在分析处理单元30根据车辆的身份信息和来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据分别确定至少部分时间内收费站需要开通的收费车道的类型和数量后，待驶入车辆进入距收费站第二距离处（例如距收费站30～50m），且经由获取单元10所包含的相关检测设备检测到车辆的驶入时，分析处理单元30可生成相应引导信息列表并将其发送至显示输出单元40，以通过显示输出单元40的例如定向发声设备（例如音响）和/或显示设备（例如显示器）以可听和/或可视方式引导驶入车辆进入预先确定的收费车道之中。优选地，通常无OBU车辆将被引导至人工车道进行缴费，而OBU车辆则被引导至无人值守车道或ETC车道。

根据一种优选实施方式，在分析处理单元30确定至少部分时间内收费站需要开通的收费车道的数量之后，分析处理单元30将为各收费车道分配预定数量的待通行车辆。具体地，分析处理单元30将基于来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的驶入车辆的平均车长以及平均车长车辆的平均通行时间来确定进入各个收费车道的车辆数量及类型，即，分析处理单元30基于任意收费车道的当前通行队列长度，确定后续待驶入车辆的车长区间，使得当任意收费车道每插入或增加至少一个待通行车辆时，该收费车道内的当前平均车长总是趋近于来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的驶入车辆的平均车长。特别地，分析处理单元30每分配一个新的待通行车辆进入收费车道时，优先将其分配至通行队列长度较短或是排队车辆数量较少的收费车道，以均匀利用每个车道。

根据一种优选实施方式，为了提高车道分配引导的准确度以及适宜不同的车辆状态，可以设置平均车长幅值区间，以减小因确定后续待驶入车辆的车长区间时产生的分配误差。进一步地，通行队列长度可由获取单元10获取相关的车辆和/或车道信息并经由分析处理单元30计算得出。

优选地，之所以使当任意收费车道每插入或增加至少一个待通行车辆时，该收费车道内的当前平均车长总是趋近于来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的驶入车辆的平均车长，是考虑到对于具有不同车长的车辆而言，其通过收费站的时间并不总是相同的，例如相比于中型巴士或是城际公交等长车距车辆，由于到达收费站的车辆基本都是按照限定的统一速度行驶的，故普通私人轿车通过同一收费站或收费车道的用时可能相对较少，对于个别通行车辆数量较少的情况而言，这种通行时差现象也许并不明显，然而一旦收费站内涌入大量车辆时，这种通行时差累加产生的延时效应可能会被放大，从而影响整个收费站的通行效率，例如，一条仅包含普通私人轿车的收费车道的整体通行效率相比于另一条仅包含中型巴士或是城际公交等长车距车辆的收费车道的整体通行效率而言，在至少部分时间内前者的通行效率大概率是高于后者的，但长期保持此种通行模式则会导致各个收费车道没有被均衡利用，因为通行效率较高的收费车道在单位时间内可能通过的车辆数量总是高于通行效率较低的收费车道，这会导致通行效率较低的收费车道在某些时段内即使开通也未被充分利用而处于“闲置”状态，而且整个收费站的通行效率也并未因此而有所提高，此外，针对于仅包含中型巴士或是城际公交等长车距车辆的收费车道而言，此类车辆重量体积往往较大，收费车道长期承载此类车辆会对车道路面造成磨损，而该磨损相比于其它例如仅包含私人轿车等短车距车辆的收费车道而言，产生周期可能更频繁、磨损程度更严重，这将导致经由收费站收取的车辆过路费会大量用于车道路面的保养维护，增加了路面养护频率及相应成本。

根据一种优选实施方式，在本发明中，分析处理单元30基于任意收费车道的当前通行队列长度，确定后续待驶入车辆的车长区间，使得当任意收费车道每插入或增加至少一个待通行车辆时，该收费车道内的当前平均车长总是趋近于来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的驶入车辆的平均车长，由此一来，在分析处理单元30的分析计算下，至少部分时间内分配至各个车道的车辆数量总是处于大致均分的状态，以增加对任意收费车道的利用率，并且对于任意收费车道而言，各收费车道的当前通行队列长度所包含的所有待通行车辆的平均车长总是趋近于来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的驶入车辆的平均车长或平均车长幅值区间，进而使得各收费车道的通行效率彼此不会存在过大差异，即，各收费车道间的通行效率大致是趋近一致的，各收费车道的时间占有率也相较平均，不仅可以充分利用各个收费车道，维持收费站的总体通行效率，同时也避免各收费车道对应的收费站场内设备的使用频率参差不齐，因高频使用会加速仪器设备的老化程度，尤其容易导致设备电气故障产生频率的激增，这对于维持收费站高效稳定的工作秩序来说是极其不利的。

作为一种更优选的实施方式，本发明的单人多车道态势感知集中控制系统可与待通行车辆的车载导航仪或是驾驶员的个人设备（例如手机、平板等）建立信息交互连接关系，即，在本发明的控制系统中接入与车载设备或个人设备的导航系统/软件（譬如常用的高德地图或百度地图）通信的端口，由此一来，当有待通行车辆驶入至距收费站一定距离处时，本发明的控制系统将用于引导车辆通过收费站的车道引导信息同步发送至待通行车辆的车载设备或个人设备上，以结合例如高德地图或百度地图的实时车道画面，根据待通行车辆的实时位置向待通行车辆的驾驶员展示前往并通过收费站的车道行驶路径，使得驾驶员能够根据提示路线预先实施变道、加减速等操作，并且能够为待通行车辆合理分配收费车道，不仅能预先调配收费站的通行模式以保证收费效率，同时使针对待通行车辆的引导通行更加自动高效，尤其是对于驾驶员而言，不需要在到达收费站之时，才通过短短数秒的时间来人为凭主观感受选择进入或离开的收费车道，保证了待通行车辆的流畅通行与安全，并且进一步降低拥堵状态，以使待通行车辆能够尽可能迅速安全地通往目的地。

根据一种优选实施方式，通常来说，各收费车道对应的缴费记录往往能够反映该收费车道在至少部分时间内的使用频率和/或使用时间，而使用频率和/或使用时间则一定程度上能够反映该收费车道以及相关检测操作装置的老化程度。

优选地，在本发明中，分析处理单元30在基于来自于至少一个方向上的位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据和/或交通密度数据来确定至少部分需要开通的收费车道时，将根据至少部分时间内各收费车道对应的历史缴费记录来确定具体开通的收费车道。特别地，该至少部分时间可由收费站工作人员设定，例如可以是周或月。

具体地，分析处理单元30可根据至少部分时间内各收费车道对应的历史缴费频率对各收费车道进行优先级排序，并依次确定其中历史缴费频率相对较低的至少一个车道，即，分析处理单元30在根据至少部分时间内的交通流量数据和/或交通密度数据确定需开通的收费车道时，将优先开通其中历史使用频率相对较少的车道作为拟开通的收费车道以用于驶入车辆的缴费通行，由此一来，可提高使用频率相对较少的收费车道的利用率，缓解高频使用收费车道的路面承载负担和相应收费站场内设备的运行负荷。

进一步地，本发明中，分析处理单元30还可基于各收费车道的历史缴费频率生成相应的收费站或收费车道维护计划，并将该维护计划通过显示输出单元40的例如操作室显示控制平台进行通知展示，或是发送至其它移动终端。

具体地，现有技术中，人们对于收费站设备及车道的检修维护都是按照预定时间周期执行的，例如以周、月为单位的时间周期，并且为了确保检修维护计划的按时开展，通常可将包含有时间周期或时间节点的定期检修维护计划预先储存于例如本发明的控制系统，或是系统后台数据库中，以在达到预设时间周期之前或之时通过本发明的例如显示输出单元40告知站内工作人员具体的检修维护计划。

然而，这种基于固定时间周期设定的检修维护计划至少存在以下问题：对于部分高频使用的收费车道及相应设备而言，待达到预定时间周期才引导工作人员对其进行检修维护可能会增加预期外的检修维护时间及难度，妨碍收费站的正常工作秩序，从而影响收费站的通行效率，这是由于实际上达到预定时间周期之时可能已有部分设备或车道路面产生潜在故障而未被及时发现，而正式检修维护时该潜在故障可能因时空推移而产生其它难以预见的问题，从而延长检修维护周期，由此一来，先前数小时便能够解决的问题可能会被推迟至以天为单位的检修维护时间，而这将势必导致相应的收费车道在至少以天为单位的时间周期内无法投入正常使用。举例来说，对于例如工控机、发卡机等模块化设备来说，高频使用而出现的故障的概率可能相对较低，而对于例如地磅等类型的检测采集设备而言，其频繁承担由驶入车辆引入的巨幅外加载荷，随着承载重量及频率的不断变化，其检测灵敏度极大程度会受到影响而产生波动，尤其是在特定时间段内频繁承载趋近甚至是超出自身承载极限或检测极限的外加载荷时，因此地磅等类型的检测采集设备损坏失效的概率大幅提升。

根据一种优选实施方式，本发明中，在分析处理单元30依据预定时间周期生成相应的第一检修维护计划并可通过显示输出单元40告知站内工作人员的基础上，分析处理单元30可以根据针对各收费车道预设的缴费频率阈值来确定相应的第二检修维护计划，换而言之，第二检修维护计划是根据各收费车道对应的使用频率来设定的。优选地，预设的缴费频率阈值可由工作人员设定，并且该缴费频率阈值可参照例如地磅等类型的检测采集设备的检修维护频率来确定，例如，根据检修维护要求，通常认为在达到某一特定使用次数时，需要对地磅进行全面检修（譬如校准其灵敏度），因此该缴费频率阈值可与例如地磅的检修维护频率保持一致，因为通常系统每增加一次缴费记录，则表明有至少一辆车辆通过收费站，则相应收费车道的例如地磅等类型的检测采集设备使用频率至少增加一次。

根据一种优选实施方式，当分析处理单元30根据各收费车道的历史缴费记录确定至少一个达到预设缴费频率阈值的收费车道之时，分析处理单元30将针对该收费车道生成相应的第二检修维护计划，并将该第二检修维护计划的具体内容通过显示输出单元40通知给站内工作人员。

根据一种优选实施方式，在任意收费车道未达到相应预设缴费频率阈值之时，分析处理单元30仍以预定时间周期生成对应的第一检修维护计划，即，在任意收费车道满足预设缴费频率阈值的状态下，分析处理单元30生成第二检修维护计划以告知工作人员执行相应的检修项目；而在任意收费车道满足预定时间周期的状态下，分析处理单元30生成第一检修维护计划以告知工作人员执行相应的检修项目。特别地，在任意收费车道同时满足预设缴费频率阈值和预定时间周期的状态下，分析处理单元30优先发送第一检修维护计划至工作人员处。

根据一种优选实施方式，第二检修维护计划的具体内容优选或仅包含针对于地磅等类型的与使用频率关联度更高的检测采集设备的检修维护项目，因为针对于第二检修维护计划而言，与使用周期关联度更高的其它设备（例如工控机、发卡机等）的检修维护不是以使用频率为依据进行检修时，需要重点排查的对象，因为通常按照预定时间周期的检修维护都会进行全方位的故障排查，因此在第二检修维护计划中增加过多重复或非重点的检修项目是没有必要的，会增加工作人员的工作负担。

优选地，基于预设的缴费频率阈值生成相应的第二检修维护计划以通知相关工作人员及时进行检修维护的优点在于：在未达到相应的检修维护时间节点的情况下，基于检修维护频率节点对诸如地磅等类型的检测采集设备进行重点集中排查，有助于在进入检修维护时间节点之前预先确定并处理可能存在故障的车道路面和/或收费站设备，避免潜在的车道路面和/或设备故障风险因无法得到及时解决而演变成更加复杂的问题，降低道路和/或设备检修维护的时间成本及其难度，特别是有利于维持收费站的高效运转，减少预期外故障风险的发生概率，使得各收费车道能够在尽可能长的时段内保持连续可通行状态，以及增加各车道内相应的收费站场内设备的运行寿命，甚至有利于提高诸如地磅等类型的检测采集设备的数据准确度和可信度。

特别地，针对于不同收费车道的预定时间周期可以是彼此不同的，因为这和各收费车道的历史使用频率或周期有关，而收费车道的历史使用频率或周期通常又与需要对其进行检修维护的概率呈正相关，因此优选地，分析处理单元30可以根据任意收费车道的历史缴费记录来自动更正用于生成第一检修维护计划的预定时间周期，即，分析处理单元30是按照任意收费车道的历史缴费记录每增加预设次数就对应缩短时间间隔（例如以天为单位时间进行周期缩减）的方式来修改预定时间周期的，由此一来，随着任意收费车道使用频率或周期的逐渐增加，对于收费车道的检修维护频率优选应随之增加，从而确保对收费站车道以及相关设备故障排查及检修的及时性。优选地，分析处理单元30也可以根据任意收费车道的历史缴费记录来自动更正用于生成第二检修维护计划的预定时间周期，即，任意收费车道的历史缴费记录每增加预设次数就对应缩短预设缴费频率阈值。

根据一种优选实施方式，收费站一般是设置于长沿线道路上的阶段性汇集点，即，收费站汇集的是来自于至少一个方向上的位于多条行驶道路内的若干车辆，由于不同方向或不同区域内的车道车流量各不相同，因此对于处于待命状态的收费站操作系统，例如本发明的控制系统而言，根据不同驶入方向上的车道车流量来预先规划部署收费站场内设备的工作状态并为即将驶入车辆做车道引导分流是十分有必要的，这不仅可以提高收费站的整体通行效率，维持收费站的正常工作秩序，同时也有利于缓解收费站后段道路的拥挤程度，使通过收费站的车辆能够迅速到达目的地，此外，合理分配车道也有助于保养维护收费站场内设备，避免部分车道及相关检测操作装置被过度使用，增加收费站场内设备的使用寿命，以维持收费站的通行效率。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (8)

1.一种单人多车道态势感知集中控制方法，其特征在于，包括：

获取无人值守车道的状态数据；

对所述状态数据进行处理，并基于对所述状态数据的处理结果输出控制信号；

获取对收费站场内设备进行控制的控制信号；

基于包含有车辆身份信息的所述状态数据确定预设时间内收费站内待开通收费车道的类型；

基于位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量；

在所述待开通收费车道的类型和数量确定之时，发送所述控制信号至相应收费站场内设备以开通所述收费车道，

根据收费站上游第一距离处预设区域内的待通行车辆的平均车长和平均通行时间确定进入各个收费车道的车辆数量，并根据所述收费车道的实时通行队列长度确定后来至少一个待通行车辆的车长区间，

其中，

所述收费车道每添加至少一个待通行车辆，该收费车道内的当前平均车长处于根据收费站上游第一距离处预设区域内的若干待通行车辆的车长所确定的平均车长幅值区间之内，

根据预定时间周期生成针对于所述收费车道的第一检修维护计划，

根据预设缴费频率阈值生成针对于所述收费车道的第二检修维护计划，

以及根据所述收费车道的历史缴费记录的变化更正所述预定时间周期和预设缴费频率阈值，

基于历史使用频率或周期的差异，各收费车道具有彼此不同的预定时间周期，

在任意收费车道同时满足预设缴费频率阈值和预定时间周期的状态下，优先发送所述第一检修维护计划。

2.根据权利要求1所述的单人多车道态势感知集中控制方法，其特征在于，所述基于位于收费站上游第一距离处部分区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量还包括：

基于预设时间内所述收费车道对应的历史缴费频率选择其中所述历史缴费频率处于低序列的至少一个收费车道作为所述待开通收费车道。

3.根据权利要求1所述的单人多车道态势感知集中控制方法，其特征在于，还包括：

获取待通行车辆的包含有驾驶员行为的驾驶员状态信息；

根据所述驾驶员状态信息确定所述驾驶员的实时驾驶状态；

基于所述实时驾驶状态与基准驾驶状态的差异结果确定是否执行针对所述待通行车辆放行之操作。

4.根据权利要求1所述的单人多车道态势感知集中控制方法，其特征在于，所述根据所述收费车道的历史缴费记录的变化更正所述预定时间周期和预设缴费频率阈值包括：

获取所述收费车道的历史缴费记录值；

所述历史缴费记录每增加预设次数，缩短所述预定时间周期和减小所述预设缴费频率阈值。

5.根据权利要求1所述的单人多车道态势感知集中控制方法，其特征在于，还包括：

当待通行车辆位于距收费站第二距离处，且基于所述状态数据被确认驶入收费站时，生成包含有车道信息的引导指令并将该引导指令以可视和可听的方式输出以指引所述待通行车辆进入对应的收费车道。

6.一种单人多车道态势感知集中控制系统，其特征在于，包括：

获取单元（10），其用于获取无人值守车道的状态数据；

分析处理单元（30），其用于分析处理所述状态数据；

控制单元（50），其用于获取对收费站场内设备进行控制的控制信号，

其中，

所述分析处理单元（30）能够基于包含有车辆身份信息的所述状态数据确定预设时间内收费站内待开通收费车道的类型，和基于位于收费站上游第一距离处预设区域内的交通流量数据确定待开通的收费车道的数量，以在所述待开通收费车道的类型和数量确定之时，发送所述控制信号至所述控制单元（50）以控制所述收费站场内设备运行，

根据收费站上游第一距离处预设区域内的待通行车辆的平均车长和平均通行时间确定进入各个收费车道的车辆数量，并根据所述收费车道的实时通行队列长度确定后来至少一个待通行车辆的车长区间，

其中，

所述收费车道每添加至少一个待通行车辆，该收费车道内的当前平均车长处于根据收费站上游第一距离处预设区域内的若干待通行车辆的车长所确定的平均车长幅值区间之内，

根据预定时间周期生成针对于所述收费车道的第一检修维护计划，

根据预设缴费频率阈值生成针对于所述收费车道的第二检修维护计划，

以及根据所述收费车道的历史缴费记录的变化更正所述预定时间周期和预设缴费频率阈值，

基于历史使用频率或周期的差异，各收费车道具有彼此不同的预定时间周期，

在任意收费车道同时满足预设缴费频率阈值和预定时间周期的状态下，优先发送所述第一检修维护计划。

7.根据权利要求6所述的单人多车道态势感知集中控制系统，其特征在于，还包括：

传输单元（20），其用于将所述状态数据传输至分析处理单元（30）；

显示输出单元（40），其用于展示对所述状态数据的处理结果。

8.根据权利要求7所述的单人多车道态势感知集中控制系统，其特征在于，所述分析处理单元（30）包括解码控制器，所述控制单元（50）包括收费站场内设备控制装置和输入装置，并且所述收费站场内设备控制装置和输入装置分别连接于所述解码控制器。

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