JP3753014B2 - Traffic flow anomaly detection apparatus and method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路に車両感知器等を設置して交通計測データを集め、この交通計測データによって、突発事象の発生による交通流の異常を検知することができる交通流の異常検知装置及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
道路上に交通事故、災害などの突発事象が発生したとき、この突発事象に基づく交通流の異常をいち早く検知して、後続の車両に知らせたり、後続の車両を誘導したりする必要がある。
従来、道路にカメラを設置して、画像処理をして交通流の異常を検知することが行われているが(特開平7−21488号公報、特開平10−40490号公報など参照)、道路の広い範囲にわたってカメラを設置することは経費がかかり、また、夜間や悪天候時の検知が困難である。
【0003】
そこで、道路の随所に設置した車両感知器を使って道路の交通量、車両の速度などを測定し、これらの測定値に基づいて交通流の異常を監視することが行われている。
この監視装置によれば、交通量が少ないのに速度が急激に落ち、その状態が一定時間継続したときに事故発生と判定ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の監視装置では、車両の走行速度に基づいて判定しているため、自然渋滞時に突発事象が起こった場合に区別がつきにくく、検知精度が低下するという問題があった。
そこで、本発明者は、前記の問題を解決するため、車両感知器に挟まれた道路区間内の車両存在台数の時間変動を利用した交通流の異常検知アルゴリズム(特願2000-199416号)、道路のある車線の利用率の偏りに注目した交通流の異常検知アルゴリズム(特願2000-278352号)、上下2地点を通過した同一車両群の並びの一致度(マッチング)を判定することによる交通流の異常検知アルゴリズム(特願2000-289296号)、交通量や車両の平均速度に疎密波(周期性の乱れ、スペクトル変化)が現れることを利用した交通流の異常検知アルゴリズム(特願2000-314139号)を提案し、特許出願している。
【0005】
前記4つの交通流の異常検知アルゴリズムや、従来から行われている交通量や車両の速度の変化を利用した交通流の異常検知アルゴリズムなどのいずれかを単独で利用すれば、道路上の突発事象をある程度の確実性で検知することができる。
しかし、いずれのアルゴリズムもそれだけでは万能とはいえず、条件によっては、検知精度が悪くなることがある。1つのアルゴリズムだけでは、突発事象が発生していないのに発生したと誤検知する確率が高かったり、突発事象が発生しているのに発生していないと判定する検知漏れの確率が高かったりする。また、アルゴリズムの中には、性質上、検知遅れ時間の早いもの、遅いものがある。
【0006】
例えば、道路区間内の車両存在台数の時間変動を利用した交通流の異常検知アルゴリズムでは、渋滞発生後に車両の流入、流出の変化が少なくなれば、検知精度は低下すると考えられる。利用率の偏りに注目した交通流の異常検知アルゴリズムでは、突発事象発生地点が車両感知器から離れすぎていると、検知精度が悪くなる。同一車両群のマッチングを判定する交通流の異常検知アルゴリズムや、スペクトル変化を利用した交通流の異常検知アルゴリズムは、渋滞時は効果があるが、渋滞していない自由走行時は、かえって渋滞時より検知精度が悪くなる可能性があると考えられる。
【0007】
そこで、発明者は、道路に突発事象が発生したときに現れる交通状況の変化をいろいろな側面から捉え、それらを総合的に判断することにより、より精度よく、道路上の突発事象の発生を検知することができると考え、本発明を提案する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の交通流の異常検知装置は、交通計測データに基づいて、2以上の異なる方式で交通流の異常検知を行う異常検知手段と、異常検知手段による各方式の検知結果を組み合わせて、交通流の異常発生を判定する総合判定手段とを備え、前記総合判定手段は、各方式で異常検知した検知時間順位が、当該方式の組み合わせ固有の順位に従っていることに基づいて、総合判定を行う(請求項1)。
各方式によっては、早い段階で検知できる方式、遅い段階で検知する方式がある。そこで、各方式が検知した時間順位によって、検知の確からしさを決めることとすれば、判定の確実性を向上させることができる。
前記2以上の異なる方式には、交通計測データに基づいて、請求項2記載の(1)から(4)の中から選ばれる2以上の方式があげられる(請求項2)。
【0014】
また、本発明によれば、実際に突発事象が発生した前後の交通計測データに基づいて、各方式での検知結果を求め、実績データとして蓄積することが好ましい(請求項)。これにより、各方式の実績に基づいた評価をすることができる。
【0015】
前記実績データには、正検知率、検知漏れ率、誤検知率、検知遅れ時間のうち1又は複数のデータが含まれていてもよい(請求項)。これらの値は、各方式の評価を行うのに役立つパラメータとなる。
本発明の交通流の異常検知装置は、前記総合判定手段による判定の結果を異常情報として出力する情報提供手段をさらに有することが、好ましい(請求項)。ドライバなどに知らせることにより、事故の拡大を防止するためである。
【0016】
記総合判定手段は、判定の基礎となった値の大きさ(尤度)に応じて、段階的な判定を行い、前記情報提供手段は、この総合判定手段による段階的な判定の結果によって異常情報の内容を変えるものであってもよい(請求項)。突発事象発生の尤度(確実性)に応じて、例えば「この先事故・止まれ」、「前方注意」など情報提供の内容を変えることにより、ドライバなどに、より適切な情報を与えることができる。
【0017】
前記総合判定手段は、複数の道路区間で交通流の異常を検知した場合、判定の基礎となった値の大きさに応じて、異常発生区間を特定してもよい(請求項)。突発事象発生の尤度(確実性)の一番高い区間を異常発生区間とすることにより、後続のドライバなどに知らせることができる。
また、本発明の交通流の異常検知方法(請求項8,9)は、それぞれ請求項1,2記載の交通流の異常検知装置と同一発明に係る方法である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、高速道路の交通流監視を例にとって、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
1.システムの構成
図1は、交通流の異常検知をするための交通流監視システムを示す概略図である。
【0019】
2車線ある高速道路1に、2ループ埋め込み式の車両感知器5が、間隔をおいて車線ごとに設置されている。また、車両の上方から車高を測定する超音波式の車両感知器3も、車線ごとに設置されている。これらの車両感知器3,5が設置された高速道路の区間を区間1,2,‥‥,i,‥‥(iは2以上の整数)と表示する。各区間の距離をLiとする。これらの車両感知器3,5、カメラは、一次処理装置4につながれていて、一次処理装置4は、車両通過台数のカウントや、車両速度の検知等を行う。
【0020】
また、高速道路1には、事故情報や路面情報などを車両に知らせるための可変表示板6が設けられている。また、車両と双方向通信を行う路側ビーコン7が設けられている。
さらに、高速道路1に接続する一般道路2には、高速道路1の事故情報や路面情報などを、高速道路1に入ろうとする車両に知らせるための可変表示板9が設けられている。
【0021】
交通管理センター10内部のコンピュータ11は、各区間に設置された一次処理装置4、路側ビーコン7、可変表示板6などと、有線通信網12(無線通信網であってもよい)を通して接続されている。また、当該コンピュータ11は、建設省、警察庁、消防庁などの関係機関13と通信回線を通して結ばれており、放送局14とも通信回線を通して結ばれている。
なお、前記のシステム例では、高速道路を想定していたが、一般道路であってもよい。車線数が2車線の道路を想定したが、車線数は、2に限られるものではなく、1車線であっても3以上の車線であってもよい。
【0022】
また、複数埋め込み式の車両感知器5に代えて、道路の脇に設置されるドップラー式の車両感知器を用いてもよい。また、道路にテレビカメラを設置して画像処理により車両通過台数、車高、車長、通過速度などを検知してもよい。
以下に説明するこのコンピュータ11の機能の全部又は一部は、プログラムROM等の記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータ11が実行することにより実現される。
【0023】
2.交通管理センター
図2は、交通管理センター10内部のコンピュータ11の機能ブロック図である。
コンピュータ11の入力処理部21には、車両感知器5の感知信号が一次処理装置4を介して入力される。入力処理部21は、車両感知器5が感知した車両の通過台数や車両速度の検知量に基づいて、交通量(単位時間当たりの通過台数)Q、平均速度V、占有率O(ある時間T内に車両が車両感知器を横切った時間tkの総和Σtkを時間Tで割ったもの:Σtk/T)や車両の特徴量等を算出する。「平均」速度としたのは、一定時間内に通過した各車両の速度の平均をとるためである。以下、「平均速度」のことを単に「速度」という。
【0024】
区間iに注目して、区間iの距離をLi、時刻tにおける区間iへの第1車線の流入交通量をQ1,i(t)、第2車線の流入交通量をQ2,i(t)とし、第1車線と第2車線の両方を合わせた、時刻tにおける区間iへの流入交通量をQi(t)とする。同じく、区間iからの第1車線の流出交通量をQ1,i+1(t)、第2車線の流出交通量をQ2,i+1(t)とし、第1車線と第2車線の両方を合わせた、時刻tにおける区間iからの流出交通量をQi+1(t)とする。
【0025】
Qi(t)=Q1,i(t)+Q2,i(t)
Qi+1(t)=Q1,i+1(t)+Q2,i+1(t)
また、時刻tにおける区間iへの第1車線の流入速度をV1,i(t)、第2車線の流入速度をV2,i(t)とする。同じく、区間iからの第1車線の流出速度をV1,i+1(t)、第2車線の流出速度をV2,i+1(t)とする。第1車線と第2車線の、各交通量で重み付け平均した時刻tにおける区間iへの流入速度をVi(t)とし、区間iからの流出速度をVi+1(t)とする。
【0026】
また、第1車線の車両の占有率をO1(t),第2車線の車両の占有率をO2(t)とする。両車線の占有率をO(t)とする。
また、入力処理部21は、車両の特徴量を算出する。すなわち、車両感知器3の出力に基づいて各車両の最大車高を算出するとともに、車両感知器5の2つのループの出力時間差に基づいて車両の速度を測定し、これと車両の感知時間とに基づいて車長を算出する。車両が通過するごとに車高、車長が算出されるので、1又は複数の車高、車長のデータ列が車線ごとに得られる。
【0027】
なお、コンピュータ11の入力処理部21において交通量Qや平均速度Vを算出していたが、これらの算出処理は、一次処理装置4の中でするようにしてもよい。
これらの交通量、速度、占有率、車高、車長等の検知データを、「交通計測データ」という。
3.個別判定方式
コンピュータ11には、判定部22が設けられており、判定部22の中には、複数の判定アルゴリズム(以下、方法A〜方法Eという)により、交通流の異常をそれぞれ判定する判定部A〜判定部Eが設けられている。
【0028】
3.1 道路区間内の車両存在台数の時間変動を利用した交通流の異常検知(方法A)
判定部Aは、以下に説明するように、それぞれ異なる手法A1,A2により、車両在台数の時間変動を算出する。
<手法A1>
判定部Aは、流入交通量Qi(t)と流出交通量Qi+1(t)との差ΔQi(t)を算出する。
【0029】
ΔQi(t)=Qi(t)−Qi+1(t)
そして判定部Aは、車両存在台数Ei(t)の時間変動量を求める。ΔQi(t)そのものが、車両存在台数Ei(t)の時間変動量を表すことになる。
判定部Aは、一定(例えば1分)間隔の時刻t1,t2,t3,‥‥,tk,‥‥(代表するときは添え字kを使う)ごとにΔQi(tk)を記録し、過去の期間T(例えば10分)にわたる分散(variance)を算出する。この分散をσ1(tk)と書く。
【0030】
<手法A2>
判定部Aは、区間iを前半と後半に分け、それぞれにおいて車両存在台数を算出する。区間前半においては流入交通量Qi(t)と、流入速度Vi(t)とを用いて区間前半の存在台数Ei1(t)を求める。
Ei1(t) =Qi(t)/ Vi(t)・ Li/2
後半においては流出交通量Qi+1(t)と流出速度Vi+1(t)とから区間後半の存在台数Ei2(t)を求める。
【0031】
Ei2(t) =Qi+1(t)/ Vi+1(t)・ Li/2
そして、両方の存在台数Ei1(t),Ei2(t)の和をとって、区間iの車両存在台数Ei(t)とする。
Ei(t)=Ei1(t)+Ei2(t)
判定部Aは、車両存在台数Ei(t)の時間変動量を求めるために、各時刻tkごとにEi(tk)を記録し、過去の期間Tにわたる分散を算出する。この分散をσ2(tk)と書く(手法A2終り)。
【0032】
判定部Aは、手法A1と手法A2とから取得される分散σ1(tk)、σ2(tk)に基づいて、突発事象発生を判定する。
図3は、判定部Aが行う突発事象発生を監視する処理を説明するフローチャートである。
判定部Aは、この処理を、時刻tkごとに繰り返し行う。図3に沿って説明すると、判定部Aは、分散σ1(tk)、σ2(tk)を取得し(ステップS1)、σ1(tk)、σ2(tk)がそれぞれしきい値以上であるかどうか判定する(ステップS2,4)。両方がしきい値以上であれば、評価値に定数αを加算し(ステップS3)、一方のみがしきい値以上であれば、評価値に定数β(β<α)を加算する(ステップS5)。α、βは手法A1と手法A2の重み付け係数である。前記評価値に加算するのは、瞬時的な誤検出を防止するためである。
【0033】
σ1(tk)、σ2(tk)がいずれもしきい値未満であれば、評価値を0にリセットする(ステップS6)。
評価値が一定値以上となったかどうか判定し(ステップS7)、一定値以上となれば、判定部Aは、突発事象が発生したと判断する(ステップS8)。一定値以上でなければ、次の時刻tk+1に判断を持ち越す。
この算出された評価値と、判定の結果は、総合判定部23に送られる。
【0034】
3.2 車線利用率の偏りに注目した交通流の異常検知(方法B)
判定部Bは、一定(例えば1分)間隔の時刻t1,t2,t3,‥‥,tk,‥‥(代表するときは添え字のない「t」を使う)ごとに交通量Q1(t),Q2(t),速度V1(t),V2(t),占有率O1(t),O2(t)を記録し、第1車線及び第2車線の車線利用率r1(t),r2(t)を算出する。ここで、車線利用率r1(t),r2(t)とは、全車線の交通量に対する当該車線の交通量の比で定義してもよく、全車線の占有率の和に対する当該車線の占有率の比で定義してもよい。前者の場合、
r1(t)=Q1(t)/Q(t),
r2(t)=Q2(t)/Q(t)
である。後者の場合、
r1(t)=O1(t)/O(t),
r2(t)=O2(t)/O(t)
である。
【0035】
判定部Bは、過去の期間T(例えば10分)にわたる車線利用率の平均値を算出する。この平均値を、r1,r2と書く。
判定部Bは、図4に示す手順により、突発事象の発生を判定する。
図4は、判定部Bが行う突発事象発生を監視する処理を説明するためのフローチャートである。以下の説明は、ある車両感知器5の設置地点に注目して、その地点で行われる処理についてのものであり、これより上流及び下流の車両感知器5の各設置地点においても、それぞれ同様の処理が行われることを予め断っておく。
【0036】
判定部Bは、この処理を、時刻tkごとに繰り返し行う。図4に沿って説明すると、判定部Bは、交通量Q(t)が一定以上あるかどうかを判定する(占有率 O(t)で判定してもよい)(ステップT1)。交通量Q(t)が一定以上なければ、判定を中止する。交通量Q(t)があまり低いと、算出される車線利用率の精度も低下するので、突発事象発生の信頼性ある判定ができないからである。
交通量Q(t)が一定以上あり、車線利用率の精度が期待できる場合、平均の車線利用率r1又はr2を算出し、車線利用率r1又はr2が偏っているかどうかを判断する(ステップT2)。その判断基準として、r1若しくはr2が0.5に近いかどうか、又はr1とr2との比が1に近いかどうか、があげられる。例えば、
r1<0.4
又は
r1>0.6
であれば、偏っていると判断し、
0.4≦r1≦0.6
であれば、偏っていないと判断する。0.6や0.4はしきい値である。しきい値が0.5に近過ぎると、車線利用率が偏っていると判断される機会が増えて、突発事象発生の判定率が増える。その結果、過剰判定に結びつく。しきい値が0.5から離れ過ぎると、車線利用率が偏っていると判断される機会が減り、突発事象発生の判定率が減る。その結果、突発事象発生を見逃しやすくなる。
【0037】
そこで、このしきい値は、実際に道路上の突発事象が発生した時点前後の車線利用率のデータを記録しておき、本発明の実施により道路上の突発事象の発生を最も精度よく検知することができるような値に選べばよい。さらに、時間帯、曜日、催事のある日ない日など、過去のいろいろな条件での車線利用率のデータを蓄積し、時間帯、曜日、季節、天候、催事の有無などに応じて、最適なしきい値を設定するようにしてもよい。
【0038】
偏っていると判断されたときは、上流に設置された車両感知器5で検知された車線利用率との相関を算出する(ステップT3)。この相関は、例えば、当該車線利用率r1と上流の車線利用率r1′との差の逆数で与えられる(ABSは絶対値を表す)。
1/ABS(r1−r1′)
当該車線利用率r1と上流の車線利用率r1′とが近い値をとれば、相関が大きくなり、該車線利用率r1と上流の車線利用率r1′とが離れた値をとれば、相関が小さくなる。
【0039】
次に、この相関を一定の基準値と比較する(ステップT4)。
このように相関を基準値と比較するのは、当該車線利用率r1と、上流の車線利用率r1′とが離れた値をとれば(つまり相関が小さい)、上流地点から当該地点まで、車線利用率に変化が起こり、その間に突発事象が起こったと判断できることに基づく。「基準値」として、経験上、区間内の突発事象の発生を精度よく検知できる値に選択される。具体的には、蓄積データなどから自動的に選ばれるようにする。
【0040】
上流地点との相関が基準値以下であれば(ステップT4のNO)、下流に設置された車両感知器5で検知された車線利用率との相関を算出する(ステップT5)。
下流地点との相関も、基準値以下であれば(ステップT6のNO)、当該地点の近くで突発事象が発生したと判断する(ステップT7)。この結果は、後述する総合判定に持ち込まれる。
上流地点との相関が基準値以上(相関があると判断された場合)であれば(ステップT4のYES)、上流地点から当該地点まで、車線利用率に変化がなく、その間に突発事象が起こったとは考えにくい。したがって、当該地点での突発事象発生の判定処理を停止する(この場合、上流地点で行われている突発事象発生監視処理において、突発事象の発生が検知される可能性がある)。
【0041】
下流地点との相関が一定の基準値以上(相関があると判断された場合)であれば(ステップT6のYES)、当該地点から下流地点まで、車線利用率に変化がなく、その間に突発事象が起こったとは考えにくい。したがってこの場合も、当該地点での突発事象発生の判定処理を停止する(この場合、下流地点で行われている突発事象発生監視処理において、突発事象の発生が検知されている可能性がある)。
【0042】
なお、3車線の道路でも車線利用率の偏りに注目した交通流の異常検知方法は適用できる。この場合、各車線の車線利用率r1(t),r2(t),r3(t)は、全車線の交通量に対する当該車線の交通量の比で定義してもよく、全車線の占有率に対する当該車線の占有率の比で定義してもよい。前者の場合、
r1(t)=Q1(t)/Q(t),
r2(t)=Q2(t)/Q(t),
r3(t)=Q3(t)/Q(t),
Q(t)=Q1(t)+Q2(t)+Q3(t)
である。後者の場合、
r1(t)=O1(t)/O(t),
r2(t)=O2(t)/O(t),
r3(t)=O3(t)/O(t),
O(t)=O1(t)+O2(t)+O3(t)
である。4車線以上ある道路においても、各車線の車線利用率が定義できる。
【0043】
3.3 車両群のマッチングを判定することによる交通流の異常検知(方法C)
判定部Cの行う車両群マッチング処理方法をフローチャート(図5)を用いて説明する。
なお、車両群マッチング処理方法には、以下に説明する方法以外にも、種々の方法が公知であるが、以下では、その一例として、車両の対応付けをp次元アライメント問題に帰着させて行う方法を説明する(小林他「2地点車両観測情報からの全域的交通流解析アルゴリズム」(社)情報処理学会 第72回アルゴリズム研究会 平成12年3月21日発表)。
【0044】
以下、1つの車線のみに着目する。他の車線から当該車線に進入した車両や、当該車線から他の車線に退出する車両は、交差点から当該車線に進入した車両や、当該車線から交差点に退出した車両と同様に扱う。
走行方向上流の車両感知器3,5で感知した車高、車長データ列を入力し(ステップU1)、走行方向下流の車両感知器3,5で感知した車高、車長データ列を入力する(ステップU2)。
【0045】
上流の車両感知器で感知した処理対象車両数をnとし、車高データ列をhA1,hA2,hA3,‥‥,hAnで表し(代表するときは「hA」で表す。)、車長データ列をlA1,lA2,lA3,‥‥,lAn(代表するときは「lA」で表す。)で表す。下流の車両感知器で感知した処理対象車両数をmとし、車高データ列をhB1,hB2,hB3,‥‥,hBm(代表するときは「hB」で表す。)で表し、車長データ列をlB1,lB2,lB3,‥‥,lBm(代表するときは「lB」で表す。)で表す。
【0046】
上流の車両感知器で車高hAと検出された車高hの車両が、下流の車両感知器で車高hBと観測される確率は、車両感知器の観測誤差がガウス分布に従うと仮定すれば、下記(1)式で表される。
【0047】
【数1】

Figure 0003753014
【0048】
ここでσ2h,Aは上流の車両感知器で観測される車高の分散、σ2h,Bは上流の車両感知器で観測される車高の分散である。
同様に、上流の車両感知器で車長lAと検出された車長lの車両が、下流の車両感知器で車長lBと観測される確率は、下記(2)式で表される。
【0049】
【数2】
Figure 0003753014
【0050】
ここでσ2l,Aは上流の車両感知器で観測される車長の分散、σ2l,Bは上流の車両感知器で観測される車長の分散である。
(a)コスト評価基準として車高又は車長の差を用いる場合
上流の車両感知器で車高hAと検出された車両が、下流の車両感知器で車高hBと検出される事後確率密度Ph(ha,hb)は、下記(3)式で表される。
【0051】
【数3】
Figure 0003753014
【0052】
同様に、上流の車両感知器で車長lAと検出された車両が、下流の車両感知器で車長lBと検出される事後確率密度Pl(la,lb)は、下記(4)式で表される。
【0053】
【数4】
Figure 0003753014
【0054】
σ2h,A+σ2h,B=σ2hと表し、σ2l,A+σ2l,B=σ2lと書くと、前記(3)(4)式は、それぞれ、(5)(6)式のように書き換えられる。
【0055】
【数5】
Figure 0003753014
【0056】
【数6】
Figure 0003753014
【0057】
(b) コスト評価基準として車高又は車長の比を用いる場合
前記(5)(6)式に代えて、次の(7)(8)式を用いる。
【0058】
【数7】
Figure 0003753014
【0059】
【数8】
Figure 0003753014
【0060】
以上に掲げた確率密度の自然対数を「マッチコスト」という。車高のみを用いる場合の、上流の車両感知器で車高hAと検出された車両と、下流の車両感知器で車高hBと検出された車両とのマッチコストd(ha,hb)は、
d(ha,hb)=ln[Ph(ha,hb)] (9)
となる。
車長のみを用いる場合は、上流の車両感知器で車長lAと検出された車両と、下流の車両感知器で車長lBと検出された車両とのマッチコストd(la,lb)は、
d(la,lb)=ln[Pl(la,lb)] (10)
となる。
【0061】
車高と車長を併用する場合は、上流の車両感知器で車高hA、車長lAと検出された車両と、下流の車両感知器で車高hB、車長lBと検出された車両とのマッチコストd(ha,la;hb,lb)は、
d(ha,la;hb,lb)=ln[Ph(ha,hb)]+ln[Pl(la,lb)] (11)
となる。
判定部Cは、前記(9)(10)(11)式のいずれかによって、上流の車両感知器で感知した車両、下流の車両感知器で感知した車両の全組み合わせについて、マッチコストを算出する(ステップU3)。
【0062】
次に、判定部Cは、「ギャップコスト」を取得する。このギャップコストは、車両感知器の特性に応じた定数として記憶されているものである。マッチコストとギャップコストとを総称して「スコア」という。
ギャップコストには、インターナルギャップコスト(IGC)とイクスターナルギャップコスト(EXGC)との2種類がある。
IGCは、両地点の間で追い越しが発生してその順序が入れ替わってしまい、対応が付かないような場合に設定される。これは、車高、車長のいずれかが3σ以上離れることはなく、3σ以上離れるとそれは別の車両とみなすとの仮定に基づく。
【0063】
車高のみを用いる場合、IGCの具体的な値を示すと、(12)式のようになる。
Figure 0003753014
式中1/2を用いているのは、ギャップコストを用いる場合は2本の枝を使うことになるので、枝1本分のコストにするためである(以下同じ)。
車長のみを用いる場合、IGCの具体的な値を示すと、(13)式のようになる。
【0064】
Figure 0003753014
車高と車長を併用する場合は、IGCの具体的な値を示すと、(14)式のようになる。
Figure 0003753014
EXGCは、上流地点を通過した車両がまだ下流地点を通過せず、車両の対応が付けられない場合に設定する。このEXGCの値は、実際に、本装置設置後の初期設定等の時点で、目視などで最適なマッチングが得られていると確認された場合に、アライメントの最大スコアを算出し、その最大スコアに基づいて決定されるものである。
【0065】
さらに、現実には対応し得ないと思われる車両間の対応スコアは−∞にしておくことも考えられる(例えば旅行時間が負になる、経験上推定される旅行時間と比べると、あまりにも短いあるいは長い、など)。
以上の各コストが得られると、マッチコスト又はギャップコストの和が最大となるように、上流の車両感知器で感知したn台の車両と、下流の車両感知器で感知したm台の車両との対応付けを行う。このため、2次元の文字列アライメント問題として定式化する。
【0066】
上流地点を通過した車両をa1,a2,a3,‥‥,anで表し、下流地点を通過した車両をb1,b2,b3,‥‥,bnで表す。行列(aibj)(1<i<n,1<j<m)をアライメントと呼ぶ。2次元の文字列アライメント問題は、2次元格子状有向グラフ上の最長路問題に帰着できる(一般的な呼び方は「最短路問題」であるが、ここではコストの和の最長のパスを求めているので、「最長路問題」という)。
図6は、2次元格子状有向グラフを描いた図である。図6では、車両aiと車両bjとを対応させる斜めの枝が実線で表されている。この枝長は、前述したマッチコストd((9)〜(11)式のいずれか)に相当する。枠の内側の縦横の破線枝は、車両aiと車両bjとの対応が付かない場合を表し、その枝長は、前述したIGCに相当する。枠の外側の一点鎖線の枝は、対応する車両がない場合を表し、その枝長は、前述したEXGCに相当する。
【0067】
図6の左上の点から、右下の点に至るコストの和の最長のパスが、車両のもっともらしい対応付けを示す解となる。この最長路問題は、動的計画(DP;Dynamic Programming)法で解くことができる(ステップU4)(下記[1][2]参照)。
[1]D. Gusfield. "Aigorithms on Strings, Trees, and Sequences." Cambridge University Prass, 1997.
[2]S.B.Needleman and C.D.Wunsch."A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequences of two proteins." Journal of Molecular Biology,48, pp.443-453, 1970.
例えば、n=3,m=4とし、最長路問題を解いた結果、図7に示すような経路(太い実線)が得られたとする。この図7から、車両a1はb1に対応し、車両a2と車両b2は対応せず(インターナルギャップ)、車両a3はb3に対応し、車両b4に対応するものがない(イクスターナルギャップ)、ことが分かる。この原因は、車両a2とa3は上流地点を通過した後入れ替わった、と考えられ、車両b4は途中の交差点から進入してきた若しくは車線間移動により入ってきた、と考えられる。
【0068】
以上の解析結果を出力する(ステップU5)。そして、出力された結果に基づいて、一致する車両同士に着目して、旅行時間を推定することができる。
ここで、EXGCの値を決定する方法を説明する。EXGCの値をgとおく。
上流でn台車両が観測され、下流でm台の車両が観測されたとする。ただしn<mとする。目視などにより、上流地点で観測された車両a1〜anは、下流地点において観測された車両b1〜bnに対応していることが分かっているものとする。しかし、上流地点で比較的遅い時刻に観測された車両an+1〜amは、下流地点の観測時点において、まだ下流に到達しておらず、対応するものがない。
【0069】
このときのアライメントの、マッチング部分のスコアをS′(A)、非マッチング部分のスコアをg・x(A)と書く。S′(A)は車両感知器の実測値から算出される値である。gは求めたいEXGCの値であり、x(A)は非マッチング台数を示し、x(A)=n−mである。
EXGCの値gを「最適なマッチングが得られている場合の、マッチング部分のスコアS′(A)を、n+m−x(A)」で割ったもの、と定義する。
【0070】
g=S′(A)/[n+m−x(A)] (15)
たとえば、n=4,m=3とした場合の2次元格子状有向グラフを描くと図8のようになる。図8において、マッチング部分のスコアS′(A)、EXGCの値g・x(A)を示している。ただし、x(A)=n−m=4−3=1となるので、図8でg・x(A)と示したものは、gそのものを示している。
この図8の例では、EXGCの値gは、前記(15)に基づき、
g=S′(A)/[4+3−1]=S′(A)/6 (16)
となる。
【0071】
実際には、上下流でマッチングが確認されている車両群を観測してEXGCの値gを求める、という処理を複数回行い、求められた複数のgの平均をとり、この平均値を最終的にEXGCの値gとして決定すればよい。
前記のIGCとEXGCとを使った実施形態では、最新時点側(観測時刻の遅いほう)の車両対応付け部分(mの最も大きいところのデータ)は、EXGCの値に大きく依存してしまう。EXGCの値は、前述したように統計的に求められる値なので、変動する。
【0072】
そこで、時系列最新時点側のEXGCを必要としないようにアルゴリズムを拡張する方法を説明する。
前述したとおり、EXGCの値gは、
g=S′(A)/[n+m−x(A)] (15)
で表される。一方、トータルスコアS(A,g)は、
S(A,g)=S′(A)+g・x(A) (17)
で表される。(15)式を(17)式に代入すると、
S(A,g)
=S′(A)+S′(A)x(A)/[n+m−x(A)]
=(n+m)S′(A)/[n+m−x(A)] (18)
となる。n+mは一定なので、S′(A)/[n+m−x(A)]を最大にするようなパスが最適な解となる。
【0073】
上に述べたことを図解すると、次のようになる。
図9は、時系列最新時点側のイクスターナルギャップを除いた2次元格子状有向グラフを描いた図である。この図9のグラフにおいて、上流側通過車両a1,‥‥,anの添え字をi(1≦i≦n)とし、最新時点側の対応点をviとする。各点viでのアライメントの最大スコアを求め、そのスコアを(i+m)−x(A)で割った値が最大になる点を最新時点側の対応点vi0とする。
【0074】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、本発明において、車長や車高のデータ以外に、カメラで車両の画像データを取得してアライメントに利用することができる。この場合、画像間のスコアを定める必要があるが、画像検索などの分野で考案されている「画像間の距離」、具体的には、マッチディスタンス(下記[3]参照)、EMD(Earth Mover's Distance)(下記[4]参照)を利用することができる。
【0075】
[3]M.Werman, S.Peieg, and A.Rosenfeld."A distance metric for multi-dimensional histgrams." Computer, Vision, Graphics, and Image Processing, 32, pp.328-336, 1985.
[4]Y.Rubner, C Tomasi, and L.J.Guibas."The Earth Mover's Distance as a Metric for Image Retrieval. "Technical Report STAN-CS-TN-98-86, Department of Computer Science, Stanford University, September 1998.
マッチディスタンスは、画像内の画素の色情報を利用した距離で、2つの画像ヒストグラムの累積ヒストグラム間のL1距離として与えられる。具体的には、各車両の後方より撮影した画像から、輝度のヒストグラムと色相のヒストグラムを作る。輝度のヒストグラムは、すべての画素を輝度より32レベルに分け、度数は各レベルの画素数とする。色相のヒストグラムは色相を30段階に分け、度数は、各段階に含まれる画素の彩度の総和とする。画像の距離は、輝度と色相のヒストグラムによる距離の加重和とした。
【0076】
EMDは、マッチディスタンスを一般化した距離で、画素の色情報の他に位置情報も用いる。各画像の画素を色と位置の近さによってクラスタリングし(下記[5]参照)、それらの間の最小費用流として与えられる。今回は、各画像を16クラスタにクラスタリングした。
[5]M.Inaba, H.Imai, and N.Katoh."Application of weighted Voronoi diagrams and randomization to variance-based k-clastering." In Proceedings of the 10th ACM Symposium on Computational Geometry, pp.332-339, 1994
車両aiと車両bjとの画像間の距離をDijとしたとき、アライメントのスコアDtotalとして、前記(9)(10)(11)式のいずれかと、画像間の距離Dijとの線形和を採用する。
【0077】
Dtotal=d(ha,la;hb,lb) +λDij (18)
ここで定数λは重み付け係数である。また、車長・車高のギャップコストをGとし、実対応車両間の距離の最大値をMとしたとき、総ギャップコストGtotalは、
Gtotal=G−λM/2 (19)
として与えられる。
【0078】
また、前記の実施の形態では、車両観測地点は、2地点としていたが、これを任意の複数地点に拡張することも可能である。車両観測地点がp(pは2以上の整数)地点あれば、車両の対応付けをp次元アライメント問題に帰着させることが可能である。
以上のようにして、上流地点を通過したn台の車両と、下流地点を通過したm台の車両との対応付けが行われた。
【0079】
次に、判定部Cの行う交通流の異常検知処理をフローチャート(図10)を用いて説明する。この異常検知処理は、上流地点を通過した車両と、下流地点を通過した車両との対応付けをするのに同期して、行う。
判定部Cは、上下流地点での対応付け結果を入力する(ステップV1)。
そして、下流地点を通過した車両のうち、何割が上流地点を通過した車両と対応付けされているのかを調べる。この割合をマッチング率という。例えば、下流地点を通過したm台の車両のうち、p台が、上流地点を通過した車両と対応するとすれば、マッチング率は、p/mとなる。
【0080】
ここで、旅行時間を測定し、旅行時間が比較的短い場合、つまり自由流に近い場合、しきい値を比較的小さくし、旅行時間が比較的長い場合、つまり渋滞の場合、しきい値を比較的大きくする(ステップV2〜V4)。 判定部Cは、マッチング率としきい値とを比較し(ステップV2)、しきい値よりも低ければ、上下流地点の間で突発事象が発生したと判断する(ステップV4)。しきい値より高ければ、さらに、過去(例えば1回前)の上下流地点を通過した車両の対応付で得られたマッチング率がしきい値よりも高かったかどうかを調べ、高ければ異常なしと判断する。低ければ、突発事象が続いていると判断する。
【0081】
このように、マッチング率が2回以上連続してしきい値よりも高い場合に、異常なしと判断するのは、突発事象が起こっても偶然マッチングした場合における誤った判断を避けるためである。
前記しきい値は、実際に突発事象が発生した場合のマッチング率を調べて、適切な値に決定すればよい。
以上のようにして、マッチング率及び突発事象発生の判定結果は、後述する総合判定に持ち込まれる。
【0082】
なお、マッチング率を算出する方法として、他の公知の方法を採用てもよい。例えば、車両の画像を撮影し、画像処理を用いて車両の特徴、例えば色やプレートナンバーを認識する方法を採用してもよい。
3.4 車両の平均速度に現れる疎密波(スペクトル変化)を利用した交通流の異常検知(方法D)
判定部Dは、一定(例えば1分)間隔の時刻t1,t2,t3,‥‥,tn,‥‥(代表するときは添え字nを使う)ごとに交通量Q(tn)、速度V(tn)、時間占有率O(tn)を記録し、それらの周波数スペクトルを算出する。この算出は、公知のように、交通量Q(tn)、速度V(tn)又は時間占有率O(tn)の平均値を求め、時間kずらした標本自己共分散を求め、標本スペクトル分布pjを求めればできる。
【0083】
具体的には、交通量Q(tn)、速度V(tn)又は時間占有率O(tn)のいずれか1つを選び、それをynと表記する。ynの平均値E(yn)をμとおく。
μ=E(yn)=(1/N)Σyn(総和はn=1からNまでとる。Nは標本数)
標本自己共分散関数Ckは、
Ck=(1/N)Σ(yn−μ)(yn-k−μ)
となる。ただし総和Σは、n=k+1からNまでとる。標本スペクトルpjは、
pj=ΣCk exp(-2πikfj)
となる。総和Σは、k=-N+1からN-1までとる。余弦関数で表すと、
pj=C0+2ΣCk cos(2πkfj)
となる。総和Σは、k=1からN-1までとる。fjは周波数であり、
fj=j/N
j=0,1,‥‥,[N/2]([]はガウスの記号)
である。
【0084】
判定部Dは、標本スペクトル分布に基づいて、突発事象発生を判定する。
図11は、突発事象の発生した日に算出された交通量Q(tn)の1分おきの変動を示すグラフである。突発事象発生地点の下流500mの測定結果を示す。
突発事象の起こった時刻8時00分よりも前、Q(tn)は50台/分くらいで安定している。しかし、突発事象の起こった時刻8時00分の直後は、Q(tn)は著しく低下する。交通障害物が除去された時刻8時20分後、Q(tn)は、60台/分くらいに上がり、しばらくすると、もとの定常的な値50台/分近辺に戻る。
【0085】
図12は、30分間標本(N=30)での標本スペクトル(パワースペクトル)pjを求め、その分布を3次元的に図示したグラフである。横軸に周波数と時刻をとっている。縦軸はパワースペクトルである。
図13は、標本スペクトルpjのピーク値の軌跡を時間を追ってプロットしたグラフである。
事故の起こった時刻8時00分以前は、ピーク値は、ほとんど現れていない。8時00分以後、ピーク値は上昇し、交通障害物が除去された時刻8時20分以後もその近辺の値を保つ。
【0086】
図14は、標本スペクトルのピーク周波数(単位Hz)をプロットしたグラフである。突発事象が起こった時刻8時00分以前は、ピーク周波数は比較的高めの値をとるが、突発事象が起こった時刻8時00分以後は、急激に下がり、0.05Hz以下となる。交通障害物が除去された後も低い値を保つ。
図15は、判定部Dが行う突発事象発生を判定する処理を説明するフローチャートである。図15では、交通量Q(tk)の標本スペクトル分布を求めることを想定して説明する。
【0087】
判定部Dは、この処理を、時刻tnごとに繰り返し行う。図15に沿って説明すると、判定部Dは、標本スペクトル分布pj(jは周波数相当)を算出する(ステップW0)。判定部Dは、判定部Dに付属するメモリに記憶される評価値(スコアという)を0に初期化し(ステップW1)、前回の突発事象発生判定フラグ又は交通状態注意判定フラグをチェックする(ステップW2)。
前回判定フラグオンであれば、前回のパワースペクトルの平均値を基準値として使用し(ステップW3)、一定値αをスコアに加算する(ステップW4)。
【0088】
次に、スペクトルのピーク値(図13参照)が過去30分間のどのピーク値よりも大きいかどうか判定する(ステップW5)。大きければ、一定値βをスコアに加算する(ステップW6)。
次に、スペクトルのピーク値の変化量(例えば微分値)が過去30分の平均値より大きいかどうか判定する(ステップW7)。大きければ、一定値γをスコアに加算する(ステップW8)。
【0089】
次に、スペクトルのピーク周波数がしきい値(例えば0.1Hz)より小さいかどうか判定する(ステップW9)。小さければ一定値εをスコアに加算する(ステップW10)。
前記スコアに加算するのは、瞬時的な誤検出を防止するためである。前記一定値α、β、γ、εをどのようにとるかは、実際に突発事象をどの程度正確に検知できるか、運用する高速道路を統計的に調べた上で、自動的に決定することができる。
【0090】
そして、スコアに基づき、突発事象発生を判定し(ステップW11)、判定結果を出力する(ステップW12)。スコア及び判定結果は、総合判定に用いられる。
なお、前記の実施形態では、交通量Q(tk)の標本スペクトル分布を求めていたが、速度V(tk)、時間占有率O(tk)の標本スペクトル分布を求めても、同様の処理により、突発事象発生判定が行える。また、これら以外にも、車頭時間間隔、道路区間の車両存在台数、車両の空間占有率、空間平均速度、車頭間隔距離の標本スペクトル分布を求めても、同様の処理により、突発事象発生判定が行える。
【0091】
また、標本スペクトル分布ではパワースペクトルそのものの値やピーク周波数の値以外にも、スペクトル密度の値や位相特性を利用しても同様の効果が得られる。
3.5 道路の交通量、車両の速度、画像データなどの測定値に基づく従来の交通流の異常検知(方法E)
判定部Eは、上流側の車両感知器3,車両感知器5での交通量又は車両の速度の測定値と、下流側での測定値との差を算出し、この差しきい値以上異なっているときに、当該区間での突発事象発生を判定し、その結果を総合判定に送る。
【0092】
また判定部Eは、、道路に設置されたカメラによって道路の画像計測を行い、画像処理によって停止・低速車両の検出、車線変更車両の追跡等を行い、この結果に基づいて事故等の突発事象の発生を検知し、その結果を総合判定に送ってもよい(下記[6]参照)。
[6]山田、宮尾、酒井、西山、石下、根岸「トンネル内異常走行検知システムの開発」住友電気第145号、 pp.124 - 129, 1994年9月
また、前記以外に、ニューラルネットワークを利用した方法も採用可能である。
これらの公知の方法をまとめて「方法E」という。
【0093】
4.総合判定
コンピュータ11には、総合判定部23が設けられている。総合判定部23は、複数の判定アルゴリズムA〜Eの判定結果に基づいて、突発事象の発生尤度(確からしさ)を算出し、判定する。
4.1 評価値の正規化
前記3.1〜3.5に述べた交通流の異常検知方法A〜Eでは、それぞれ用語は違うが、評価値(図3)、相関(図4)、マッチング率(図10)、スコア(図15)、差といわれる値を算出し、それぞれ予めしきい値を設定しておき、これらの値がそれらのしきい値を超えたとき(相関の場合はしきい値より低いとき)に交通流の異常検知を行っていた。
【0094】
「相関」の場合、他の方法と整合をとるためには、その逆数をとる必要がある。また、これらの値のとり得る範囲がばらばらであれば、総合判定ができないので、とり得る範囲を一定範囲に統一する必要がある。以後、0から1の範囲をとるようにこれらの値を正規化することとする。そして、正規化後の値を、「評価値」と統一的な名称で呼ぶことにする。
そして、方法Aで算出された評価値をPA,方法Bで算出された評価値をPB,方法Cで算出された評価値をPC,方法Dで算出された評価値をPD,方法Eで算出された評価値をPEということにする。
【0095】
これらの評価値PA〜PEを用いた総合判定方法の例として、次の3つの判定方法を説明する。
以下では、公知の方法Eは説明の便宜上除外し、4つの方法A〜方法Dを基本として説明するが、本発明の実施はこの形態に限られるものではなく、方法A〜方法Dのいずれかを方法Eあるいは未知の方法で置き換えたり、方法A〜方法Dに方法Eあるいは未知の方法を追加したりしても、本発明の実施は可能である。
【0096】
4.2 総合判定1(多数決方式)
この方法は、方法A〜方法Dで異常検知した数に基づいて、総合判定を行う方法である。
図16は、多数決方式を説明するためのフローチャートである。方法A〜方法Dの処理がすべて終了していれば(ステップ(1))、3つ以上の方法で異常検知しているかどうか判定する(ステップ(2))。3つの以上の方法で異常検知していれば、突発事象の発生尤度が十分に高く「突発事象の発生」と判断する(ステップ(6))。
【0097】
2つ以下の方法でしか異常検知していなければ、各方法で算出された評価値を加算する(ステップ(3))。この加算値PA+PB+PC+PDがしきい値を超えていれば、突発事象の発生尤度が中程度に高く、「突発事象の発生の可能性が高い注意状態」と判断する(ステップ(7))。なお、前記しきい値が高すぎると検知漏れが多くなり、しきい値が低すぎると誤検知が増えるので、しきい値が適切な値に設定されるようにしなければならない。このしきい値として、例えば、方法総数(いまの場合は4)の1/2倍という値を設定してもよい。
【0098】
この加算値がしきい値を超えていなければ、突発事象の発生尤度が低く、「突発事象の発生なし」と判断する(ステップ(5))。
なお、以上の処理では、ステップ(2)において、4つある方法のうち3つ以上の方法で異常検知しているかどうか判定していたが、3という数に限られるものではなく、2又は4としてもよい。またステップ(4)において、しきい値を多数設け、突発事象の発生の尤度を段階的に複数個求めてもよい。
【0099】
4.3 総合判定2(重み付け方式)
方法A〜方法Dで算出した評価値を、それぞれ重み付けして平均を求める方法である。それぞれ重み係数をα,β,γ,δとし、この重み付き平均値をPtotalと表示する。
total=(αPA+βPB+γPC+δPD)/(α+β+γ+δ)
図17は、重み付け方式を説明するためのフローチャートである。方法A〜方法Dの処理がすべて終了していれば(ステップ(11))、上式に従ってPtotalを算出する。そしてこのPtotalを検知しきい値と比較し(ステップ(2))、検知しきい値を超えていれば突発事象の発生尤度が十分に高く「突発事象発生」と判断する(ステップ(15))。この検知しきい値が高すぎると検知漏れが多くなり、検知しきい値が低すぎると誤検知が増える。この検知しきい値は、後に図18を用いて説明する検知漏れ率や誤検知率の実績に基づき、自動的に決定されるようにしてもよい。
【0100】
検知しきい値を超えていなければ、このPtotalを注意しきい値と比較する(ステップ(14))。注意しきい値<検知しきい値の関係がある。注意しきい値を超えていれば、突発事象の発生尤度が中程度に高く、「突発事象の発生の可能性が高い注意状態」と判断する(ステップ(16))。
注意しきい値を超えていなければ、突発事象の発生尤度が低く、「突発事象の発生なし」と判断する(ステップ(17))。
【0101】
ここで、前記重み係数α,β,γ,δの決定の仕方を説明する。この決定をする前提として、実際に交通計測データを集め、突発事象の発生時の交通計測データに基づいて、各方法A〜方法Dで異常検知して、正しく検知したかどうかなどの実績を調べておく必要がある。
図18は、この検知率等の記録方法を説明するためのフローチャートである。まず、交通計測データを常時集積する(ステップ(21))。実際に突発事象が発生したかことが分かると(ステップ(22)のYES)、発生時刻前後の交通計測データを参照し(ステップ(23))、方法A〜方法Dの処理を行い(ステップ(24))、それぞれの方法で評価値がしきい値を超えて交通流の異常検知を行っていたかどうか判断する。以上の処理を、突発事象が発生するたびに行う。
【0102】
この結果、突発事象全発生件数に対して正しく検知できた確率を「正検知率」、突発事象全発生件数に対して検知できなかった確率を「検知漏れ率」、総検知数に対して誤って検知した確率を「誤検知率」、突発事象が実際に発生してから検知するまでの時間を「検知遅れ時間」という(ステップ(25))。
総合判定部23は、方法A〜方法Dごとにこれらの値を、交通状態、曜日、季節、天候、時間帯別に分類し、記録している。次の表1は、記録内容を評価した一例である。
【0103】
【表1】
Figure 0003753014
【0104】
総合判定部23は、現在時刻の重み係数を決定する。
重み係数は、交通量Q、速度V、占有率O、道路線形(カーブ、ジグザグ等)、曜日、時間帯、渋滞の程度、過去の検知実績(表1)などの関数とする。
図19は、重み係数の決定処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、リアルタイムで行う処理である。α〜δの初期値(例えば全部同一の値とする)に対して修正を施す。
【0105】
まず、検知の対象となる道路区間の道路線形による重みを加算する(ステップ(31))。例えば、ボトルネックとなりそうな道路線形であれば、方法A(存在台数)の重み係数α、方法B(車線利用率)の重み係数βを上げる。
次に、曜日に基づいた重みを加算する(ステップ(32))。例えば現在が平日であれば、方法A(存在台数)の重み係数α、方法B(車線利用率)の重み係数β、方法C(マッチング)の重み係数γを上げる。休日であれば、方法D(スペクトル)の重み係数δを上げる。
【0106】
次に、時間帯に基づいた重みを加算する(ステップ(33))。例えば朝であれば、方法A(存在台数)の重み係数αを上げる。深夜であれば、方法B(車線利用率)の重み係数βを下げる。
次に、過去の実績に基づいた重みを加算する(ステップ(34))。例えば当該区間で検知率の高い方法の重み係数を上げる。
そして、今の交通状態(渋滞の程度)をチェックする(ステップ(35))。渋滞がなければ(ステップ(36)のNO)、方法B(車線利用率)の重み係数β、方法D(スペクトル)の重み係数δを上げる(ステップ(37))。
【0107】
渋滞があれば、渋滞初期かどうか判定し(ステップ(38))、渋滞初期であれば方法A(存在台数)の重み係数αを上げる(ステップ(40))。渋滞中〜末期であれば方法D(スペクトル)の重み係数δを上げる(ステップ(39))。
以上のようにして、重み係数が自動的に決定される。
4.4 総合判定3(検知順位方式)
この方式は、方法A〜方法Dの検知遅れ時間に着目した総合判定方法である。
【0108】
簡単のため、2つの方法(方法A〜方法Dのいずれでもよいが、ここでは方法A、方法Dとする。)を例にとって説明する。
図20は、過去の実績に基づいて、突発事象を方法A、方法Dが同時に検知した割合、方法Aが方法Dより早く検知した割合、方法Aが方法Dより遅く検知した割合を示すグラフである。突発事象を方法A、方法Dが同時に検知した割合43%、方法Aが方法Dより早く検知した割合34%、方法Aが方法Dより遅く検知した割合23%となっている。この理由は、方法Aが、突発事象発生後の渋滞初期に検知率が高い傾向があるのに対して、方法Dは突発事象発生後の渋滞中〜末期に検知率が高い傾向があることに基づくと考えられる。
【0109】
図21(a)は、方法A、方法Dが同時に検知した場合の、重みつけ平均による検知成功率、失敗率を示すグラフである。検知成功率、失敗率は例えば89%,11%となっている。図21(b)は、方法Aが方法Dより早く検知した場合の、重みつけ平均による検知成功率、失敗率を示すグラフである。検知成功率、失敗率は例えば100%,0%となっている。図21(c)は、方法Dが方法Aより早く検知した場合の、重みつけ平均による検知成功率、失敗率を示すグラフである。検知成功率、失敗率は例えば80%,20%となっている。
【0110】
このように方法Aが方法Dより早く検知した場合の検知成功率が100%と高いので、本検知順位方式によれば、実際に方法Aが方法Dより早く検知しているときは、無条件に突発事象発生と断定する。つまり異常発生の尤度を最大値に設定する。それ以外の場合に初めて、総合判定1又は総合判定2の方式で判定を行う。
図22は、検知順位方式の判定方法を説明するためのフローチャートである。方法A〜方法Dの処理がすべて終了し(ステップ(51))、少なくとも方法A及び方法Dが突発事象発生を検知していれば(ステップ(52)のYES)、それぞれの方法A,Dの検知時刻のデータを参照する(ステップ(53))。
【0111】
どの方法が早く検知したかを調べる(ステップ(54))。このとき、各方法の検知時刻が、同一の突発事象を検知しているとは考えられないほどかけ離れていれば、総合判定しても意味がない。従って、各方法の検知時間差が一定の時間あるいは一定の処理周期以内のみ、この総合判定3を行い、それ以外は、この判定をしないことが好ましい。
方法Aが方法Bよりも早く検知していれば、尤度がもっとも高く、突発事象の発生を判定する(ステップ(55))。
【0112】
同時に検知したか、方法Bが方法Aよりも早く検知しているときは、前述した総合判定1又は総合判定2の手法を用いて、突発事象の発生を判定する(ステップ(56))。突発事象の発生と判定されたときは(ステップ(57)のYES)、尤度が中程度であり、突発事象が発生した可能性があるとして、注意と判定する(ステップ(58))。突発事象の発生が判定されなかったときは、尤度は低く、平常状態と判定する(ステップ(59))。
【0113】
このように総合判定3は、方法Aが方法Bよりも早く検知していれば、過去の傾向を重視して、前述した総合判定1又は総合判定2を行わずに、突発事象の発生を判定しているところに特徴がある。
4.5 突発事象発生区間の特定
以上に説明した突発事象の発生が複数の区間で判定された場合、各区間における判定の尤度を比較して、もっとも尤度の高い区間を突発事象発生区間として特定することができる。
【0114】
以上のようにして突発事象の発生及びその発生区間が決定されると、交通管理センター10は、可変表示板6,9に、「この先事故・止まれ」のような突発事象の発生を表示し、路側ビーコン7を通して車両に突発事象の発生を通知する。また、通信回線を通して関係機関13や放送局14に連絡する。また、交通状態注意の場合は、交通管理センター10は、可変表示板6,9に「前方注意」のように運転者の注意を喚起するようなメッセージを表示し、路側ビーコン7を通して車両にも走行注意区間である旨を通知する。
【0115】
なお、すでに道路工事などが予定され、突発事象の発生が予想されている場合は、交通管理センター10は、当該時刻に突発事象の発生を判定しても、この判定に基づいて可変表示板6,9に突発事象の発生を表示することはなく、関係機関13や放送局14に連絡することもない。
【0116】
【発明の効果】
以上のように本発明の交通流の異常検知装置又は方法によれば、各方式の検知結果を組み合わせることにより、各方式の欠点を補うことができるので、道路上の突発事象の発生をより精度よく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】交通流の異常検知をするための交通流監視システムを示す概略図である。
【図2】交通管理センター10内のコンピュータ11の機能ブロック図である。
【図3】判定部Aが行う突発事象発生を監視する処理を説明するためのフローチャートである。
【図4】判定部Bが行う突発事象発生を監視する処理を説明するためのフローチャートである。
【図5】マッチング判定部Cの行う車両群マッチング処理方法を説明するためのフローチャートである。
【図6】2次元格子状有向グラフを描いた図である。
【図7】n=3,m=4とし、最長路問題を解いた結果を示すための、2次元格子状有向グラフの図である。
【図8】n=4,m=3とし、車両b4のみマッチングされていない場合の2次元格子状有向グラフである。
【図9】時系列最新時点側のイクスターナルギャップを必要としないアルゴリズムを説明するための、2次元格子状有向グラフを描いた図である。
【図10】判定部Cが行う突発事象発生を監視する処理を説明するためのフローチャートである。
【図11】実際に事故の発生した日に算出された交通量Q(tn)の1分おきの変動を示すグラフである。
【図12】標本スペクトル(パワースペクトル)pjを求め、その時間変化を図示したグラフである。
【図13】標本スペクトルpjを求め、そのスペクトルのピーク値をプロットしたグラフである。
【図14】標本スペクトルのピーク周波数をプロットしたグラフである。
【図15】判定部Dが行う突発事象発生を監視する処理を説明するためのフローチャートである。
【図16】総合判定方法の1つである多数決方式を説明するためのフローチャートである。
【図17】総合判定方法の1つである重み付け方式を説明するためのフローチャートである。
【図18】過去の実績に基づく検知率等の記録方法を説明するためのフローチャートである。
【図19】重み係数の決定処理を説明するためのフローチャートである。
【図20】過去の実績に基づいて、突発事象を方法A、方法Dが同時に検知した割合、方法Aが方法Dより早く検知した割合、方法Aが方法Dより遅く検知した割合を示すグラフである。
【図21】 (a)は、方法A、方法Dが同時に検知した場合の、重みつけ平均による検知成功率、失敗率を示すグラフである。 (b)は、方法Dが方法Aより早く検知した場合の、重みつけ平均による検知成功率、失敗率を示すグラフである。(c)は、方法Dが方法Aより早く検知した場合の、重みつけ平均による検知成功率、失敗率を示すグラフである。
【図22】検知順位方式の判定方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 高速道路
2 一般道路
3 車両感知器
4 一次処理装置
5 車両感知器
6 可変表示板
7 路側ビーコン
9 可変表示板
10 交通管理センター
11 コンピュータ
13 関係機関
14 放送局
21 入力処理部
22,A〜E 判定部
23 総合判定部
25 出力処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a traffic flow abnormality detection apparatus and method capable of collecting traffic measurement data by installing a vehicle detector or the like on a road, and detecting a traffic flow abnormality due to occurrence of a sudden event based on the traffic measurement data. Is.
[0002]
[Prior art]
When a sudden event such as a traffic accident or disaster occurs on the road, it is necessary to quickly detect an abnormality in the traffic flow based on the sudden event and notify the following vehicle or guide the following vehicle.
Conventionally, a camera is installed on a road and image processing is performed to detect an abnormality in a traffic flow (see JP-A-7-21488, JP-A-10-40490, etc.). It is expensive to install a camera over a wide area, and it is difficult to detect at night or in bad weather.
[0003]
In view of this, road traffic volume, vehicle speed, and the like are measured using vehicle detectors installed at various locations on the road, and traffic flow abnormalities are monitored based on these measured values.
According to this monitoring device, it is determined that an accident has occurred when the traffic has a small amount of traffic and the speed drops rapidly and the state continues for a certain period of time.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the monitoring device described above, since the determination is based on the traveling speed of the vehicle, there is a problem that it is difficult to distinguish when a sudden event occurs during a natural traffic jam, and the detection accuracy decreases.
Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the present inventor has detected a traffic flow abnormality detection algorithm (Japanese Patent Application No. 2000-199416) using time variation of the number of vehicles existing in a road section sandwiched between vehicle detectors. Traffic flow anomaly detection algorithm (Japanese Patent Application No. 2000-278352) focusing on uneven usage rate of lanes with roads, traffic by judging the degree of matching (matching) of the same vehicle group that passed two points above and below Flow anomaly detection algorithm (Japanese Patent Application No. 2000-289296), traffic flow anomaly detection algorithm (patent application 2000-) using the appearance of sparse waves (periodic disturbances, spectral changes) in the average traffic volume and vehicle speed No. 314139) and a patent application has been filed.
[0005]
If any one of the four traffic flow anomaly detection algorithms or the conventional traffic flow anomaly detection algorithm using changes in traffic volume or vehicle speed is used alone, an unexpected event on the road Can be detected with a certain degree of certainty.
However, none of these algorithms is universal, and depending on the conditions, detection accuracy may deteriorate. With only one algorithm, there is a high probability of false detection that a sudden event has not occurred, or there is a high probability of detection omission that it is determined that a sudden event has not occurred. . Some algorithms have a fast detection delay time and a slow algorithm.
[0006]
For example, in the traffic flow abnormality detection algorithm using the time variation of the number of vehicles existing in a road section, the detection accuracy is considered to decrease if the change in inflow and outflow of the vehicle decreases after a traffic jam occurs. In the traffic flow abnormality detection algorithm that pays attention to the bias in the utilization rate, if the sudden event occurrence point is too far from the vehicle detector, the detection accuracy is deteriorated. The traffic flow anomaly detection algorithm for judging matching of the same vehicle group and the traffic flow anomaly detection algorithm using spectrum change are effective in traffic jams, but when free running without traffic jams, it is more It is thought that the detection accuracy may deteriorate.
[0007]
Therefore, the inventor detects the occurrence of sudden events on the road more accurately by grasping changes in traffic conditions that appear when sudden events occur on the road from various aspects and comprehensively judging them. The present invention is proposed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The traffic flow abnormality detection device according to the present invention combines an abnormality detection means for detecting an abnormality in a traffic flow by two or more different methods based on traffic measurement data, and a detection result of each method by the abnormality detection means. Comprehensive determination means for determining the occurrence of a flow abnormality, and the comprehensive determination means makes a comprehensive determination based on the fact that the detection time order detected by each method is in accordance with the order specific to the combination of the method ( Claim 1).
Depending on each method, there is a method that can be detected at an early stage and a method that is detected at a later stage. Therefore, if the certainty of detection is determined according to the time order detected by each method, the certainty of determination can be improved.
The two or more different methods include Two or more methods selected from (1) to (4) according to claim 2 based on traffic measurement data Can be raised (Claim 2).
[0014]
In addition, according to the present invention, it is preferable that the detection result in each method is obtained based on traffic measurement data before and after the occurrence of the sudden event, and accumulated as performance data (claim). 3 ). Thereby, evaluation based on the results of each method can be performed.
[0015]
The performance data may include one or more data among a positive detection rate, a detection omission rate, a false detection rate, and a detection delay time (claims). 4 ). These values are useful parameters for evaluating each method.
It is preferable that the traffic flow abnormality detection device of the present invention further includes information providing means for outputting the result of determination by the comprehensive determination means as abnormality information. 5 ). This is to prevent the accident from spreading by notifying the driver.
[0016]
in front The comprehensive determination means performs stepwise determination according to the magnitude (likelihood) of the value that is the basis of the determination, and the information providing means is abnormal depending on a result of the stepwise determination by the comprehensive determination means. Which changes the content of the information May be (Claims 6 ). Depending on the likelihood (certainty) of the occurrence of the sudden event, for example, by changing the contents of the information provision such as “future accident / stop”, “forward warning”, more appropriate information can be given to the driver.
[0017]
The comprehensive determination means may identify an abnormality occurrence section according to the magnitude of a value that is a basis of determination when an abnormality in traffic flow is detected in a plurality of road sections (claims). 7 ). By setting the section having the highest likelihood (certainty) of the occurrence of the sudden event as the abnormality occurrence section, it is possible to notify a subsequent driver or the like.
Further, the traffic flow abnormality detection method of the present invention (claims) 8,9 Are claims 1 and 2, respectively. 2 It is the method which concerns on the same invention as the abnormality detection apparatus of the following traffic flow.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking the traffic flow monitoring of an expressway as an example.
1. System configuration
FIG. 1 is a schematic diagram showing a traffic flow monitoring system for detecting an abnormality in traffic flow.
[0019]
On a highway 1 having two lanes, a two-loop embedded type vehicle detector 5 is installed for each lane at an interval. An ultrasonic vehicle detector 3 that measures the vehicle height from above the vehicle is also installed for each lane. The sections of the highway in which these vehicle detectors 3 and 5 are installed are displayed as sections 1, 2,..., I, (i is an integer of 2 or more). Let Li be the distance of each section. These vehicle detectors 3 and 5 and the camera are connected to the primary processing device 4, and the primary processing device 4 counts the number of passing vehicles, detects the vehicle speed, and the like.
[0020]
In addition, the highway 1 is provided with a variable display board 6 for notifying the vehicle of accident information, road surface information, and the like. A roadside beacon 7 that performs bidirectional communication with the vehicle is also provided.
Further, the general road 2 connected to the expressway 1 is provided with a variable display board 9 for notifying the vehicle that is about to enter the expressway 1 of accident information and road surface information of the expressway 1.
[0021]
A computer 11 inside the traffic management center 10 is connected to a primary processing device 4, a roadside beacon 7, a variable display board 6 and the like installed in each section through a wired communication network 12 (which may be a wireless communication network). Yes. In addition, the computer 11 is connected to related organizations 13 such as the Ministry of Construction, the National Police Agency and the Fire Department through a communication line, and is also connected to the broadcasting station 14 through the communication line.
In the above system example, a highway is assumed, but a general road may be used. Although a road with two lanes is assumed, the number of lanes is not limited to two, and may be one lane or three or more lanes.
[0022]
Further, instead of the plurality of embedded vehicle sensors 5, a Doppler vehicle sensor installed on the side of the road may be used. Alternatively, a television camera may be installed on the road to detect the number of passing vehicles, the vehicle height, the vehicle length, the passing speed, etc. by image processing.
All or some of the functions of the computer 11 described below are realized by the computer 11 executing a program recorded on a recording medium such as a program ROM.
[0023]
2. Traffic management center
FIG. 2 is a functional block diagram of the computer 11 inside the traffic management center 10.
A detection signal from the vehicle detector 5 is input to the input processing unit 21 of the computer 11 via the primary processing device 4. The input processing unit 21 determines the traffic volume (the number of passing vehicles per unit time) Q, the average speed V, the occupation rate O (a certain time T) based on the number of passing vehicles detected by the vehicle detector 5 and the detected amount of the vehicle speed. The sum Σtk of the time tk when the vehicle crosses the vehicle detector is divided by the time T: Σtk / T), the vehicle characteristic amount, and the like are calculated. The "average" speed is used to average the speed of each vehicle that has passed within a certain time. Hereinafter, the “average speed” is simply referred to as “speed”.
[0024]
Focusing on section i, the distance of section i is Li, the inflow traffic of the first lane to section i at time t is Q1, i (t), the inflow traffic of the second lane is Q2, i (t) Let Qi (t) be the inflow traffic volume into section i at time t, which is the sum of both the first lane and the second lane. Similarly, the first lane outflow traffic from section i is Q1, i + 1 (t), the second lane outflow traffic is Q2, i + 1 (t), and both the first lane and the second lane Qi + 1 (t) is the outflow traffic volume from section i at time t.
[0025]
Qi (t) = Q1, i (t) + Q2, i (t)
Qi + 1 (t) = Q1, i + 1 (t) + Q2, i + 1 (t)
Further, the inflow speed of the first lane to the section i at time t is V1, i (t), and the inflow speed of the second lane is V2, i (t). Similarly, the outflow speed of the first lane from section i is V1, i + 1 (t), and the outflow speed of the second lane is V2, i + 1 (t). The inflow speed into the section i at the time t obtained by weighted averaging of the first lane and the second lane with each traffic volume is Vi (t), and the outflow speed from the section i is Vi + 1 (t).
[0026]
Further, the occupation ratio of the vehicle in the first lane is O1 (t), and the occupation ratio of the vehicle in the second lane is O2 (t). Let O (t) be the occupation ratio of both lanes.
Further, the input processing unit 21 calculates a feature amount of the vehicle. That is, the maximum vehicle height of each vehicle is calculated based on the output of the vehicle detector 3, and the vehicle speed is measured based on the difference in output time between the two loops of the vehicle detector 5. The vehicle length is calculated based on Since the vehicle height and the vehicle length are calculated every time the vehicle passes, a data string of one or more vehicle heights and vehicle lengths is obtained for each lane.
[0027]
Although the traffic volume Q and the average speed V are calculated in the input processing unit 21 of the computer 11, these calculation processes may be performed in the primary processing device 4.
The detected data such as traffic volume, speed, occupation rate, vehicle height, vehicle length, etc. is referred to as “traffic measurement data”.
3. Individual judgment method
The computer 11 is provided with a determination unit 22, and the determination unit 22 includes determination units A to determine abnormalities in traffic flow using a plurality of determination algorithms (hereinafter referred to as method A to method E). A determination unit E is provided.
[0028]
3.1 Detection of traffic flow anomalies using time fluctuations in the number of vehicles in a road section (Method A)
As will be described below, the determination unit A calculates time fluctuations in the number of vehicles using different methods A1 and A2.
<Method A1>
The determination unit A calculates a difference ΔQi (t) between the inflow traffic volume Qi (t) and the outflow traffic volume Qi + 1 (t).
[0029]
ΔQi (t) = Qi (t) −Qi + 1 (t)
And the determination part A calculates | requires the amount of time fluctuations of the vehicle presence number Ei (t). ΔQi (t) itself represents the amount of time fluctuation of the vehicle existence number Ei (t).
The determination unit A records ΔQi (tk) for every time t1, t2, t3,..., Tk,. The variance over a period T (eg 10 minutes) is calculated. This variance is written as σ1 (tk).
[0030]
<Method A2>
The determination unit A divides the section i into the first half and the second half, and calculates the number of vehicles present in each. In the first half of the section, the number Ei1 (t) of the first half of the section is obtained using the inflow traffic volume Qi (t) and the inflow speed Vi (t).
Ei1 (t) = Qi (t) / Vi (t) · Li / 2
In the second half, the number Ei2 (t) of the second half of the section is obtained from the outflow traffic volume Qi + 1 (t) and the outflow speed Vi + 1 (t).
[0031]
Ei2 (t) = Qi + 1 (t) / Vi + 1 (t) · Li / 2
Then, the sum of both the existing number Ei1 (t) and Ei2 (t) is taken as the vehicle existing number Ei (t) in the section i.
Ei (t) = Ei1 (t) + Ei2 (t)
The determination unit A records Ei (tk) at each time tk and calculates the variance over the past period T in order to obtain the amount of time fluctuation of the number of vehicles existing Ei (t). This variance is written as σ2 (tk) (end of method A2).
[0032]
The determination unit A determines the occurrence of a sudden event based on the variances σ1 (tk) and σ2 (tk) acquired from the methods A1 and A2.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the process of monitoring the occurrence of a sudden event performed by the determination unit A.
The determination unit A repeats this process every time tk. Explaining along FIG. 3, the determination unit A acquires the variances σ1 (tk) and σ2 (tk) (step S1), and whether σ1 (tk) and σ2 (tk) are each equal to or greater than the threshold value. Determination is made (steps S2, 4). If both are greater than or equal to the threshold value, a constant α is added to the evaluation value (step S3), and if only one is greater than or equal to the threshold value, a constant β (β <α) is added to the evaluation value (step S5). ). α and β are weighting coefficients of the methods A1 and A2. The reason for adding to the evaluation value is to prevent instantaneous erroneous detection.
[0033]
If σ1 (tk) and σ2 (tk) are both less than the threshold value, the evaluation value is reset to 0 (step S6).
It is determined whether the evaluation value is equal to or greater than a certain value (step S7). If the evaluation value is equal to or greater than the certain value, the determination unit A determines that a sudden event has occurred (step S8). If it is not greater than a certain value, the judgment is carried over at the next time tk + 1.
The calculated evaluation value and the determination result are sent to the comprehensive determination unit 23.
[0034]
3.2 Traffic flow anomaly detection focusing on lane usage rate bias (Method B)
The determination unit B determines the traffic volume Q1 (t) at regular time intervals (for example, 1 minute) every time t1, t2, t3,..., Tk,. , Q2 (t), speed V1 (t), V2 (t), occupancy O1 (t), O2 (t), and lane utilization rates r1 (t), r2 ( t) is calculated. Here, the lane utilization ratios r1 (t) and r2 (t) may be defined by the ratio of the traffic volume of the lane to the traffic volume of the entire lane, and the occupancy of the lane relative to the sum of the occupancy ratios of all lanes It may be defined by the ratio of rates. In the former case,
r1 (t) = Q1 (t) / Q (t),
r2 (t) = Q2 (t) / Q (t)
It is. In the latter case,
r1 (t) = O1 (t) / O (t),
r2 (t) = O2 (t) / O (t)
It is.
[0035]
The determination unit B calculates the average value of the lane utilization rate over the past period T (for example, 10 minutes). These average values are written as r1 and r2.
The determination unit B determines the occurrence of a sudden event according to the procedure shown in FIG.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the process of monitoring the occurrence of a sudden event performed by the determination unit B. The following explanation is about the processing performed at a certain point where the vehicle detector 5 is installed. The same applies to each of the installation points of the vehicle detector 5 upstream and downstream. It is refused beforehand that processing is performed.
[0036]
The determination unit B repeats this process every time tk. If it demonstrates along FIG. 4, the determination part B will determine whether the traffic volume Q (t) is more than fixed (it may determine with occupation rate O (t)) (step T1). If the traffic volume Q (t) does not exceed a certain level, the determination is stopped. This is because if the traffic volume Q (t) is too low, the accuracy of the calculated lane utilization rate also decreases, so that a reliable determination of the occurrence of a sudden event cannot be made.
If the traffic volume Q (t) is above a certain level and the accuracy of the lane usage rate can be expected, the average lane usage rate r1 or r2 is calculated to determine whether the lane usage rate r1 or r2 is biased (step T2). ). The judgment criteria include whether r1 or r2 is close to 0.5 or whether the ratio of r1 to r2 is close to 1. For example,
r1 <0.4
Or
r1> 0.6
If so, it ’s determined that it ’s biased,
0.4 ≦ r1 ≦ 0.6
If so, it is determined that there is no bias. 0.6 and 0.4 are threshold values. If the threshold value is too close to 0.5, the chance that it is determined that the lane usage rate is biased increases, and the determination rate of occurrence of sudden events increases. As a result, it leads to excessive determination. If the threshold is too far from 0.5, the chance that the lane utilization rate is determined to be biased decreases, and the determination rate for occurrence of sudden events decreases. As a result, it is easy to overlook the occurrence of sudden events.
[0037]
Therefore, this threshold value records the lane utilization data before and after the actual occurrence of the sudden event on the road, and the occurrence of the sudden event on the road is most accurately detected by implementing the present invention. Choose a value that allows you to. In addition, data on lane usage under various conditions such as time of day, day of the week, day without special events, etc. is accumulated, and there is no optimum according to time of day, day of the week, season, weather, presence of events, etc. A threshold value may be set.
[0038]
When it is determined that the vehicle is biased, a correlation with the lane utilization rate detected by the vehicle detector 5 installed upstream is calculated (step T3). This correlation is given by, for example, the reciprocal of the difference between the lane usage rate r1 and the upstream lane usage rate r1 '(ABS represents an absolute value).
1 / ABS (r1-r1 ')
If the lane usage rate r1 and the upstream lane usage rate r1 'take a close value, the correlation increases. If the lane usage rate r1 and the upstream lane usage rate r1' take a distant value, the correlation Get smaller.
[0039]
Next, this correlation is compared with a certain reference value (step T4).
In this way, the correlation is compared with the reference value if the lane utilization rate r1 and the upstream lane utilization rate r1 ′ are separated (that is, the correlation is small) from the upstream point to the point. This is based on the fact that the utilization rate changes and it can be determined that a sudden event occurred during that time. As a “reference value”, a value that can detect the occurrence of a sudden event in a section with high accuracy is selected based on experience. Specifically, it is automatically selected from accumulated data.
[0040]
If the correlation with the upstream point is equal to or less than the reference value (NO in step T4), the correlation with the lane utilization rate detected by the vehicle detector 5 installed downstream is calculated (step T5).
If the correlation with the downstream point is also below the reference value (NO in step T6), it is determined that a sudden event has occurred near the point (step T7). This result is brought into the comprehensive determination described later.
If the correlation with the upstream point is equal to or higher than the reference value (when it is determined that there is a correlation) (YES in step T4), there is no change in the lane utilization rate from the upstream point to the point, and a sudden event occurs during that time It is difficult to think. Therefore, the determination process of the occurrence of the sudden event at the point is stopped (in this case, the occurrence of the sudden event may be detected in the sudden event occurrence monitoring process performed at the upstream point).
[0041]
If the correlation with the downstream point is equal to or greater than a certain reference value (when it is determined that there is a correlation) (YES in step T6), there is no change in the lane utilization rate from the point to the downstream point, and a sudden event in the meantime It is unlikely that this happened. Accordingly, also in this case, the determination process of the occurrence of the sudden event at the point is stopped (in this case, the occurrence of the sudden event may be detected in the sudden event occurrence monitoring process performed at the downstream point). .
[0042]
Note that the traffic flow abnormality detection method focusing on the lane utilization unevenness can be applied even on a three-lane road. In this case, the lane utilization rate r1 (t), r2 (t), r3 (t) of each lane may be defined by the ratio of the traffic volume of the lane to the traffic volume of the entire lane. You may define with the ratio of the occupation rate of the said lane with respect to. In the former case,
r1 (t) = Q1 (t) / Q (t),
r2 (t) = Q2 (t) / Q (t),
r3 (t) = Q3 (t) / Q (t),
Q (t) = Q1 (t) + Q2 (t) + Q3 (t)
It is. In the latter case,
r1 (t) = O1 (t) / O (t),
r2 (t) = O2 (t) / O (t),
r3 (t) = O3 (t) / O (t),
O (t) = O1 (t) + O2 (t) + O3 (t)
It is. Even on roads with 4 or more lanes, the lane utilization rate of each lane can be defined.
[0043]
3.3 Abnormality detection of traffic flow by judging matching of vehicle group (Method C)
A vehicle group matching processing method performed by the determination unit C will be described with reference to a flowchart (FIG. 5).
In addition to the method described below, various methods are known as the vehicle group matching processing method. In the following, as an example, a method in which vehicle matching is reduced to a p-dimensional alignment problem is performed. (Kobayashi et al. “Annual Traffic Flow Analysis Algorithm Based on Two-point Vehicle Observation Information” (published on March 21, 2000, 72nd Algorithm Study Group, Information Processing Society of Japan))
[0044]
In the following, attention is focused on only one lane. A vehicle that has entered the lane from another lane and a vehicle that has exited the lane from the lane are treated in the same manner as a vehicle that has entered the lane from an intersection or a vehicle that has exited the intersection from the lane.
Input the vehicle height and vehicle length data sequence detected by the vehicle sensors 3 and 5 upstream in the traveling direction (step U1), and input the vehicle height and vehicle length data sequence detected by the vehicle detectors 3 and 5 downstream in the traveling direction. (Step U2).
[0045]
The number of vehicles to be processed detected by the upstream vehicle sensor is n, the vehicle height data string is represented by hA1, hA2, hA3,..., HAn (represented by “hA” when representative), and the vehicle length data string. Is represented by lA1, lA2, lA3,..., LAn (represented by “lA” when representative). The number of vehicles to be processed detected by the downstream vehicle sensor is m, and the vehicle height data string is represented by hB1, hB2, hB3,..., HBm (represented by “hB” when represented), and the vehicle length data string. Is represented by lB1, lB2, lB3,..., LBm (represented by “lB” when representative).
[0046]
Assuming that the vehicle height h detected by the upstream vehicle detector is observed as the vehicle height hB at the downstream vehicle detector, the observation error of the vehicle detector follows a Gaussian distribution. Is expressed by the following equation (1).
[0047]
[Expression 1]
Figure 0003753014
[0048]
Where σ 2 h and A are the vehicle height dispersion observed by the upstream vehicle sensor, σ 2 h and B are the vehicle height dispersion observed by the upstream vehicle sensor.
Similarly, the probability that a vehicle having a vehicle length l detected as a vehicle length lA by an upstream vehicle sensor is observed as a vehicle length lB by a downstream vehicle sensor is expressed by the following equation (2).
[0049]
[Expression 2]
Figure 0003753014
[0050]
Where σ 2 l, A is the dispersion of the vehicle length observed by the upstream vehicle sensor, σ 2 l and B are vehicle length dispersion observed by the upstream vehicle detector.
(a) When the difference in vehicle height or vehicle length is used as a cost evaluation standard
The posterior probability density Ph (ha, hb) in which the vehicle detected as the vehicle height hA by the upstream vehicle detector and the vehicle height hB detected by the downstream vehicle detector is expressed by the following equation (3).
[0051]
[Equation 3]
Figure 0003753014
[0052]
Similarly, the posterior probability density Pl (la, lb) in which the vehicle detected as the vehicle length lA by the upstream vehicle detector is detected as the vehicle length lB by the downstream vehicle detector is expressed by the following equation (4). Is done.
[0053]
[Expression 4]
Figure 0003753014
[0054]
σ 2 h, A + σ 2 h, B = σ 2 h and σ 2 l, A + σ 2 l, B = σ 2 When written as l, the equations (3) and (4) are rewritten as equations (5) and (6), respectively.
[0055]
[Equation 5]
Figure 0003753014
[0056]
[Formula 6]
Figure 0003753014
[0057]
(b) When the vehicle height or vehicle length ratio is used as the cost evaluation standard
Instead of the above formulas (5) and (6), the following formulas (7) and (8) are used.
[0058]
[Expression 7]
Figure 0003753014
[0059]
[Equation 8]
Figure 0003753014
[0060]
The natural logarithm of the probability density listed above is called “match cost”. When only the vehicle height is used, the match cost d (ha, hb) between the vehicle detected as the vehicle height hA by the upstream vehicle detector and the vehicle detected as the vehicle height hB by the downstream vehicle detector is
d (ha, hb) = ln [Ph (ha, hb)] (9)
It becomes.
When only the vehicle length is used, the match cost d (la, lb) between the vehicle detected as the vehicle length lA by the upstream vehicle detector and the vehicle detected as the vehicle length 1B by the downstream vehicle detector is
d (la, lb) = ln [Pl (la, lb)] (10)
It becomes.
[0061]
When the vehicle height and the vehicle length are used in combination, the vehicle detected as the vehicle height hA and the vehicle length 1A by the upstream vehicle detector, and the vehicle detected as the vehicle height hB and the vehicle length 1B by the downstream vehicle detector Match cost d (ha, la; hb, lb) is
d (ha, la; hb, lb) = ln [Ph (ha, hb)] + ln [Pl (la, lb)] (11)
It becomes.
The determination unit C calculates the match cost for all combinations of the vehicle sensed by the upstream vehicle sensor and the vehicle sensed by the downstream vehicle sensor, according to any of the formulas (9), (10), and (11). (Step U3).
[0062]
Next, the determination unit C acquires “gap cost”. This gap cost is stored as a constant according to the characteristics of the vehicle detector. The match cost and the gap cost are collectively referred to as “score”.
There are two types of gap cost: internal gap cost (IGC) and external gap cost (EXGC).
The IGC is set when an overtaking occurs between the two points and the order is changed and no correspondence can be obtained. This is based on the assumption that either the vehicle height or the vehicle length is not separated by 3σ or more, and that it is regarded as another vehicle when separated by 3σ or more.
[0063]
When only the vehicle height is used, the specific value of IGC is expressed as shown in equation (12).
Figure 0003753014
The reason why 1/2 is used in the equation is that when using the gap cost, two branches are used, so that the cost is equivalent to one branch (the same applies hereinafter).
When only the vehicle length is used, the specific value of IGC is shown as equation (13).
[0064]
Figure 0003753014
In the case where the vehicle height and the vehicle length are used in combination, the specific value of IGC is shown in the equation (14).
Figure 0003753014
EXGC is set when the vehicle that has passed through the upstream point has not yet passed through the downstream point and the vehicle cannot be dealt with. The EXGC value is calculated by calculating the maximum alignment score when it is confirmed that an optimum matching is obtained by visual inspection or the like at the time of initial setting after installation of the apparatus. It is determined based on
[0065]
Furthermore, the correspondence score between vehicles that cannot actually be handled may be set to −∞ (for example, the travel time becomes negative, which is too short compared with the travel time estimated from experience. Or long).
When each of the above costs is obtained, n vehicles sensed by the upstream vehicle sensor and m vehicles sensed by the downstream vehicle sensor so that the sum of the match cost or gap cost is maximized. Is associated. For this reason, it is formulated as a two-dimensional character string alignment problem.
[0066]
The vehicles that have passed the upstream point are represented by a1, a2, a3,..., An, and the vehicles that have passed the downstream point are represented by b1, b2, b3,. Matrix (aibj) (1 <i <n, 1 <j <m) is called alignment. The two-dimensional character string alignment problem can be reduced to the longest path problem on a two-dimensional grid directed graph (generally called the “shortest path problem”, but here the longest path of the sum of costs is obtained. (This is called the “longest road problem”).
FIG. 6 is a diagram depicting a two-dimensional grid-like directed graph. In FIG. 6, the diagonal branch which makes the vehicle ai correspond to the vehicle bj is represented by the solid line. This branch length corresponds to the above-mentioned match cost d (any one of the equations (9) to (11)). The vertical and horizontal broken lines inside the frame represent a case where the correspondence between the vehicle a i and the vehicle b j is not attached, and the length of the branch corresponds to the IGC described above. A one-dot chain line branch outside the frame represents a case where there is no corresponding vehicle, and the branch length corresponds to the above-described EXGC.
[0067]
The longest path of the sum of costs from the upper left point to the lower right point in FIG. 6 is a solution indicating a plausible association of vehicles. This longest path problem can be solved by a dynamic programming (DP) method (step U4) (see [1] and [2] below).
[1] D. Gusfield. “Aigorithms on Strings, Trees, and Sequences.” Cambridge University Prass, 1997.
[2] SBNeedleman and CDWunsch. “A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequences of two proteins.” Journal of Molecular Biology, 48, pp. 443-453, 1970.
For example, suppose that n = 3 and m = 4, and as a result of solving the longest path problem, a path (thick solid line) as shown in FIG. 7 is obtained. From FIG. 7, the vehicle a1 corresponds to b1, the vehicle a2 and the vehicle b2 do not correspond (internal gap), the vehicle a3 corresponds to b3, and there is nothing corresponding to the vehicle b4 (external gap). I understand. The cause is considered that the vehicles a2 and a3 have been switched after passing the upstream point, and the vehicle b4 has entered from an intermediate intersection or entered due to movement between lanes.
[0068]
The above analysis result is output (step U5). Based on the output result, the travel time can be estimated by paying attention to the matching vehicles.
Here, a method for determining the value of EXGC will be described. Let EXGC be g.
Assume that n vehicles are observed upstream and m vehicles are observed downstream. However, n <m. It is assumed that the vehicles a1 to an observed at the upstream point correspond to the vehicles b1 to bn observed at the downstream point by visual observation or the like. However, the vehicles an + 1 to am observed at a relatively late time at the upstream point have not yet reached the downstream at the time of observation at the downstream point, and there is no corresponding one.
[0069]
At this time, the score of the matching portion of the alignment is written as S ′ (A), and the score of the non-matching portion is written as g · x (A). S ′ (A) is a value calculated from the actual measurement value of the vehicle detector. g is the value of EXGC to be obtained, x (A) indicates the number of non-matching, and x (A) = n−m.
The value g of EXGC is defined as “the score S ′ (A) of the matching portion when optimum matching is obtained, divided by n + mx (A)”.
[0070]
g = S ′ (A) / [n + mx− (A)] (15)
For example, FIG. 8 shows a two-dimensional grid-like directed graph when n = 4 and m = 3. In FIG. 8, the score S ′ (A) of the matching portion and the EXGC value g · x (A) are shown. However, since x (A) = n−m = 4−3 = 1, what is indicated as g · x (A) in FIG. 8 indicates g itself.
In the example of FIG. 8, the value g of EXGC is based on (15) above.
g = S ′ (A) / [4 + 3-1] = S ′ (A) / 6 (16)
It becomes.
[0071]
Actually, the process of obtaining the EXGC value g by observing the vehicle group whose matching is confirmed in the upstream and downstream is performed a plurality of times, and the average of the obtained plurality of g is taken and this average value is finally obtained. The EXGC value g may be determined as follows.
In the embodiment using the IGC and EXGC described above, the vehicle association portion (data having the largest m) on the latest time point side (the later observation time) greatly depends on the value of EXGC. Since the value of EXGC is a value that is statistically obtained as described above, it fluctuates.
[0072]
Therefore, a method for extending the algorithm so as not to require EXGC on the time series latest time point side will be described.
As mentioned above, EXGC value g is
g = S ′ (A) / [n + mx− (A)] (15)
It is represented by On the other hand, the total score S (A, g) is
S (A, g) = S ′ (A) + g · x (A) (17)
It is represented by Substituting equation (15) into equation (17),
S (A, g)
= S '(A) + S' (A) x (A) / [n + mx (A)]
= (N + m) S '(A) / [n + mx (A)] (18)
It becomes. Since n + m is constant, a path that maximizes S ′ (A) / [n + mx− (A)] is the optimal solution.
[0073]
Illustrating what has been said above:
FIG. 9 is a diagram depicting a two-dimensional grid-like directed graph excluding the external gap on the time series latest time point side. In the graph of FIG. 9, the subscripts of the upstream passing vehicles a1,..., An are i (1 ≦ i ≦ n), and the corresponding point on the latest time point side is vi. The maximum score of the alignment at each point v i is obtained, and the point obtained by dividing the score by (i + m) −x (A) becomes the maximum corresponding point vi on the latest time point side. 0 And
[0074]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, in the present invention, in addition to vehicle length and vehicle height data, vehicle image data can be acquired by a camera and used for alignment. In this case, it is necessary to determine a score between images. “Distance between images” devised in the field of image search, specifically, match distance (see [3] below), EMD (Earth Mover's Distance) (see [4] below) can be used.
[0075]
[3] M. Werman, S. Peieg, and A. Rosenfeld. "A distance metric for multi-dimensional histgrams." Computer, Vision, Graphics, and Image Processing, 32, pp.328-336, 1985.
[4] Y.Rubner, C Tomasi, and LJGuibas. "The Earth Mover's Distance as a Metric for Image Retrieval." Technical Report STAN-CS-TN-98-86, Department of Computer Science, Stanford University, September 1998.
The match distance is a distance using the color information of the pixels in the image and is given as an L1 distance between the cumulative histograms of the two image histograms. Specifically, a luminance histogram and a hue histogram are created from images taken from the rear of each vehicle. In the luminance histogram, all pixels are divided into 32 levels from the luminance, and the frequency is the number of pixels at each level. The hue histogram divides the hue into 30 stages, and the frequency is the sum of the saturations of the pixels included in each stage. The image distance is the weighted sum of the distances based on the histogram of luminance and hue.
[0076]
EMD is a distance that generalizes match distance, and uses position information in addition to pixel color information. The pixels of each image are clustered by color and position proximity (see [5] below), given as the minimum cost flow between them. This time, each image was clustered into 16 clusters.
[5] M. Inaba, H. Imai, and N. Katoh. "Application of weighted Voronoi diagrams and randomization to variance-based k-clastering." In Proceedings of the 10th ACM Symposium on Computational Geometry, pp.332-339, 1994
When the distance between the images of the vehicle ai and the vehicle bj is Dij, a linear sum of any of the expressions (9), (10), and (11) and the distance Dij between the images is adopted as the alignment score Dtotal. .
[0077]
Dtotal = d (ha, la; hb, lb) + λDij (18)
Here, the constant λ is a weighting coefficient. In addition, when the gap cost of the vehicle length / height is G and the maximum distance between actual vehicles is M, the total gap cost Gtotal is
Gtotal = G-λM / 2 (19)
As given.
[0078]
In the above embodiment, the number of vehicle observation points is two. However, it is possible to extend this to any number of points. If the vehicle observation point is a p point (p is an integer of 2 or more), it is possible to reduce the vehicle association to the p-dimensional alignment problem.
As described above, the n vehicles that have passed the upstream point and the m vehicles that have passed the downstream point are associated with each other.
[0079]
Next, the traffic flow abnormality detection process performed by the determination unit C will be described with reference to a flowchart (FIG. 10). This abnormality detection process is performed in synchronization with the association between the vehicle that has passed the upstream point and the vehicle that has passed the downstream point.
The determination unit C inputs the association result at the upstream and downstream points (step V1).
Then, it is examined how many of the vehicles that have passed the downstream point are associated with the vehicles that have passed the upstream point. This ratio is called the matching rate. For example, out of m vehicles that have passed the downstream point, if the p vehicles correspond to the vehicles that have passed the upstream point, the matching rate will be p / m.
[0080]
Here, the travel time is measured, and if the travel time is relatively short, i.e., close to free flow, the threshold value is relatively small, and if the travel time is relatively long, i.e., in a traffic jam, Make it relatively large (steps V2 to V4). The determination unit C compares the matching rate with a threshold value (step V2), and if lower than the threshold value, determines that a sudden event has occurred between the upstream and downstream points (step V4). If it is higher than the threshold, it is further checked whether the matching rate obtained by the correspondence of the vehicle that has passed the upstream / downstream point in the past (for example, once before) is higher than the threshold, and if it is higher, there is no abnormality. to decide. If it is low, it is determined that the sudden event continues.
[0081]
As described above, when the matching rate is continuously higher than the threshold value twice or more, it is determined that there is no abnormality in order to avoid an erroneous determination in the case of accidental matching even if a sudden event occurs.
The threshold value may be determined to an appropriate value by examining the matching rate when an unexpected event actually occurs.
As described above, the matching rate and the determination result of the occurrence of the sudden event are brought into the comprehensive determination described later.
[0082]
Note that other known methods may be employed as a method for calculating the matching rate. For example, a method of taking an image of a vehicle and recognizing the characteristics of the vehicle, such as color and plate number, using image processing may be employed.
3.4 Traffic Flow Abnormality Detection Using Density Waves (Spectrum Change) Appearing at Average Vehicle Speed (Method D)
The determination unit D determines the traffic volume Q (tn) and speed V (at each time t1, t2, t3,..., Tn,. tn), the time occupancy O (tn) is recorded, and their frequency spectrum is calculated. As is well known, this calculation is performed by obtaining an average value of traffic volume Q (tn), speed V (tn) or time occupancy O (tn), obtaining a sample autocovariance shifted by time k, and obtaining a sample spectral distribution pj. If you ask for.
[0083]
Specifically, one of the traffic volume Q (tn), the speed V (tn), or the time occupancy O (tn) is selected and expressed as yn. An average value E (yn) of yn is set to μ.
μ = E (yn) = (1 / N) Σyn (the sum is from n = 1 to N. N is the number of samples)
The sample autocovariance function Ck is
Ck = (1 / N) Σ (yn−μ) (yn−k−μ)
It becomes. However, the sum Σ is from n = k + 1 to N. The sample spectrum pj is
pj = ΣCk exp (-2πikfj)
It becomes. The sum Σ is taken from k = −N + 1 to N−1. In terms of cosine function,
pj = C0 + 2ΣCk cos (2πkfj)
It becomes. The sum Σ is taken from k = 1 to N−1. fj is the frequency,
fj = j / N
j = 0, 1, ..., [N / 2] ([] is a Gaussian symbol)
It is.
[0084]
The determination unit D determines the occurrence of a sudden event based on the sample spectrum distribution.
FIG. 11 is a graph showing fluctuations every minute of the traffic volume Q (tn) calculated on the day when the sudden event occurred. The measurement result of 500m downstream of the sudden event occurrence point is shown.
Q (tn) is stable at around 50 cars / minute before the 8:00 when the sudden event occurred. However, Q (tn) decreases significantly immediately after the time of 8:00 when the sudden event occurs. At 8:20, when the traffic obstruction is removed, Q (tn) rises to about 60 units / minute, and after a while returns to the original steady value of around 50 units / minute.
[0085]
FIG. 12 is a graph that three-dimensionally illustrates the distribution of a sample spectrum (power spectrum) pj obtained for a 30-minute sample (N = 30). The horizontal axis shows frequency and time. The vertical axis is the power spectrum.
FIG. 13 is a graph in which the locus of the peak value of the sample spectrum pj is plotted over time.
The peak value hardly appears before 8:00 when the accident occurred. After 8:00, the peak value rises and keeps the value in the vicinity after 8:20 when the traffic obstacle is removed.
[0086]
FIG. 14 is a graph plotting the peak frequency (unit: Hz) of the sample spectrum. The peak frequency takes a relatively high value before the time of 8:00 when the sudden event occurs, but after the time of 8:00 when the sudden event occurs, the peak frequency drops sharply to 0.05 Hz or less. It remains low even after the traffic obstruction is removed.
FIG. 15 is a flowchart for explaining processing for determining the occurrence of a sudden event performed by the determination unit D. FIG. 15 will be described assuming that the sample spectrum distribution of the traffic volume Q (tk) is obtained.
[0087]
The determination unit D repeats this process every time tn. Describing along FIG. 15, the determination unit D calculates a sample spectrum distribution pj (j is equivalent to a frequency) (step W0). The determination unit D initializes an evaluation value (score) stored in a memory attached to the determination unit D to 0 (step W1), and checks a previous sudden event occurrence determination flag or a traffic state attention determination flag (step S1). W2).
If the previous determination flag is ON, the average value of the previous power spectrum is used as a reference value (step W3), and a constant value α is added to the score (step W4).
[0088]
Next, it is determined whether the peak value of the spectrum (see FIG. 13) is larger than any peak value in the past 30 minutes (step W5). If it is larger, the fixed value β is added to the score (step W6).
Next, it is determined whether or not the change amount (for example, the differential value) of the peak value of the spectrum is larger than the average value for the past 30 minutes (step W7). If it is larger, a constant value γ is added to the score (step W8).
[0089]
Next, it is determined whether or not the peak frequency of the spectrum is smaller than a threshold value (for example, 0.1 Hz) (step W9). If it is smaller, a constant value ε is added to the score (step W10).
The reason for adding to the score is to prevent instantaneous erroneous detection. How to take the constant values α, β, γ, ε is determined automatically after statistically examining the highway to be operated, how accurately sudden events can be actually detected. Can do.
[0090]
Based on the score, the occurrence of a sudden event is determined (step W11), and the determination result is output (step W12). The score and the determination result are used for comprehensive determination.
In the above embodiment, the sample spectrum distribution of the traffic volume Q (tk) is obtained. However, the sample spectrum distribution of the speed V (tk) and the time occupation rate O (tk) can be obtained by the same process. The occurrence of sudden events can be determined. In addition to these, even if the sample spectrum distribution of the vehicle head time interval, the number of vehicles in the road section, the vehicle space occupancy, the space average speed, and the vehicle head distance is obtained, the occurrence of sudden events can be determined by the same process. Yes.
[0091]
In the sample spectrum distribution, in addition to the value of the power spectrum itself and the value of the peak frequency, the same effect can be obtained by using the value of the spectral density and the phase characteristics.
3.5 Conventional traffic flow anomaly detection based on measured values of road traffic volume, vehicle speed, image data, etc. (Method E)
The determination unit E calculates the difference between the measured value of the traffic volume or the vehicle speed at the upstream vehicle sensor 3 and the vehicle sensor 5 and the measured value at the downstream side, and differs by more than this difference threshold value. When an accident occurs, the occurrence of a sudden event in that section is determined, and the result is sent to the overall determination.
[0092]
In addition, the determination unit E performs road image measurement with a camera installed on the road, performs stop / low speed vehicle detection, tracking lane change vehicles, etc. by image processing, and based on this result, an unexpected event such as an accident May be detected, and the result may be sent to comprehensive judgment (see [6] below).
[6] Yamada, Miyao, Sakai, Nishiyama, Ishishita, Negishi “Development of an Abnormal Driving Detection System in Tunnels” Sumitomo Electric No. 145, pp.124-129, September 1994
In addition to the above, a method using a neural network can be employed.
These known methods are collectively referred to as “method E”.
[0093]
4). Comprehensive judgment
The computer 11 is provided with a comprehensive determination unit 23. The comprehensive determination unit 23 calculates and determines the occurrence likelihood (probability) of the sudden event based on the determination results of the plurality of determination algorithms A to E.
4.1 Normalization of evaluation values
In the traffic flow abnormality detection methods A to E described in 3.1 to 3.5, terms are different, but the evaluation value (FIG. 3), correlation (FIG. 4), matching rate (FIG. 10), score ( Fig. 15) Calculates values called differences, sets thresholds in advance, and traffics when these values exceed those thresholds (in the case of correlation, lower than the threshold) An abnormal flow was detected.
[0094]
In the case of “correlation”, in order to be consistent with other methods, it is necessary to take the reciprocal thereof. Further, if the ranges that these values can take are different, comprehensive determination cannot be made, so the ranges that can be taken need to be unified into a certain range. Thereafter, these values are normalized so as to take a range from 0 to 1. Then, the normalized value is referred to as “evaluation value” with a unified name.
Then, the evaluation value calculated by the method A is P A , The evaluation value calculated by method B is P B , The evaluation value calculated by Method C is P C , The evaluation value calculated by method D is P D , The evaluation value calculated by method E is P E I will say.
[0095]
These evaluation values P A ~ P E The following three determination methods will be described as examples of the comprehensive determination method using the.
In the following description, the known method E is excluded for convenience of explanation, and the description will be based on the four methods A to D. However, the implementation of the present invention is not limited to this embodiment, and any one of the methods A to D can be used. The present invention can also be implemented by replacing method E with method E or an unknown method, or adding method E or unknown method to methods A to D.
[0096]
4.2 Comprehensive judgment 1 (majority method)
This method is a method of performing comprehensive determination based on the number of abnormalities detected by method A to method D.
FIG. 16 is a flowchart for explaining the majority decision method. If all the processes of method A to method D have been completed (step (1)), it is determined whether an abnormality has been detected by three or more methods (step (2)). If an abnormality is detected by the three or more methods, it is determined that the occurrence likelihood of the sudden event is sufficiently high and “the occurrence of the sudden event” (step (6)).
[0097]
If an abnormality is detected only by two or less methods, the evaluation value calculated by each method is added (step (3)). This added value P A + P B + P C + P D If the threshold value exceeds the threshold value, it is determined that the likelihood of occurrence of the sudden event is moderately high and the “attention state where there is a high possibility of occurrence of the sudden event” (step (7)). If the threshold value is too high, detection failures increase, and if the threshold value is too low, false detections increase. Therefore, the threshold value must be set to an appropriate value. As this threshold value, for example, a value that is 1/2 times the total number of methods (in this case, 4) may be set.
[0098]
If this added value does not exceed the threshold value, the likelihood of occurrence of a sudden event is low, and it is determined that “no sudden event has occurred” (step (5)).
In the above processing, in step (2), it is determined whether or not an abnormality is detected by three or more of the four methods, but the number is not limited to three. It is good. In step (4), a plurality of threshold values may be provided, and a plurality of likelihoods of occurrence of sudden events may be obtained step by step.
[0099]
4.3 Comprehensive judgment 2 (weighting method)
In this method, the evaluation values calculated by the methods A to D are respectively weighted to obtain an average. The weighting coefficients are α, β, γ, and δ, respectively. total Is displayed.
P total = (ΑP A + ΒP B + ΓP C + ΔP D ) / (Α + β + γ + δ)
FIG. 17 is a flowchart for explaining the weighting method. If all the processes of method A to method D have been completed (step (11)), P total Is calculated. And this P total Is compared with the detection threshold value (step (2)), and if the detection threshold value is exceeded, the occurrence probability of the sudden event is sufficiently high and it is determined that “the sudden event has occurred” (step (15)). If this detection threshold is too high, detection omissions increase, and if the detection threshold is too low, false detections increase. This detection threshold value may be automatically determined based on the results of the detection omission rate and the false detection rate described later with reference to FIG.
[0100]
If the detection threshold is not exceeded, this P total Is compared with the attention threshold (step (14)). There is a relationship of attention threshold <detection threshold. If the attention threshold value is exceeded, it is determined that the likelihood of occurrence of a sudden event is moderately high and the “attention state where the possibility of sudden event occurrence is high” (step (16)).
If the caution threshold is not exceeded, the occurrence likelihood of the sudden event is low and it is determined that “no sudden event has occurred” (step (17)).
[0101]
Here, how to determine the weighting factors α, β, γ, and δ will be described. As a premise to make this decision, actual traffic measurement data is collected, and based on the traffic measurement data at the time of the occurrence of the sudden event, abnormalities are detected by each method A to D, and the results such as whether or not the detection is correct are examined. It is necessary to keep.
FIG. 18 is a flowchart for explaining the recording method of the detection rate and the like. First, traffic measurement data is always accumulated (step (21)). When it is known that a sudden event has actually occurred (YES in step (22)), the traffic measurement data before and after the occurrence time is referred to (step (23)), and method A to method D are performed (step ( 24)), it is judged whether the abnormal value of the traffic flow was detected with the evaluation value exceeding the threshold value by each method. The above processing is performed every time an unexpected event occurs.
[0102]
As a result, the probability of correct detection for the total number of sudden events was “correct detection rate”, the probability of failure was not detected for the total number of sudden events was “detection failure rate”, and the total number of detections was incorrect. The probability of detection is referred to as “false detection rate”, and the time from the occurrence of a sudden event to detection is referred to as “detection delay time” (step (25)).
The comprehensive judgment unit 23 classifies and records these values for each method A to method D according to traffic conditions, day of the week, season, weather, and time zone. Table 1 below is an example of evaluating the recorded contents.
[0103]
[Table 1]
Figure 0003753014
[0104]
The comprehensive determination unit 23 determines a weighting factor for the current time.
The weighting factor is a function of traffic volume Q, speed V, occupation rate O, road alignment (curve, zigzag, etc.), day of the week, time zone, degree of traffic jam, past detection results (Table 1), and the like.
FIG. 19 is a flowchart for explaining weight coefficient determination processing. This process is performed in real time. Corrections are made to the initial values of α to δ (for example, all are set to the same value).
[0105]
First, the weight based on the road alignment of the road section to be detected is added (step (31)). For example, if the road alignment is likely to become a bottleneck, the weighting factor α of method A (the number of existing vehicles) and the weighting factor β of method B (lane utilization) are increased.
Next, a weight based on the day of the week is added (step (32)). For example, if the current day is a weekday, the weighting factor α of method A (the number of existing vehicles), the weighting factor β of method B (lane utilization), and the weighting factor γ of method C (matching) are increased. If it is a holiday, the weighting factor δ of method D (spectrum) is increased.
[0106]
Next, a weight based on the time zone is added (step (33)). For example, in the morning, the weighting factor α of method A (the number of existing vehicles) is increased. If it is late at night, the weighting factor β of method B (lane utilization rate) is lowered.
Next, a weight based on past results is added (step (34)). For example, the weight coefficient of a method with a high detection rate in the section is increased.
Then, the current traffic condition (congestion level) is checked (step (35)). If there is no traffic jam (NO in step (36)), the weighting factor β of method B (lane utilization) and the weighting factor δ of method D (spectrum) are increased (step (37)).
[0107]
If there is a traffic jam, it is determined whether the traffic is in the initial stage (step (38)). If the traffic jam is in the initial stage, the weighting factor α of method A (the number of existing vehicles) is increased (step (40)). If the traffic is in the middle to the end, the weighting factor δ of method D (spectrum) is increased (step (39)).
As described above, the weighting factor is automatically determined.
4.4 Comprehensive judgment 3 (detection order method)
This method is a comprehensive determination method focusing on the detection delay time of method A to method D.
[0108]
For simplicity, two methods (method A to method D may be used, but here, method A and method D) will be described as an example.
FIG. 20 is a graph showing the ratio of simultaneous detection of sudden events by Method A and Method D, the ratio of Method A detected earlier than Method D, and the ratio of Method A detected later than Method D based on past results. is there. The ratio of the sudden events detected by the method A and the method D simultaneously is 43%, the ratio of the method A detected earlier than the method D is 34%, and the ratio of the method A detected later than the method D is 23%. The reason for this is that Method A tends to have a high detection rate in the early stage of traffic congestion after the occurrence of the sudden event, whereas Method D tends to have a high detection rate during the traffic jam after the occurrence of the sudden event. It is considered based.
[0109]
FIG. 21A is a graph showing a detection success rate and a failure rate by weighted average when the method A and the method D are detected at the same time. The detection success rate and failure rate are 89% and 11%, for example. FIG. 21B is a graph showing detection success rates and failure rates by weighted average when method A is detected earlier than method D. The detection success rate and failure rate are, for example, 100% and 0%. FIG. 21 (c) is a graph showing detection success rates and failure rates by weighted average when method D is detected earlier than method A. FIG. The detection success rate and failure rate are, for example, 80% and 20%.
[0110]
As described above, since the detection success rate when method A is detected earlier than method D is as high as 100%, according to this detection order method, when method A is actually detected earlier than method D, it is unconditional. It is determined that a sudden event occurred. That is, the likelihood of occurrence of abnormality is set to the maximum value. For the first time in other cases, determination is made by the method of comprehensive determination 1 or comprehensive determination 2.
FIG. 22 is a flowchart for explaining a detection order method determination method. When all the processes of method A to method D are completed (step (51)) and at least the method A and method D detect the occurrence of a sudden event (YES in step (52)), the respective methods A and D The detection time data is referred to (step (53)).
[0111]
It is examined which method is detected earlier (step (54)). At this time, if the detection times of the respective methods are so far apart that they cannot be considered to detect the same sudden event, it is meaningless to make a comprehensive determination. Accordingly, it is preferable that the comprehensive determination 3 is performed only when the detection time difference between the methods is within a certain time or within a certain processing cycle, and otherwise this determination is not performed.
If method A is detected earlier than method B, the likelihood is the highest, and the occurrence of a sudden event is determined (step (55)).
[0112]
If it is detected at the same time or if method B is detected earlier than method A, the occurrence of sudden event is determined using the method of comprehensive determination 1 or comprehensive determination 2 described above (step (56)). When it is determined that a sudden event has occurred (YES in step (57)), it is determined that the likelihood is medium and there is a possibility that a sudden event has occurred (step (58)). When the occurrence of the sudden event is not determined, the likelihood is low and it is determined that the normal state is reached (step (59)).
[0113]
As described above, if the method A is detected earlier than the method B, the comprehensive determination 3 determines the occurrence of a sudden event without performing the comprehensive determination 1 or the comprehensive determination 2 described above, focusing on past trends. There is a feature in doing.
4.5 Identification of sudden event occurrence section
When the occurrence of the sudden event described above is determined in a plurality of sections, the likelihood of determination in each section is compared, and the section with the highest likelihood can be specified as the sudden event occurrence section.
[0114]
When the occurrence of the sudden event and its occurrence section are determined as described above, the traffic management center 10 displays the occurrence of the sudden event such as “Fast Accident / Stop” on the variable display boards 6 and 9, The occurrence of a sudden event is notified to the vehicle through the roadside beacon 7. In addition, the related organization 13 and the broadcasting station 14 are notified through the communication line. Further, in the case of traffic condition attention, the traffic management center 10 displays a message for alerting the driver on the variable display boards 6 and 9 such as “forward attention”, and also to the vehicle through the roadside beacon 7. Notify that it is a driving attention section.
[0115]
If road construction or the like is already planned and an unexpected event is expected, the traffic management center 10 may determine whether an unexpected event has occurred at that time, but based on this determination, the variable display board 6 , 9 are not displayed, and the related organizations 13 and broadcast stations 14 are not displayed.
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the traffic flow abnormality detection device or method of the present invention, by combining the detection results of the respective methods, the drawbacks of the respective methods can be compensated for, so that the occurrence of sudden events on the road is more accurate. Can be detected well.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a traffic flow monitoring system for detecting an abnormality in traffic flow.
FIG. 2 is a functional block diagram of a computer 11 in the traffic management center 10;
FIG. 3 is a flowchart for explaining processing for monitoring occurrence of a sudden event performed by a determination unit A;
FIG. 4 is a flowchart for explaining processing for monitoring occurrence of a sudden event performed by a determination unit B;
FIG. 5 is a flowchart for explaining a vehicle group matching processing method performed by a matching determination unit C;
FIG. 6 is a diagram depicting a two-dimensional grid-like directed graph.
FIG. 7 is a diagram of a two-dimensional grid-like directed graph for showing the result of solving the longest path problem with n = 3 and m = 4.
FIG. 8 is a two-dimensional grid-like directed graph when n = 4 and m = 3 and only the vehicle b4 is not matched.
FIG. 9 is a diagram depicting a two-dimensional grid-like directed graph for explaining an algorithm that does not require an external gap on the time series latest point side.
FIG. 10 is a flowchart for explaining processing for monitoring occurrence of sudden events performed by a determination unit C;
FIG. 11 is a graph showing fluctuations every minute of traffic volume Q (tn) calculated on the day when an accident actually occurred.
FIG. 12 is a graph illustrating a temporal change of a sample spectrum (power spectrum) pj obtained.
FIG. 13 is a graph in which a sample spectrum pj is obtained and the peak values of the spectrum are plotted.
FIG. 14 is a graph plotting a peak frequency of a sample spectrum.
FIG. 15 is a flowchart for explaining processing for monitoring occurrence of sudden events performed by a determination unit D;
FIG. 16 is a flowchart for explaining a majority voting method, which is one of comprehensive determination methods.
FIG. 17 is a flowchart for explaining a weighting method which is one of comprehensive determination methods.
FIG. 18 is a flowchart for explaining a recording method such as a detection rate based on past results;
FIG. 19 is a flowchart for explaining weight coefficient determination processing;
FIG. 20 is a graph showing the ratio of simultaneous detection of sudden events by Method A and Method D, the ratio of detection of Method A earlier than Method D, and the ratio of detection of Method A later than Method D based on past results; is there.
FIG. 21A is a graph showing detection success rates and failure rates based on weighted averages when Method A and Method D are detected simultaneously. (b) is a graph showing a detection success rate and a failure rate by weighted average when method D is detected earlier than method A. (c) is a graph showing detection success rate and failure rate by weighted average when method D is detected earlier than method A.
FIG. 22 is a flowchart for explaining a detection order method determination method;
[Explanation of symbols]
1 highway
2 General road
3 Vehicle detector
4 Primary processing equipment
5 Vehicle detector
6 Variable display board
7 roadside beacons
9 Variable display board
10 Traffic Management Center
11 Computer
13 related organizations
14 Broadcasting stations
21 Input processing section
22, A ~ E judgment part
23 Comprehensive judgment part
25 Output processing section

Claims (9)

交通計測データに基づいて、2以上の異なる方式で交通流の異常検知を行う異常検知手段と、
異常検知手段による各方式の検知結果を組み合わせて、交通流の異常発生を判定する総合判定手段とを備え、
前記総合判定手段は、各方式で異常検知した検知時間順位が、当該方式の組み合わせ固有の順位に従っていることに基づいて、総合判定を行うことを特徴とする交通流の異常検知装置。
An anomaly detecting means for detecting an anomaly of traffic flow in two or more different methods based on traffic measurement data;
Comprehensive determination means for determining the occurrence of traffic flow abnormality by combining the detection results of each method by the abnormality detection means,
The traffic flow abnormality detection device according to claim 1, wherein the comprehensive determination unit performs a comprehensive determination based on a detection time order in which an abnormality is detected in each method being in accordance with an order specific to the combination of the methods.
前記異常検知手段は、次の(1)から(4)の中から選ばれる2以上の方式で交通流の異常検知を行う請求項1記載の交通流の異常検知装置。
(1)道路区間内の車両存在台数の時間変動を利用した交通流の異常検知、
(2)車線利用率の偏りに注目した交通流の異常検知、
(3)車両群のマッチングを判定することによる交通流の異常検知、
(4)車両の平均速度に現れる疎密波(スペクトル変化)を利用した交通流の異常検知。
2. The traffic flow abnormality detection device according to claim 1 , wherein the abnormality detection means detects traffic flow abnormality by two or more methods selected from the following (1) to (4).
(1) Anomaly detection of traffic flow using time fluctuation of the number of vehicles in the road section,
(2) Traffic flow anomaly detection focusing on lane usage rate bias,
(3) Anomaly detection of traffic flow by determining matching of vehicle groups,
(4) Traffic flow anomaly detection using dense waves (spectrum change) appearing in the average speed of the vehicle.
実際に突発事象が発生した前後の交通計測データに基づいて、各方式での検知結果を求め、実績データとして蓄積することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の交通流の異常検知装置。The traffic flow abnormality detection device according to claim 1 or 2 , wherein a detection result in each method is obtained based on traffic measurement data before and after the occurrence of a sudden event and is accumulated as actual data. . 前記実績データには、正検知率、検知漏れ率、誤検知率、検知遅れ時間のうち1又は複数のデータが含まれることを特徴とする請求項記載の交通流の異常検知装置。4. The traffic flow abnormality detection device according to claim 3 , wherein the actual data includes one or more data among a positive detection rate, a detection omission rate, a false detection rate, and a detection delay time. 前記総合判定手段による判定の結果を異常情報として出力する情報提供手段をさらに有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の交通流の異常検知装置。Abnormality detection apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the traffic flow, characterized by further comprising information providing means for outputting a result of determination by the overall judging means as the abnormality information. 前記総合判定手段は、判定の基礎となった値の大きさに応じて、段階的な判定を行い、前記情報提供手段は、この総合判定手段による段階的な判定の結果によって異常情報の内容を変えることを特徴とする請求項5記載の交通流の異常検知装置。The comprehensive determination unit performs stepwise determination according to the magnitude of the value that is the basis of the determination, and the information providing unit determines the content of the abnormality information based on the result of stepwise determination by the comprehensive determination unit The traffic flow abnormality detection device according to claim 5, wherein the traffic flow abnormality detection device is changed. 前記総合判定手段は、複数の道路区間で交通流の異常を検知した場合、判定の基礎となった値の大きさに応じて、異常発生発生区間を特定することを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載の交通流の異常検知装置。The said comprehensive determination means, when the abnormality of traffic flow is detected in a plurality of road sections, specifies the section where the abnormality has occurred according to the magnitude of the value which is the basis of the determination. The traffic flow abnormality detection device according to claim 6 . 交通計測データに基づいて、2以上の異なる方式で交通流の異常検知を行い、各方式で異常検知した検知時間順位が、当該方式の組み合わせ固有の順位に従っていることに基づいて、交通流の異常発生を判定することを特徴とする交通流の異常検知方法。  Based on traffic measurement data, traffic flow anomalies are detected in two or more different methods, and the detection time ranks detected in each method are in accordance with the order specific to the combination of the methods, and traffic flow anomalies are detected. An abnormality detection method for traffic flow, characterized by determining occurrence. 前記2以上の異なる方式は、次の(1)から(4)の中から選ばれる2以上の方式を含む請求項8記載の交通流の異常検知方法。
(1)道路区間内の車両存在台数の時間変動を利用した交通流の異常検知、
(2)車線利用率の偏りに注目した交通流の異常検知、
(3)車両群のマッチングを判定することによる交通流の異常検知、
(4)車両の平均速度に現れる疎密波(スペクトル変化)を利用した交通流の異常検知。
9. The traffic flow abnormality detection method according to claim 8, wherein the two or more different systems include two or more systems selected from the following (1) to (4).
(1) Anomaly detection of traffic flow using time fluctuation of the number of vehicles in the road section,
(2) Traffic flow anomaly detection focusing on lane usage rate bias,
(3) Anomaly detection of traffic flow by determining matching of vehicle groups,
(4) Traffic flow anomaly detection using dense waves (spectrum change) appearing in the average speed of the vehicle.
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