CN114973675B - 一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，包括车辆检测模块、通行控制模块、综合分析模块、信息发布模块、通行计费模块。车辆检测与通行控制模块用于联络通道现场的信息采集与车辆控制；综合分析模块用于通行请求处理、交通状态分析、通行类型分析；信息发布模块用于发布服务区联络通道的可用性信息；通行计费模块用于车辆的计费管理。本申请能够有效缓解高速公路掉头难、服务区堵的状况，同时有效解决开放联络通道后产生的通行秩序、安全与计费问题。本申请可广泛应用于高速公路交通运行组织与管理领域。

Description

一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统

技术领域

本发明涉及高速公路交通运行组织与管理领域，尤其涉及一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统。

背景技术

国内部分高速公路相邻出口间距大，车辆错过目标出口后需从下一出口驶出收费站再重新驶入高速公路主线，掉头成本高；此外，因车辆错过目标出口或偏离正确路线后未采取正确措施而引发交通事故的案例屡见不鲜；同时，特殊节假日服务区常出现单侧拥堵严重，另一侧服务区V/C极低的现象。

根据《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》中的规定，高速公路上设置的服务区平均间距不宜大于50公里、最大间距不宜大于60公里。多数服务区呈主线双侧分离对称式布局，设联络通道供内部车辆通行。服务区车辆行驶车速低，具备安全掉头条件，若开放服务区联络通道供社会车辆掉头使用，则可作为高速公路掉头机会的有利补充。

鉴于服务区联络通道的特殊性，如联络通道多为单车道布局、具有高程限制、通行能力有限，若缺乏合理交通组织与管理措施便开放使用，可能破坏交通运行秩序、形成交通安全隐患；此外，取消高速公路省界收费站后，全国高速公路收费模式改为龙门架分段式收费，ETC车辆和人工交费车辆统一按照车型和实际行驶路径以及对应的费率实行精确计费，直接开放联络通道会造成逃费管理困难、计费混乱的问题。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，包括：

车辆检测模块，设置在服务区的联络通道上，用于进行超高检测，以及采集通行车辆的通行信息，将检测或采集获得的信息上传至通行控制模块；

通行控制模块，将接收到的信息上传至综合分析模块，以及接收综合分析模块回传的通行控制指令，根据所述通行控制指令控制车辆的通行情况；

综合分析模块，用于接收并处理所述通行控制模块上传的信息，以及回传通行控制指令；根据时间占有率判断联络通道的交通运行状态，向信息发布模块发送信息发布指令；分析车辆利用联络通道通行的行为类型，将行为类型与车辆对应所有车辆通行记录上传至通行计费模块，以确定计费所需通行类型参数；

信息发布模块，用于发布服务区联络通道的可用性信息，提示车辆是否可以利用前方服务区联络通道进行掉头；

通行计费模块，用于根据接收到的信息计算车辆利用联络通道的通行费用。

进一步地，所述车辆检测模块，包括：

超高检测装置，设置在联络通道停车线上游位置，用于对通过的车辆进行超高检测，所述超高检测装置附设有显示屏；

路侧单元RSU，设置在超高检测装置下游位置，用于与车辆上的车载终端进行通信，检测车辆到达情况，读取车辆类型、车牌信息和车主信息；

车牌识别装置：设置在所述路侧单元RSU下游位置，用于拍照、识别、记录并上传待通行车辆车牌号码，将识别获得的车牌与所述路侧单元RSU读取获得的车牌信息进行对比、确认；

入口线圈检测器，设置在联络通道的进口道停车线下游位置，用于检测车辆通过停车线情况与时间占有率；

出口线圈检测器：设置在联络通道的出口道处，用于检测车辆通过联络通道的情况。

进一步地，所述通行控制模块，包括：

车道控制器，设置在服务区联络通道上，用于将所述通行信息整理并上传至所述综合分析模块，接收所述综合分析模块发送的通行控制指令，控制自动栏杆起落及LED显示屏的工作状态；其中，联络通道两侧入口各安装一个所述车道控制器；

自动栏杆，设置在停车线处，用于接收车道控制器发送的控制指令，并引导车辆等待或通行；

LED显示屏，设置在停车线下游位置，用于接收车道控制器发送的控制指令，提示车辆等待或通行。

进一步地，所述综合分析模块，包括：

通行请求处理单元，用于处理车辆通行请求，生成并发送通行控制指令至所述通行控制模块；

交通状态分析单元，用于判断所述车辆检测模块采集到的时间占有率是否高于阈值，根据判断结果向信息发布模块发送显示内容指令；

通行类型分析单元，用于判断车辆利用联络通道通行的行为类型，将所述行为类型与车辆对应的所有该车辆的通行记录上传至所述通行计费模块。

进一步地，所述通行请求处理单元的工作方式如下：

车辆通行请求：当车载终端与所述车辆检测模块的路侧单元RSU发生通信时，记录为一次车辆通行请求；

通行栈：为所述通行控制模块中各车道控制器对应建立一个空栈，其中，标号为k的车道控制器对应的通行栈记为Stack(k)，当车辆经过联络通道另一侧的入口线圈检测器时，向Stack(k)中压入所述通行信息，当车辆经过本侧的出口线圈检测器时，从Stack(k)取出一条所述通行信息；

当综合分析模块收到车辆通行请求时，判断对应所述通行栈是否为空；若是，则向所述通行控制模块的车道控制器发送放行指令；若否，则向所述通行控制模块的车道控制器发送等待指令，并在对应所述通行栈发生取出记录时重新执行一次判断。

进一步地，所述通行类型分析单元的工作方式如下：

车辆通行记录：当所述通行信息从任意所述通行栈中取出时，记录为一次车辆通行记录；

当时间占有率低于阈值时，判定联络通道交通运行状态良好，发送指令至信息发布模块，以使信息发布模块持续发布前方服务区联络通道可用性信息；

当时间占有率高于阈值时，判定联络通道交通运行状态差，发送指令至信息发布模块，以使信息发布模块持续发布前方服务区联络通道不可用性信息；

其中，根据时间占有率的实时变化趋势，结合历史信息与交通运行状态判别方法，确定时间占有率阈值。

进一步地，所述通行请求处理单元的工作方式如下：

当车辆到达目标终点收费站时，综合分析模块统计该车对应的所述车辆的通行记录数量，结合该车辆的通行信息中的车牌号码，判定车辆利用联络通道的通行类型，将通行类型与该车辆对应的所有该车辆通行记录一并上传通行计费模块；

所述通行类型包括：

若所述通行信息中所含车牌号码与记录在系统的免费车辆车牌号码对应，判定为通行类型1；若截止到车辆到达目标终点收费站，共收到各车道控制器上传的该车辆对应的所述车辆通行记录2n+1条，判定为通行类型2；若截止到车辆到达目标终点收费站，共收到各车道控制器上传的该车辆对应的所述车辆通行记录2n条，判定为通行类型3；其中，n为正整数。

进一步地，所述信息发布模块，包括：

可变情报板，设置于主线中位于出口匝道下游、服务区上游的位置，用于接受综合分析模块的指令，实时发布服务区联络通道可用性信息。

进一步地，所述通行计费模块的工作方式如下：

对于ETC缴费车辆或者人工缴费车辆，在通过服务区联络通道时均不实时扣费，车辆在联络通道通行的费用在车辆达到目标收费站后，由通行计费模块根据通行类型参数与车辆通行记录统一计算。

进一步地，计费公式如下：

其中，C_it为车辆类型为t的车辆i的联络通道通行费用；β_i为车辆i对应的通行类型参数；α_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的相对位置参数，与车道控制器编号有关；R_t为车辆类型t对应的费率；L_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的主线计费段的长度，与车道控制器编号有关；N为自然数集。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，使高速公路上错过目标出口或偏离正确路线的社会车辆能够利用下游服务区联络通道进行掉头，降低掉头成本；使社会车辆能够利用联络通道到对侧服务区加油、停车、休憩，充分缓解单侧服务区交通负荷过剩的状况。同时，通过系统各模块的联系与运转，有效规避开放联络通道可能产生的秩序问题、拥堵问题、安全问题与计费问题。技术方案简单、实用，各设备安装、运行成本低且易于维护。所设计的联络通道计费逻辑充分结合我国高速公路现状计费办法，可实施性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为本发明实施例中一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统的系统架构图；

图2为本发明实施例中车辆检测模块与通行控制模块的布设示意图；

图3为本发明实施例中车辆检测模块与通行控制模块的工作流程图；

图4为本发明实施例中综合分析模块的工作流程图。

附图标记说明：

1-超高检测装置，2-路侧单元RSU，3-车牌识别装置，4-车道控制器，5-综合分析模块，6-LED显示屏，7-车载单元OBU或CPC卡，8-车牌，9-自动栏杆，10-入口线圈检测器，11-出口线圈检测器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

针对国内部分高速公路出入口间距大、驾驶员错过目标出口后的掉头成本高，以及节假日服务区单侧拥堵严重、潮汐现象显著的问题，如图1所示，本实施例提供一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，使高速公路上错过目标出口或偏离正确路线的社会车辆能够利用下游服务区联络通道进行掉头，降低掉头成本；或使社会车辆能够利用联络通道到对侧服务区加油、停车、休憩，充分缓解单侧服务区交通负荷过剩的状况。同时，通过系统各模块的联系与运转，有效规避开放联络通道可能产生的秩序问题、拥堵问题、安全问题与计费问题。该系统具体包括：

车辆检测模块：位于服务区联络通道现场，用于超高检测并实时采集联络车道通行车辆的通行信息，将其上传通行控制模块中的车道控制器，所述通行信息包括车牌号码、通过检测器时刻、车载单元OBU或CPC卡数据；

通行控制模块：位于服务区联络通道现场，将所述通行信息整理上传综合分析模块，并接收综合分析模块回传的控制指令，控制车辆的等待与通行；

综合分析模块：位于互联网云端，可令其从属于高速公路ETC联网系统，用于接收、处理车道控制器上传的所述通行信息并回传控制指令；将时间占有率与阈值比较以判断联络通道交通运行状态，向信息发布模块发送信息发布指令；分析车辆利用联络通道的通行类型，将其与车辆对应所有车辆通行记录上传通行计费模块，以确定计费所需通行类型参数；

信息发布模块：位于高速公路主线路侧现场，用于发布服务区联络通道可用性信息，提示车辆是否可以利用前方服务区联络通道进行掉头；

通行计费模块：位于互联网云端，可令其从属于高速公路ETC联网系统，用于联络通道的通行计费。

作为一种可选的实施方式，所述车辆检测模块具体包括：

超高检测装置：设置在联络通道停车线上游较远位置，用于对通过车辆进行超高检测，并附设显示屏，提示超高检测通过或提示超高车辆立即掉头，不得进入联络通道；

路侧单元RSU：依据现场情况，设置在联络通道停车线上游适当位置，采用DSRC技术同前后5米内的车载终端(如车载单元OBU或CPC卡)进行通信，检测车辆到达情况，并读取标签或卡内车辆类型、车牌号码、车主信息等相关资料；

车牌识别装置：设置在路侧单元RSU下游适当位置，拍照、识别、记录上传待通行车辆车牌号码，与RSU读取的车牌信息进行对比、确认；

入口线圈检测器：设置在联络通道进口道停车线下游适当位置，检测车辆通过停车线情况与时间占有率；这里的时间占有率指的是：统计时间段内，所有车辆通过线圈检测器的累计时间占统计时间的百分比。

出口线圈检测器：设置在联络通道出口道并与入口线圈检测器平行，检测车辆通过联络通道情况。

其中，上述中的下游指的是车辆行驶前进的方向，上游指的是车辆行驶前进的相反的方向。

作为一种可选的实施方式，所述通行控制模块，包括：

车道控制器：位于服务区联络通道现场，联络通道两侧入口各安装一个车道控制器，并在全国高速公路系统中唯一对应一个车道控制器编号。将所述通行信息整理上传综合分析系统，接收综合分析系统发送的控制指令，控制自动栏杆起落及LED显示屏工作；

自动栏杆：设置在停车线处，接收车道控制器发送的控制指令，限制车辆的等待与通行；

LED显示屏：设置在停车线下游，接收车道控制器发送的控制指令，提示车辆等待或通行。

作为一种可选的实施方式，所述综合分析模块，包括：

通行请求处理单元：用于处理车辆通行请求，生成通行控制指令发送至通行控制模块；

交通状态分析单元：用于判断所述入口线圈检测器采集时间占有率是否高于阈值，根据结果向信息发布模块发送显示内容指令；

通行类型分析单元：用于判断车辆利用联络通道通行的行为类型，将其与车辆对应所有所述车辆通行记录一并上传通行计费模块。

为便于阐述所述通行请求处理单元的工作原理，作以下定义：

车辆通行请求：当车载OBU或CPC卡与路侧单元RSU发生通信时，记录为一次车辆通行请求；

通行栈：为各车道控制器对应建立一个空栈，如标号为k的车道控制器对应的通行栈记为Stack(k)，当车辆经过联络通道另一侧的入口线圈检测器时，向Stack(k)中压入所述通行信息，当车辆经过本侧的出口线圈检测器时，从Stack(k)取出一条所述通行信息。

为便于阐述所述通行类型分析单元的工作原理，作以下定义：

车辆通行记录：当所述通行信息从任意所述通行栈中取出时，记录为一次车辆通行记录。

所述通行请求处理单元，工作原理为：

当综合分析模块收到车辆通行请求时，判断对应所述通行栈是否为空；若是，则向车道控制器发送放行指令；若否，则向车道控制器发送等待指令，并在对应所述通行栈发生取出记录时重新执行一次判断。

所述交通状态分析单元，工作原理为：

当时间占有率低于阈值时，联络通道交通运行状态良好，发送指令使信息发布模块持续发布前方服务区联络通道可用性信息；时间占有率高于阈值时，联络通道交通运行状态差，发送指令使信息发布模块持续发布前方服务区联络通道不可用性信息；根据时间占有率的实时变化趋势，结合历史信息与交通运行状态判别方法，确定时间占有率阈值。

所述通行类型分析单元，工作原理为：

当车辆到达目标终点收费站时，综合分析模块统计该车对应的所述车辆通行记录数量，结合该车所述通行信息中的车牌号码，判定车辆利用联络通道的通行类型，将其与该车对应的所有所述车辆通行记录一并上传通行计费模块，所述通行类型包括：若所述通行信息中所含车牌号码与记录在系统的免费车辆车牌号码对应，包括服务区内部联络车辆、路政抢险车辆、紧急救援车辆等，则判定为通行类型1；若截止到车辆到达目标终点收费站，共收到各车道控制器上传的该车辆对应的所述车辆通行记录2n+1条(n∈N)，则该车利用联络通道掉头，判定为通行类型2；若截止到车辆到达目标终点收费站，共收到各车道控制器上传的该车辆对应的所述车辆通行记录2n条(n∈N)，则该车利用联络通道到对侧服务区停车、加油、休憩后返回原侧，判定为通行类型3。最后综合分析模块将车辆对应的所述通行类型与所有车辆通行记录一并上传至通行计费模块。

作为一种可选的实施方式，所述信息发布模块，包括：

可变情报板：设置于主线上位于出口匝道下游、服务区上游的位置，接受综合分析模块的指令，实时发布服务区联络通道可用性信息，包括“前方服务区联络通道可用”和“前方服务区联络通道关闭开放”等文字信息，提示错过目标出口匝道的车辆是否可以利用前方服务区联络通道掉头。

作为一种可选的实施方式，所述通行计费模块，工作原理为：

对于ETC车辆和人工缴费车辆，其在通过服务区联络通道时均不实时扣费，车辆联络通道通行费用在车辆达到目标收费站后，由通行计费模块根据通行类型参数与车辆通行记录统一计算；

计费公式为：C_it＝2β_iR_t∑_jα_ijL_ij(j＝2n+1，n∈N)，其中C_it为车辆类型为t的车辆i的联络通道通行费用，β_i为车辆i对应的通行类型参数，α_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的相对位置参数，与车道控制器编号有关，R_t为车辆类型t对应的费率，L_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的主线计费段的长度，与车道控制器编号有关。

所述相对位置参数α定义为：在各车道控制器安装时即标定，车道控制器编号随所述车辆通行记录一同上传。按车辆行驶方向，考虑车道控制器所在服务区与所在主线计费段ETC门架的相对位置关系确定：

所述通行类型参数β定义为：车辆到达目标终点收费站时，由综合分析模块确定并上传，考虑前述车辆利用联络通道的通行类型确定：

车辆总通行费用＝出入口收费站匝道费用+途径ETC门架计算的费额+车辆联络通道通行费用。对于ETC车辆，出入口收费站匝道费用、车辆联络通道通行费用在目标出口收费站统一扣除，途径ETC门架计算的费额在经ETC门架时实时扣除；对于人工缴费车辆，各项费用均在目标出口收费站统一收取。

以下结合附图和具体实施例对上述系统进行详细解释说明。

如图1所示，本实施例提供了一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，包括：

车辆检测模块：位于服务区联络通道现场，包括超高检测装置、路侧单元RSU、车牌识别装置、线圈检测器。进行超高检测并实时采集联络车道通行车辆的通行信息，将其上传通行控制模块中的车道控制器，所述通行信息包括车牌号码、通过检测器时刻、车载单元OBU或CPC卡数据；

通行控制模块：位于服务区联络通道现场，包括车道控制器、自动栏杆、LED显示屏。车辆控制器将所述通行信息整理上传综合分析模块，并接收综合分析模块回传的控制指令，控制自动栏杆与LED显示屏，限制车辆的等待与通行；

综合分析模块：位于互联网云端，可令其从属于高速公路ETC联网系统，其中通行请求处理单元用于接收、处理车道控制器上传的所述通行信息并回传控制指令；交通状态分析单元将时间占有率与阈值比较以判断联络通道交通运行状态，向信息发布模块发送信息发布指令；通行类型分析单元分析车辆利用联络通道的通行类型，将其与车辆对应所有车辆通行记录上传通行计费模块，以确定计费所需重要参数；

信息发布模块：位于高速公路主线路侧现场，接收综合分析模块发送的信息发布指令，发布服务区联络通道可用性信息，提示车辆是否可以利用前方服务区联络通道进行掉头；

通行计费模块：位于互联网云端，可令其从属于高速公路ETC联网系统，接收综合分析模块上传的车辆通行类型与车辆通行记录，进行联络通道的通行计费。

如图2所示，本发明实施例提供了车辆检测模块与通行控制模块的现场布设方式：

超高检测装置1设置在联络通道入口道停车线前200米的位置，附设显示屏，与车道控制器4连接；路侧单元2设置在入口导向车道起始位置路侧，与车道控制器4连接；车牌识别装置3设置在路侧单元2下游5米处路侧，与车道控制器4连接；车道控制器设置在入口导向车道路侧，与自动栏杆9、LED显示屏6连接，与综合分析模块5通过无线网络连接；自动栏杆9设置在入口道停车线前0.5米，与车道控制器4连接；LED显示屏设置在入口道停车线前1米路侧，与车道控制器4连接；入口线圈检测器10设置在入口道停车线前1米，与车道控制器4连接；出口线圈检测器11设置在出口道与入口线圈检测器10平行位置，与车道控制器4连接。

如图3所示，本发明实施例提供了车辆检测模块与通行控制模块的工作流程：

待行车辆首先进行超高检测，若超高，则显示屏提示车辆掉头驶离，不得进入联络通道；否则，车辆继续向前行驶，车载单元OBU或CPC卡与路侧单元RSU建立通信，RSU将OBU或CPC卡内数据上传至车道控制器，车辆继续向前行驶，车牌识别装置对车辆车牌号码进行识别，将其上传至车道控制器，与RSU读取的车牌信息进行对比、确认。入口线圈检测器与出口线圈检测器分别检测车辆通过停车线与通过联络通道的情况，将车辆通过检测器的时刻上传至车道控制器。车道控制器将上述信息所构成的通行信息上传至综合分析模块，综合分析模块根据通行信息，依说明书前述方法，生成、回传控制指令至车道控制器。若控制指令为放行指令，则自动栏杆升起，LED显示屏提示通行；若控制指令为等待放行指令，则自动栏杆保持降下，LED显示屏提示等待通行。

如图4所示，本发明实施例提供了综合分析模块的工作流程：

通行请求处理单元：接收到车辆通行请求后，判断通行栈是否为空。若是，说明联络通道内不存在对向驶来的车辆，发送放行指令至通行控制模块；若否，说明连络通道内存在对向驶来的车辆，发送等待放行指令至通行控制模块；

交通状态分析单元：实时计算入口线圈检测器采集到的时间占有率，判断时间占有率是否超过预先按一定方法设定的阈值。若是，说明联络通道交通运行状态拥挤，发送联络通道不可用指令至信息发布模块，由信息发布模块显示相应提示；若否，说明联络通道交通运行状态良好，发送联络通道可用指令至信息发布模块，由信息发布模块显示相应提示；

通行类型分析单元：当车辆到达目标终点收费站时，通行类型分析单元首先根据该车对应通行信息中的车牌号码，判定车辆是否为免费车辆类型，若是，则为类型1；若否，则根据该车对应车辆通行记录数量的奇偶性，判断其利用联络通道的通行类型为类型2或类型3。最后，将通行类型与该车对应的所有车辆通行记录一并上传通行计费模块。

根据图1至图4，本发明实施例提供了通行计费模块中有关联络通道通行费用的计费原理及逻辑如下：

对于ETC车辆和人工缴费车辆，其在通过服务区联络通道时均只由车道控制器向综合分析模块上传车辆通行记录，而不实时扣费，车辆联络通道通行费用在车辆达到目标收费站后，由通行计费模块根据通行类型参数与车辆通行记录计算并收取。

计费公式为：C_it＝2β_iR_t∑_jα_ijL_ij(j＝2n+1，n∈N)，其中C_it为车辆类型为t的车辆i的联络通道通行费用，β_i为车辆i对应的通行类型参数，α_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的相对位置参数，与车道控制器编号有关，R_t为车辆类型t对应的费率，L_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的主线计费段的长度，与车道控制器编号有关。

分以下几种情形：

(1)若车辆为免费车辆类型，如服务区内部联络车辆、路政抢险车辆、紧急救援车辆等。根据前述通行类型分析单元的工作原理，易知β_i＝0，则C_it＝0。

(2)若车辆利用联络通道到对侧服务区停车、加油、休憩后返回原侧。根据前述通行类型分析单元的工作原理，易知β_i＝0，则C_it＝0。

(3)若车辆利用联络通道掉头。根据前述通行类型分析单元的工作原理，易知β_i＝1，则C_it＝2R_t∑_jα_ijL_ij(j＝2n+1，n∈N)。计费针对所有第奇数次车辆通行记录进行，因而取j＝2n+1，n∈N。如果车辆错过目标出口后，驶至下游相邻出口收费站外进行掉头，需要额外支付的费用为两次利用下游主线计费段所计算的费额，即2R_tL_ij(j＝2n+1，n∈N)。因而如果车辆错过目标出口后，驶至下游服务区联络通道进行掉头，具体地，若：1)服务区位于所在主线计费段上游，则车辆在主线上行驶时，不会经过该主线计费段的ETC门架，车辆两次利用该计费段的费额未被计算，需要在联络通道通行费用中计算，即取α_ij＝1；2)服务区位于所在主线计费段下游，则车辆在主线上行驶时，将会经过该主线计费段的ETC门架，车辆两次利用该计费段的费额将在经过主线ETC门架时计算，即取α_ij＝0。

综上所述，本发明实施例设计了一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，使高速公路上错过目标出口或偏离正确路线的社会车辆能够利用下游服务区联络通道进行掉头，降低掉头成本；使社会车辆能够利用联络通道到对侧服务区加油、停车、休憩，充分缓解单侧服务区交通负荷过剩的状况。同时，通过系统各模块的联系与运转，有效规避开放联络通道可能产生的秩序问题、拥堵问题、安全问题与计费问题。技术方案简单、实用，各设备安装、运行成本低且易于维护。所设计的联络通道计费逻辑充分结合我国高速公路现状计费办法，可实施性强。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管己经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，其特征在于，包括：

车辆检测模块，设置在服务区的联络通道上，用于进行超高检测，以及采集通行车辆的通行信息，将检测和采集获得的信息上传至通行控制模块；

通行控制模块，将接收到的信息上传至综合分析模块，以及接收综合分析模块回传的通行控制指令，根据所述通行控制指令控制车辆的通行情况；

综合分析模块，用于接收并处理所述通行控制模块上传的信息，以及回传通行控制指令；根据时间占有率判断联络通道的交通运行状态，向信息发布模块发送信息发布指令；分析车辆利用联络通道通行的行为类型，将行为类型与车辆对应所有车辆通行记录上传至通行计费模块，以确定计费所需通行类型参数；

信息发布模块，用于发布服务区联络通道的可用性信息，提示车辆是否可以利用前方服务区联络通道进行掉头；

通行计费模块，用于根据接收到的信息计算车辆利用联络通道的通行费用；

所述综合分析模块，包括：

通行请求处理单元，用于处理车辆通行请求，生成并发送通行控制指令至所述通行控制模块；

交通状态分析单元，用于判断所述车辆检测模块采集到的时间占有率是否高于阈值，根据判断结果向信息发布模块发送显示内容指令；

通行类型分析单元，用于判断车辆利用联络通道通行的行为类型，将所述行为类型与车辆对应的所有该车辆的通行记录上传至所述通行计费模块；

所述通行类型分析单元的工作方式如下：

当车辆到达目标终点收费站时，综合分析模块统计该车对应的所述车辆的通行记录数量，结合该车辆的通行信息中的车牌号码，判定车辆利用联络通道的通行类型，将通行类型与该车辆对应的所有该车辆通行记录一并上传通行计费模块；

所述通行类型包括：

若所述通行信息中所含车牌号码与记录在系统的免费车辆车牌号码对应，判定为通行类型1；若截止到车辆到达目标终点收费站，共收到各车道控制器上传的该车辆对应的所述车辆通行记录2n+1条，判定为通行类型2；若截止到车辆到达目标终点收费站，共收到各车道控制器上传的该车辆对应的所述车辆通行记录2n条，判定为通行类型3；其中，n为自然数；

通行类型参数。

2.根据权利要求1所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，

其特征在于，所述车辆检测模块，包括：

超高检测装置，设置在联络通道停车线上游位置，用于对通过的车辆进行超高检测，所述超高检测装置附设有显示屏；

路侧单元RSU，设置在超高检测装置下游位置，用于与车辆上的车载终端进行通信，检测车辆到达情况，读取车辆类型、车牌信息和车主信息；

车牌识别装置：设置在所述路侧单元RSU下游位置，用于拍照、识别、记录并上传待通行车辆车牌号码，将识别获得的车牌与所述路侧单元RSU读取获得的车牌信息进行对比、确认；

入口线圈检测器，设置在联络通道的进口道停车线下游位置，用于检测车辆通过停车线情况与时间占有率；

出口线圈检测器：设置在联络通道的出口道处，用于检测车辆通过联络通道的情况。

3.根据权利要求1所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，

其特征在于，所述通行控制模块，包括：

车道控制器，设置在服务区联络通道上，用于将所述通行信息整理并上传至所述综合分析模块，接收所述综合分析模块发送的通行控制指令，控制自动栏杆起落及LED显示屏的工作状态；其中，联络通道两侧入口各安装一个所述车道控制器；

自动栏杆，设置在停车线处，用于接收车道控制器发送的控制指令，并引导车辆等待或通行；

LED显示屏，设置在停车线下游位置，用于接收车道控制器发送的控制指令，提示车辆等待或通行。

4.根据权利要求1所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，

其特征在于，所述通行请求处理单元的工作方式如下：

车辆通行请求：当车载终端与所述车辆检测模块的路侧单元RSU发生通信时，记录为一次车辆通行请求；

通行栈：为所述通行控制模块中各车道控制器对应建立一个空栈，其中，标号为k的车道控制器对应的通行栈记为Stack(k)，当车辆经过联络通道另一侧的入口线圈检测器时，向Stack(k)中压入所述通行信息，当车辆经过本侧的出口线圈检测器时，从Stack(k)取出一条所述通行信息；

当综合分析模块收到车辆通行请求时，判断对应所述通行栈是否为空；若是，则向所述通行控制模块的车道控制器发送放行指令；若否，则向所述通行控制模块的车道控制器发送等待指令，并在对应所述通行栈发生取出记录时重新执行一次判断。

5.根据权利要求4所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，

其特征在于，所述交通状态分析单元的工作方式如下：

车辆通行记录：当所述通行信息从任意所述通行栈中取出时，记录为一次车辆通行记录；

当时间占有率低于阈值时，判定联络通道交通运行状态良好，发送指令至信息发布模块，以使信息发布模块持续发布前方服务区联络通道可用性信息；当时间占有率高于阈值时，判定联络通道交通运行状态差，发送指令至信息发布模块，以使信息发布模块持续发布前方服务区联络通道不可用性信息；其中，根据时间占有率的实时变化趋势，结合历史信息与交通运行状态判别方法，确定时间占有率阈值。

6.根据权利要求1所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，

其特征在于，所述信息发布模块，包括：

可变情报板，设置于主线中位于出口匝道下游、服务区上游的位置，用于接受综合分析模块的指令，实时发布服务区联络通道可用性信息。

7.根据权利要求1所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，

其特征在于，所述通行计费模块的工作方式如下：

对于ETC缴费车辆或者人工缴费车辆，在通过服务区联络通道时均不实时扣费，车辆在联络通道通行的费用在车辆达到目标收费站后，由通行计费模块根据通行类型参数与车辆通行记录统一计算。

8.根据权利要求7所述的一种利用服务区联络通道的高速公路掉头组织系统，其特征在于，计费公式如下：

其中，C_it为车辆类型为t的车辆i的联络通道通行费用；β_i为车辆i对应的通行类型参数；α_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的相对位置参数，与车道控制器编号有关；R_t为车辆类型t对应的费率；L_ij为车辆i第j条所述车辆通行记录对应的主线计费段的长度，与车道控制器编号有关；N为自然数集；

所述相对位置参数α_ij定义为：在各车道控制器安装时即标定，车道控制器编号随所述车辆通行记录一同上传，按车辆行驶方向，考虑车道控制器所在服务区与所在主线计费段ETC门架的相对位置关系确定：

。