CN116665452B - 基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法、系统及存储介质，实时采集交通流数据；将采集的动态原始数据放入系统内置数据处理算法中预处理；将预处理后的数据提取交通流运行特征参数；根据天气、光线等能见度信息对前方道路的拥堵阈值进行修正并判断道路拥堵状态；根据前方道路拥堵状态调整后方道路限速值；将希望设置的限速值通过智能道钉对应的灯光颜色发布；本发明合理利用智能道钉，根据前方道路上交通流不同运行状态改变后方道路的智能道钉颜色，从而完成限速信息的发布，实现对道路交通的智能管控。

Description

基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法、系 统及存储介质

技术领域

本发明涉及一种基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法、系统及存储介质，属于智能交通控制技术领域。

背景技术

公路限速一直都是一个备受关注的问题，研究表明，不合理的限速会导致例如追尾的交通事故发生率增高，交通安全风险增加，因为在前方车辆因为拥堵而跟车距离减少时，会相应的减少车速，而后方的来车速度仍然较高，此时驾驶员很难有充足的反应时间去应对可能存在的追尾事故，还会后方的不断来车导致拥堵加剧，拥堵消散时间增加，降低出行效率。

在传统的交通中，道路限速值是固定的，而交通流是动态变化的，对于拥挤路段，如果未对后方来车设置限速会延迟拥堵消散时长，增加追尾风险，但是当前的一些可变限速牌虽然可以动态的发布交通限速命令，却存在因为不够直观、动态信息不易捕捉、限速牌分布稀疏以至信息传递不及时的问题，具有一定的局限性。此外，当前的限速指示标志在雨雾天气或夜间照明条件差的时候很容易被驾驶员忽略，不能够根据能见度动态增强指示效果。

因此需要根据实际道路交通运行状况动态进行限速信息传递，及时改善交通运行状态，对于缓解交通拥堵，提高出行效率和出行安全具有重要工程意义。

发明内容

本发明提供一种基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法、系统及存储介质，合理利用智能道钉，根据前方道路上交通流不同运行状态改变后方道路的智能道钉颜色，从而完成限速信息的发布，实现对道路交通的智能管控。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法，在道路两侧顺次安装若干智能道钉，具体包括以下步骤：

步骤S1：检测前方道路交通流运行状态，提取交通流运行状态关键特征参数；

步骤S2：检测道路照明、雨雾、路面积水、薄冰以及光线情况，提取前方道路的能见度信息参数，获得道路拥挤阈值v_threshold的修正系数α_trave；

步骤S3：获得修正后的拥堵阈值根据前方道路的平均行程速度v_trave所处的阈值区间，得到前方道路的拥挤状态J；

步骤S4：根据前方道路的拥挤状态J，匹配智能道钉灯光颜色的反应限速值v_Limit，将后方道路需要调整的反应限速值通过智能道钉发布当前限速颜色；

作为本发明的进一步优选，步骤S1中，按照预设时间段采集前方道路的交通流运行状态关键特征参数，前述交通流运行状态关键特征参数包括单位小时每车道的标准车车流量，pcu/h/lane，路段平均行程速度，km/h；

作为本发明的进一步优选，步骤S2中，前方道路的能见度信息参数包括雾天能见度，m，单位小时降水量，ml/h；

根据获得的能见度信息参数，查询表1得到道路拥挤阈值v_threshold的修正系数α_trave，其中表1为修正参数α_trave与道路驾驶环境的关系：

作为本发明的进一步优选，步骤S3中，根据修正系数α_trave计算修正后的前方道路拥挤阈值计算公式为：/>

作为本发明的进一步优选，步骤S3中，前方道路的平均行程速度v_trave计算公式为其中，v_x为检测时空内每辆通过车辆的单车行程速度，x为车辆编号，T_x为编号x的车辆通过检测区域的时间，L为检测区域长度；

作为本发明的进一步优选，步骤S3中，通过平均行程速度v_trave获取其对应的阈值区间参照的是表2，表2为后方道钉限速值与前方道路拥挤程度关系：

作为本发明的进一步优选，步骤S4中智能道钉发布当前限速颜色的具体过程为：

当检测前方车道上的通行能力小于10pcu/h/lane时，后方道路的智能道钉处于关闭状态，代表该路段限速为默认限速值，未通过智能道钉进行动态调整，此时智能道钉仅提供反光效果；

当检测到前方车道上有车辆驶过，且车流量大于10pcu/h/lane时，后方道路智能道钉更新为打开状态，此时灯光颜色设置为以相同预设频率闪烁的绿色，代表限速值为

当检测到前方道路拥堵程度出现轻微拥堵，后方道路智能道钉灯光颜色从相同预设频率闪烁的绿色更新为黄色，代表设计限速降低后的具体限速值为

当检测到前方道路拥堵程度出现严重拥堵，后方道路智能道钉灯光颜色从相同预设频率闪烁的黄色更新为红色，代表紧急状态下具体的限速值为

用于所述基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法的系统，

包括路侧检测模块，能够实时采集交通流信息和道路能见度、气象信息；

数据处理模块，汇总由路侧检测模块处获取的信息，并对数据进行初步处理，提取关键特征、压缩数据体积；

云端管控模块，以无线蜂窝网络或有限传输专线形式接收由数据处理模块处传递的关键特征、压缩数据体积，以内置决策算法发出指令；

道钉控制模块，接收云端管控模块发出的指令，控制智能道钉的灯光开关、灯光颜色以及灯光强度；

用于存储所述基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法的系统的存储介质，用于临时以及长期存储权利要求8中系统内的模块以及数据。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法，采用成本较低的智能道钉，通过把当前道路上相应的交通流运行状态所需的控制措施通过智能道钉发布，以达到自动调整道路限速值得目的，实现对道路交通的智能管控。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法示意图；

图2是本发明提供的优选实施例中智能道钉信息更新示意图；

图3是本发明提供的用于基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法的系统示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如背景技术中阐述的，传统的交通流运行控制中，通常设置的道路限速值是固定值，然而交通流是一个实时变化的指标，那么固定值作为传递限速信息的发布指令，显然存在信息偏差的问题，为此本申请提供了一种基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法，在道路两侧顺次安装若干智能道钉，智能道钉是一款应用于高速公路、十字路口、行人斑马线等候区、急转弯等场合的安全警示设施，能够很好的警示驾驶人注意道路分界线、人行横道以及道路弯道状况，便于驾驶人提前感知前方路况，加大道路行车安全。关于智能道钉，由于其采购成本较低，因此可以在道路的两侧较长距离内均能设置，解决了目前指示牌由于制造成本高仅能设置在靠近某个汇集点的难题。

当采用了智能道钉后，根据前方道路交通流的运行状态，通过后方道路智能道钉进行实时交通控制，动态调整道路限速，图1所示，具体包括以下步骤：

步骤S1：检测前方道路交通流运行状态，提取交通流运行状态关键特征参数；即每隔一段时间采集前方道路的交通流运行状态关键特征参数，包括单位小时每车道的标准车车流量(pcu/h/lane)、路段平均行程速度(km/h)。

步骤S2：检测道路照明、雨雾、路面积水、薄冰以及光线情况，提取前方道路的能见度信息参数，获得道路拥挤阈值v_threshold的修正系数α_trave；能见度信息参数包括雾天能见度(m)，单位小时降水量(ml/h)。这一步的设计是本申请一个较为突出的创新点，当检测到道路能见度不佳，如大雾、照明不足等降低安全车距等问题，道路上判断拥挤状态的阈值v_threshold将根据以下过程修正到更合理的值，通过修正后的阈值进行道钉的发布。

修正过程具体包括，根据获得的能见度信息参数，查询表1得到道路拥挤阈值v_threshold的修正系数α_trave，其中表1为修正参数α_trave与道路驾驶环境的关系：

步骤S3：获得修正后的拥堵阈值计算公式为：/>紧接着根据前方道路的平均行程速度v_trave所处的阈值区间，得到前方道路的拥挤状态J；

这里前方道路的平均行程速度v_trave计算公式为其中，v_x为检测时空内每辆通过车辆的单车行程速度，x为车辆编号，T_x为编号x的车辆通过检测区域的时间，L为检测区域长度。

当计算得到了平均行程速度v_trave，匹配平均行程速度变化到新的拥挤阈值区间时，更新后方道路的智能道钉颜色至相应区间，即调整后方道路限速；而通过平均行程速度v_trave获取其对应的阈值区间参照的是表2，表2为后方道钉限速值与前方道路拥挤程度关系：

步骤S4：根据前方道路的拥挤状态J，匹配智能道钉灯光颜色的反应限速值v_Limit，将后方道路需要调整的反应限速值通过智能道钉发布当前限速颜色。

图2所示，不同交流状态对应智能道钉颜色变化的具体过程为：

当检测前方车道上的通行能力小于10pcu/h/lane时，后方道路的智能道钉处于关闭状态，代表该路段限速为默认限速值，并不通过智能道钉进行动态调整，此时智能道钉仅提供普通智能道钉的反光效果；

当检测到前方车道上有车辆驶过，且车流量大于10pcu/h/lane时，后方道路智能道钉更新为打开状态，此时灯光颜色设置为以相同预设频率闪烁的绿色，代表限速值为

当检测到前方道路拥堵程度出现轻微拥堵，后方道路智能道钉灯光颜色从相同预设频率闪烁的绿色更新为黄色，代表设计限速降低后的具体限速值为

当检测到前方道路拥堵程度出现严重拥堵，后方道路智能道钉灯光颜色从相同预设频率闪烁的黄色更新为红色，代表紧急状态下具体的限速值为

通过智能道钉进行实时交通控制，动态调整道路限速时，需采用相关的系统对其进行控制调控，本申请中采用的系统如图3所示，包括路侧检测模块，能够实时采集交通流信息和道路能见度、气象信息，并传递给数据处理模块；关于路侧检测模块，给出优选如视频图像检测装置和激光雷达式能见度测量仪，前者可根据实时交通画面提取交通流参数，后者可通过激光雷达实时测量能见度数据。

数据处理模块，如一台编有数据处理算法的计算机，汇总由路侧检测模块处获取的信息，并对数据进行初步处理，提取关键特征、压缩数据体积后以无线蜂窝网络或有限传输专线传递给云端管控模块；

云端管控模块，如一台云端服务器，接收由数据处理模块处传递的关键特征、压缩数据体积，以内置决策算法对道钉控制模块发出指令；

道钉控制模块，如一台编有控制算法的计算机，接收云端管控模块发出的指令，控制智能道钉的灯光开关、灯光颜色以及灯光强度。

上述路侧检测模块、数据处理模块、云端管控模块以及道钉控制模块可以是写有相应处理程序的本地计算机或者远程服务器，那么这个计算机程序以及各个模块涉及到的数据需进行存储，本申请中是提供了一种存储介质，可以作为临时和长期存储。当然，实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

为了更好的对本申请给出的方案阐述，本申请提供了实施例，首先要明确的是，对于限速等级为120km/h的城市快速道路，推荐性行标《道路交通拥堵度评价方法》(GA/T115-2020)认为单位时间内驶过该路段车辆的平均速度，即平均行程速度v_trave存在两个拥堵阈值：阈值为70km/h、阈值/>为30km/h；

当v_trave大于时，表示限速120km/h的道路车辆实际通过的速度大于70km/h，即道路通畅；

当v_trave介于与/>之间时，表示限速120km/h的道路车辆实际通过的速度大于30km/h但小于70km/h，即此时道路轻微拥堵；

当v_trave小于时，表示限速120km/h的道路车辆实际通过的速度小于30km/h，即此时道路严重拥堵；

驶入方向路段智能道钉颜色依次为绿色、黄色、红色三种状态，代表驶入方向路段限速分别为

考虑夜间、雨雾、路面积水结冰等驾驶环境因素，拥堵阈值v_threshold应进行适应的调整，调整后的阈值为/>修正参数α_trave受道路环境状态影响，具体的计算办法参照表1，对照表1中对驾驶环境的要求，结合路段传感器收集的具体环境，得到快速路的平均行程速度阈值修正系数α_trave。最后根据得到的修正后的阈值，判断后方道路限速值，判断的依据是表2。

实施例中，某城市快速路路段的天气检测器每10分钟采集一次能见度信息，得到驾驶能见度约为150米，根据表1可知，此时的道路环境状态为中等，对应的修正系数α_trave可取1.2；

该路段的交通检测器每10分钟采集一次交通流信息，得到路段的平均行程速度v_trave为40km/h；此时可计算修正后的阈值其中原本的第一个阈值/>修正为/>第二个阈值/>修正为/>

由于此时的平均行程速度v_trave＝40km/h，即处于第一阈值与第二阈值之间，表示此处道路轻微拥堵，为限制来车方向汇入拥堵路段的车速；由表2得后方道路的智能道钉的颜色应当设置为黄色，表示当前该快速路限速为60km/h。

下面结合图2给出智能道钉信息更新过程的实施例，首先每单位周期获取一遍传感器数据，并检测有无交通流；

如果前方道路交通量小于10pcu/h/lane，智能道钉灯光关闭；

如果有交通流，且需要对当前限速值进行调整，则根据气象传感器计算平均行程速度阈值修正系数α_trave；

如果有交通流，且需要对当前限速值进行调整，则根据交通检测器计算当前路段的平均行程速度v_trave；

对当前道路的两个平均行程速度阈值和/>进行修正，得到修正后的阈值/>和/>

如果平均行程速度v_trave大于阈值则控制道钉颜色为绿色，代表此时快速路限速值为/>

如果平均行程速度v_trave小于阈值大于阈值/>则控制道钉颜色为黄色，代表此时快速路限速值为/>

如果平均行程速度v_trave小于阈值则控制道钉颜色为黄色，代表此时快速路限速值为/>

在实施例中，智能道钉在根据实际气象、环境数据修正后，两个阈值分别对应58km/h和25m/h；驶入方向路段智能道钉颜色依次为绿色、黄色、红色，代表驶入方向路段限速为100km/h、60km/h、20km/h；

当某一时刻获取的前方道路平均行程速度为40km/h，介于修正后的拥堵阈值58km/h和25m/h之间，则此时云端控制中心对智能道钉发出灯光颜色为黄色的指令；智能道钉接收指令后，由智能道钉控制模块发出符合所测能见度所需灯光强度的黄色灯光；此时后方路段上车辆限速为60km/h。

由此可知，本申请提供的基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法、系统及存储介质，实时采集交通流数据；将采集的动态原始数据放入系统内置数据处理算法中预处理；将预处理后的数据提取交通流运行特征参数；根据天气、光线等能见度信息对前方道路的拥堵阈值进行修正并判断道路拥堵状态；根据前方道路拥堵状态调整后方道路限速值；将希望设置的限速值通过智能道钉对应的灯光颜色发布；即根据实际道路交通运行状况动态传递限速信息，及时改善交通运行状态，根据前方道路上交通流不同运行状态改变后方道路的智能道钉颜色，从而完成限速信息的发布，实现对道路交通的智能管控，对于缓解交通拥堵，提高出行效率和出行安全具有重要工程意义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法，在道路两侧顺次安装若干智能道钉，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：检测前方道路交通流运行状态，提取交通流运行状态关键特征参数；

步骤S2：检测道路照明、雨雾、路面积水、薄冰以及光线情况，提取前方道路的能见度信息参数，获得道路拥挤阈值v_threshold的修正系数α_trave；

步骤S3：获得修正后的拥堵阈值根据前方道路的平均行程速度v_trave所处的阈值区间，得到前方道路的拥挤状态J；

步骤S4：根据前方道路的拥挤状态J，匹配智能道钉灯光颜色的反应限速值v_Limit，将后方道路需要调整的反应限速值通过智能道钉发布当前限速颜色；

步骤S1中，按照预设时间段采集前方道路的交通流运行状态关键特征参数，前述交通流运行状态关键特征参数包括单位小时每车道的标准车车流量，pcu/h/lane，路段平均行程速度，km/h；

步骤S2中，前方道路的能见度信息参数包括雾天能见度，m，单位小时降水量，ml/h；

根据获得的能见度信息参数，得到道路拥挤阈值v_threshold的修正系数α_trave，其中修正参数α_trave与道路驾驶环境的关系：

当道路环境状态为优秀时，道路驾驶环境要求满足凌晨6：00至晚上18：00，且能见度良好，无雨雾，则修正参数α_trave为1.0；

当道路环境状态为良好时，(1)道路驾驶环境要求包括晚上18：00至第二天凌晨6：00；(2)出现能见度小于500米的雾，或者已经出现能见度小于500米、大于等于200米的雾并将持续；(3)6小时内降雨量将达50毫米以上，或者已达50毫米以上且降雨可能持续；满足以上(1)或(2)或(3)，则修正参数α_trave为1.0-1.1；

当道路环境状态为中等时，(1)道路驾驶环境要求包括晚上18：00至第二天凌晨6：00，且照明条件不好的路段；(2)出现能见度小于200米的雾，或者已经出现能见度小于200米、大于等于100米的雾并将持续；(3)3小时内降雨量将达50毫米以上，或者已达50毫米以上且降雨可能持续；满足以上(1)或(2)或(3)，则修正参数α_trave为1.1-1.2；

当道路环境状态为差时，(1)道路驾驶环境要求包括晚上18：00至第二天凌晨6：00，且为事故高发路段；(2)出现能见度小于100米的雾，或者已经出现能见度小于100米的雾并将持续；(3)3小时内降雨量将达100毫米以上，或者已达100毫米以上且降雨可能持续；满足以上(1)或(2)或(3)，则修正参数α_trave为1.2-1.5；

步骤S3中，根据修正系数α_trave计算修正后的前方道路拥挤阈值计算公式为：

步骤S3中，前方道路的平均行程速度v_trave计算公式为其中，v_x为检测时空内每辆通过车辆的单车行程速度，x为车辆编号，T_x为编号x的车辆通过检测区域的时间，L为检测区域长度；

步骤S3中，通过平均行程速度v_trave获取其对应的阈值区间参照，平均行程速度v_trave存在两个拥堵阈值：阈值为70km/h、阈值/>为30km/h；

当v_trave大于时，表示限速120km/h的道路车辆实际通过的速度大于70km/h，即道路通畅；

当v_trave介于与/>之间时，表示限速120km/h的道路车辆实际通过的速度大于30km/h但小于70km/h，即此时道路轻微拥堵；

当v_trave小于时，表示限速120km/h的道路车辆实际通过的速度小于30km/h，即此时道路严重拥堵；

驶入方向路段智能道钉颜色依次为绿色、黄色、红色三种状态，代表驶入方向路段限速分别为

步骤S4中智能道钉发布当前限速颜色的具体过程为：

当检测前方车道上的通行能力小于10pcu/h/lane时，后方道路的智能道钉处于关闭状态，代表该路段限速为默认限速值，未通过智能道钉进行动态调整，此时智能道钉仅提供反光效果；

当检测到前方车道上有车辆驶过，且车流量大于10pcu/h/lane时，后方道路智能道钉更新为打开状态，此时灯光颜色设置为以相同预设频率闪烁的绿色，代表限速值为

当检测到前方道路拥堵程度出现轻微拥堵，后方道路智能道钉灯光颜色从相同预设频率闪烁的绿色更新为黄色，代表设计限速降低后的具体限速值为

当检测到前方道路拥堵程度出现严重拥堵，后方道路智能道钉灯光颜色从相同预设频率闪烁的黄色更新为红色，代表紧急状态下具体的限速值为

2.基于权利要求1所述基于交通流运行状态的快速道路智能道钉主动控制方法的系统，其特征在于：

包括路侧检测模块，能够实时采集交通流信息和道路能见度、气象信息；

数据处理模块，汇总由路侧检测模块处获取的信息，并对数据进行初步处理，提取关键特征、压缩数据体积；

云端管控模块，以无线蜂窝网络或有限传输专线形式接收由数据处理模块处传递的关键特征、压缩数据体积，以内置决策算法发出指令；

道钉控制模块，接收云端管控模块发出的指令，控制智能道钉的灯光开关、灯光颜色以及灯光强度。