專利名稱：一種交通流異常點檢測定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交通流異常點檢測定位方法，特別是一種道路交通流異常點檢測及在高等級道路上能夠快速發(fā)現(xiàn)和定位交通流異常點的方法，它屬于道路車輛的交通監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交通流是指在道路交通中由多臺車輛連續(xù)行駛所形成的“車流”，如果是單臺車輛或沒有運動的多臺車輛則不會產(chǎn)生“流”。交通流的定義是指多臺車輛連續(xù)行駛所形成的物理和邏輯形態(tài)，它代表了道路交通的運行狀態(tài)。對交通流數(shù)值進行檢測并分析交通流數(shù)據(jù)可以實際的了解道路交通的運行實況，同時還可第一時間發(fā)現(xiàn)道路交通異常工況。目前全球?qū)煌鞯臋z測是以離散點的形式，在道路中設(shè)置若干個非相關(guān)的檢測點，如歐洲公開號EP2196971A，這些檢測點所檢測的數(shù)據(jù)通常為單位時間內(nèi)的車流量或某些時間段內(nèi)的車流密度；基于這些零散點采集的數(shù)值來分析道路交通密度狀態(tài)并以此來提供道路交通設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，它不能對實際的道路交通現(xiàn)狀進行管理或提供實時的閉環(huán)管理策略。日本公開號JP2010157091A，即公開了一種將所采集的交通信息進行集中計算處理的方法。以一臺車輛通過一個檢測點產(chǎn)生一個脈沖來描述則交通流是由連續(xù)多個的脈沖所組成連續(xù)脈沖的集合；在交通狀態(tài)自動識別技術(shù)上通過對交通流連續(xù)脈沖技術(shù)形態(tài)的識別可判斷被監(jiān)控道路的運行是否正常。在道路交通中尤其是高速公路上當發(fā)生一次事故時，由于種種原因往往會引發(fā)連續(xù)的惡性事故，導(dǎo)致重大人員和財產(chǎn)損失。此類事故多發(fā)生于高等級公路，并且通常還伴隨著惡劣的天氣環(huán)境。誘發(fā)此類事故的原因是多樣的，至今人們還在尋找防范事故進一步擴大的方法，這也是智能交通中需要解決的重點問題之一，而該問題可以通過對交通流運行狀態(tài)的檢測和判定予以識別與定位。交通流異常通常伴隨著交通事故，從已經(jīng)發(fā)生此類事故的原因綜合匯總分析來看，只要在一次事故發(fā)生后能夠及時有效的給后續(xù)車輛提供預(yù)警，基本就可避免二次及以上事故的發(fā)生。從國內(nèi)及國際上連續(xù)撞車的事故案例分析中還可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律，例如大致是由下列原因之中的一個或多個因素導(dǎo)致了超過一次事故的連續(xù)事故
1、環(huán)境因素所導(dǎo)致，例如在雨霧等低能見度環(huán)境下，一次事故發(fā)生后因后車視線不清而導(dǎo)致安全預(yù)視距離不足，進而導(dǎo)致二次及以上事故的連續(xù)發(fā)生。2、道路交通中一次事故后沒有及時發(fā)現(xiàn)事故點，也沒有在距離事故點足夠距離上給后車設(shè)置警示或警告標志；當然目前也沒有技術(shù)手段能夠在前方發(fā)生一次事故的情況下實時向后續(xù)車輛提供及時的、足夠清晰的、明確的前方事故預(yù)警；即使是在交警處理事故過程中也同樣沒有一種技術(shù)手段可以在距離事故點足夠遠的距離上快速、及時給后續(xù)車輛提供清晰有效的減速標志或標識。
3、管理部門獲悉一次事故的精確地點大部分是基于事故當事人的報警或路過車輛協(xié)助報警，即使是通過監(jiān)控獲悉的實時事故在當前技術(shù)條件下也沒有辦法采取必要的二次事故防范和預(yù)警措施，只能在管理部門在獲得事故信息后再赴現(xiàn)場采取相應(yīng)救援及事故防范措施，期間無防護和無預(yù)警的時間相當長，從而導(dǎo)致二次及以上事故的連續(xù)發(fā)生。4、道路設(shè)計不合理，導(dǎo)致車輛在道路上運行時有“黑點，，或“盲點”，這些“黑點，， 或“盲點”在能見度等預(yù)視環(huán)境惡化時將加劇惡化安全預(yù)視環(huán)境，進而導(dǎo)致N次事故的連續(xù)發(fā)生。從各國在高等級道路上采取的防范措施來看，目前還僅限于規(guī)范道路各種標志標識，尚沒有檢索到有具體的交通流異常檢測技術(shù)及一次事故定位技術(shù)，也沒有二次及以上事故的主動防范方法或技術(shù)。本發(fā)明人在先申請的發(fā)明專利《一種低能見度道路交通引導(dǎo)方法》，中國公開號CN 101419749A，即描述了低能見度狀態(tài)下的道路主動誘導(dǎo)技術(shù)，該專利旨在防范一次事故的發(fā)生；本發(fā)明人在先申請的《引導(dǎo)式高速公路防霧系統(tǒng)》，中國公開號CN 101777268A,即描述了基于本地檢測能見度的主動誘導(dǎo)系統(tǒng)，仍然是基于主動誘導(dǎo)技術(shù)在更高效的前提下防范一次事故的發(fā)生。就造成的破壞及損失而言，二次及N次事故的破壞、影響力及損失均遠遠大于一次事故，目前發(fā)達國家均在投入大量資源研究防范二次及二次以上事故的方法及相關(guān)技術(shù)和裝置。綜上所述，通過技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)交通流異常及對異常點及時定位是避免二次及二次以上交通事故的關(guān)鍵，這在全球范圍內(nèi)還沒有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種交通流異常點檢測定位方法，以解決目前道路交通監(jiān)控系統(tǒng)存在的上述缺陷，通過技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)交通流異常及對異常點及時定位，以有效避免二次及二次以上交通事故。根據(jù)上述目的，一種交通流異常點檢測定位方法，通過沿道路等距安裝交通流檢測裝置構(gòu)成的交通流檢測點，進而構(gòu)成的交通流檢測區(qū)段來完成，所述的交通流檢測裝置主要由車輛通過檢測器、通訊模塊、時間模塊、主控制模塊組成，并配置有通訊模塊、時間模塊和主控制模塊；其中
a)各檢測點的檢測裝置對車輛通過計數(shù)，以實現(xiàn)交通流檢測；
b)相鄰的二個檢測點之間通過數(shù)字通訊鏈路實現(xiàn)交互通訊，以實現(xiàn)不同檢測點之間協(xié)同工作；
c)檢測點將車輛通過檢測點時的檢測信號生成脈沖信號，該脈沖信號隨車輛的不同長度、速度分別生成不同的脈沖寬度、及二個檢測點之間的脈沖間隔，檢測不同車輛分別通過一個檢測點時所產(chǎn)生的脈沖位間隔，以實現(xiàn)對交通流數(shù)值的細化分析；
d)各檢測點記錄對應(yīng)車輛通行狀態(tài)的脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖位間隔，并在不同的檢測點對單位時間段內(nèi)的脈沖形態(tài)進行記錄、遷移和比對分析；
e)各檢測點對實測數(shù)據(jù)進行存儲、分組、算術(shù)運行、邏輯運行和數(shù)據(jù)遷移處理；
f)各檢測點同步工作并保持對上位控制系統(tǒng)的通訊能力，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能；通過對檢測點之間數(shù)據(jù)差來檢測交通流異常點。其中，對車輛通過進行檢測的裝置可以是現(xiàn)有的全部適用的車輛通過傳感器，例如紅外對射傳感器、地感線圈、微波傳感器等，在此基礎(chǔ)上為適應(yīng)對交通流的檢測需配置通訊模塊、時間模塊和為交通流檢測設(shè)計的主控制模塊及交通流異常檢測軟件共同組成一種交通流異常點檢測定位方法。相應(yīng)于上述步驟，其具備下列功能
a)為實現(xiàn)所述的交通流異常點檢測定位，各檢測點的檢測裝置具有車輛通過計數(shù)能
力；
b)為實現(xiàn)不同檢測點之間協(xié)同工作，相鄰的二個檢測點之間具有數(shù)字通訊鏈路并可實現(xiàn)交互通訊；
c)為實現(xiàn)對交通流數(shù)值的細化分析，檢測點能夠?qū)④囕v通過檢測點時的檢測信號生成脈沖信號，該脈沖信號能夠隨車輛的不同長度、速度分別生成不同的脈沖寬度、及二個檢測點之間的脈沖間隔，能夠檢測不同車輛分別通過一個檢測點時所產(chǎn)生的脈沖位間隔；
d)檢測點能夠記錄對應(yīng)車輛通行狀態(tài)的脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖位間隔，并且能夠在不同的檢測點對單位時間段內(nèi)的脈沖形態(tài)進行記錄、遷移和比對分析；
e)為實現(xiàn)對交通流檢測數(shù)據(jù)的分析，各檢測點具備對實測數(shù)據(jù)的存儲、分組、算術(shù)運行、邏輯運行能力和數(shù)據(jù)遷移能力；
f)為實現(xiàn)系統(tǒng)功能，各檢測點具有同步工作能力和對上位控制系統(tǒng)的通訊能力。詳而言之，上述功能是通過下列具體方法實現(xiàn)的
1.所述交通流檢測點能夠?qū)σ粋€方向的全部車道上通過的車輛實現(xiàn)通過檢測，所述的通過檢測包括在單位時間內(nèi)對通過車輛的計數(shù)和累計、對通過指定數(shù)量車輛的累計時間測定，對通過車輛所產(chǎn)生的脈沖形態(tài)進行記錄和存儲。2.所述交通流檢測點之間是順序排列的(其特征是被檢測對象必將依次通過這些檢測點，不能跨越或跳躍通過這些檢測點)，其排列間隔是相對固定的，且交通流檢測點之間處于數(shù)字通訊鏈路覆蓋范圍內(nèi)，檢測點具有延時比對脈沖特征的能力，脈沖特征是指脈沖的寬度、間隔及位間隔。3.所述的交通流檢測點在不同的物理位置上使用相同的時間作為檢測標準和校準依據(jù)。4.所述的交通流檢測區(qū)段內(nèi)，任意一個檢測點均能夠有效比對前向、后向的實時檢測和累計數(shù)據(jù)，可以跨越順序采集和比對前向和后向的實時和累計數(shù)據(jù)，并且能夠雙向發(fā)送檢測或判斷數(shù)據(jù)。5.每一個交通流檢測點均具有全網(wǎng)唯一的通訊地址和物理地址。6. 一個交通流檢測區(qū)段中的任意一個檢測點均可作為本檢測區(qū)段的網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋并通過該點與上位控制設(shè)備連接。7.本發(fā)明對異常點進行定位的檢測方法是通過對檢測點之間數(shù)據(jù)差來檢測交通流異常點。在一個相對閉合的路段內(nèi)，如果交通流正常則離開該路段的車輛等于進入該路段的車輛，在一個檢測路段上最少只需要二個檢測點就可實現(xiàn)對交通流基本數(shù)據(jù)的檢測；檢測點密度與檢測精度及對事件定位成正比，密度越高則對交通流異常事件的定位精度也越
尚ο
更具體地，在一個相對閉合的路段內(nèi)，如果交通流正常則進入該路段的車輛在通過二個間隔距離不遠的檢測點時，其通過技術(shù)形態(tài)所呈現(xiàn)的脈沖特征變化不大，其變化與檢測點之間設(shè)置距離及通過車輛的車速相關(guān)且脈沖技術(shù)形態(tài)呈現(xiàn)平移特征?！伴g隔距離不遠”是指檢測點設(shè)置間隔不超過該路段最高設(shè)計時速下每秒車輛所通過的距離，上限不超過30米，下限不低于12米，取整。在一個相對閉合的路段內(nèi)，如果檢測點間隔距離較大(例如間隔距離超過30米或最高設(shè)計車速下1秒以上時間車輛所通過的距離)，則脈沖特征較難維持相似性，但是，在交通流正常的前提下單位時間內(nèi)進入該路段的車輛與單位時間內(nèi)離開該路段的車輛基數(shù)仍然是近似的；該數(shù)值的描述具有二種單位時間內(nèi)進入該路段車輛的累計數(shù)與單位時間內(nèi)離開該路段車輛的累計數(shù)之比；單位數(shù)量的車輛進入該路段累計所需時間與單位數(shù)量的車輛離開該路段所需時間之比。上述二種描述方式都可以描述通行特征是否正常，例如在單位時間內(nèi)進入該路段的車輛大于離開該路段的車輛時，該路段發(fā)生擁阻，擁阻可以是以進入該路段的車輛和離開該路段的車輛在單位時間內(nèi)之比來表達，其控制點閾值參數(shù)化，本描述方式適用于高密度交通流檢測；也可以是以通過單位數(shù)量的車輛所需累計時間與這些車輛離開所需時間之比來表達，本數(shù)值描述方式適用于低密度交通流的描述。在本發(fā)明專利中，高密度交通流是指單位時間內(nèi)脈沖位間隔《二倍及以下脈沖寬度，或者說在交通流中平均二車間隔距離< 二倍平均及以下車輛長度。低密度交通流是單位時間內(nèi)位間隔脈沖>脈沖寬度二倍及以上，或者說在交通流中平均二車間隔距離>二倍及以上車輛長度。在一個具有出入口的復(fù)雜路段，通過匯總以后的路段上的車輛=進入該復(fù)雜路段的車輛+各出入口車輛的算術(shù)和。反之，復(fù)雜路段入口車輛=各出入口和干線入口車輛的算術(shù)和。通過對各出入口及干線路段設(shè)置的檢測點可以獲得復(fù)雜路段的交通流信息，并通過交通流信息可獲得路段是否順暢的量化數(shù)值；每一個可獨立計量的路段均可作為檢測區(qū)進行交通流通過計量檢測。對交通流狀態(tài)的識別仍然是以單位時間內(nèi)流入是否=流出來判斷，流入大于流出則該檢測點交通流異常，異常程度與流入流出比相關(guān)，其控制點閾值參數(shù)化。我國現(xiàn)有較高等級道路中大部分路段均可實現(xiàn)對交通流的檢測，基于交通流異常的識別速度與精度和檢測點布設(shè)密度相關(guān)，檢測點布設(shè)密度越高則交通流異常的識別時間越短，其理想識別響應(yīng)時間是檢測點布設(shè)距離X 2/車速(米)/時間(秒)，時間單位秒，距離單位米。例如檢測點間隔20米，車速120公里/小時，則40/33=1. 2秒。使用數(shù)據(jù)傳輸方式可以在足夠短的時間內(nèi)將交通流異常轉(zhuǎn)換成預(yù)警信息并發(fā)送到距交通流異常點任意距離的發(fā)布點予以發(fā)布或處理。對不同檢測點的通過檢測及事件識別需基于相同的時間進行檢測、統(tǒng)計、測算，各檢測點的時間精度(同步精度)與檢測精度及檢測成功率直接相關(guān)，未同步的檢測數(shù)據(jù)不能應(yīng)用于本專利所述的交通流異常事件檢測；同步是指離散配置的檢測點之間基于共同的時間源對檢測數(shù)據(jù)進行標識。不同檢測點之間對相同事件的檢測和比較需通過實時的數(shù)據(jù)傳遞來實現(xiàn)，且數(shù)據(jù)傳遞的速度、有效性直接關(guān)系檢測是否有效。不同檢測點之間的物理位置與檢測結(jié)果直接相關(guān)，如果不能標明檢測點位置(坐標)則檢測結(jié)果無效，本發(fā)明每一個檢測點均具有獨立的物理位置標識，該標識可以是坐標，也可以是具體的地址。全部檢測區(qū)匯總以后形成的檢測帶所提供的全程實時檢測數(shù)據(jù)與上位管理裝置結(jié)合以后其實時管理效能將更高，該功能基于網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)。應(yīng)用簡述
基于交通流的實時數(shù)據(jù)可衍生多種對交通事件進行判斷的算法，例如車速、交通流密度、車頭時距、最大車輛密度、最小交通流密度、經(jīng)常的擁阻點、事件多發(fā)點、出入口設(shè)置合理性、交叉口信號燈設(shè)置合理性等等，本發(fā)明僅就快速檢測交通流異常進行描述，其余檢測指向在實現(xiàn)本發(fā)明所述檢測環(huán)境時通過增加對應(yīng)算法即可實現(xiàn)。本發(fā)明主要實現(xiàn)對交通流檢測并基于交通流數(shù)值檢測道路交通中的阻斷點、擁堵點等異常事件，基于交通流檢測點之間的數(shù)據(jù)差對阻斷點的判斷可對一次事故進行快速定位，同時還可應(yīng)用于常規(guī)交通流監(jiān)控。以高速公路為例，世界各國的高等級公路基本上均處于閉環(huán)運行狀態(tài)，在設(shè)定的出入口之外道路沒有分支，正常交通流符合“流入等于流出”的基本規(guī)律。即使是路段中有出入口在對匯總點經(jīng)算術(shù)運算以后也符合“流入等于流出”的基本定律。常識告訴我們，正常運行的車輛在經(jīng)過短距離設(shè)置的檢測點時，通過各點之間的時間及技術(shù)形態(tài)是相對固定的，檢測點的間隔越近則通過的技術(shù)形態(tài)越近似(技術(shù)形態(tài)是指車輛通過檢測點是所呈現(xiàn)的脈沖寬度、間隔、位間隔等常規(guī)數(shù)值)；正常行駛的車輛在進入或離開出入口時的相對車速也是近似的常數(shù)。基于上述設(shè)定，那么，在偏離這些檢測點的 “常數(shù)”時可認為交通流異常，從大數(shù)分類，有阻斷(流出=0)、重度阻塞(流出小于流入75% 及以上)、中度阻塞(流出小于流入的50%及以上)、輕度阻塞(流出小于流入的25%及以上)。 在正常能見度下如果不及時處理則上述交通流異常事件隨時間推移必將進一步惡化并最終導(dǎo)致阻斷，交通流異常事件中自愈所占比例極低。而上述情況在低能見度下將有可能產(chǎn)生二次及N次事故。當出現(xiàn)交通流異常時如果能夠及時采取有效措施將可避免事件的升級。沿道路等距布設(shè)的檢測點將會在預(yù)設(shè)時間內(nèi)報告交通流事件異常點。這為道路交通主動引導(dǎo)或防撞預(yù)警提供了控制策略及實施依據(jù)。以下，通過具體實施方式
結(jié)合附圖詳細地進一步描述本發(fā)明的技術(shù)特征。


圖1是檢測點配置示意圖2A、2B是檢測裝置電路結(jié)構(gòu)框圖，其中2A為發(fā)射裝置；2B為接收裝置； 圖3是交通流異常識別流程圖。
具體實施例方式參見圖1-圖3，本實施例使用紅外對射方式在斷面檢測交通流并基于交通流狀態(tài)判斷交通流異常，在實踐中，傳統(tǒng)的感測手段，如地感線圈、微波等車輛通行檢測手段均可應(yīng)用于本專利，無需限定。作為本發(fā)明專利的一種典型的應(yīng)用方式，其方法是在道路前進方向垂直的斷面上設(shè)置一對對射的車輛通過檢測裝置，裝置的一側(cè)發(fā)射一束檢測光束，安裝在道路另一側(cè)的接收裝置接收該檢測光束，當?shù)缆飞嫌熊囕v通過時，會遮擋檢測光束，接收端會收到一個檢測光束被遮擋所產(chǎn)生的脈沖。通過分析該脈沖的技術(shù)參數(shù)可以獲得在途車輛的一些有效信息，通過對這些信息的分析和處理可獲悉交通流是否正常。電路結(jié)構(gòu)圖見圖2，其中圖2A是發(fā)射裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中M為帶調(diào)制功能的檢測光束發(fā)射模塊；由于車輛通過檢測傳感器不是本專利內(nèi)容，僅為本專利配套的車輛通過檢測傳感器，故在本實施例中將M定義為車流檢測模塊，其功能是對斷面上通過的車輛進行計數(shù)檢測、脈寬檢測、位間隔檢測等基本檢測，在本檢測裝置中紅外發(fā)射源采用了三個940nm的紅外發(fā)射管，這三個紅外發(fā)射管輪流工作，各管工作的占空比受內(nèi)置處理器控制；接收器也配置了三個紅外接收管，但是這三個接收管是同時處于接收狀態(tài)，處理器對三個接收管收到的信號進行比對，當三個接收管接收的信號出現(xiàn)不一致時(例如被干擾或數(shù)據(jù)丟失時)，處理器取三個接收管中數(shù)據(jù)最接近的二個接收管的信號作為當前信號；當需要接收第二個或者第三個發(fā)射源的信號時， 可直接定義對應(yīng)的接收管，當使用不同波長時，可分別安裝不同波段的接收管以維持分路接收。本實施例收發(fā)檢測裝置均內(nèi)置了數(shù)字無線收發(fā)模塊WNET，使用數(shù)字無線收發(fā)模塊組成鏈式數(shù)據(jù)傳輸和指令傳遞系統(tǒng)可選擇至少三種方式，本實施例使用基于德州儀器的 zigbee模塊CC2530芯片組成的數(shù)字無線收發(fā)模塊，該模塊組態(tài)成一個可嵌入到道路交通應(yīng)用裝置中的嵌入式模塊，它具有最大250K的雙向數(shù)據(jù)通訊能力，無線覆蓋半徑不小于70 米，可組成鏈式網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明中，該模塊可以在覆蓋區(qū)內(nèi)組成網(wǎng)狀網(wǎng)，并且在沿道路安裝的檢測裝置中組成可實現(xiàn)順序傳遞數(shù)據(jù)的鏈式網(wǎng)?；趜igbee協(xié)議在整個鏈路中任意一個數(shù)字無線收發(fā)模塊上進行數(shù)據(jù)的上傳與下載，任意點均可接入與上位系統(tǒng)的通訊接口。在紅外發(fā)射器A向紅外接收器B發(fā)射調(diào)制檢測信號R時，發(fā)射器與接收器之間的數(shù)據(jù)則通過數(shù)字無線收發(fā)網(wǎng)絡(luò)維持有效通訊狀態(tài)并處于閉環(huán)工作狀態(tài)，接收模塊在接收發(fā)射器發(fā)射的調(diào)制信號時可以同時判斷發(fā)射器中各不同發(fā)射管的工作狀態(tài)及發(fā)射質(zhì)量，當單一發(fā)射管出現(xiàn)故障時該管將被屏蔽，其余的發(fā)射管在改變占空比后將繼續(xù)工作。同時，上位管理系統(tǒng)也可以知道全網(wǎng)實時運行中任意一個具體點檢測裝置的工作狀態(tài)及健康狀態(tài)。本實施例的交通流數(shù)據(jù)分析放在接收器上進行，也可將數(shù)據(jù)分析定義在發(fā)射器上。數(shù)據(jù)的傳遞也在接收器上進行，當接收器故障或通訊中斷時，發(fā)射器會自動承擔中繼器的工作。工作流程說明
圖1是本實施例檢測點配置示意圖，檢測點A/B與檢測點A1/B1的安裝間隔是20米， 車輛行駛方向C。發(fā)射器A向接收器B發(fā)射調(diào)制后的編碼檢測信號R (本實施例調(diào)制編碼采用發(fā)射器的地址作為編碼調(diào)制數(shù)據(jù)源)，在沒有車輛通過時，接收器B可以接收到發(fā)射器 A發(fā)出的調(diào)制信號R，當有車輛通過時將阻斷發(fā)射器的紅外調(diào)制信號R，此時接收器B將無法收到發(fā)射器A發(fā)出的紅外調(diào)制信號R ；當車輛通過后，接收器B又恢復(fù)接收發(fā)射器A的調(diào)制信號R，從R被遮擋至再接收到R期間，B可以接收到一個脈沖，其脈沖寬度與車長及速度相關(guān)；每通過一輛車接收器B就會接收到一個阻斷脈沖，二輛有間隔并且順序行進的車輛會在接收器B上產(chǎn)生二個脈沖，其間隔代表二車間隔距離，它與車速及車流密度相關(guān)。由于本發(fā)明僅檢測交通流數(shù)據(jù)，故不需要對通過車輛進行精準檢測即可實現(xiàn)交通流是否異常的判斷。各檢測點間使用zigbee組網(wǎng)，每一個檢測點在全網(wǎng)中具有自己唯一的地址，發(fā)射器及接收器均具有自己的工作屬性。收發(fā)器已經(jīng)被配對，并且已經(jīng)定義了收發(fā)器的無線工作轉(zhuǎn)換閾值。檢測使用相同的時間(基于衛(wèi)星授時或電波授時或無線轉(zhuǎn)發(fā)時標進行同步)，按設(shè)定步長開始對交通流均值進行檢測及統(tǒng)計。圖2A是檢測裝置中的發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)，框圖中CPU是本實施例中用于檢測控制的核心處理器，其功能是控制發(fā)射器的工作狀態(tài)、控制發(fā)射器調(diào)制信息(該信息可實現(xiàn)單向的數(shù)據(jù)傳遞)、控制無線通訊模塊WNET的工作(組態(tài)、握手、實時數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)采集)；控制有線網(wǎng)絡(luò)接口的工作狀態(tài)(與上位控制系統(tǒng)的連接、與本地執(zhí)行裝置的連接)，采集同步時間 (TIME模塊是同步授時模塊，可基于衛(wèi)星授時、電波授時或無線時標同步)。如果使用其他車輛通過檢測裝置則可省略本裝置。本實施例中處理器CPU使用ARM7，該處理器的處理能力能夠滿足對一種應(yīng)用于交通領(lǐng)域的能見度檢測的數(shù)據(jù)處理要求；無線通訊模塊使用基于zigbee技術(shù)的CC2530模塊， ARM7, CC2530等模塊的應(yīng)用屬于公知技術(shù)，在此不再贅述。衛(wèi)星授時及坐標獲取
本實施例衛(wèi)星接收模塊使用基于SIRF芯片組的CT2010S厚膜電路組件，它可提供授時和坐標，衛(wèi)星信號接收是公知技術(shù)，在此不再贅述。圖2B是接收裝置的電路結(jié)構(gòu)，H點左側(cè)的解調(diào)模塊DU、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊A/D均屬于紅外對射裝置專有，它與發(fā)射裝置配套使用。后端的CPU模塊、WNET模塊、NET模塊、TIME 模塊與發(fā)射裝置的配置一樣，僅軟件工作流程不同，在換用其他車輛通過檢測傳感器以后， 僅將新?lián)Q入的車輛通過傳感器輸出端接入H點即可實現(xiàn)對車輛通過數(shù)據(jù)的檢測，如果是對多車道實施同步檢測則CPU模塊可采集不少于8個通道。脈沖間隔估測(速度估測)
實施例是在一個3公里的單向路段上按照每隔20米配置一個檢測點的密度進行全程配置，A/B與A1/B1之間的距離為20米，A1/B1與A2/B2之間的距離也是20米，類推，全程共計150個檢測點，按本路段的設(shè)計限速120公里/小時計算，車輛頭部在經(jīng)過R和相鄰的 Rl時單車跨雙線間隔時間需要0. 6秒(20/33=0. 61秒)。實施例描述的交通流速度估測是一種對道路運行基數(shù)的基本估測值，用于對交通流分析及被檢測路段各時間段車速數(shù)據(jù)采集，也用于對全路段各點車速分析并基于各點車速分析數(shù)據(jù)獲得交通流關(guān)鍵點。關(guān)鍵點是指影響全程通行能力的物理位置。脈沖位間隔估測(車輛間隔距離估測)
位間隔是指在行駛中二車相距的距離，在一個車道上這個距離會直接反映車速及擁堵程度(車流密度)，本實施例采用斷面檢測，位間隔與車道數(shù)相關(guān)，本數(shù)據(jù)作為交通流密度的參考依據(jù)，其方式是任意一個檢測點對二個遮擋脈沖起始沿之間間隔的識別，例如車輛A 通過R以后車輛B再通過R期間沒有車輛通過的間隔時間。位間隔折算車輛間隔距離按實時的交通流速度估測，例如在估測車速120公里時，位間隔時間0. 61秒則車輛實際位間隔 20米。當平均位間隔減少時，交通流密度增加。脈沖寬度檢測(車型檢測)
在斷面上每遮擋一次則至少通過一臺車，遮擋時間長短與通過的車輛長度及速度相關(guān)，通過脈沖寬度可以獲得一個車輛通過及車型的基本數(shù)值，例如一臺車長16米的長車在以120公里時速通過檢測線R時，其脈沖寬度是0. 48秒。交通流檢測在斷面上檢測光束每產(chǎn)生一次遮擋則至少通過一臺車，同時也產(chǎn)生一個脈沖計數(shù)，雖然斷面檢測不能夠精確計數(shù)，但是對通行概況的大數(shù)估測誤差不大；在交通流正常情況下，近距離內(nèi)單位時間車輛通行的平均數(shù)量基本是恒定值，這就意味著當相鄰的二組檢測點之間平均脈沖數(shù)基本相等或差異不大(本實施例規(guī)定在通行均值基數(shù)不小于50輛時比較數(shù)值相差小于10%以下屬于正常)。當檢測數(shù)值后向大于前向時，交通流異常，事實上在交通流檢測中不一定都是后向等于前向，也有可能是前向大于后向，例如單位時間內(nèi)有一組密集的車群通過或擁堵后剛放行都會產(chǎn)生前向大于后向，但本實施例僅描述擁堵、阻斷等典型狀態(tài)檢測，深化檢測各種交通流事件則可基于本發(fā)明的檢測方法并通過改變相關(guān)算法后獲得。本實施例針對道路交通阻斷或擁堵的交通流異常分析方式有脈沖平移比較法、直接比較法和累計比較法三種；
脈沖平移比較法的檢測理論基礎(chǔ)是，在交通流正常的情況下，相對于短距離檢測點而言在途車輛基本處于勻速行駛狀態(tài)，在該狀態(tài)下車輛通過二個相鄰的檢測點時所呈現(xiàn)的脈沖技術(shù)形態(tài)是近似的，漸變的；根據(jù)統(tǒng)計，在相距1秒以內(nèi)車程的距離上正常狀態(tài)下漸變幅度通常不會超過5%，這也就是說，如果二個相鄰的檢測點檢測到同一組車輛的脈沖數(shù)值比較后的差異小于5%即可算作正常，如果再增加一些系數(shù)將變量幅度放寬到8 10%以內(nèi)均可算作正常。主要比較內(nèi)容有位間隔、檢測點之間通過時間(上一組檢測點的車速)、脈沖寬度。其中速度、脈沖寬度為主項，位間隔是參考項。直接比較法交通流是一種持續(xù)的脈沖集合，在正常交通流狀態(tài)下事實上不同組別車輛之間在大數(shù)上的差別也不大(不同組別是指相鄰時間段內(nèi)統(tǒng)計的車輛累計數(shù)據(jù))，只有在交通流異常時才呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)差。為了簡化計算并獲得更好的實時性，在交通流較為密集的路段可以使用直接比較法在相同時間對不同數(shù)值組進行直接比較(不考慮平移特征)， 雖然有誤差，但是這種比較方式的速度最快，沒有延時。脈沖累計檢測法在一個檢測點通過的單位數(shù)量車輛所需累計時間與這些數(shù)量車輛通過下一個檢測段所需時間的比較，可獲得定量數(shù)值之間的比較值。上述三種比較方式在實踐中是靈活使用的，可以相互轉(zhuǎn)換。使用平均時間對交通流取樣可按交通流密度分時間段而定，例如取10 100秒內(nèi) (對取樣時間參數(shù)化，取樣基準數(shù)是該時間段取樣時間內(nèi)脈沖均值不小于某個基數(shù)，如果基數(shù)太小會引起數(shù)值波動太大；時間段是指一個相對穩(wěn)定的時間區(qū)間內(nèi)按照相對固定的取樣基數(shù))的脈沖數(shù)均值進行比較(脈沖/時間)，統(tǒng)計比較時間則按步長固定，例如每1秒比較一次。特別需要說明的是，取樣時間與比較時間不是同一個問題，取樣時間是指單位時間內(nèi)對脈沖進行累計，其方式是在內(nèi)存中開辟一個獨立的統(tǒng)計組，以比較時間作為步長對每一個比較分組的統(tǒng)計值。比較時間是一個固定步長的時間，例如 取樣時間按10秒，比較時間按1秒，則檢測裝置每秒創(chuàng)建一個累計分組，至第11秒時比較第一分組，至第12秒時比較第二分組……，循環(huán)推進，比較以后的原始數(shù)值或上傳或丟棄。 故取樣時間僅代表已經(jīng)過去的預(yù)定時間段內(nèi)的車輛通過平均數(shù)，比較時間則是每次對已經(jīng)過去時間段內(nèi)的參數(shù)進行比較的間隔時間，它代表對已經(jīng)過去時間段內(nèi)累計數(shù)值的比較結(jié)
比較方式比較是組態(tài)滾動推進的，以時間或車輛數(shù)為基準，每一基準周期同步比較；例如設(shè)1/2檢測點為一組，2/3檢測點為2組、3/4檢測點為3組、4/5檢測點為4組…… 在比較時間到達時，則2組數(shù)值與1組數(shù)值比較、3組數(shù)值與2組數(shù)值比較、4組數(shù)值與3組數(shù)值比較……，由于每一個檢測點都具有自己分組的累計信息，在復(fù)雜路段可跳躍比較以獲得路段中更多的運行數(shù)值。如果設(shè)10%以下的通過誤差為正常，則從大數(shù)分類，有阻斷 (流出=0 )、重度阻塞(流出小于流入75% 0 )、中度阻塞(流出小于流入的50% 75%)、輕度阻塞(流出小于流入的25% 50%)；如果使用平移法識別則其中10% 25%級別歸為輕度阻塞(平移法是在后向檢測點數(shù)據(jù)送前向比對時增加一個固定時間，該時間以本路段設(shè)計車速上限時車輛通過比較路段時所需的時間)，如果使用直接比較法(后向統(tǒng)計完成后直接比較，不增加固定平移時間)則25%以下誤差均可視為正常。二個相鄰的檢測點如果交通流正常則上述數(shù)值相差不應(yīng)該大于10% (平移法)，如果相差大于10%則已經(jīng)產(chǎn)生異常(這與取樣基數(shù)有關(guān)，例如使用正常交通流50 100脈沖取樣時間作為取樣基數(shù)時間段)；對于交通流異常基數(shù)在不同道路之間的定義是有差異的， 并且受交通流密度、車速、時間段影響。但是在同一道路上相同時間段內(nèi)而言則相對是固定的，所以在本實施例中將全天分為6 9時(第一取樣時間，20秒取樣、2秒比較)、9 12 時(30秒取樣，5秒比較)、12 15時(30秒取樣，5秒比較)、15 18時(30秒取樣，5秒比較)、18 21時(20秒取樣，2秒比較)、21 0時(20秒取樣，2秒比較)、0 6時(60秒取樣，5秒比較)7個檢測時間段，在上述檢測時間段內(nèi)分別設(shè)置不同的取樣時間和比較時間。擁堵點檢測任意一組相鄰并順序排列的檢測點之間的交通流出現(xiàn)流入大于流出時，該檢測組合中產(chǎn)生擁堵點，檢測組合中的前向檢測點可認定為擁堵點，如果需要復(fù)核認證也可以對后向進行跳躍檢測復(fù)核或前向較大跨度復(fù)核檢測；前向是指順車輛行駛方向， 后向是指逆車輛行駛方向，跨越是指跳過至少一個檢測點以后進行比對，例如用于復(fù)核比對時則前向至少跨越大于車輛駛出區(qū)間的距離進行檢測比較，后向同樣至少跨越阻斷累積距離以上的區(qū)段進行比較。阻斷點檢測任意一組相鄰并順序排列的檢測點之間的交通流出現(xiàn)流出=0時，該檢測組合中產(chǎn)生阻斷點，檢測組合中的前向檢測點可認定為阻斷點。累計誤差的消除本發(fā)明使用斷面檢測方式，同時使用時間段累計數(shù)比較方式，這會在檢測過程中對誤差進行累計，高密度交通流路段的誤差累計會更高，在本實施例中每隔一個檢測周期后檢測累計數(shù)據(jù)或上傳或丟棄，事實上已經(jīng)清零后重新開始，但是在不同循環(huán)的檢測中還是會再次產(chǎn)生新的累計誤差，所以累計時間盡可能不要取太長的時間或積累太多的基數(shù)進行比較，例如將車輛通過數(shù)取25 100輛左右作為累計時間，這可減少累計誤差的積累，同時還可防止基數(shù)太小導(dǎo)致的數(shù)值波動。由于每一個檢測點均具有自己的物理地址或坐標，故任意一個檢測點檢測到交通流異常時均可上傳具體的位置及交通流異常的分類(擁堵還是阻斷及具體數(shù)值)。實施例檢測到交通流異常后，檢測裝置通過無線模塊或有線通訊接口上傳交通流異常檢測到的異常數(shù)值及坐標位置；在實踐中，如果需要實時的交通流數(shù)值可以直接上傳并由上位控制設(shè)備執(zhí)行測算交通流是否正常，并且通過更換算法可以基于交通流裸數(shù)據(jù)獲得更多的道路運行數(shù)據(jù)，裸數(shù)據(jù)是指未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)。在多車道的道路上可能會產(chǎn)生二車或三車重疊及再分開或二車、三車交叉通過檢測點的現(xiàn)象，這可能會產(chǎn)生誤差并且在比較過程中被累計，可以在車輛的通過檢測技術(shù)或后端的處理程序中可以加以區(qū)別或清零，本實施例使用清零方式來去除累計的誤差。當某一個檢測點在上一個檢測點發(fā)出檢測通過的信號后沒有再收到通過脈沖，或者通過脈沖變成長時間占用狀態(tài)則意味著存在停車或事故或檢測點故障，這時需要使用跨越比較或者跳躍比較方式判斷事件性質(zhì)。如果前后向檢測點仍然存在繼續(xù)通過的車輛并且脈沖寬度與速度都沒有變化，則交通流沒有異常。如果前向檢測點檢測到繼續(xù)有車倆通過而本地或后向檢測點均沒有收到通過脈沖則表示變化閾值超標，同時也表示出現(xiàn)交通流異
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巾ο交通流異常數(shù)據(jù)應(yīng)用實例當識別出交通流異常事件后，可以按照預(yù)置的預(yù)警數(shù)據(jù)發(fā)送預(yù)警信息，由于每一個具體發(fā)出預(yù)警信息的檢測點均具有具體的物理位置，基于此可向受眾提供精確的擁堵或事故點位置、異常點距離和事件的基本屬性。需要提前預(yù)警的距離、方式及內(nèi)容完全可以控制，也可預(yù)設(shè)或指定顯示，可以根據(jù)預(yù)警需要任意定義預(yù)警的提前距離和顯示方式。本發(fā)明的實時數(shù)據(jù)處理量可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及組態(tài)方式?jīng)Q定大小，當基于雙點處理時，數(shù)據(jù)量非常小，僅在出現(xiàn)異常時才采集前向與后向數(shù)據(jù)進行分析；如果將每一個檢測點的數(shù)據(jù)全部上傳的話，則會使整個數(shù)字無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)不堪重負；在高速公路上每隔3 5公里一般都會有一個光纖端點，本實施例在每一個就近的光纖入口處就近將本工作區(qū)段的數(shù)據(jù)上傳給上位控制系統(tǒng)，與上位控制系統(tǒng)連接的點被稱為端點，一個端點通?？梢宰鳛橐粋€獨立工作區(qū)段的上傳點，全網(wǎng)組合在上位機上完成。此時每個工作區(qū)段的數(shù)據(jù)傳輸量及工作負荷都不會很大，有助于降低成本和提高各區(qū)段的工作效率?；趜igbee技術(shù)的單個區(qū)段應(yīng)控制在5 10公里以內(nèi)，如果超過則最好分段實施，各分段之間采用端點連接模式。通過數(shù)字無線組網(wǎng)技術(shù)還可以使移動裝置獲得全網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，并且可以與移動裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。例如在警車上配置與本發(fā)明中數(shù)字無線收發(fā)模塊配套的無線收發(fā)裝置后，巡邏警車即可與路面信息發(fā)布裝置或主動誘導(dǎo)裝置獲得交互，當出現(xiàn)意外時也可人工現(xiàn)場啟動預(yù)警或現(xiàn)場編輯發(fā)布預(yù)警信息內(nèi)容，其現(xiàn)場指揮效果與指揮中心的效果是近似的。以上實施例對本發(fā)明作出了較為詳細的描述，但是這些描述并非是對本發(fā)明的限制，即本發(fā)明并不局限于上述實施例的具體描述。本發(fā)明的保護范圍包括那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
1權(quán)利要求
1.一種交通流異常點檢測定位方法，通過沿道路等距安裝交通流檢測裝置構(gòu)成的交通流檢測點，進而構(gòu)成的交通流檢測區(qū)段來完成，所述的交通流檢測裝置主要由車輛通過檢測器、通訊模塊、時間模塊、主控制模塊組成，并配置有通訊模塊、時間模塊和主控制模塊； 其中a)各檢測點的檢測裝置對車輛通過計數(shù)，以實現(xiàn)交通流檢測；b)相鄰的二個檢測點之間通過數(shù)字通訊鏈路實現(xiàn)交互通訊，以實現(xiàn)不同檢測點之間協(xié)同工作；c)檢測點將車輛通過檢測點時的檢測信號生成脈沖信號，該脈沖信號隨車輛的不同長度、速度分別生成不同的脈沖寬度、及二個檢測點之間的脈沖間隔，并檢測不同車輛分別通過一個檢測點時所產(chǎn)生的脈沖位間隔，以實現(xiàn)對交通流數(shù)值的細化分析；d)各檢測點記錄對應(yīng)車輛通行狀態(tài)的脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖位間隔，并在不同的檢測點對單位時間段內(nèi)的脈沖形態(tài)進行記錄、遷移和比對分析；e)各檢測點對實測數(shù)據(jù)進行存儲、分組、算術(shù)運行、邏輯運行和數(shù)據(jù)遷移處理；f)各檢測點同步工作并保持對上位控制系統(tǒng)的通訊能力，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能；通過對檢測點之間數(shù)據(jù)差來檢測交通流異常點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通流異常點檢測定位方法，其特征在于所述檢測點能夠?qū)σ粋€方向的全部車道上通過的車輛實現(xiàn)通過檢測，所述的通過檢測包括在單位時間內(nèi)對通過車輛的計數(shù)和累計、對通過指定數(shù)量車輛的累計時間測定，對通過車輛所產(chǎn)生的脈沖形態(tài)進行記錄和存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交通流異常點檢測定位方法，其特征在于所述交通流檢測點之間是根據(jù)被檢測對象依次通過的次序順序排列的，其排列間隔相對固定，且各交通流檢測點之間處于數(shù)字通訊鏈路覆蓋范圍內(nèi)，各檢測點對脈沖的寬度、間隔及位間隔進行延時比對。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交通流異常點檢測定位方法，其特征在于所述的交通流檢測點在不同的物理位置上使用相同的時間作為檢測標準和校準依據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交通流異常點檢測定位方法，其特征在于在所述交通流檢測區(qū)段內(nèi)，任意一個檢測點均比對前向、后向的實時檢測和累計數(shù)據(jù)，并跨越順序采集和比對前向和后向的實時和累計數(shù)據(jù)，及雙向發(fā)送檢測或判斷數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交通流異常點檢測定位方法，其特征在于每一個交通流檢測點均具有全網(wǎng)唯一的通訊地址和物理地址。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交通流異常點檢測定位方法，其特征在于所述交通流檢測區(qū)段中的任意一個檢測點均作為本檢測區(qū)段的網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋并通過該點與上位控制設(shè)備連接。
全文摘要
一種交通流異常點檢測定位方法，沿道路等距安裝交通流檢測裝置構(gòu)成的交通流檢測點，進而構(gòu)成交通流檢測區(qū)段，其中a)各檢測裝置對車輛通過計數(shù)；b)相鄰的二個檢測點之間交互通訊；c)檢測點隨車輛的不同長度、速度分別生成不同的脈沖寬度、及二個檢測點之間的脈沖間隔，檢測不同車輛分別通過一個檢測點時所產(chǎn)生的脈沖位間隔；d)各檢測點記錄對應(yīng)車輛通行狀態(tài)的脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖位間隔，并在不同的檢測點對單位時間段內(nèi)的脈沖形態(tài)進行記錄、遷移和比對分析；e)各檢測點對實測數(shù)據(jù)進行存儲、分組、算術(shù)運行、邏輯運行和數(shù)據(jù)遷移處理；f)各檢測點同步工作并保持對上位控制系統(tǒng)的通訊能力。
文檔編號G08G1/01GK102231235SQ20111011080
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者陳偉 申請人:陳偉